Hatua na vigezo vya mchakato wa Kadimiamu

I. Utunzaji wa Malighafi Mapema na Utakaso wa Msingi

1. ‌Maandalizi ya Malisho ya Kadimiamu Safi Sana‌

• ‌Kuosha kwa Asidi‌: Ingiza ingots za kadimiamu za kiwango cha viwandani katika myeyusho wa asidi ya nitriki ya 5%-10% kwa 40-60°C kwa saa 1-2 ili kuondoa oksidi za uso na uchafu wa metali. Suuza kwa maji yaliyosafishwa hadi pH isiyo na ukali na ukauke kwa utupu.
• ‌Uvujaji wa Maji Metallurgiska‌: Tibu taka zenye kadimiamu (km, slag ya shaba-kadimiamu) na asidi ya salfa (kiwango cha 15-20%) kwa 80-90°C kwa saa 4-6, ukifikia ufanisi wa uchujaji wa kadimiamu ≥95%. Chuja na ongeza unga wa zinki (mara 1.2-1.5 uwiano wa stoichiometric) kwa ajili ya kuhamisha ili kupata kadimiamu ya sifongo‌

1. ‌Kuyeyusha na Kutupa‌

• Pakia kadimiamu ya sifongo kwenye vinu vya grafiti vyenye usafi wa hali ya juu, iyeyushe chini ya angahewa ya argon kwa nyuzi joto 320-350, na uimimine kwenye ukungu za grafiti ili kupoa polepole. Tengeneza ingots zenye msongamano ≥8.65 g/cm³

II. Usafishaji wa Eneo

1. ‌Vifaa na Vigezo‌

• Tumia tanuru za kuyeyusha zenye ukanda unaoelea zenye upana wa ukanda ulioyeyuka wa milimita 5-8, kasi ya kupita ya milimita 3-5/saa, na njia 8-12 za kusafisha. Kiwango cha halijoto: 50-80°C/cm; utupu ≤10⁻³ Pa‌
• ‌Ubaguzi wa Uchafu‌: Ukanda unaorudiwa hupita risasi iliyokolea, zinki, na uchafu mwingine kwenye mkia wa ingot. Ondoa sehemu ya mwisho yenye uchafu mwingi wa 15-20%, na kufikia usafi wa kati ≥99.999%

1. ‌Vidhibiti Muhimu‌

• Halijoto ya eneo lililoyeyuka: 400-450°C (juu kidogo ya kiwango cha kuyeyuka cha kadiamu cha 321°C);
• Kiwango cha kupoeza: 0.5-1.5°C/dakika ili kupunguza kasoro za kimiani;
• Kiwango cha mtiririko wa Argon: 10-15 L/dakika ili kuzuia oksidasheni

III. Usafishaji wa Elektroliti

1. ‌Uundaji wa Elektroliti‌

• Muundo wa elektroliti: Kadiamu salfeti (CdSO₄, 80-120 g/L) na asidi ya salfeti (pH 2-3), pamoja na gelatini 0.01-0.05 g/L iliyoongezwa ili kuongeza msongamano wa amana ya kathodi

1. ‌Vigezo vya Mchakato‌

• Anodi: Sahani ya kadimiamu ghafi; Kathodi: Sahani ya titani;
• Msongamano wa sasa: 80-120 A/m²; Volti ya seli: 2.0-2.5 V;
• Halijoto ya elektrolisisi: 30-40°C; Muda: saa 48-72; Usafi wa kathodi ≥99.99%

IV. Usafishaji wa Kupunguza Ombwe

1. ‌Kupunguza na Kutenganisha Joto la Juu‌

• Weka ingots za kadimiamu kwenye tanuru ya utupu (shinikizo ≤10⁻² Pa), ongeza hidrojeni kama kipunguzaji, na pasha hadi 800-1000°C ili kupunguza oksidi za kadimiamu kuwa kadimiamu ya gesi. Halijoto ya kondensa: 200-250°C; Usafi wa mwisho ≥99.9995%

1. ‌Ufanisi wa Kuondoa Uchafu‌

• Mabaki ya risasi, shaba, na uchafu mwingine wa metali ≤0.1 ppm;
• Kiwango cha oksijeni ≤5 ppm

Ukuaji wa Fuwele Moja wa V. Czochralski

1. ‌Udhibiti wa Kuyeyuka na Maandalizi ya Fuwele za Mbegu‌

• Pakia ingoti za kadiamu zenye usafi wa hali ya juu kwenye vinu vya quartz vyenye usafi wa hali ya juu, ziyeyushe chini ya argon kwa nyuzi joto 340-360. Tumia mbegu za kadiamu zenye umbo la fuwele moja zenye mwelekeo wa <100> (kipenyo cha milimita 5-8), zilizowekwa tayari kwa nyuzi joto 800 ili kuondoa msongo wa ndani.

