കാഡ്മിയം പ്രക്രിയ ഘട്ടങ്ങളും പാരാമീറ്ററുകളും

I. അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ പ്രീട്രീറ്റ്മെന്റും പ്രാഥമിക ശുദ്ധീകരണവും

1. ‍ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള കാഡ്മിയം ഫീഡ്സ്റ്റോക്ക് തയ്യാറാക്കൽ‍

• ‍ആസിഡ് കഴുകൽ: വ്യാവസായിക ഗ്രേഡ് കാഡ്മിയം ഇൻഗോട്ടുകൾ 5%-10% നൈട്രിക് ആസിഡ് ലായനിയിൽ 40-60°C താപനിലയിൽ 1-2 മണിക്കൂർ മുക്കിവച്ച് ഉപരിതല ഓക്സൈഡുകളും ലോഹ മാലിന്യങ്ങളും നീക്കം ചെയ്യുക. ന്യൂട്രൽ pH ഉം വാക്വം ഉം ഉണങ്ങുന്നത് വരെ ഡീയോണൈസ് ചെയ്ത വെള്ളത്തിൽ കഴുകുക.
• ‍ഹൈഡ്രോമെറ്റലർജിക്കൽ ലീച്ചിംഗ്: കാഡ്മിയം അടങ്ങിയ മാലിന്യങ്ങൾ (ഉദാ: ചെമ്പ്-കാഡ്മിയം സ്ലാഗ്) 80-90°C താപനിലയിൽ സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡ് (15-20% സാന്ദ്രത) ഉപയോഗിച്ച് 4-6 മണിക്കൂർ സംസ്കരിക്കുക, അങ്ങനെ ≥95% കാഡ്മിയം ലീച്ചിംഗ് കാര്യക്ഷമത കൈവരിക്കുന്നു. സ്പോഞ്ച് കാഡ്മിയം ലഭിക്കുന്നതിന് സ്ഥാനചലനത്തിനായി സിങ്ക് പൊടി (1.2-1.5 മടങ്ങ് സ്റ്റോയിക്കിയോമെട്രിക് അനുപാതം) ഫിൽട്ടർ ചെയ്ത് ചേർക്കുക.

1. ‍ഉരുക്കലും കാസ്റ്റിംഗും‍

• ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള ഗ്രാഫൈറ്റ് ക്രൂസിബിളുകളിലേക്ക് സ്പോഞ്ച് കാഡ്മിയം ലോഡുചെയ്യുക, ആർഗോൺ അന്തരീക്ഷത്തിൽ 320-350°C ൽ ഉരുകുക, സാവധാനത്തിലുള്ള തണുപ്പിനായി ഗ്രാഫൈറ്റ് അച്ചുകളിലേക്ക് ഒഴിക്കുക. ≥8.65 g/cm³ സാന്ദ്രതയുള്ള ഇൻഗോട്ടുകൾ ഉണ്ടാക്കുക.

II. സോൺ റിഫൈനിംഗ്

1. ‍ഉപകരണങ്ങളും പാരാമീറ്ററുകളും‍

• 5-8 മില്ലീമീറ്റർ ഉരുക്കിയ സോൺ വീതിയും, 3-5 മില്ലീമീറ്റർ/മണിക്കൂർ വേഗതയും, 8-12 ശുദ്ധീകരണ പാസുകളും ഉള്ള തിരശ്ചീന ഫ്ലോട്ടിംഗ് സോൺ മെൽറ്റിംഗ് ഫർണസുകൾ ഉപയോഗിക്കുക. താപനില ഗ്രേഡിയന്റ്: 50-80°C/cm; വാക്വം ≤10⁻³ Pa‌.
• ‍മാലിന്യ വേർതിരിക്കൽ: ആവർത്തിച്ചുള്ള മേഖല ഇൻഗോട്ട് വാലിൽ കോൺസെൻട്രേറ്റ് ലെഡ്, സിങ്ക്, മറ്റ് മാലിന്യങ്ങൾ എന്നിവ കടത്തിവിടുന്നു. അവസാന 15-20% മാലിന്യം നിറഞ്ഞ ഭാഗം നീക്കം ചെയ്യുക, ഇന്റർമീഡിയറ്റ് പ്യൂരിറ്റി ≥99.999% കൈവരിക്കുന്നു.

