CN112758901B - 一种高纯碲的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯碲的制备方法，属于提纯技术领域。本发明所述高纯碲的制备方法将化学法与物理法相结合，首先通过化学氢化法将原料中的Se含量降低，随后在特定的提纯坩埚中以高纯籽晶诱导，在特定条件下生长高纯碲产品。该方法不仅操作步骤简单，可实现工业化大规模生产，同时所得产品的纯度高且规格统一。本发明还公开了一种用于本发明所述高纯碲的制备方法的提纯坩埚。
Description
技术领域
本发明涉及提纯技术领域，具体涉及一种高纯碲的制备方法。
背景技术
碲及其化合物应用广泛，其被应用的下游行业包括太阳能、合金、热电制冷、电子、橡胶等，被国家誉为“国家防务、尖端技术、现代工业中的维生素”。碲的纯度直接影响其材料性能，所以高纯碲的制备才是关键。高纯碲制备方法主要有物理方法和化学方法。化学提纯法是通过氧化、还原的化学反应把碲从杂质中分离开，这种方法灵活性强、选择性大，具体包括苏打粉焙烧法、碱性高压浸出法、硫酸化焙烧法、氧化酸浸法、溶剂萃取法、液膜法、微生物法、电解精炼法等。物理法提纯是利用蒸发、凝固、结晶、扩散等方式，通过物理过程除去杂质，大多采用真空技术。由于Se和Te的性质类似，所以除去原料中的Se是纯化碲的关键技术之一。然而现有技术中，6N纯度以上的碲提纯过程相对复杂，且Se含量的控制也暂没有很好地解决。
发明内容
基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种高纯碲的制备方法，该方法通过化学法与物理法相结合，制备得到的高纯碲产品纯度可达6N以上，且产品中Se含量小于0.01ppm。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种高纯碲的制备方法，包括以下步骤：
(1)将5N纯度级别的碲在480～500℃下氢化处理5～8h，得氢化后的碲；
(2)将6N纯度级别的籽晶碲熔化后置入提纯坩埚中的籽晶区，降温使其凝固后，将步骤(1)所得氢化后的碲置入提纯坩埚的提纯区并封闭提纯坩埚，将提纯区加热至480～500℃并保温2～5h；所述提纯坩埚包括籽晶区和提纯区，且籽晶区位于提纯区正下方；所述提纯坩埚可沿竖直方向选择及升降；所述提纯区位于加热区域；
(3)待步骤(2)所述保温结束后，旋转提纯坩埚8～12min，随后以6～9mm/min的速率将提纯坩埚中的提纯区下降至完全移出加热区域；
(4)将步骤(3)的提纯坩埚中的物料取出，将上部物料按竖直方向切除整体长度的1/6～1/5后，熔化铸锭，即得所述高纯碲。
本发明所提供的高纯碲的制备方法将化学法与物理法相结合，首先通过化学氢化法将原料中的Se含量降低，随后在特定的提纯坩埚中以高纯籽晶诱导，在特定条件下生长高纯碲产品。该方法不仅操作步骤简单，可实现工业化大规模生产，同时所得产品的纯度高且规格统一。
优选地，步骤(1)所述氢化以氢气为反应气氛，所述氢气的流量为0.3～0.9L/min。
所述条件下氢化程度完全，可最大限度降低原料中的Se含量。
优选地，步骤(2)所述降温的速率为1～1.5℃/min。
所述降温速率可保证籽晶不会过度损失，同时保证其纯度。
优选地，步骤(2)所述加热的速率为2～10℃/min。
所述升温速率可保证提纯区的原料充分加热并熔化，避免因加热过快导致的原料损失及掺杂。
优选地，步骤(3)所述旋转的速率为16～30r/min。
所述旋转速率下可很好地时提纯区中的碲均匀提炼成型，避免局部纯度不均。
本发明的另一目的还在于提供所述高纯碲的制备方法使用的提纯坩埚。
一种制备高纯碲的提纯坩埚，包括坩埚盖、提纯区、位于提纯区下方的籽晶区及可旋转下降的支撑台；所述坩埚盖位于提纯区的正上方，所述提纯区沿竖直方向与籽晶区相连并形成长方体的封闭腔体；所述可旋转下降支撑台与籽晶区连接。
