Kadmium prosesinin mərhələləri və parametrləri

I. Xammalın ilkin təmizlənməsi və ilkin təmizlənməsi

1. .Yüksək Saflıqda Kadmium Xammal Hazırlanması.

• .Turşu yuyulmasıSəth oksidlərini və metal çirkləri təmizləmək üçün sənaye dərəcəli kadmium külçələrini 40-60°C temperaturda 5-10% azot turşusu məhlulunda 1-2 saat batırın. Neytral pH və vakuumda quruyana qədər deionlaşdırılmış su ilə yuyun.
• .Hidrometallurgiya ilə yuyulmaKadmium tərkibli tullantıları (məsələn, mis-kadmium şlakları) 80-90°C-də 4-6 saat ərzində sulfat turşusu (15-20% konsentrasiya) ilə emal edin, ≥95% kadmiumun yuyulma effektivliyinə nail olun. Süngər kadmiumu əldə etmək üçün süzün və yerdəyişmə üçün sink tozunu (1,2-1,5 dəfə stokiometrik nisbət) əlavə edin.

1. .Ərimə və tökmə.

• Süngər kadmiumu yüksək təmizlikdə olan qrafit tigelərə yükləyin, arqon atmosferi altında 320-350°C temperaturda əridin və yavaş soyutma üçün qrafit qəliblərə tökün. Sıxlığı ≥8,65 q/sm³ olan külçələr əmələ gətirir

II. Zona Təmizləmə

1. .Avadanlıq və Parametrlər.

• Ərimiş zonanın eni 5-8 mm, travers sürəti 3-5 mm/saat və 8-12 təmizləyici keçid ilə üfüqi üzən zonalı ərimə sobalarından istifadə edin. Temperatur qradiyenti: 50-80°C/sm; vakuum ≤10⁻³ Pa‌
• .Natəmizliyin ayrılmasıTəkrarlanan zona konsentrat qurğuşun, sink və digər çirkləri külçə quyruğundan keçir. Aralıq təmizliyə ≥99,999% nail olmaqla, son 15-20% çirkli hissəni çıxarın.

1. .Əsas Nəzarətlər.

• Ərimiş zonanın temperaturu: 400-450°C (kadmiumun ərimə nöqtəsi 321°C-dən bir qədər yuxarı);
• Soyutma dərəcəsi: qəfəs qüsurlarını minimuma endirmək üçün 0,5-1,5°C/dəq;
• Arqon axını sürəti: oksidləşmənin qarşısını almaq üçün 10-15 L/dəq

III. Elektrolitik Təmizləmə

1. .Elektrolit Formulyasiyası.

• Elektrolit tərkibi: Kadmium sulfat (CdSO₄, 80-120 q/L) və sulfat turşusu (pH 2-3), katod yataqlarının sıxlığını artırmaq üçün 0,01-0,05 q/l jelatin əlavə edilir‌

1. .Proses Parametrləri.

• Anod: Xam kadmium lövhəsi; Katod: Titan boşqab;
• Cari sıxlığı: 80-120 A/m²; Hüceyrə gərginliyi: 2,0-2,5 V;
• Elektroliz temperaturu: 30-40°C; Müddət: 48-72 saat; Katod təmizliyi ≥99,99%‌

IV. Vakuum azaldılması distilləsi

1. .Yüksək temperaturun azaldılması və ayrılması.

• Kadmium külçələrini vakuum sobasına qoyun (təzyiq ≤10⁻² Pa), reduksiyaedici kimi hidrogeni daxil edin və kadmium oksidlərini qaz halında olan kadmiuma endirmək üçün 800-1000°C-ə qədər qızdırın. Kondensatorun temperaturu: 200-250°C; Son təmizlik ≥99,9995%

1. .Çirkli maddələrin aradan qaldırılmasının effektivliyi.

• Qalıq qurğuşun, mis və digər metal çirkləri ≤0,1 ppm;
• Oksigen miqdarı ≤5 ppm‌

V. Czochralski Tək Kristal artımı

1. .Əridməyə Nəzarət və Toxum Kristalının Hazırlanması.

