కాడ్మియం ప్రక్రియ దశలు మరియు పారామితులు

I. ముడి పదార్థాల ముందస్తు చికిత్స మరియు ప్రాథమిక శుద్దీకరణ

1. ‌అధిక స్వచ్ఛత కలిగిన కాడ్మియం ఫీడ్‌స్టాక్ తయారీ‌

• ‌యాసిడ్ వాషింగ్: పారిశ్రామిక గ్రేడ్ కాడ్మియం కడ్డీలను 5%-10% నైట్రిక్ యాసిడ్ ద్రావణంలో 40-60°C వద్ద 1-2 గంటలు ముంచి ఉపరితల ఆక్సైడ్‌లు మరియు లోహ మలినాలను తొలగించండి. తటస్థ pH మరియు వాక్యూమ్ ఆరిపోయే వరకు డీయోనైజ్డ్ నీటితో శుభ్రం చేసుకోండి.
• ‌హైడ్రోమెటలర్జికల్ లీచింగ్: కాడ్మియం కలిగిన వ్యర్థాలను (ఉదా., రాగి-కాడ్మియం స్లాగ్) 80-90°C వద్ద సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంతో (15-20% గాఢత) 4-6 గంటలు శుద్ధి చేయండి, తద్వారా ≥95% కాడ్మియం లీచింగ్ సామర్థ్యాన్ని సాధిస్తుంది. స్పాంజ్ కాడ్మియం పొందడానికి స్థానభ్రంశం కోసం జింక్ పౌడర్ (1.2-1.5 రెట్లు స్టోయికియోమెట్రిక్ నిష్పత్తి) ను ఫిల్టర్ చేసి జోడించండి.

1. ‌కరిగించడం మరియు కాస్టింగ్‌

• స్పాంజ్ కాడ్మియంను అధిక స్వచ్ఛత గల గ్రాఫైట్ క్రూసిబుల్స్‌లో లోడ్ చేయండి, ఆర్గాన్ వాతావరణంలో 320-350°C వద్ద కరిగించి, నెమ్మదిగా చల్లబరచడానికి గ్రాఫైట్ అచ్చులలో పోయాలి. ≥8.65 గ్రా/సెం.మీ³ సాంద్రత కలిగిన కడ్డీలను ఏర్పరచండి.

II. జోన్ రిఫైనింగ్

1. ‌పరికరాలు మరియు పారామితులు‌

• 5-8 మిమీ కరిగిన జోన్ వెడల్పు, 3-5 మిమీ/గం ట్రావర్స్ వేగం మరియు 8-12 రిఫైనింగ్ పాస్‌లు కలిగిన క్షితిజ సమాంతర ఫ్లోటింగ్ జోన్ మెల్టింగ్ ఫర్నేసులను ఉపయోగించండి. ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత: 50-80°C/సెం.మీ; వాక్యూమ్ ≤10⁻³ Pa.
• ‌కల్మష విభజన: పునరావృత జోన్ ఇంగోట్ టెయిల్ వద్ద గాఢత సీసం, జింక్ మరియు ఇతర మలినాలను పంపుతుంది. చివరి 15-20% మలినాలతో కూడిన విభాగాన్ని తొలగించి, ఇంటర్మీడియట్ స్వచ్ఛత ≥99.999% సాధిస్తుంది.

1. ‌కీ నియంత్రణలు‌

• కరిగిన జోన్ ఉష్ణోగ్రత: 400-450°C (కాడ్మియం ద్రవీభవన స్థానం 321°C కంటే కొంచెం ఎక్కువ);
• శీతలీకరణ రేటు: లాటిస్ లోపాలను తగ్గించడానికి 0.5-1.5°C/నిమి;
• ఆర్గాన్ ప్రవాహం రేటు: ఆక్సీకరణను నిరోధించడానికి 10-15 L/నిమి

III. విద్యుద్విశ్లేషణ శుద్ధి

1. ‌ఎలక్ట్రోలైట్ ఫార్ములేషన్‌

• ఎలక్ట్రోలైట్ కూర్పు: కాడ్మియం సల్ఫేట్ (CdSO₄, 80-120 గ్రా/లీ) మరియు సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం (pH 2-3), కాథోడ్ నిక్షేప సాంద్రతను పెంచడానికి 0.01-0.05 గ్రా/లీ జెలటిన్ జోడించబడింది.

