Paŝoj kaj parametroj de la kadmio-procezo

I. Antaŭtraktado de Krudmaterialo kaj Primara Purigado

1. ‌Preparado de Altpureca Kadmio-Frutmaterialo‌

• ‌Acida LavadoMergu industri-kvalitajn kadmiajn orbrikojn en 5%-10%-a nitratacida solvaĵo je 40-60°C dum 1-2 horoj por forigi surfacajn oksidojn kaj metalajn malpuraĵojn. Lavu per dejonigita akvo ĝis neŭtrala pH kaj sekigu per polvosuĉilo.
• ‌Hidrometalurgia LesivadoTraktu kadmi-entenantajn rubaĵojn (ekz., kupro-kadmian skorion) per sulfata acido (15-20%-a koncentriĝo) je 80-90°C dum 4-6 horoj, atingante ≥95%-an kadmi-lesivadan efikecon. Filtru kaj aldonu zinkan pulvoron (1,2-1,5-oble stoiĥiometrian proporcion) por delokigo por akiri spongan kadmion.

1. ‌Fandado kaj Gisado‌

• Ŝarĝu spongan kadmion en altpurajn grafitajn krisolojn, fandu sub argona atmosfero je 320-350 °C, kaj verŝu en grafitajn muldilojn por malrapida malvarmigo. Formu orbrikojn kun denseco ≥8.65 g/cm³.

II. Zona Rafinado

1. ‌Ekipaĵo kaj Parametroj‌

• Uzu horizontalajn ŝvebantajn fandfornojn kun fandita zonolarĝo de 5-8 mm, traira rapideco de 3-5 mm/h, kaj 8-12 rafinadaj trairoj. Temperaturgradiento: 50-80 °C/cm; vakuo ≤10⁻³ Pa‌
• ‌Malpuraĵa ApartigoRipetataj zontrapasoj koncentras plumbon, zinkon kaj aliajn malpuraĵojn ĉe la ingota vosto. Forigu la finan 15-20% malpuraĵ-riĉan sekcion, atingante mezan purecon ≥99.999%.

1. ‌Ŝlosilaj Kontroliloj‌

• Temperaturo de fandita zono: 400-450 °C (iomete super la fandopunkto de kadmio de 321 °C);
• Malvarmigrapideco: 0,5-1,5 °C/min por minimumigi kraddifektojn;
• Argona flukvanto: 10-15 L/min por malhelpi oksidiĝon

III. Elektroliza Rafinado

1. ‌Elektrolita Formulo‌

• Elektrolita konsisto: Kadmia sulfato (CdSO₄, 80-120 g/L) kaj sulfata acido (pH 2-3), kun aldonita 0,01-0,05 g/L da gelateno por plibonigi la densecon de la katoda deponaĵo.

1. ‌Procezaj Parametroj‌

• Anodo: Kruda kadmioplato; Katodo: Titanioplato;
• Kurenta denseco: 80-120 A/m²; Ĉela tensio: 2,0-2,5 V;
• Elektroliza temperaturo: 30-40 °C; Daŭro: 48-72 horoj; Katoda pureco ≥99,99%

IV. Vakua Redukta Distilado

1. ‌Alt-Temperatura Redukto kaj Apartigo‌

• Metu kadmiajn orbrikojn en vakuan fornon (premo ≤10⁻² Pa), enkonduku hidrogenon kiel reduktanton, kaj varmigu ĝis 800-1000°C por redukti kadmiajn oksidojn al gasa kadmio. Kondensiltemperaturo: 200-250°C; Fina pureco ≥99.9995%

1. ‌Efikeco de Forigo de Malpuraĵoj‌

• Resta plumbo, kupro kaj aliaj metalaj malpuraĵoj ≤0.1 ppm;
• Oksigena enhavo ≤5 ppm

V. Czochralski Unuopa Kristala Kresko

1. ‌Fandkontrolo kaj Semkristala Preparado‌

• Ŝarĝu altpurecajn kadmiajn orbrikojn en altpurecajn kvarcajn krisolojn, fandu sub argono je 340-360 °C. Uzu <100>-orientitajn unu-kristalajn kadmiajn semojn (diametro 5-8 mm), antaŭ-kalcinigitajn je 800 °C por forigi internan streson.

