Kadmio prozesuaren urratsak eta parametroak

I. Lehengaien aurretratamendua eta lehen mailako arazketa

1. ‌Kadmio purutasun handiko lehengaien prestaketa‌

• ‌Azido garbiketaMurgildu kadmio lingote industrialak % 5-% 10eko azido nitriko disoluzioan 40-60 °C-tan 1-2 orduz gainazaleko oxidoak eta ezpurutasun metalikoak kentzeko. Garbitu ur desionizatuarekin pH neutroa izan arte eta lehortu xurgagailuarekin.
• ‌Lixibiazio hidrometalurgikoaKadmioa duten hondakinak (adibidez, kobre-kadmio zepa) azido sulfurikoarekin (% 15-20ko kontzentrazioa) tratatu 80-90 °C-tan 4-6 orduz, kadmioaren lixibiazio-eraginkortasuna % ≥95 lortuz. Iragazi eta gehitu zink hautsa (1,2-1,5 aldiz estekiometrikoki erlazioa) lekualdatze-prozesuan belaki kadmioa lortzeko.

1. ‌Urtzea eta galdaketa‌

• Kargatu kadmio belakia grafitozko gurutzetan, urtu argon atmosferan 320-350 °C-tan eta bota grafitozko moldeetan poliki hozteko. Sortu ≥8,65 g/cm³ dentsitatea duten lingoteak.

II. Eremuaren fintzea

1. ‌Ekipamendua eta parametroak‌

• Erabili urtze-labe horizontal flotatzaileak, 5-8 mm-ko zabalera duten urtutako eremuarekin, 3-5 mm/h-ko zeharkatze-abiadurarekin eta 8-12 fintze-paseekin. Tenperatura-gradientea: 50-80 °C/cm; hutsunea ≤10⁻³ Pa‌
• ‌Ezpurutasunen bereizketa‌: Eremu errepikatuak beruna, zinka eta beste ezpurutasun batzuk lingotearen isatsean kontzentratzen ditu. Azken % 15-20ko ezpurutasunetan aberatsa den atala kentzen du, tarteko purutasuna % 99,999 ≥ lortuz.

1. ‌Kontrol nagusiak‌

• Urtutako eremuaren tenperatura: 400-450 °C (kadmioaren 321 °C-ko urtze-puntuaren gainetik apur bat);
• Hozte-abiadura: 0,5-1,5 °C/min sare-akatsak minimizatzeko;
• Argon-fluxua: 10-15 L/min oxidazioa saihesteko

III. Fintze elektrolitikoa

1. ‌Elektrolitoen Formulazioa‌

• Elektrolitoen konposizioa: Kadmio sulfatoa (CdSO₄, 80-120 g/L) eta azido sulfurikoa (pH 2-3), 0,01-0,05 g/L gelatina gehituta katodoaren gordailuaren dentsitatea hobetzeko.

1. ‌Prozesuaren parametroak‌

• Anodoa: Kadmiozko plaka gordina; Katodoa: Titaniozko plaka;
• Korronte-dentsitatea: 80-120 A/m²; Zelularen tentsioa: 2,0-2,5 V;
• Elektrolisiaren tenperatura: 30-40 °C; Iraupena: 48-72 ordu; Katodoaren purutasuna ≥ % 99,99

IV. Hutsean murrizteko destilazioa

1. ‌Tenperatura Altuko Murrizketa eta Banaketa‌

• Jarri kadmio lingoteak huts-labe batean (presioa ≤10⁻² Pa), sartu hidrogenoa erreduktore gisa eta berotu 800-1000 °C-ra kadmio oxidoak kadmio gaseoso bihurtzeko. Kondentsadorearen tenperatura: 200-250 °C; Azken purutasuna ≥% 99,9995

1. ‌Ezpurutasunak kentzeko eraginkortasuna‌

• Berun, kobre eta beste metalezko ezpurutasun hondarrak ≤0,1 ppm;
• Oxigeno edukia ≤5 ppm

V. Czochralski Kristal bakarreko hazkundea

1. ‌Urtze-kontrola eta hazi-kristalen prestaketa‌

• Kargatu kadmio lingote puruak kuartzozko gurutzetan, eta urtu argonaren azpian 340-360 °C-tan. Erabili <100> orientazioko kristal bakarreko kadmio haziak (5-8 mm-ko diametroa), 800 °C-tan aurrez erregosiak barne-tentsioa ezabatzeko.