1. ‌ప్రాసెస్ పారామితులు‌

• ఆనోడ్: ముడి కాడ్మియం ప్లేట్; కాథోడ్: టైటానియం ప్లేట్;
• ప్రస్తుత సాంద్రత: 80-120 A/m²; సెల్ వోల్టేజ్: 2.0-2.5 V;
• విద్యుద్విశ్లేషణ ఉష్ణోగ్రత: 30-40°C; వ్యవధి: 48-72 గంటలు; కాథోడ్ స్వచ్ఛత ≥99.99%

IV. వాక్యూమ్ రిడక్షన్ డిస్టిలేషన్

1. ‌అధిక-ఉష్ణోగ్రత తగ్గింపు మరియు విభజన‌

• కాడ్మియం కడ్డీలను వాక్యూమ్ ఫర్నేస్‌లో ఉంచండి (పీడనం ≤10⁻² Pa), హైడ్రోజన్‌ను రిడక్డెంట్‌గా పరిచయం చేసి, కాడ్మియం ఆక్సైడ్‌లను వాయు రూపంలోని కాడ్మియంగా తగ్గించడానికి 800-1000°C వరకు వేడి చేయండి. కండెన్సర్ ఉష్ణోగ్రత: 200-250°C; తుది స్వచ్ఛత ≥99.9995%

1. ‌మలినాలను తొలగించే సామర్థ్యం‌

• అవశేష సీసం, రాగి మరియు ఇతర లోహ మలినాలు ≤0.1 ppm;
• ఆక్సిజన్ కంటెంట్ ≤5 ppm‌

వి. జోక్రాల్స్కీ సింగిల్ క్రిస్టల్ గ్రోత్

1. ‌ద్రవీభవన నియంత్రణ మరియు విత్తన స్ఫటికాల తయారీ‌

• అధిక-స్వచ్ఛత కలిగిన కాడ్మియం కడ్డీలను అధిక-స్వచ్ఛత కలిగిన క్వార్ట్జ్ క్రూసిబుల్స్‌లోకి లోడ్ చేయండి, ఆర్గాన్ కింద 340-360°C వద్ద కరిగించండి. అంతర్గత ఒత్తిడిని తొలగించడానికి 800°C వద్ద ప్రీ-ఎనియల్ చేయబడిన <100>-ఓరియెంటెడ్ సింగిల్-స్ఫటిక కాడ్మియం విత్తనాలను (వ్యాసం 5-8 మిమీ) ఉపయోగించండి.

1. ‌క్రిస్టల్ పుల్లింగ్ పారామితులు‌

• పుల్లింగ్ వేగం: 1.0-1.5 mm/min (ప్రారంభ దశ), 0.3-0.5 mm/min (స్థిరమైన-స్థితి పెరుగుదల);
• క్రూసిబుల్ భ్రమణం: 5-10 rpm (ప్రతి-భ్రమణం);
• ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత: 2-5°C/mm; ఘన-ద్రవ ఇంటర్‌ఫేస్ ఉష్ణోగ్రత హెచ్చుతగ్గులు ≤±0.5°C‌

1. ‌లోప నివారణ పద్ధతులు‌

• ‌అయస్కాంత క్షేత్ర సహాయం: కరిగే అల్లకల్లోలాన్ని అణిచివేయడానికి మరియు అశుద్ధత స్ట్రైషన్‌లను తగ్గించడానికి 0.2-0.5 T అక్షసంబంధ అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని వర్తింపజేయండి;
• ‌నియంత్రిత శీతలీకరణ: పెరుగుదల తర్వాత శీతలీకరణ రేటు 10-20°C/h ఉష్ణ ఒత్తిడి వల్ల కలిగే డిస్‌లోకేషన్ లోపాలను తగ్గిస్తుంది.

VI. పోస్ట్-ప్రాసెసింగ్ మరియు నాణ్యత నియంత్రణ

1. ‌క్రిస్టల్ మ్యాచింగ్‌

• ‌కట్టింగ్: 20-30 మీ/సె వైర్ వేగంతో 0.5-1.0 మిమీ వేఫర్‌లుగా ముక్కలు చేయడానికి డైమండ్ వైర్ రంపాలను ఉపయోగించండి;
• ‌పాలిషింగ్: నైట్రిక్ యాసిడ్-ఇథనాల్ మిశ్రమంతో (1:5 వాల్యూమ్ నిష్పత్తి) కెమికల్ మెకానికల్ పాలిషింగ్ (CMP), ఉపరితల కరుకుదనం Ra ≤0.5 nm సాధించడం.

