CN109319744A - 一种4n碲的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种4N碲的制备方法，整个制备工艺流程只有加热熔炼、扒渣除杂和浇铸成型三个步骤，具体为：通过加热熔化得到碲金属熔液，将加热熔化的碲金属熔液用预热的石墨棒搅动之后，加入造渣剂与碲熔液中的大部分的杂质结合形成浮渣，用石英扒渣勺将碲液熔上部的浮渣除去，直至碲熔液中无浮渣产生为止，通过上述的扒渣除杂过程使还原熔炼之后的碲熔液中的大部分杂质去除，而且达到了高度提纯、精炼的效果，制备得到各项指标符合要求的高纯4N碲。
Description
技术领域
本发明涉及一种4N碲的制备方法，属于金属冶金提纯领域。
背景技术
高纯碲是制备化合物半导体材料的基础材料，例如碲化镉可以用来制造发光二极管、辐射探测器和太阳能电池；碲汞镉合金是红外发射体和探测器的最佳材料；碲铋硒锑合金是一种重要的温差热电材料，可以用来发电和致冷，如用于饮水机、冰箱、空调等民用产品的致冷，也可以使用在宇宙动力系统、航空、高空天气记录仪表、军用雷达冷却器及潜艇空调装置中。然而，用于制备碲铋硒锑合金材料的金属碲的纯度必须达到 4N以上才能满足原料要求，否则直接影响到器件性能和效果。
目前，制备高纯碲的方法有区熔法、电解法和真空蒸馏法等，区熔法是利用含杂质的晶态物质熔化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中浓度是不同的方法；电解精炼法是将经过提纯的二氧化碲溶入氢氧化钠溶液配制成电解液，游离碱度控制在100g/L，以不锈钢板作阴极，普通铁板为阳极，在一定的电流、温度和时间下，在阴极板上的得到产品碲；粗碲的真空蒸馏法是依据碲具有高的蒸气压，并且与其他杂质金属的蒸气压有较大差别的原理，在高于碲熔点的温度下进行蒸馏，严格控制冷凝温度实现分段冷凝，获得高纯碲。
以纯度为1～3N的粗碲为原料制备纯度为4N碲的方法，到目前为止，最通用的是真空蒸馏法，虽然该法的提纯效果好，但缺点是回收率相对较低，工艺较复杂，需精密设备，不适于4N碲的规模化生产。
发明内容
针对上述缺陷，本发明旨在提供一种通过粗碲的加热熔炼和扒渣提纯得到4N高纯碲的方法，其特点是采用常规方法生产出的1-3N碲提纯成4N碲，为制备5-7N高纯碲作原料，要求这种新方法较传统的电解法工艺流程简单、成本低廉、环境无污染、回收率高且可以规模化生产。
本发明的目的是由以下技术措施实现，一种4N碲的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)试样制备
将粗碲球磨成碲粉，装入熔料坩埚炉中；
(2)加热熔炼
将步骤(1)中的熔料坩埚炉启动电加热系统进行加热熔化，得到液态金属碲；
(3)扒渣除杂
向步骤(2)中的上述液态金属碲中，加入造渣剂，搅动,液态金属碲中所含杂质与造渣剂结合形成浮渣，搅动的同时扒掉浮在液面上的浮渣；
(4)浇铸成型
将步骤(3)中的扒除杂质后的液态金属碲，浇铸到石墨模具中，得到碲；
(5)冷却脱模
待步骤(4)中的碲彻底冷却至室温后，将石墨模子中的碲倒出，称量记录。
优选的，所述步骤(1)中碲粉的平均粒径＜50mm。
优选的，所述步骤(1)中的熔料坩埚为石墨或石英玻璃容器。
优选的，所述步骤(1)中的碲粉的质量为70kg。
优选的，所述步骤(2)中的加热的条件为：加热段温度为600℃，保温段温度为450-- 485℃，时间为1.5—3.0h。
优选的，所述步骤(3)中使用预先加热的石墨棒不断搅动碲液。
优选的，所述步骤(3)扒渣除杂过程为3次。
优选的，第一次扒渣除杂过程为，向碲熔浆中均匀撒入30g造渣剂，造渣剂为硼酸，搅拌均匀，扒掉浮在液面上的渣。
优选的，第二次扒渣除杂过程为，重复操作第一次扒渣除杂过程。
优选的，第三次扒渣除杂过程为，均匀撒入30g造渣剂，造渣剂为硼酸和硼砂各15g，搅拌均匀，扒干净浮在液面上的渣。
下面对本发明做进一步的详述：
(1)试样制备
将粗碲球磨成碲粉，装入熔料坩埚炉中；
(2)加热熔炼
将步骤(1)中的熔料坩埚炉启动电加热系统进行加热熔化，得到液态金属碲；
(3)扒渣除杂
