I. Pretreatment Bahan Baku dan Pemurnian Primer
- Bahasa Indonesia:Persiapan Bahan Baku Kadmium dengan Kemurnian TinggiBahasa Indonesia:
- Bahasa Indonesia:Pencucian Asam: Rendam ingot kadmium kelas industri dalam larutan asam nitrat 5%-10% pada suhu 40-60°C selama 1-2 jam untuk menghilangkan oksida permukaan dan kotoran logam. Bilas dengan air deionisasi hingga pH netral dan keringkan dengan penyedot debu.
- Bahasa Indonesia:Pelindian Hidrometalurgi: Rawat limbah yang mengandung kadmium (misalnya, terak tembaga-kadmium) dengan asam sulfat (konsentrasi 15-20%) pada suhu 80-90°C selama 4-6 jam, untuk mencapai efisiensi pelindian kadmium ≥95%. Saring dan tambahkan bubuk seng (1,2-1,5 kali rasio stoikiometri) untuk pemindahan guna memperoleh kadmium spons.
- Bahasa Indonesia:Peleburan dan PengecoranBahasa Indonesia:
- Masukkan spons kadmium ke dalam wadah grafit dengan kemurnian tinggi, cairkan di bawah atmosfer argon pada suhu 320-350°C, dan tuang ke dalam cetakan grafit untuk pendinginan lambat. Bentuk ingot dengan kepadatan ≥8,65 g/cm³
II. Pemurnian Zona
- Bahasa Indonesia:Peralatan dan ParameterBahasa Indonesia:
- Gunakan tungku peleburan zona apung horizontal dengan lebar zona leleh 5-8 mm, kecepatan lintasan 3-5 mm/jam, dan 8-12 lintasan pemurnian. Gradien suhu: 50-80°C/cm; vakum ≤10⁻³ Pa
- Bahasa Indonesia:Pemisahan Kotoran: Zona berulang melewati konsentrat timbal, seng, dan kotoran lainnya di bagian ekor ingot. Buang bagian akhir yang kaya akan kotoran sebanyak 15-20%, mencapai kemurnian antara ≥99,999%
- Bahasa Indonesia:Kontrol UtamaBahasa Indonesia:
- Suhu zona cair: 400-450°C (sedikit di atas titik leleh kadmium yaitu 321°C);
- Laju pendinginan: 0,5-1,5°C/menit untuk meminimalkan cacat kisi;
- Laju aliran argon: 10-15 L/menit untuk mencegah oksidasi
III. Pemurnian Elektrolit
- Bahasa Indonesia:Formulasi ElektrolitBahasa Indonesia:
- Komposisi elektrolit: Kadmium sulfat (CdSO₄, 80-120 g/L) dan asam sulfat (pH 2-3), dengan penambahan gelatin 0,01-0,05 g/L untuk meningkatkan kepadatan endapan katoda.
- Bahasa Indonesia:Parameter ProsesBahasa Indonesia:
- Anoda: Pelat kadmium mentah; Katoda: Pelat titanium;
- Kepadatan 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
- Bahasa Indonesia:Pengurangan dan Pemisahan Suhu TinggiBahasa Indonesia:
- Tempatkan ingot kadmium dalam tungku vakum (tekanan ≤10⁻² Pa), masukkan hidrogen sebagai reduktor, dan panaskan hingga 800-1000°C untuk mereduksi oksida kadmium menjadi kadmium gas. Suhu kondensor: 200-250°C; Kemurnian akhir ≥99,9995%
- Bahasa Indonesia:Khasiat Penghilangan KotoranBahasa Indonesia:
- Sisa timbal, tembaga, dan kotoran logam lainnya ≤0,1 ppm;
- Kandungan oksigen ≤5 ppm
V. Czochralski Pertumbuhan Kristal Tunggal
- Bahasa Indonesia:Kontrol Lelehan dan Persiapan Benih KristalBahasa Indonesia:
- Masukkan ingot kadmium dengan kemurnian tinggi ke dalam wadah kuarsa dengan kemurnian tinggi, lelehkan di bawah argon pada suhu 340-360°C. Gunakan benih kadmium kristal tunggal berorientasi <100> (diameter 5-8 mm), yang dianil terlebih dahulu pada suhu 800°C untuk menghilangkan tekanan internal
- Bahasa Indonesia:Parameter Penarikan KristalBahasa Indonesia:
- Kecepatan penarikan: 1,0-1,5 mm/menit (tahap awal), 0,3-0,5 mm/menit (pertumbuhan kondisi stabil);
- Rotasi wadah peleburan: 5-10 rpm (rotasi berlawanan);
- Gradien suhu: 2-5°C/mm; Fluktuasi suhu antarmuka padat-cair ≤±0.5°C
- Bahasa Indonesia:Teknik Penekanan CacatBahasa Indonesia:
- Bahasa Indonesia:Bantuan Medan Magnet: Terapkan medan magnet aksial 0,2-0,5 T untuk menekan turbulensi lelehan dan mengurangi garis-garis pengotor;
- Bahasa Indonesia:Pendinginan Terkendali: Laju pendinginan pasca-pertumbuhan 10-20°C/jam meminimalkan cacat dislokasi yang disebabkan oleh tekanan termal.
