Kadmiy jarayonining bosqichlari va parametrlari

I. Xom ashyoni oldindan qayta ishlash va birlamchi tozalash

1. ‌Yuqori tozalikdagi kadmiy xom ashyosini tayyorlash‌

• ‌Kislota bilan yuvish‌: Sirt oksidlari va metall aralashmalarini olib tashlash uchun sanoat darajasidagi kadmiy quymalarini 5%-10% li nitrat kislota eritmasiga 40-60°C haroratda 1-2 soat davomida botiring. Neytral pH qiymatiga yetguncha deionizatsiyalangan suv bilan yuving va vakuumda quriting.
• ‌Gidrometallurgik eritma bilan eritishKadmiy tutgan chiqindilarni (masalan, mis-kadmiy shlaklarini) sulfat kislota (15-20% konsentratsiya) bilan 80-90°C da 4-6 soat davomida qayta ishlang, bu esa ≥95% kadmiyni eritib yuborish samaradorligiga erishadi. Shimgichli kadmiy olish uchun siqib chiqarish uchun rux kukunini (1,2-1,5 baravar stexiometrik nisbat) filtrlang va qo'shing.

1. ‌Eritish va quyish‌

• Yuqori tozalikdagi grafit tigellariga shimgichli kadmiyni soling, argon atmosferasida 320-350°C da eriting va sekin sovutish uchun grafit qoliplariga quying. Zichligi ≥8,65 g/sm³ bo'lgan quymalar hosil qiling.

II. Zonaviy tozalash

1. ‌Uskunalar va parametrlar‌

• Eritilgan zona kengligi 5-8 mm, 3-5 mm/soat tezlikda va 8-12 ta tozalash o'tish joyiga ega gorizontal suzuvchi zonali eritish pechlaridan foydalaning. Harorat gradiyenti: 50-80°C/sm; vakuum ≤10⁻³ Pa
• ‌Nopoklikni ajratish‌: Takrorlangan zona quyma dumidan konsentrlangan qo'rg'oshin, rux va boshqa aralashmalarni o'tkazadi. Oraliq tozalik ≥99.999% ga erishib, oxirgi 15-20% aralashmaga boy qismni olib tashlang.

1. ‌Tugmalarni boshqarish‌

• Erigan zona harorati: 400-450°C (kadmiyning 321°C erish nuqtasidan biroz yuqori);
• Sovutish tezligi: panjara nuqsonlarini minimallashtirish uchun 0,5-1,5°C/min;
• Argon oqim tezligi: oksidlanishni oldini olish uchun 10-15 L/min

III. Elektrolitik tozalash

1. ‌Elektrolit formulasi‌

• Elektrolitlar tarkibi: Kadmiy sulfat (CdSO₄, 80-120 g/L) va sulfat kislota (pH 2-3), katod cho'kmasining zichligini oshirish uchun 0,01-0,05 g/L jelatin qo'shilgan.

1. ‌Jarayon parametrlari‌

• Anod: Xom kadmiy plastinkasi; Katod: Titan plastinkasi;
• Tok zichligi: 80-120 A/m²; Batareya kuchlanishi: 2.0-2.5 V;
• Elektroliz harorati: 30-40°C; Davomiyligi: 48-72 soat; Katodning sofligi ≥99.99%

IV. Vakuumli qaytaruvchi distillash

1. ‌Yuqori haroratni pasaytirish va ajratish‌

• Kadmiy quymalarini vakuumli pechga joylashtiring (bosim ≤10⁻² Pa), vodorodni qaytaruvchi vosita sifatida qo'shing va kadmiy oksidlarini gazsimon kadmiyga aylantirish uchun 800-1000°C gacha qizdiring. Kondensator harorati: 200-250°C; Yakuniy tozalik ≥99.9995%

1. ‌Nopoklikni olib tashlash samaradorligi‌

• Qoldiq qo'rg'oshin, mis va boshqa metall aralashmalar ≤0.1 ppm;
• Kislorod miqdori ≤5 ppm

V. Czochralski yagona kristalli o'sishi

1. ‌Eritmani nazorat qilish va urug' kristallarini tayyorlash‌

• Yuqori tozalikdagi kadmiy quymalarini yuqori tozalikdagi kvarts tigellariga soling, argon ostida 340-360°C da eriting. Ichki kuchlanishni yo'qotish uchun 800°C da oldindan tavlangan <100> yo'naltirilgan monokristalli kadmiy urug'laridan (diametri 5-8 mm) foydalaning.