• Yüksək təmizlikli kadmium külçələrini yüksək təmizlikli kvars tigelərə yükləyin, arqon altında 340-360°C temperaturda əridin. Daxili gərginliyi aradan qaldırmaq üçün 800°C-də əvvəlcədən tavlanmış <100> yönümlü tək kristal kadmium toxumlarından (diametri 5-8 mm) istifadə edin.

1. .Kristal çəkmə parametrləri.

• Dartma sürəti: 1,0-1,5 mm/dəq (ilkin mərhələ), 0,3-0,5 mm/dəq (sabit vəziyyətdə artım);
• Crucible fırlanma: 5-10 rpm (əks fırlanma);
• Temperatur qradiyenti: 2-5°C/mm; Bərk-maye interfeys temperaturunun dəyişməsi ≤±0,5°C‌

1. .Qüsurların qarşısının alınması üsulları.

• .Maqnit Sahəsi Yardımı0,2-0,5 T eksenel maqnit sahəsi tətbiq edin, ərimənin turbulentliyini yatırtmaq və çirklənməni azaltmaq;
• .Nəzarətli Soyutma10-20°C/saat böyümədən sonrakı soyutma sürəti termal gərginliyin yaratdığı dislokasiya qüsurlarını minimuma endirir‌.

VI. Post-Emal və Keyfiyyətə Nəzarət

1. .Kristal emalı.

• .Kəsmə20-30 m/s tel sürəti ilə 0,5-1,0 mm-lik vaflilərə dilimləmək üçün almaz məftil mişarlarından istifadə edin;
• .Cilalama‌: Azot turşusu-etanol qarışığı (1:5 həcm nisbəti) ilə kimyəvi mexaniki cilalama (CMP), Ra ≤0,5 nm səth pürüzlülüyünə nail olmaq.

1. .Keyfiyyət Standartları.

• .Saflıq‌: GDMS (Glow Boşaltma Kütləvi Spektrometriya) Fe, Cu, Pb ≤0.1 ppm təsdiq edir;
• .Müqavimət‌: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (təmizlik ≥99,9999%);
• .Kristaloqrafik oriyentasiyaSapma <0,5°; Dislokasiya sıxlığı ≤10³/sm²

VII. Proseslərin optimallaşdırılması istiqamətləri

1. .Məqsədli çirklərin aradan qaldırılması.

• 6N dərəcəli təmizliyə (99,9999%) nail olmaq üçün çox mərhələli zona emalı ilə birlikdə Cu, Fe və s.-nin seçici adsorbsiyası üçün ion dəyişdirici qatranlardan istifadə edin‌

1. .Avtomatlaşdırma Təkmilləşdirmələri.

• Süni intellekt alqoritmləri çəkmə sürətini, temperatur gradientlərini və s.-ni dinamik şəkildə tənzimləyir, gəliri 85%-dən 93%-ə qədər artırır;
• Tita ölçüsünü 36 düymədək böyüdün, 2800 kq bir partiyalı xammal əldə etməyə imkan verin, enerji istehlakını 80 kVt/kq-a qədər azaldın

1. .Davamlılıq və Resursların Bərpası.

• İon mübadiləsi vasitəsilə turşu yuyulması tullantılarını bərpa edin (Cd bərpası ≥99,5%);
• Egzoz qazlarını aktivləşdirilmiş karbon adsorbsiyası + qələvi təmizləmə ilə müalicə edin (Cd buxarının bərpası ≥98%)‌

Xülasə

Kadmium kristalının böyüməsi və təmizlənməsi prosesi hidrometallurgiya, yüksək temperaturda fiziki təmizlənmə və dəqiq kristal artım texnologiyalarını birləşdirir. Turşuların yuyulması, zonaların təmizlənməsi, elektroliz, vakuum distilləsi və Czochralski böyüməsi vasitəsilə - avtomatlaşdırma və ekoloji cəhətdən təmiz təcrübələrlə birlikdə - 6N dərəcəli ultra yüksək təmizlikli kadmium monokristallarının sabit istehsalına imkan verir. Bunlar nüvə detektorlarına, fotovoltaik materiallara və qabaqcıl yarımkeçirici cihazlara olan tələblərə cavab verir. Gələcək irəliləyişlər geniş miqyaslı kristal böyüməsinə, hədəflənmiş çirklərin ayrılmasına və aşağı karbon istehsalına yönəldiləcəkdir.