I. Paghahanda ng Hilaw na Materyales at Pangunahing Paglilinis
- Paghahanda ng Mataas na Kadalisayan na Cadmium Feedstock
- Paghuhugas ng Asido: Ilubog ang mga industrial-grade cadmium ingots sa 5%-10% nitric acid solution sa 40-60°C sa loob ng 1-2 oras upang maalis ang mga surface oxide at mga metallic impurities. Banlawan ng deionized water hanggang sa maging neutral ang pH at patuyuin gamit ang vacuum.
- Hydrometallurgical Leaching: Tratuhin ang mga basurang naglalaman ng cadmium (hal., copper-cadmium slag) gamit ang sulfuric acid (15-20% na konsentrasyon) sa 80-90°C sa loob ng 4-6 na oras, upang makamit ang ≥95% na kahusayan sa pag-leach ng cadmium. Salain at magdagdag ng zinc powder (1.2-1.5 beses na stoichiometric ratio) para sa displacement upang makuha ang sponge cadmium
- Pagtunaw at Paghahagis
- Maglagay ng sponge cadmium sa mga high-purity graphite crucible, tunawin sa ilalim ng argon atmosphere sa 320-350°C, at ibuhos sa mga graphite mold para sa mabagal na paglamig. Bumuo ng mga ingot na may density na ≥8.65 g/cm³
II. Pagpino ng Sona
- Kagamitan at mga Parameter
- Gumamit ng pahalang na lumulutang na mga hurno ng pagtunaw para sa sonang may lapad na 5-8 mm para sa tinunaw na sona, bilis ng pagdaan na 3-5 mm/h, at 8-12 pagdaan sa pagpino. Gradient ng temperatura: 50-80°C/cm; vacuum ≤10⁻³ Pa
- Paghihiwalay ng Karumihan: Ang paulit-ulit na sona ay dumadaan sa concentrate lead, zinc, at iba pang mga dumi sa buntot ng ingot. Tanggalin ang huling 15-20% na bahaging mayaman sa dumi, upang makamit ang intermediate purity na ≥99.999%
- Mga Kontrol sa Susi
- Temperatura ng natunaw na sona: 400-450°C (medyo mas mataas sa melting point ng cadmium na 321°C);
- Bilis ng paglamig: 0.5-1.5°C/min upang mabawasan ang mga depekto sa sala-sala;
- Bilis ng daloy ng argon: 10-15 L/min upang maiwasan ang oksihenasyon
III. Pagpino ng Elektrolitiko
- Pormulasyon ng Elektrolito
- Komposisyon ng elektrolit: Cadmium sulfate (CdSO₄, 80-120 g/L) at sulfuric acid (pH 2-3), na may idinagdag na 0.01-0.05 g/L gelatin upang mapahusay ang densidad ng deposito ng cathode
- Mga Parameter ng Proseso
- Anode: Krudong plaka ng kadmyum; Cathode: Plato ng titan;
- Densidad ng kasalukuyang: 80-120 A/m²; Boltahe ng selula: 2.0-2.5 V;
- Temperatura ng elektrolisis: 30-40°C; Tagal: 48-72 oras; Kadalisayan ng katodo ≥99.99%
IV. Distilasyon ng Pagbawas ng Vacuum
- Pagbabawas at Paghihiwalay ng Mataas na Temperatura
- Ilagay ang mga cadmium ingot sa isang vacuum furnace (presyon ≤10⁻² Pa), maglagay ng hydrogen bilang reductant, at painitin sa 800-1000°C upang gawing gaseous cadmium ang mga cadmium oxide. Temperatura ng condenser: 200-250°C; Pangwakas na kadalisayan ≥99.9995%
- Bisa ng Pag-alis ng Karumihan
- Mga natitirang tingga, tanso, at iba pang mga duming metal ≤0.1 ppm;
- Nilalaman ng oksiheno ≤5 ppm
V. Czochralski Paglago ng Isang Kristal
- Pagkontrol ng Pagkatunaw at Paghahanda ng Kristal ng Binhi
- Magkarga ng mga high-purity cadmium ingots sa mga high-purity quartz crucibles, tunawin sa ilalim ng argon sa 340-360°C. Gumamit ng <100>-oriented single-crystal cadmium seeds (diameter 5-8 mm), pre-annealed sa 800°C upang maalis ang internal stress.