向步骤(2)中的上述液态金属碲中，加入造渣剂，搅动,液态金属碲中所含杂质与造渣剂结合形成浮渣，搅动的同时扒掉浮在液面上的浮渣；
(4)浇铸成型
将步骤(3)中的扒除杂质后的液态金属碲，浇铸到石墨模具中，得到碲；
(5)冷却脱模
待步骤(4)中的碲彻底冷却至室温后，将石墨模子中的碲倒出，称量记录。
优选的，所述步骤(1)中碲粉的平均粒径＜50mm。
优选的，所述步骤(1)中的熔料坩埚为石墨或石英玻璃容器。
优选的，所述步骤(1)中的碲粉的质量为70kg。
优选的，所述步骤(2)中的加热的条件为：加热段温度为600℃，保温段温度为450-- 485℃，时间为1.5—3.0h。
加热熔炼温度加热段温度为600℃，保温段温度为450--485℃。温度过高，将导致液态碲发生强烈的蒸发及氧化，造成浪费；温度过低则不能顺利完全地发生各种反应：故以加热段温度为600℃，保温段温度为450--485℃为合适的熔炼温度，效果更好。
优选的，所述步骤(3)中使用预先加热的石墨棒不断搅动碲液。
优选的，所述步骤(3)扒渣除杂过程为3次。
优选的，第一次扒渣除杂过程为，向碲熔浆中均匀撒入30g造渣剂，造渣剂为硼酸，搅拌均匀，扒掉浮在液面上的渣。
优选的，第二次扒渣除杂过程为，重复操作第一次扒渣除杂过程。
优选的，第三次扒渣除杂过程为，均匀撒入30g造渣剂，造渣剂为硼酸和硼砂各15g，搅拌均匀，扒干净浮在液面上的渣。
扒渣除杂是制备4N碲的关键步骤，通过上述的除杂过程可以将液态金属碲中起负面作用的主要杂质除去，得到各项指标符合要求的4N高纯碲。由于粗碲中含有的质量分数高于1×10-6的杂质元素有Bi，Cu，Fe，Mg，Na，Pb，Sb，Zn共8种，其中，所起负面作用最大的是Cu，Bi，Pb，Fe几种元素，因此本发明的扒渣除杂过程包括三次，通过分步加入造渣剂使碲熔液中的杂质逐渐被拔除。首先，向碲熔液中均匀撒入30g硼酸，搅动后扒掉浮在液面上的渣，该步骤能够使熔液中的含量较高的大部分杂质与造渣剂硼酸结合除去；其次，向碲熔液中均匀撒入30g硼酸，搅动后扒掉浮在液面上的渣，该步骤能够使熔浆中剩余的含量较高的杂质与造渣剂硼酸结合除去；再次，向碲熔液中加入硼酸和硼砂各15g后均匀搅拌，扒干净浮在液面上的渣，该步骤能够使熔浆中残留的含量较高的杂质与造渣剂硼酸和硼砂结合除去，达到除杂、精炼的效果。上述的扒渣除杂过程中，每次在向碲金属液中加入造渣剂之后，需要不断搅动碲熔液以使其中的杂质与造渣剂充分反应结合形成浮渣，将上浮至碲熔液上部，尽量扒除表面上的浮渣，以除去碲熔液中含量较高的杂质和减小造渣剂引入的杂质，至无浮渣产生为止。
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
1.工艺流程简单，工艺周期短：由粗碲原料制成4N精碲产品，整个工艺流程只有加热熔炼、扒渣除杂和浇铸成型三个步骤，而且是不间断的连续进行，一个工艺周期耗时短，较之同样原料得到同样产品的其他方法(如真空蒸馏、电解等)，既工艺流程简单，又工艺周期短。
2.产品的杂质含量低，纯度高；本发明的扒渣除杂过程包括三次，通过分步加入造渣剂使碲熔液中的杂质逐渐被拔除，每次在向碲熔浆中加入造渣剂之后，通过不断搅动以使其中的杂质与造渣剂充分反应结合形成浮渣，将上浮至碲熔液上部的浮渣尽量扒除，直至无浮渣产生为止。上述的除杂过程不仅能够去除碲熔液中的大部分杂质，而且能达到高度提纯、精炼的效果。
3.设备投资少，试剂用量少，成本低廉：工艺过程所需设备主要有石墨或石英玻璃坩埚和加热电炉，规模化生产可使用中频炉和石墨容器，投资小，反应试剂仅使用了造渣剂，且用量小，成本低廉。
4.工艺过程无有毒有害气体产生，环境污染小：整个工艺过程在封闭状态下进行，既能防止氧化，又不产生有毒有害气体，环境污染很小，生产十分安全。
具体实施方式
实施例1：
1、前期准备：
王水的配制：先在清洗干净的王水槽内放入60％的去离子水，然后缓慢倒入9瓶2500ml盐酸和3瓶2500ml硝酸，搅拌均匀待用。
石英操作用具的处理：石英操作用具在使用之前，先在配制好的王水中浸泡4小时以上，然后取出，用去离子水反复冲洗3次以上至干净，再干燥后备用.