优选地，所述可旋转下降支撑台在提纯坩埚使用时通过自身旋转及下降带动提纯坩埚整体旋转及下降。
优选地，本发明所述高纯碲的制备方法中，所述提纯坩埚沿竖直方向竖立使用，所述提纯区被加热区域包围，通过可旋转下降支撑台带动提纯坩埚整体旋转及下降，使提纯区离开加热区域的范围。
本发明的有益效果在于，本发明提供了一种高纯碲的制备方法，该方法将化学法与物理法相结合，首先通过化学氢化法将原料中的Se含量降低，随后在特定的提纯坩埚中以高纯籽晶诱导，在特定条件下生长高纯碲产品。该方法不仅操作步骤简单，可实现工业化大规模生产，同时所得产品的纯度高且规格统一。本发明还提供了一种用于本发明所述高纯碲的制备方法的提纯坩埚。
附图说明
图1为本发明所述用于制备高纯碲的提纯坩埚结构示意图。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施、对比例所设计的实验试剂及仪器，除非特别说明，均为常用的普通试剂及仪器。
实施例1
本发明所述一种高纯碲的制备方法的一种实施例，包括以下步骤：
(1)将5N纯度级别的碲放入水平氢化炉子中，在480℃下以0.6L/min流量通入氢气并氢化处理6h，得氢化后的碲；
(2)将6N纯度级别的籽晶碲熔化后置入提纯坩埚中的籽晶区，以1.5℃/min速率降温使其凝固后，将步骤(1)所得氢化后的碲置入图1所述的提纯坩埚的提纯区并封闭提纯坩埚，将提纯区以6℃/min的速率加热至480℃并保温5h；
(3)待步骤(2)所述保温结束后，以16r/min的速率旋转提纯坩埚10min，随后以7mm/min的速率将提纯坩埚中的提纯区下降至完全移出加热区域；
(4)将步骤(3)的提纯坩埚中的物料取出，将上部物料按竖直方向切除整体长度的1/5后，熔化铸锭，即得所述高纯碲。
本实施例所述提纯坩埚结构示意图如图1所示。
实施例2
本发明所述一种高纯碲的制备方法的一种实施例，包括以下步骤：
(1)将5N纯度级别的碲放入水平氢化炉子中，在500℃下以0.3L/min流量通入氢气并氢化处理8h，得氢化后的碲；
(2)将6N纯度级别的籽晶碲熔化后置入提纯坩埚中的籽晶区，以1℃/min速率降温使其凝固后，将步骤(1)所得氢化后的碲置入图1所述的提纯坩埚的提纯区并封闭提纯坩埚，将提纯区以4℃/min的速率加热至500℃并保温2h；
(3)待步骤(2)所述保温结束后，以30r/min的速率旋转提纯坩埚10min，随后以9mm/min的速率将提纯坩埚中的提纯区下降至完全移出加热区域；
(4)将步骤(3)的提纯坩埚中的物料取出，将上部物料按竖直方向切除整体长度的1/6后，熔化铸锭，即得所述高纯碲。
实施例3
本发明所述一种高纯碲的制备方法的一种实施例，包括以下步骤：
(1)将5N纯度级别的碲放入水平氢化炉子中，在550℃下以0.6L/min流量通入氢气并氢化处理5h，得氢化后的碲；
(2)将6N纯度级别的籽晶碲熔化后置入提纯坩埚中的籽晶区，以1.2℃/min速率降温使其凝固后，将步骤(1)所得氢化后的碲置入图1所述的提纯坩埚的提纯区并封闭提纯坩埚，将提纯区以8℃/min的速率加热至490℃并保温4h；
(3)待步骤(2)所述保温结束后，以20r/min的速率旋转提纯坩埚10min，随后以7mm/min的速率将提纯坩埚中的提纯区下降至完全移出加热区域；
(4)将步骤(3)的提纯坩埚中的物料取出，将上部物料按竖直方向切除整体长度的1/6后，熔化铸锭，即得所述高纯碲。
将实施例1～3所得高纯碲产品及使用的5N碲及6N碲籽晶原料进行GDMS分析，测试结果如表1所示。
表1
| 杂质含量(ppmw) | 5N碲 | 6N籽晶 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| Se | 0.85 | ＜0.01 | ＜0.01 | ＜0.01 | ＜0.01 |
