Langkah-langkah lan parameter proses kadmium

I. Pretreatment Bahan Baku lan Pemurnian Utama

1. ‌Persiapan Bahan Umpan Kadmium Kemurnian Tinggi‌

• ‌Pencucian Asam‌: Celupake ingot kadmium kelas industri ing larutan asam nitrat 5%-10% ing suhu 40-60°C suwene 1-2 jam kanggo mbusak oksida permukaan lan rereged logam. Bilas nganggo banyu deionisasi nganti pH netral lan garingake nganggo vakum.
• ‌Pelindian Hidrometalurgi‌: Olah limbah sing ngandhut kadmium (kayata, terak tembaga-kadmium) nganggo asam sulfat (konsentrasi 15-20%) ing suhu 80-90°C sajrone 4-6 jam, supaya bisa nggayuh efisiensi pelindian kadmium ≥95%. Saring lan tambahake bubuk seng (rasio stoikiometri 1,2-1,5 kali) kanggo mindhahake supaya entuk spons kadmium‌

1. ‌Peleburan lan Pengecoran‌

• Lebokna kadmium spons menyang wadhah grafit kemurnian dhuwur, lelehna ing atmosfer argon ing suhu 320-350°C, lan tuangna menyang cetakan grafit kanggo pendinginan alon. Bentuk ingot kanthi kapadhetan ≥8,65 g/cm³

II. Pemurnian Zona

1. ‌Piranti lan Parameter‌

• Gunakna tungku peleburan zona ngambang horisontal kanthi jembar zona leleh 5-8 mm, kecepatan lintasan 3-5 mm/jam, lan 8-12 kali pemurnian. Gradien suhu: 50-80°C/cm; vakum ≤10⁻³ Pa‌
• ‌Pemisahan Kekotoran‌: Zona sing diulang-ulang ngliwati timbal konsentrat, seng, lan rereged liyane ing buntut ingot. Copot bagean pungkasan sing sugih rereged 15-20%, entuk kemurnian menengah ≥99,999%

1. ‌Kontrol Kunci‌

• Suhu zona leleh: 400-450°C (rada ndhuwur titik leleh kadmium yaiku 321°C);
• Laju pendinginan: 0,5-1,5°C/menit kanggo nyuda cacat kisi;
• Laju aliran argon: 10-15 L/menit kanggo nyegah oksidasi

III. Pemurnian Elektrolitik

1. ‌Formulasi Elektrolit‌

• Komposisi elektrolit: Kadmium sulfat (CdSO₄, 80-120 g/L) lan asam sulfat (pH 2-3), ditambah gelatin 0,01-0,05 g/L kanggo nambah kapadhetan endapan katoda

1. ‌Parameter Proses‌

• Anoda: Pelat kadmium mentah; Katoda: Pelat titanium;
• Kapadhetan arus: 80-120 A/m²; Tegangan sel: 2.0-2.5 V;
• Suhu elektrolisis: 30-40°C; Durasi: 48-72 jam; Kemurnian katoda ≥99,99%‌

IV. Distilasi Reduksi Vakum

1. ‌Pangurangan lan Pamisahan Suhu Dhuwur‌

• Lebokake ingot kadmium ing tungku vakum (tekanan ≤10⁻² Pa), lebokake hidrogen minangka reduktan, lan panasake nganti 800-1000°C kanggo nyuda oksida kadmium dadi gas kadmium. Suhu kondensor: 200-250°C; Kemurnian pungkasan ≥99,9995%

1. ‌Khasiat Ngilangake Kotoran‌

• Sisa timbal, tembaga, lan rereged logam liyane ≤0,1 ppm;
• Kandungan oksigen ≤5 ppm

V. Czochralski Pertumbuhan Kristal Tunggal

1. ‌Kontrol Leleh lan Persiapan Kristal Wiji‌

• Lebokna ingot kadmium kemurnian dhuwur menyang wadhah kuarsa kemurnian dhuwur, lelehna ing sangisore argon ing suhu 340-360°C. Gunakake wiji kadmium kristal tunggal sing berorientasi <100> (diameter 5-8 mm), sing wis dipanasake ing suhu 800°C kanggo ngilangi tekanan internal.

