Léngkah-léngkah prosés kadmium sareng paraméterna

I. Perlakuan Awal Bahan Baku sareng Pemurnian Primer

1. ‌Persiapan Bahan Baku Kadmium Murni Tinggi‌

• ‌Pangumbahan Asam‌: Celupkeun ingot kadmium kelas industri dina larutan asam nitrat 5%-10% dina suhu 40-60°C salami 1-2 jam pikeun miceun oksida permukaan sareng kokotor logam. Bilas ku cai deionisasi dugi ka pH nétral teras garingkeun ku vacuum cleaner.
• ‌Pelindian Hidrometalurgi‌: Olah runtah anu ngandung kadmium (contona, terak tambaga-kadmium) ku asam sulfat (konsentrasi 15-20%) dina suhu 80-90°C salami 4-6 jam, ngahontal efisiensi pelindian kadmium ≥95%. Saring teras tambahkeun bubuk séng (1,2-1,5 kali babandingan stoikiometri) pikeun mindahkeun pikeun kéngingkeun spons kadmium‌

1. ‌Ngalemberehkeun sareng Ngecor‌

• Lebetkeun spons kadmium kana wadah grafit anu kualitasna luhur, leburkeun dina atmosfir argon dina suhu 320-350°C, teras tuangkeun kana cetakan grafit pikeun niiskeun lalaunan. Bentuk ingot kalayan kapadetan ≥8,65 g/cm³

II. Pangropéa Zona

1. ‌Peralatan sareng Parameter‌

• Anggo tungku peleburan zona ngambang horizontal kalayan lébar zona lebur 5-8 mm, kecepatan lintasan 3-5 mm/jam, sareng 8-12 kali panyulingan. Gradien suhu: 50-80°C/cm; vakum ≤10⁻³ Pa‌
• ‌Pamisahan Pangotor‌: Zona anu diulang-ulang ngaliwatkeun timbal konsentrat, séng, sareng pangotor sanésna dina buntut ingot. Cabut bagian ahir anu beunghar ku pangotor 15-20%, pikeun ngahontal kamurnian sedeng ≥99,999%

1. ‌Kontrol Konci‌

• Suhu zona lebur: 400-450°C (rada di luhur titik lebur kadmium nyaéta 321°C);
• Laju pendinginan: 0,5-1,5°C/mnt pikeun ngaminimalkeun cacad kisi;
• Laju aliran argon: 10-15 L/mnt pikeun nyegah oksidasi

III. Panyulingan Éléktrolitik

1. ‌Formulasi Éléktrolit‌

• Komposisi éléktrolit: Kadmium sulfat (CdSO₄, 80-120 g/L) sareng asam sulfat (pH 2-3), kalayan tambahan gelatin 0,01-0,05 g/L pikeun ningkatkeun kapadetan deposit katoda

1. ‌Parameter Prosés‌

• Anoda: Pelat kadmium atah; Katoda: Pelat titanium;
• Kapadetan arus: 80-120 A/m²; Tegangan sél: 2.0-2.5 V;
• Suhu éléktrolisis: 30-40°C; Durasi: 48-72 jam; Kamurnian katoda ≥99,99%‌

IV. Distilasi Réduksi Vakum

1. ‌Pangurangan sareng Pamisahan Suhu Luhur‌

• Lebetkeun ingot kadmium kana tungku vakum (tekanan ≤10⁻² Pa), lebetkeun hidrogén salaku réduktan, teras panaskeun dugi ka 800-1000°C pikeun ngirangan oksida kadmium janten gas kadmium. Suhu kondénsor: 200-250°C; Kamurnian ahir ≥99,9995%

1. ‌Khasiat Ngaleungitkeun Kokotor‌

• Sésa timbal, tambaga, sareng pangotor logam sanésna ≤0,1 ppm;
• Eusi oksigén ≤5 ppm

V. Czochralski Tumuwuhna Kristal Tunggal

1. ‌Kontrol Leleh sareng Persiapan Kristal Siki‌

• Muatkeun ingot kadmium murni kana wadah kuarsa murni, leburkeun dina argon dina suhu 340-360°C. Anggo siki kadmium kristal tunggal anu berorientasi <100> (diaméter 5-8 mm), anu tos dipanaskeun dina suhu 800°C pikeun ngaleungitkeun setrés internal.