1. ‌Kristalaj Tiraj Parametroj‌

• Tirrapideco: 1,0-1,5 mm/min (komenca stadio), 0,3-0,5 mm/min (stabila kresko);
• Rotacio de la krisolo: 5-10 rpm (kontraŭrotacio);
• Temperatura gradiento: 2-5 °C/mm; Temperaturfluktuo de la solida-likva interfaco ≤±0.5 °C

1. ‌Teknikoj por Subpremado de Difektoj‌

• ‌Magneta Kampa HelpoApliku aksan magnetan kampon de 0,2-0,5 T por subpremi fandturbulecon kaj redukti malpuraĵajn striojn;
• ‌Kontrolita MalvarmigoPostkreska malvarmiga rapideco de 10-20 °C/h minimumigas difektojn de dislokiĝo kaŭzitajn de termika streso.

VI. Post-prilaborado kaj Kvalitkontrolo

1. ‌Kristala Maŝinado‌

• ‌TranĉadoUzu diamantajn dratsegilojn por tranĉi en 0,5-1,0 mm oblatojn je dratrapideco de 20-30 m/s;
• ‌PoluradoKemia mekanika polurado (KMP) per miksaĵo de nitrata acido kaj etanolo (proporcio 1:5), atingante surfacan krudecon Ra ≤0.5 nm.

1. ‌Kvalitaj Normoj‌

• ‌PurecoGDMS (Lumo-Malŝarga Masa Spektrometrio) konfirmas Fe, Cu, Pb ≤0.1 ppm;
• ‌Rezistiveco‌: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (pureco ≥99.9999%);
• ‌Kristalografa OrientiĝoDevio <0.5°; Dislokacia denseco ≤10³/cm²

VII. Direktoj pri Proceza Optimumigo

1. ‌Celita Forigo de Malpuraĵoj‌

• Uzu jon-interŝanĝajn rezinojn por selektema adsorbado de Cu, Fe, ktp., kombinite kun plurŝtupa zona rafinado por atingi 6N-gradan purecon (99.9999%)

1. ‌Aŭtomataj Ĝisdatigoj‌

• AI-algoritmoj dinamike ĝustigas tirrapidecon, temperaturgradientojn, ktp., pliigante rendimenton de 85% ĝis 93%;
• Pligrandigu la grandecon de la krisolo ĝis 36 coloj, ebligante unu-aran krudmaterialon de 2800 kg, reduktante energikonsumon al 80 kWh/kg

1. ‌Daŭripovo kaj Resursa Reakiro‌

• Regeneri acidajn lavajn rubaĵojn per jona interŝanĝo (Cd-reakiro ≥99.5%);
• Traktu ellasgasojn per aktivkarba adsorbado + alkala frotado (Cd-vapora reakiro ≥98%)

Resumo

La procezo de kresko kaj purigo de kadmiokristaloj integras hidrometalurgion, alt-temperaturan fizikan rafinadon kaj precizajn teknologiojn por kresko de kristaloj. Per acida lesivado, zona rafinado, elektrolizo, vakua distilado kaj kresko de Czochralski — kune kun aŭtomatigo kaj ekologiemaj praktikoj — ĝi ebligas stabilan produktadon de 6N-gradaj ultra-purecaj kadmiaj unuopaj kristaloj. Ĉi tiuj plenumas la postulojn pri nukleaj detektiloj, fotovoltaikaj materialoj kaj progresintaj duonkonduktaĵaj aparatoj. Estontaj progresoj temigos grandskalan kristalkreskadon, celitan malpuraĵan apartigon kaj malaltkarbonan produktadon.