VI. Pasca-Proses dan Kontrol Kualitas
- Bahasa Indonesia:Pemesinan KristalBahasa Indonesia:
- Bahasa Indonesia:Pemotongan: Gunakan gergaji kawat berlian untuk mengiris menjadi wafer 0,5-1,0 mm pada kecepatan kawat 20-30 m/s;
- Bahasa Indonesia:Memoles: Pemolesan mekanis kimia (CMP) dengan campuran asam nitrat-etanol (rasio vol. 1:5), mencapai kekasaran permukaan Ra ≤0,5 nm.
- Bahasa Indonesia:Baku mutuBahasa Indonesia:
- Bahasa Indonesia:Kemurnian: GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometry) mengonfirmasi Fe, Cu, Pb ≤0,1 ppm;
- Bahasa Indonesia:Resistivitas: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (kemurnian ≥99,9999%);
- Bahasa Indonesia:Orientasi Kristalografi: Deviasi <0,5°; Kepadatan dislokasi ≤10³/cm²
VII. Arah Optimasi Proses
- Bahasa Indonesia:Penghapusan Kotoran yang DitargetkanBahasa Indonesia:
- Gunakan resin penukar ion untuk penyerapan selektif Cu, Fe, dll., dikombinasikan dengan pemurnian zona multi-tahap untuk mencapai kemurnian tingkat 6N (99,9999%)
- Bahasa Indonesia:Peningkatan OtomatisasiBahasa Indonesia:
- Algoritma AI secara dinamis menyesuaikan kecepatan penarikan, gradien suhu, dll., meningkatkan hasil dari 85% menjadi 93%;
- Meningkatkan ukuran wadah peleburan menjadi 36 inci, memungkinkan bahan baku batch tunggal sebanyak 2800 kg, mengurangi konsumsi energi hingga 80 kWh/kg
- Bahasa Indonesia:Keberlanjutan dan Pemulihan Sumber DayaBahasa Indonesia:
- Regenerasi limbah pencucian asam melalui pertukaran ion (pemulihan Cd ≥99,5%);
- Rawat gas buang dengan adsorpsi karbon aktif + pembersihan alkali (pemulihan uap Cd ≥98%)
Ringkasan
Proses pertumbuhan dan pemurnian kristal kadmium memadukan teknologi hidrometalurgi, pemurnian fisik suhu tinggi, dan pertumbuhan kristal presisi. Melalui pelindian asam, pemurnian zona, elektrolisis, distilasi vakum, dan pertumbuhan Czochralski—digabungkan dengan otomatisasi dan praktik ramah lingkungan—proses ini memungkinkan produksi kristal tunggal kadmium dengan kemurnian sangat tinggi kelas 6N yang stabil. Proses ini memenuhi permintaan untuk detektor nuklir, bahan fotovoltaik, dan perangkat semikonduktor canggih. Kemajuan di masa mendatang akan difokuskan pada pertumbuhan kristal skala besar, pemisahan pengotor yang ditargetkan, dan produksi rendah karbon.
Waktu posting: 06-Apr-2025