石墨棒、铸型模的处理：将石墨棒、铸型模清理后用去离子水冲洗3次以上后，再放到电炉上加热至彻底干燥后备用，温度设定在400℃左右，加热时间在3小时以上.
2、物料的领用及处理：
将原料转运到生产车间，拆封后放在PVC料箱里破碎至以下的小块，混合均匀后待用。
3、铸型：
(1)、称料装炉：将砸碎后的小块碲称量，记录好后装入到熔料坩埚炉内，每次装入70kg左右，检查设备是否正常，确认正常后开启抽排风系统，和电加热系统。
(2)、加热熔炼：将温度设定好。加热段温度为600℃左右，保温段温度为450-- 485℃左右，开启电加热系统。
(3)、扒渣除杂：当料完全熔化后，用预热后的石墨棒均匀搅动碲液，均匀撒入硼酸30g，再次搅动后扒掉浮在液面上的渣，扒完渣后在重复以上操作一次，第三次则加入硼酸和硼砂各15g后均匀搅拌，扒干净浮在液面上的渣后准备铸型。
(4)、铸型成型：将扒完渣的碲液用石英把皿小心盛倒在石墨铸型模内，在碲液未完全冷却之前扒掉浮在液面的浮渣。
(5)、冷却脱模：待碲彻底冷却至室温后，戴上耐高温手套将石墨模中的碲倒出，称量记录后整齐存放在物料箱内待用。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种4N碲的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)试样制备
将粗碲球磨成碲粉，装入熔料坩埚炉中；
(2)加热熔化
将步骤(1)中的熔料坩埚炉启动电加热系统进行加热熔化，得到液态金属碲；
(3)扒渣除杂
向步骤(2)中的上述液态金属碲中，加入造渣剂，搅动,液态金属碲中所含杂质与造渣剂结合形成浮渣，搅动的同时扒掉浮在液面上的浮渣；
(4)浇铸成型
将步骤(3)中的扒除杂质后的液态金属碲，浇铸到石墨模具中，得到碲；
(5)冷却脱模
待步骤(4)中的碲彻底冷却至室温后，将石墨模子中的碲倒出，称量记录。
2.如权利要求1所述4N碲的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中碲粉的平均粒径＜50mm。
3.如权利要求1所述4N碲的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的熔料坩埚为石墨或石英玻璃容器。
4.如权利要求1所述4N碲的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的碲粉的质量为70kg。
5.如权利要求1所述4N碲的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的加热的条件为：加热段温度为600℃，保温段温度为450--485℃，时间为1.5—3.0h。
6.如权利要求1所述4N碲的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中使用预先加热的石墨棒不断搅动碲液。
7.如权利要求1所述4N碲的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)扒渣除杂过程为3次。
8.如权利要求7所述4N碲的制备方法，其特征在于，第一次扒渣除杂过程为，向碲金属液中均匀撒入30g造渣剂，造渣剂为硼酸，搅拌均匀，扒掉浮在液面上的渣。
9.如权利要求7所述4N碲的制备方法，其特征在于，第二次扒渣除杂过程为，重复操作第一次扒渣除杂过程。
10.如权利要求7所述4N碲的制备方法，其特征在于，第三次扒渣除杂过程为，均匀撒入30g造渣剂，造渣剂为硼酸和硼砂各15g，均搅拌匀，扒干净浮在液面上的渣。
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2017
- 2017-07-31 CN CN201710641471.4A patent/CN109319744A/zh active Pending
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