1. ‌నాణ్యతా ప్రమాణాలు‌

• ‌స్వచ్ఛత: GDMS (గ్లో డిశ్చార్జ్ మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ) Fe, Cu, Pb ≤0.1 ppm ని నిర్ధారిస్తుంది;
• ‌నిరోధకత: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (స్వచ్ఛత ≥99.9999%);
• ‌క్రిస్టలోగ్రాఫిక్ ఓరియంటేషన్: విచలనం <0.5°; డిస్లోకేషన్ సాంద్రత ≤10³/సెం.మీ²

VII. ప్రాసెస్ ఆప్టిమైజేషన్ దిశలు

1. ‌లక్ష్యంగా చేసుకున్న మలినం తొలగింపు‌

• 6N-గ్రేడ్ స్వచ్ఛత (99.9999%) సాధించడానికి బహుళ-దశల జోన్ శుద్ధితో కలిపి, Cu, Fe మొదలైన వాటి యొక్క ఎంపిక శోషణ కోసం అయాన్-ఎక్స్ఛేంజ్ రెసిన్‌లను ఉపయోగించండి.

1. ‌ఆటోమేషన్ అప్‌గ్రేడ్‌లు‌

• AI అల్గోరిథంలు లాగడం వేగం, ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతలు మొదలైనవాటిని డైనమిక్‌గా సర్దుబాటు చేస్తాయి, దిగుబడిని 85% నుండి 93%కి పెంచుతాయి;
• క్రూసిబుల్ సైజును 36 అంగుళాలకు పెంచండి, 2800 కిలోల సింగిల్-బ్యాచ్ ఫీడ్‌స్టాక్‌ను అనుమతిస్తుంది, శక్తి వినియోగాన్ని 80 kWh/kgకి తగ్గిస్తుంది.

1. ‌స్థిరత్వం మరియు వనరుల పునరుద్ధరణ‌

• అయాన్ మార్పిడి ద్వారా యాసిడ్ వాష్ వ్యర్థాలను పునరుత్పత్తి చేయండి (Cd రికవరీ ≥99.5%);
• ఎగ్జాస్ట్ వాయువులను యాక్టివేటెడ్ కార్బన్ అడ్సార్ప్షన్ + ఆల్కలీన్ స్క్రబ్బింగ్ (సిడి ఆవిరి రికవరీ ≥98%) తో చికిత్స చేయండి.

సారాంశం

కాడ్మియం క్రిస్టల్ పెరుగుదల మరియు శుద్దీకరణ ప్రక్రియ హైడ్రోమెటలర్జీ, అధిక-ఉష్ణోగ్రత భౌతిక శుద్ధి మరియు ఖచ్చితమైన క్రిస్టల్ పెరుగుదల సాంకేతికతలను అనుసంధానిస్తుంది. యాసిడ్ లీచింగ్, జోన్ రిఫైనింగ్, విద్యుద్విశ్లేషణ, వాక్యూమ్ డిస్టిలేషన్ మరియు జోక్రాల్స్కీ పెరుగుదల ద్వారా - ఆటోమేషన్ మరియు పర్యావరణ అనుకూల పద్ధతులతో కలిపి - ఇది 6N-గ్రేడ్ అల్ట్రా-హై-ప్యూరిటీ కాడ్మియం సింగిల్ స్ఫటికాల స్థిరమైన ఉత్పత్తిని అనుమతిస్తుంది. ఇవి న్యూక్లియర్ డిటెక్టర్లు, ఫోటోవోల్టాయిక్ పదార్థాలు మరియు అధునాతన సెమీకండక్టర్ పరికరాల డిమాండ్లను తీరుస్తాయి. భవిష్యత్ పురోగతులు పెద్ద-స్థాయి క్రిస్టల్ పెరుగుదల, లక్ష్య అశుద్ధత విభజన మరియు తక్కువ-కార్బన్ ఉత్పత్తిపై దృష్టి పెడతాయి.