| Mg | <0.5 | ＜0.005 | ＜0.005 | ＜0.005 | ＜0.005 |
| Al | 0.24 | ＜0.005 | ＜0.005 | ＜0.005 | ＜0.005 |
| Ca | 0.31 | ＜0.05 | ＜0.05 | ＜0.05 | ＜0.05 |
| Fe | <0.1 | ＜0.005 | ＜0.005 | ＜0.005 | ＜0.005 |
| Ni | 0.25 | ＜0.005 | ＜0.005 | ＜0.005 | ＜0.005 |
| Cu | 0.14 | ＜0.01 | ＜0.01 | ＜0.01 | ＜0.01 |
| Zn | <0.1 | ＜0.005 | ＜0.005 | ＜0.005 | ＜0.005 |
| Ag | <0.1 | ＜0.01 | ＜0.01 | ＜0.01 | ＜0.01 |
| Cd | <0.1 | ＜0.05 | ＜0.05 | ＜0.05 | ＜0.05 |
| Pb | <0.1 | ＜0.01 | ＜0.01 | ＜0.01 | ＜0.01 |
从表1可以看出，实施例1～3所得产品其各杂质含量与6N碲籽晶相当，而远少于5N碲，说明本发明所述高纯碲的制备方法所得产品纯度大于6N且Se含量＜0.01ppm。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种高纯碲的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将5N纯度级别的碲在480～500℃下氢化处理5～8h，得氢化后的碲；
(2)将6N纯度级别的籽晶碲熔化后置入提纯坩埚中的籽晶区，降温使其凝固后，将步骤(1)所得氢化后的碲置入提纯坩埚的提纯区并封闭提纯坩埚，将提纯区加热至480～500℃并保温2～5h；所述提纯坩埚包括籽晶区和提纯区，且籽晶区位于提纯区正下方；所述提纯坩埚可沿竖直方向选择及升降；所述提纯区位于加热区域；
(3)待步骤(2)所述保温结束后，旋转提纯坩埚8～12min，随后以6～9mm/min的速率将提纯坩埚中的提纯区下降至完全移出加热区域；
(4)将步骤(3)的提纯坩埚中的物料取出，将上部物料按竖直方向切除整体长度的1/6～1/5后，熔化铸锭，即得所述高纯碲。
2.如权利要求1所述的高纯碲的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氢化以氢气为反应气氛，所述氢气的流量为0.3～0.9L/min。
3.如权利要求1所述的高纯碲的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述降温的速率为1～1.5℃/min。
4.如权利要求1所述的高纯碲的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述加热的速率为2～10℃/min。
5.如权利要求1所述的高纯碲的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述旋转的速率为16～30r/min。
6.一种用于权利要求1～5任一项所述高纯碲的制备方法的提纯坩埚，其特征在于，包括坩埚盖、提纯区、位于提纯区下方的籽晶区及可旋转下降的支撑台；所述坩埚盖位于提纯区的正上方，所述提纯区沿竖直方向与籽晶区相连并形成长方体的封闭腔体；所述可旋转下降支撑台与籽晶区连接。
7.如权利要求6所述的提纯坩埚，其特征在于，所述可旋转下降支撑台在提纯坩埚使用时通过自身旋转及下降带动提纯坩埚整体旋转及下降。
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