Mga hakbang at parameter ng proseso ng Cadmium

I. Pretreatment ng Raw Material at Primary Purification

1. �Paghahanda ng High-Purity Cadmium Feedstock�

• �Paghuhugas ng Acid‌ : 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 metal na dumi. Banlawan ng deionized na tubig hanggang sa neutral na pH at matuyo ang vacuum.
• �Hydrometallurgical Leaching‌ : Tratuhin ang basurang naglalaman ng cadmium (hal., copper-cadmium slag) na may sulfuric acid (15-20% na konsentrasyon) sa 80-90°C sa loob ng 4-6 na oras, na nakakamit ng ≥95% na kahusayan sa pag-leaching ng cadmium. Salain at magdagdag ng zinc powder (1.2-1.5 beses na stoichiometric ratio) para sa displacement upang makakuha ng sponge cadmium‌

1. �Pagtunaw at Paghahagis�

• I-load ang sponge cadmium sa high-purity graphite crucibles, matunaw sa ilalim ng argon atmosphere sa 320-350°C, at ibuhos sa graphite molds para sa mabagal na paglamig. Bumuo ng mga ingot na may density na ≥8.65 g/cm³

II. Pagpino ng Sona

1. �Kagamitan at Parameter�

• Gumamit ng horizontal floating zone melting furnaces na may molten zone na lapad na 5-8 mm, traverse speed na 3-5 mm/h, at 8-12 refining pass. Gradient ng temperatura: 50-80°C/cm; vacuum ≤10⁻³ Pa‌
• �Impurity Segregation‌ : Ang paulit-ulit na zone ay nagpapasa ng concentrate lead, zinc, at iba pang dumi sa ingot tail. Alisin ang huling 15-20% na seksyong mayaman sa karumihan, na makamit ang intermediate na kadalisayan ≥99.999%

1. �Mga Pangunahing Kontrol�

• Temperatura ng molten zone: 400-450°C (medyo sa itaas ng 321°C na punto ng pagkatunaw ng cadmium);
• Rate ng paglamig: 0.5-1.5°C/min para mabawasan ang mga depekto sa sala-sala;
• Argon flow rate: 10-15 L/min upang maiwasan ang oksihenasyon

III. Electrolytic Refining

1. �Pagbubuo ng Electrolyte�

• Komposisyon ng electrolyte: Cadmium sulfate (CdSO₄, 80-120 g/L) at sulfuric acid (pH 2-3), na may 0.01-0.05 g/L na gelatin na idinagdag upang mapahusay ang density ng deposito ng cathode‌

1. �Mga Parameter ng Proseso�

• Anode: Crude cadmium plate; Cathode: Titanium plate;
• Kasalukuyang density: 80-120 A/m²; Boltahe ng cell: 2.0-2.5 V;
• Temperatura ng electrolysis: 30-40°C; Tagal: 48-72 oras; Cathode purity ≥99.99%‌

IV. Vacuum Reduction Distillation

1. �Pagbawas at Paghihiwalay ng Mataas na Temperatura�

• Ilagay ang mga cadmium ingots sa isang vacuum furnace (pressure ≤10⁻² Pa), ipasok ang hydrogen bilang isang reductant, at init sa 800-1000°C upang bawasan ang mga cadmium oxide sa gaseous na cadmium. Temperatura ng condenser: 200-250°C; Panghuling kadalisayan ≥99.9995%

1. �Efficacy sa Pag-alis ng Dumi�

• Ang natitirang tingga, tanso, at iba pang mga metal na dumi ≤0.1 ppm;
• Nilalaman ng oxygen ≤5 ppm‌

V. Czochralski Single Crystal Growth

1. �Pagkontrol sa Pagtunaw at Paghahanda ng Seed Crystal�

• I-load ang high-purity cadmium ingots sa high-purity quartz crucibles, matunaw sa ilalim ng argon sa 340-360°C. Gumamit ng <100>-oriented na single-crystal cadmium seeds (diameter 5-8 mm), pre-annealed sa 800°C para alisin ang panloob na stress

1. �Mga Parameter ng Paghila ng Crystal�

• Bilis ng paghila: 1.0-1.5 mm/min (unang yugto), 0.3-0.5 mm/min (steady-state growth);
• Pag-ikot ng crucible: 5-10 rpm (counter-rotation);
• Gradient ng temperatura: 2-5°C/mm; Pagbabago ng temperatura ng solid-liquid interface ≤±0.5°C‌

1. �Mga Diskarteng Pagpigil sa Depekto�

• �Tulong sa Magnetic Field‌ : Mag-apply ng 0.2-0.5 T axial magnetic field upang sugpuin ang pagkatunaw ng turbulence at bawasan ang mga striations ng karumihan;
• �Kinokontrol na Paglamig‌ : Ang post-growth cooling rate na 10-20°C/h ay nagpapaliit sa mga dislokasyong depekto dulot ng thermal stress‌.

VI. Post-Processing at Quality Control

1. �Crystal Machining�

• �Pagputol‌ : Gumamit ng diamond wire saws para maghiwa sa 0.5-1.0 mm na mga wafer sa bilis na 20-30 m/s;
• �Pagpapakintab‌ : Chemical mechanical polishing (CMP) na may pinaghalong nitric acid-ethanol (1:5 vol. ratio), nakakamit ang pagkamagaspang sa ibabaw na Ra ≤0.5 nm.

1. �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 (purity ≥99.9999%);
• �Oryentasyong Crystallographic: Paglihis <0.5°; Densidad ng dislokasyon ≤10³/cm²

VII. Mga Direksyon sa Pag-optimize ng Proseso

1. �Naka-target na Pag-alis ng Dumi�

• 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%)‌

1. �Mga Pag-upgrade ng Automation�

• Ang mga algorithm ng AI ay dynamic na nag-aayos ng bilis ng paghila, mga gradient ng temperatura, atbp., na nagpapataas ng ani mula 85% hanggang 93%;
• Palakihin ang laki ng crucible sa 36 na pulgada, na nagbibigay-daan sa single-batch na feedstock na 2800 kg, binabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya sa 80 kWh/kg

1. �Sustainability at Resource Recovery�

• I-regenerate ang acid wash waste sa pamamagitan ng ion exchange (Cd recovery ≥99.5%);
• Tratuhin ang mga maubos na gas gamit ang activated carbon adsorption + alkaline scrubbing (Cd vapor recovery ≥98%)‌

Buod

Ang paglago ng kristal ng cadmium at proseso ng pagdalisay ay isinasama ang hydrometallurgy, mataas na temperatura na pisikal na pagdadalisay, at tumpak na mga teknolohiya sa paglaki ng kristal. Sa pamamagitan ng acid leaching, zone refining, electrolysis, vacuum distillation, at Czochralski growth—kasama ang automation at eco-friendly na mga kasanayan—nagbibigay-daan ito sa matatag na produksyon ng 6N-grade ultra-high-purity cadmium single crystals. Ang mga ito ay nakakatugon sa mga pangangailangan para sa mga nuclear detector, photovoltaic na materyales, at mga advanced na semiconductor device. Ang mga pagsulong sa hinaharap ay tututuon sa malakihang paglaki ng kristal, naka-target na paghihiwalay ng karumihan, at produksyon ng mababang carbon