1. ‌Vigezo vya Kuvuta Fuwele‌

• Kasi ya kuvuta: 1.0-1.5 mm/dakika (hatua ya awali), 0.3-0.5 mm/dakika (ukuaji thabiti);
• Mzunguko wa kusulubiwa: 5-10 rpm (mzunguko wa kukabiliana);
• Mteremko wa halijoto: 2-5°C/mm; Kubadilika kwa halijoto kwa kiolesura cha kioevu-kigumu ≤±0.5°C

1. ‌Mbinu Bora za Kukandamiza Kasoro‌

• ‌Usaidizi wa Sehemu ya Sumaku‌: Weka uwanja wa sumaku wa mhimili wa 0.2-0.5 T ili kukandamiza mtikisiko wa kuyeyuka na kupunguza migongano ya uchafu;
• ‌Upoevu UnaodhibitiwaKiwango cha kupoeza baada ya ukuaji cha 10-20°C/h hupunguza kasoro za kutengana zinazosababishwa na msongo wa joto.

VI. Udhibiti wa Ubora na Uchakataji Baada ya Uchakataji

1. ‌Uchakataji wa Fuwele‌

• ‌KukataTumia misumeno ya waya ya almasi kukata vipande vya wafer vya 0.5-1.0 mm kwa kasi ya waya ya 20-30 m/s;
• ‌Kung'arisha‌: Ung'arishaji wa kemikali kwa kutumia mchanganyiko wa asidi ya nitriki-ethanoli (uwiano wa vol. 1:5), kufikia ukali wa uso wa Ra ≤0.5 nm.

1. ‌Viwango vya Ubora‌

• ‌Usafi‌: GDMS (Spectrometry ya Utoaji wa Mwangaza) inathibitisha Fe, Cu, Pb ≤0.1 ppm;
• ‌Upinzani‌: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (usafi ≥99.9999%);
• ‌Mwelekeo wa Fuwele‌: Mkengeuko <0.5°; Msongamano wa msongamano ≤10³/cm²

VII. Maelekezo ya Uboreshaji wa Michakato

1. ‌Kuondolewa kwa Uchafu Uliolengwa‌

• Tumia resini za kubadilishana ioni kwa ajili ya ufyonzaji teule wa Cu, Fe, n.k., pamoja na uboreshaji wa ukanda wa hatua nyingi ili kufikia usafi wa daraja la 6N (99.9999%)

1. ‌Uboreshaji wa Kiotomatiki‌

• Algoriti za AI hurekebisha kasi ya kuvuta, mipito ya halijoto, n.k., na kuongeza mavuno kutoka 85% hadi 93%;
• Ongeza ukubwa wa chombo cha kusulubiwa hadi inchi 36, kuwezesha kiwango cha chakula cha kundi moja cha kilo 2800, kupunguza matumizi ya nishati hadi 80 kWh/kg

1. ‌Uendelevu na Urejeshaji wa Rasilimali‌

• Kuzalisha taka za kuosha asidi kupitia ubadilishanaji wa ioni (urejeshaji wa Cd ≥99.5%);
• Tibu gesi za kutolea moshi kwa kutumia ufyonzaji wa kaboni ulioamilishwa + kusugua kwa alkali (urejeshaji wa mvuke wa Cd ≥98%)

Muhtasari

Mchakato wa ukuaji na utakaso wa fuwele za kadimiamu unajumuisha hydrometallurgy, usafishaji wa kimwili wa halijoto ya juu, na teknolojia za ukuaji wa fuwele za usahihi. Kupitia uchujaji wa asidi, usafishaji wa eneo, elektrolisisi, unyunyiziaji wa utupu, na ukuaji wa Czochralski—pamoja na otomatiki na mazoea rafiki kwa mazingira—inawezesha uzalishaji thabiti wa fuwele moja za kadimiamu zenye usafi wa hali ya juu wa daraja la 6N. Hizi zinakidhi mahitaji ya vigunduzi vya nyuklia, vifaa vya photovoltaic, na vifaa vya hali ya juu vya semiconductor. Maendeleo ya siku zijazo yatazingatia ukuaji mkubwa wa fuwele, utenganishaji wa uchafu unaolengwa, na uzalishaji wa kaboni kidogo.