1. ‌Kristall tortish parametrlari‌

• Tortish tezligi: 1,0-1,5 mm/min (dastlabki bosqich), 0,3-0,5 mm/min (barqaror o'sish);
• Tileli aylanish: 5-10 rpm (qarshi aylanish);
• Harorat gradyani: 2-5°C/mm; Qattiq-suyuqlik chegarasi haroratining o'zgarishi ≤±0.5°C

1. ‌Nuqsonlarni bartaraf etish usullari‌

• ‌Magnit maydon yordami‌: Eritma turbulentligini bostirish va aralashmalarning yoriqlanishini kamaytirish uchun 0,2-0,5 T eksenel magnit maydonini qo'llang;
• ‌Boshqariladigan sovutish‌: O'sishdan keyingi sovutish tezligi soatiga 10-20°C bo'lib, termal stress tufayli yuzaga keladigan dislokatsiya nuqsonlarini minimallashtiradi.

VI. Qayta ishlashdan keyingi va sifat nazorati

1. ‌Kristallni qayta ishlash‌

• ‌Kesish‌: Olmos simli arra yordamida 20-30 m/s sim tezligida 0,5-1,0 mm plitalarga kesing;
• ‌Jilo berish‌: Nitrat kislota-etanol aralashmasi (1:5 vol. nisbati) bilan kimyoviy mexanik abrazivlash (CMP), sirt pürüzlülüğüne Ra ≤0.5 nm erishish.

1. ‌Sifat standartlari‌

• ‌Poklik‌: GDMS (Yorqinlikli zaryadsizlanish massa spektrometriyasi) Fe, Cu, Pb ≤0.1 ppm ni tasdiqlaydi;
• ‌Qarshilik‌: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (soflik ≥99.9999%);
• ‌Kristallografik yo'nalish‌: Og'ish <0,5°; Dislokatsiya zichligi ≤10³/sm²

VII. Jarayonlarni optimallashtirish bo'yicha ko'rsatmalar

1. ‌Maqsadli ifloslanishni olib tashlash‌

• 6N-darajali tozalikka (99.9999%) erishish uchun Cu, Fe va boshqalarni selektiv adsorbsiyasi uchun ion almashinadigan qatronlardan foydalaning.

1. ‌Avtomatlashtirishni yangilash‌

• Sun'iy intellekt algoritmlari tortish tezligini, harorat gradiyentlarini va boshqalarni dinamik ravishda sozlaydi, natijada hosildorlik 85% dan 93% gacha oshadi;
• Tigel o'lchamini 36 dyuymgacha kattalashtirish, 2800 kg bitta partiyali xom ashyoni ishlab chiqarish imkonini beradi va energiya sarfini 80 kVt/kg gacha kamaytiradi.

1. ‌Barqarorlik va resurslarni tiklash‌

• Ion almashinuvi orqali kislotali yuvish chiqindilarini qayta tiklash (Cd tiklanishi ≥99,5%);
• Egzoz gazlarini faollashtirilgan uglerod adsorbsiyasi + ishqoriy tozalash bilan tozalang (Cd bug'ini qayta tiklash ≥98%)

Xulosa

Kadmiy kristallarini o'stirish va tozalash jarayoni gidrometallurgiya, yuqori haroratli fizik tozalash va aniq kristallarni o'stirish texnologiyalarini birlashtiradi. Kislota bilan yuvish, zonali tozalash, elektroliz, vakuum distillash va Czochralski o'stirish orqali - avtomatlashtirish va ekologik toza amaliyotlar bilan birgalikda - 6N-darajali ultra yuqori tozalikdagi kadmiy monokristallarini barqaror ishlab chiqarish imkonini beradi. Bular yadroviy detektorlar, fotovoltaik materiallar va ilg'or yarimo'tkazgichli qurilmalarga bo'lgan talabni qondiradi. Kelajakdagi yutuqlar keng ko'lamli kristallarni o'stirishga, maqsadli aralashmalarni ajratishga va kam uglerodli ishlab chiqarishga qaratiladi.