1. ‌Parameter Penarik Kristal‌

• Laju narik: 1.0-1.5 mm/mnt (tahap awal), 0.3-0.5 mm/mnt (pertumbuhan ajeg);
• Rotasi wadah: 5-10 rpm (rotasi lawan);
• Gradien suhu: 2-5°C/mm; Fluktuasi suhu antarmuka padet-cair ≤±0.5°C‌

1. ‌Téhnik Ngurangan Cacad‌

• ‌Bantuan Medan Magnét‌: Terapkeun médan magnét aksial 0,2-0,5 T pikeun ngurangan turbulénsi lééh sareng ngirangan striasi pangotor;
• ‌Pendinginan anu Dikontrol‌: Laju pendinginan pasca-pertumbuhan 10-20°C/jam ngaminimalkeun cacad dislokasi anu disababkeun ku setrés termal‌.

VI. Pasca-Pamrosesan sareng Kontrol Kualitas

1. ‌Mesin Kristal‌

• ‌Motong‌: Anggo gergaji kawat inten pikeun motong jadi wafer 0,5-1,0 mm dina kecepatan kawat 20-30 m/s;
• ‌Ngagosok‌: Pemolesan mékanis kimiawi (CMP) nganggo campuran asam nitrat-étanol (rasio 1:5 vol.), ngahontal karasana permukaan Ra ≤0,5 nm.

1. ‌Standar Kualitas‌

• ‌Kamurnian‌: GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometry) mastikeun Fe, Cu, Pb ≤0.1 ppm;
• ‌Résistansi‌: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (kamurnian ≥99.9999%);
• ‌Orientasi Kristalografi‌: Déviasi <0.5°; Kapadetan dislokasi ≤10³/cm²

VII. Pituduh Optimasi Prosés

1. ‌Ngaleungitkeun Kokotor anu Ditujukeun‌

• Anggo résin tukeur ion pikeun adsorpsi selektif Cu, Fe, jsb., digabungkeun sareng pamurnian zona multi-tahap pikeun ngahontal kamurnian tingkat 6N (99,9999%)‌

1. ‌Peningkatan Otomatisasi‌

• Algoritma AI sacara dinamis nyaluyukeun kecepatan tarikan, gradien suhu, jsb., ningkatkeun hasil tina 85% janten 93%;
• Ningkatkeun ukuran wadahna jadi 36 inci, ngamungkinkeun bahan baku single-batch 2800 kg, ngurangan konsumsi énergi jadi 80 kWh/kg

1. ‌Kalestarian sareng Pamulihan Sumber Daya‌

• Ngahasilkeun deui runtah cuci asam ngaliwatan pertukaran ion (pamulihan Cd ≥99,5%);
• Ngolah gas buangan ku adsorpsi karbon aktif + ngagosok basa (pamulihan uap Cd ≥98%)

Ringkesan

Prosés kamekaran sareng purifikasi kristal kadmium ngahijikeun hidrometalurgi, pamurnian fisik suhu luhur, sareng téknologi kamekaran kristal presisi. Ngaliwatan pelindian asam, pamurnian zona, éléktrolisis, distilasi vakum, sareng kamekaran Czochralski—digabungkeun sareng otomatisasi sareng prakték ramah lingkungan—éta ngamungkinkeun produksi kristal tunggal kadmium ultra-luhur tingkat 6N anu stabil. Ieu nyumponan paménta pikeun detektor nuklir, bahan fotovoltaik, sareng alat semikonduktor canggih. Kamajuan ka hareup bakal fokus kana kamekaran kristal skala ageung, pamisahan pangotor anu dituju, sareng produksi karbon rendah.