Kadmium proses stappe en parameters

I. Voorbehandeling van grondstowwe en primêre suiwering

1. ‌Voorbereiding van hoë-suiwerheid kadmium-voermateriaal‌

• ‌SuurwasDompel industriële kadmiumstawe in 'n 5%-10% salpetersuuroplossing by 40-60°C vir 1-2 uur om oppervlakoksiede en metaalonsuiwerhede te verwyder. Spoel met gedeïoniseerde water tot neutrale pH en stofsuig droog.
• ‌Hidrometallurgiese UitlogingBehandel kadmiumbevattende afval (bv. koper-kadmiumslak) met swaelsuur (15-20% konsentrasie) by 80-90°C vir 4-6 uur, om 'n kadmium-uitloogdoeltreffendheid van ≥95% te bereik. Filtreer en voeg sinkpoeier (1.2-1.5 keer stoïgiometriese verhouding) by vir verplasing om sponskadmium te verkry.

1. ‌Smelt en Giet‌

• Laai sponskadmium in hoë-suiwerheid grafietkroesies, smelt onder argonatmosfeer by 320-350°C, en gooi in grafietvorms vir stadige afkoeling. Vorm blokke met digtheid ≥8.65 g/cm³.

II. Sone-raffinering

1. ‌Toerusting en Parameters‌

• Gebruik horisontale drywende sone-smeltoonde met 'n gesmelte sonewydte van 5-8 mm, 'n dwarsgangspoed van 3-5 mm/h, en 8-12 raffineringspasse. Temperatuurgradiënt: 50-80°C/cm; vakuum ≤10⁻³ Pa
• ‌OnsuiwerheidsegregasieHerhaalde sone laat konsentraatlood, sink en ander onsuiwerhede by die staafstert deur. Verwyder die laaste 15-20% onsuiwerheidsryke gedeelte, wat intermediêre suiwerheid ≥99.999% bereik.

1. ‌Sleutelkontroles‌

• Gesmelte sone temperatuur: 400-450°C (effens bo kadmium se smeltpunt van 321°C);
• Verkoelingstempo: 0.5-1.5°C/min om roosterdefekte te minimaliseer;
• Argonvloeitempo: 10-15 L/min om oksidasie te voorkom

III. Elektrolitiese Raffinering

1. ‌Elektrolietformulering‌

• Elektrolietsamestelling: Kadmiumsulfaat (CdSO₄, 80-120 g/L) en swaelsuur (pH 2-3), met 0.01-0.05 g/L gelatien bygevoeg om die katode-afsettingsdigtheid te verbeter.

1. ‌Prosesparameters‌

• Anode: Ru-kadmiumplaat; Katode: Titaniumplaat;
• Stroomdigtheid: 80-120 A/m²; Selspanning: 2.0-2.5 V;
• Elektrolisetemperatuur: 30-40°C; Duur: 48-72 uur; Katode-suiwerheid ≥99.99%

IV. Vakuumreduksiedistillasie

1. ‌Hoëtemperatuurvermindering en -skeiding‌

• Plaas kadmiumstawe in 'n vakuumoond (druk ≤10⁻² Pa), voeg waterstof as 'n reduktant by en verhit tot 800-1000°C om kadmiumoksiede tot gasvormige kadmium te reduseer. Kondensortemperatuur: 200-250°C; Finale suiwerheid ≥99.9995%

1. ‌Doeltreffendheid van die verwydering van onsuiwerhede‌

• Oorblywende lood, koper en ander metaalonsuiwerhede ≤0.1 dpm;
• Suurstofinhoud ≤5 dpm

V. Czochralski Enkelkristalgroei

1. ‌Smeltbeheer en Saadkristalvoorbereiding‌

• Laai hoë-suiwerheid kadmiumblokke in hoë-suiwerheid kwartskroesies, smelt onder argon by 340-360°C. Gebruik <100>-georiënteerde enkelkristal kadmiumsade (deursnee 5-8 mm), vooraf gegloei by 800°C om interne spanning uit te skakel.

1. ‌Kristal Trek Parameters‌

• Trekspoed: 1.0-1.5 mm/min (aanvanklike stadium), 0.3-0.5 mm/min (bestendige groei);
• Kroesrotasie: 5-10 rpm (teenrotasie);
• Temperatuurgradiënt: 2-5°C/mm; Vastestof-vloeistof-grensvlak temperatuurfluktuasie ≤±0.5°C

1. ‌Tegnieke vir die onderdrukking van defekte‌

• ‌Magnetiese VeldbystandDien 'n aksiale magnetiese veld van 0.2-0.5 T toe om smeltturbulensie te onderdruk en onsuiwerheidsstrepe te verminder;
• ‌Beheerde verkoeling'n Na-groei-verkoelingstempo van 10-20°C/h verminder ontwrigtingsdefekte wat deur termiese spanning veroorsaak word.

VI. Naverwerking en Gehaltebeheer

1. ‌Kristalbewerking‌

• ‌SnyGebruik diamantdraadsae om in 0.5-1.0 mm-wafers te sny teen 'n draadspoed van 20-30 m/s;
• ‌PoleringChemiese meganiese polering (CMP) met salpetersuur-etanolmengsel (1:5 vol. verhouding), wat oppervlakruheid Ra ≤0.5 nm bereik.

1. ‌Gehaltestandaarde‌

• ‌SuiwerheidGDMS (Gloei-ontladingsmassaspektrometrie) bevestig Fe, Cu, Pb ≤0.1 dpm;
• ‌Weerstandsvermoë‌: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (suiwerheid ≥99.9999%);
• ‌Kristallografiese OriëntasieAfwyking <0.5°; Ontwrigtingsdigtheid ≤10³/cm²

VII. Prosesoptimeringsrigtings

1. ‌Gerigte Onsuiwerheidsverwydering‌

• Gebruik ioonuitruilharse vir selektiewe adsorpsie van Cu, Fe, ens., gekombineer met meerstadiumsone-raffinering om 6N-graad suiwerheid (99.9999%) te bereik.

1. ‌Outomatiseringsopgraderings‌

• KI-algoritmes pas trekspoed, temperatuurgradiënte, ens. dinamies aan, wat opbrengs van 85% tot 93% verhoog;
• Vergroot die smeltkroesgrootte tot 36 duim, wat enkel-bondel voermateriaal van 2800 kg moontlik maak, wat energieverbruik tot 80 kWh/kg verminder.

1. ‌Volhoubaarheid en Hulpbronherwinning‌

• Regenereer suurwasafval via ioonuitruiling (Cd-herwinning ≥99.5%);
• Behandel uitlaatgasse met geaktiveerde koolstofadsorpsie + alkaliese skrop (Cd-dampherwinning ≥98%)

Opsomming

Die kadmiumkristalgroei- en suiweringsproses integreer hidrometallurgie, hoëtemperatuur-fisiese raffinering en presisie-kristalgroeitegnologieë. Deur suurloging, soneraffinering, elektrolise, vakuumdistillasie en Czochralski-groei – tesame met outomatisering en omgewingsvriendelike praktyke – maak dit stabiele produksie van 6N-graad ultra-hoë-suiwerheid kadmium-enkelkristalle moontlik. Hierdie voldoen aan die eise vir kerndetektors, fotovoltaïese materiale en gevorderde halfgeleiertoestelle. Toekomstige vooruitgang sal fokus op grootskaalse kristalgroei, geteikende onsuiwerheidskeiding en lae-koolstofproduksie.