1. ‌Parameter Penarik Kristal‌

• Kacepetan narik: 1,0-1,5 mm/menit (tahap awal), 0,3-0,5 mm/menit (tuwuh ajeg);
• Rotasi wadhah wadhah: 5-10 rpm (rotasi lawan);
• Gradien suhu: 2-5°C/mm; Fluktuasi suhu antarmuka padat-cair ≤±0,5°C‌

1. ‌Teknik Nyegah Cacat‌

• ‌Bantuan Medan Magnetik‌: Terapna medan magnet aksial 0,2-0,5 T kanggo nyegah turbulensi leleh lan nyuda striasi pengotor;
• ‌Pendinginan sing Dikontrol‌: Tingkat pendinginan pasca-pertumbuhan 10-20°C/jam nyuda cacat dislokasi sing disebabake dening tekanan termal‌.

VI. Pasca-Pemrosesan lan Kontrol Kualitas

1. ‌Mesin Kristal‌

• ‌Motong‌: Gunakake gergaji kawat berlian kanggo ngiris dadi wafer 0,5-1,0 mm kanthi kecepatan kawat 20-30 m/s;
• ‌Polesan‌: Pemolesan mekanik kimia (CMP) nganggo campuran asam nitrat-etanol (rasio 1:5 vol.), nggayuh kekasaran permukaan Ra ≤0,5 nm.

1. ‌Standar Kualitas‌

• ‌Kasucian‌: GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometry) ngonfirmasi Fe, Cu, Pb ≤0,1 ppm;
• ‌Resistivitas‌: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (kemurnian ≥99,9999%);
• ‌Orientasi Kristalografi‌: Deviasi <0.5°; Kapadhetan dislokasi ≤10³/cm²

VII. Pandhuan Optimalisasi Proses

1. ‌Penghapusan Kotoran sing Ditargetkan‌

• Gunakna resin ijol-ijolan ion kanggo adsorpsi selektif Cu, Fe, lan liya-liyane, sing digabungake karo panyulingan zona multi-tahap kanggo entuk kemurnian tingkat 6N (99,9999%)‌

1. ‌Peningkatan Otomatisasi‌

• Algoritma AI kanthi dinamis nyetel kecepatan narik, gradien suhu, lan liya-liyane, nambah asil saka 85% dadi 93%;
• Nambah ukuran wadhah nganti 36 inci, saengga bisa ngasilake bahan baku batch tunggal 2800 kg, lan ngurangi konsumsi energi nganti 80 kWh/kg.

1. ‌Kelestarian lan Pemulihan Sumber Daya‌

• Nggawe maneh limbah cuci asam liwat ijol-ijolan ion (pemulihan Cd ≥99,5%);
• Olah gas buangan nganggo adsorpsi karbon aktif + penggosokan alkali (pemulihan uap Cd ≥98%)‌

Ringkesan

Proses pertumbuhan lan pemurnian kristal kadmium nggabungake hidrometalurgi, pemurnian fisik suhu dhuwur, lan teknologi pertumbuhan kristal presisi. Liwat pelindian asam, pemurnian zona, elektrolisis, distilasi vakum, lan pertumbuhan Czochralski—digabungake karo otomatisasi lan praktik ramah lingkungan—iki ndadekake produksi kristal tunggal kadmium kanthi kemurnian ultra-tinggi kelas 6N sing stabil. Iki nyukupi panjaluk kanggo detektor nuklir, bahan fotovoltaik, lan piranti semikonduktor canggih. Kemajuan ing mangsa ngarep bakal fokus ing pertumbuhan kristal skala gedhe, pemisahan pengotor sing ditargetkan, lan produksi karbon rendah.