- Mga Parameter ng Paghila ng Kristal
- Bilis ng paghila: 1.0-1.5 mm/min (unang yugto), 0.3-0.5 mm/min (matatag na paglaki);
- Pag-ikot ng tunawan ng metal: 5-10 rpm (kontra-pag-ikot);
- Gradient ng temperatura: 2-5°C/mm; Pagbabago-bago ng temperatura sa pagitan ng solid at likidong interface ≤±0.5°C
- Mga Teknik sa Pagsugpo ng Depekto
- Tulong sa Magnetic Field: Maglagay ng 0.2-0.5 T axial magnetic field upang sugpuin ang melt turbulence at mabawasan ang mga impurity striations;
- Kontroladong Pagpapalamig: Ang bilis ng paglamig pagkatapos ng paglaki na 10-20°C/h ay nakakabawas sa mga depekto sa dislokasyon na dulot ng thermal stress.
VI. Post-Processing at Kontrol sa Kalidad
- Pagmakina ng Kristal
- Pagputol: Gumamit ng mga lagari na may diamond wire upang hiwain sa 0.5-1.0 mm na mga wafer sa bilis ng alambre na 20-30 m/s;
- Pagpapakintab: Kemikal at mekanikal na pagpapakintab (CMP) gamit ang pinaghalong nitric acid-ethanol (1:5 vol. ratio), na nakakamit ng surface roughness na Ra ≤0.5 nm.
- Mga Pamantayan sa Kalidad
- Kadalisayan: Kinukumpirma ng GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometry) ang Fe, Cu, Pb ≤0.1 ppm;
- Resistivity: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (kadalisayan ≥99.9999%);
- Oryentasyong Kristalograpikal: Paglihis <0.5°; Densidad ng dislokasyon ≤10³/cm²
VII. Mga Direksyon sa Pag-optimize ng Proseso
- Naka-target na Pag-alis ng Karumihan
- Gumamit ng ion-exchange resins para sa selective adsorption ng Cu, Fe, atbp., na sinamahan ng multi-stage zone refining upang makamit ang 6N-grade purity (99.9999%)
- Mga Pag-upgrade sa Awtomasyon
- Dynamic na inaayos ng mga AI algorithm ang bilis ng paghila, mga gradient ng temperatura, atbp., na nagpapataas ng ani mula 85% hanggang 93%;
- Palakihin ang laki ng crucible sa 36 pulgada, na magbibigay-daan sa single-batch feedstock na 2800 kg, na magbabawas sa konsumo ng enerhiya sa 80 kWh/kg
- Pagpapanatili at Pagbawi ng Yaman
- Ibalik ang dating anyo ng mga dumi mula sa acid wash sa pamamagitan ng ion exchange (pagbawi ng Cd ≥99.5%);
- Tratuhin ang mga gas na tambutso gamit ang activated carbon adsorption + alkaline scrubbing (pagbawi ng singaw ng Cd ≥98%)
Buod
Ang proseso ng paglaki at paglilinis ng kristal ng cadmium ay pinagsasama ang hydrometallurgy, high-temperature physical refining, at mga teknolohiya sa paglaki ng kristal na may katumpakan. Sa pamamagitan ng acid leaching, zone refining, electrolysis, vacuum distillation, at Czochralski growth—kasama ang automation at mga eco-friendly na kasanayan—ito ay nagbibigay-daan sa matatag na produksyon ng 6N-grade ultra-high-purity cadmium single crystals. Natutugunan nito ang mga pangangailangan para sa mga nuclear detector, photovoltaic materials, at mga advanced na semiconductor device. Ang mga pagsulong sa hinaharap ay tututok sa malawakang paglaki ng kristal, naka-target na paghihiwalay ng impurity, at low-carbon production.
Oras ng pag-post: Abr-06-2025