1. ‌Kristalezko tiraketaren parametroak‌

• Tiratze-abiadura: 1,0-1,5 mm/min (hasierako fasea), 0,3-0,5 mm/min (hazkunde egonkorra);
• Gurgolaren biraketa: 5-10 bira/min (kontrako biraketa);
• Tenperatura gradientea: 2-5 °C/mm; Solido-likido interfazearen tenperaturaren gorabehera ≤±0,5 °C

1. ‌Akatsak ezabatzeko teknikak‌

• ‌Eremu magnetikoaren laguntzaAplikatu 0,2-0,5 T-ko eremu magnetiko axiala urtutako turbulentzia kentzeko eta ezpurutasunen ildaskak murrizteko;
• ‌Hozte kontrolatuaHazkuntza osteko 10-20 °C/h-ko hozte-tasak tentsio termikoak eragindako dislokazio-akatsak minimizatzen ditu.

VI. Postprozesamendua eta Kalitate Kontrola

1. ‌Kristalen Mekanizazioa‌

• ‌EbaketaErabili diamantezko alanbre-zerrak 0,5-1,0 mm-ko obleak ebakitzeko 20-30 m/s-ko alanbre-abiaduran;
• ‌LeuntzeaLeuntze kimiko mekanikoa (CMP) azido nitriko-etanol nahasketarekin (1:5 bolumen-erlazioa), Ra ≤0,5 nm-ko gainazalaren zimurtasuna lortuz.

1. ‌Kalitate Arauak‌

• ‌GarbitasunaGDMS-k (Glow Discharge Mass Spectrometry) Fe, Cu, Pb ≤0.1 ppm baieztatzen ditu;
• ‌Erresistentzia‌: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (purutasuna ≥% 99,9999);
• ‌Orientazio kristalografikoaDesbideratzea <0,5°; Dislokazio-dentsitatea ≤10³/cm²

VII. Prozesuen Optimizazio Jarraibideak

1. ‌Ezpurutasunen kentze zuzendua‌

• Erabili ioi-trukerako erretxinak Cu, Fe eta abarren adsorzio selektiborako, fase anitzeko zona-fintzearekin konbinatuta 6N mailako purutasuna (% 99,9999) lortzeko.

1. ‌Automatizazio-hobekuntzak‌

• AI algoritmoek dinamikoki doitzen dituzte tiratze-abiadura, tenperatura-gradienteak eta abar, etekina % 85etik % 93ra handituz;
• Handitu gurutzaduraren tamaina 36 hazbeteraino, 2800 kg-ko lehengai-multzo bakarrean ekoizteko aukera emanez, energia-kontsumoa 80 kWh/kg-ra murriztuz.

1. ‌Iraunkortasuna eta Baliabideen Berreskurapena‌

• Birsortu azido-garbiketa hondakinak ioi-trukearen bidez (Cd berreskurapena ≥% 99,5);
• Ihes-gasak ikatz aktibatuaren adsorzioarekin + garbiketa alkalinoarekin tratatu (Cd lurrunaren berreskurapena ≥% 98)

Laburpena

Kadmio kristalen hazkuntza eta purifikazio prozesuak hidrometalurgia, tenperatura altuko fintze fisikoa eta kristalen hazkuntza-teknologia zehatzak integratzen ditu. Azido-lixibiazioa, zona-fintzea, elektrolisia, hutsean destilazioa eta Czochralski hazkuntzaren bidez —automatizazioarekin eta praktika ekologikoekin batera—, 6N mailako kadmio kristal bakarreko ultra-purutasuneko ekoizpen egonkorra ahalbidetzen du. Hauek detektagailu nuklearren, material fotovoltaikoen eta gailu erdieroale aurreratuen eskaerei erantzuten diete. Etorkizuneko aurrerapenek kristalen hazkuntza eskala handian, ezpurutasunen bereizketa zuzenduan eta karbono gutxiko ekoizpenean zentratuko dira.