1. ‍കീ നിയന്ത്രണങ്ങൾ‍

• ഉരുകിയ മേഖല താപനില: 400-450°C (കാഡ്മിയത്തിന്റെ ദ്രവണാങ്കമായ 321°C-ൽ നിന്ന് അല്പം മുകളിൽ);
• തണുപ്പിക്കൽ നിരക്ക്: ലാറ്റിസ് വൈകല്യങ്ങൾ കുറയ്ക്കുന്നതിന് 0.5-1.5°C/മിനിറ്റ്;
• ആർഗോൺ ഫ്ലോ റേറ്റ്: ഓക്സീകരണം തടയാൻ 10-15 എൽ/മിനിറ്റ്

III. ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് റിഫൈനിംഗ്

1. ‍ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഫോർമുലേഷൻ‍

• ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഘടന: കാഡ്മിയം സൾഫേറ്റ് (CdSO₄, 80-120 g/L), സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡ് (pH 2-3), കാഥോഡ് നിക്ഷേപ സാന്ദ്രത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് 0.01-0.05 g/L ജെലാറ്റിൻ ചേർക്കുന്നു.

1. ‍പ്രോസസ്സ് പാരാമീറ്ററുകൾ‍

• ആനോഡ്: അസംസ്കൃത കാഡ്മിയം പ്ലേറ്റ്; കാഥോഡ്: ടൈറ്റാനിയം പ്ലേറ്റ്;
• കറന്റ് സാന്ദ്രത: 80-120 A/m²; സെൽ വോൾട്ടേജ്: 2.0-2.5 V;
• വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ താപനില: 30-40°C; ദൈർഘ്യം: 48-72 മണിക്കൂർ; കാഥോഡ് പരിശുദ്ധി ≥99.99%‍

IV. വാക്വം റിഡക്ഷൻ ഡിസ്റ്റിലേഷൻ

1. ‍ഉയർന്ന താപനില കുറയ്ക്കലും വേർതിരിക്കലും‍

• കാഡ്മിയം ഇൻഗോട്ടുകൾ ഒരു വാക്വം ഫർണസിൽ വയ്ക്കുക (മർദ്ദം ≤10⁻² Pa), ഹൈഡ്രജനെ ഒരു റിഡക്റ്റന്റായി അവതരിപ്പിക്കുക, കാഡ്മിയം ഓക്സൈഡുകളെ വാതക കാഡ്മിയമാക്കി കുറയ്ക്കുന്നതിന് 800-1000°C വരെ ചൂടാക്കുക. കണ്ടൻസർ താപനില: 200-250°C; അന്തിമ ശുദ്ധത ≥99.9995%

1. ‍മാലിന്യം നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനുള്ള കാര്യക്ഷമത‍

• ശേഷിക്കുന്ന ലെഡ്, ചെമ്പ്, മറ്റ് ലോഹ മാലിന്യങ്ങൾ ≤0.1 ppm;
• ഓക്സിജന്റെ അളവ് ≤5 ppm‍

വി. സോക്രാൽസ്കി സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രോത്ത്

1. ‍ഉരുകൽ നിയന്ത്രണവും വിത്ത് പരലുകൾ തയ്യാറാക്കലും‍

• ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള കാഡ്മിയം ഇൻഗോട്ടുകൾ ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള ക്വാർട്സ് ക്രൂസിബിളുകളിലേക്ക് ലോഡ് ചെയ്യുക, 340-360°C-ൽ ആർഗണിന് കീഴിൽ ഉരുക്കുക. ആന്തരിക സമ്മർദ്ദം ഇല്ലാതാക്കാൻ 800°C-ൽ പ്രീ-അനീൽ ചെയ്ത <100>-ഓറിയന്റഡ് സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ കാഡ്മിയം വിത്തുകൾ (വ്യാസം 5-8 mm) ഉപയോഗിക്കുക.

1. ‍ക്രിസ്റ്റൽ പുള്ളിംഗ് പാരാമീറ്ററുകൾ‍

• വലിക്കുന്ന വേഗത: 1.0-1.5 മിമി/മിനിറ്റ് (പ്രാരംഭ ഘട്ടം), 0.3-0.5 മിമി/മിനിറ്റ് (സ്ഥിരമായ വളർച്ച);
• ക്രൂസിബിൾ റൊട്ടേഷൻ: 5-10 ആർ‌പി‌എം (എതിർ-റൊട്ടേഷൻ);
• താപനില ഗ്രേഡിയന്റ്: 2-5°C/mm; ഖര-ദ്രാവക ഇന്റർഫേസ് താപനിലയിലെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ ≤±0.5°C‌

1. ‍വൈകല്യങ്ങൾ ഇല്ലാതാക്കുന്നതിനുള്ള വിദ്യകൾ‍

• ‍കാന്തിക മണ്ഡല സഹായം: ഉരുകൽ പ്രക്ഷുബ്ധത അടിച്ചമർത്തുന്നതിനും മാലിന്യ സ്ട്രൈഷനുകൾ കുറയ്ക്കുന്നതിനും 0.2-0.5 T അക്ഷീയ കാന്തികക്ഷേത്രം പ്രയോഗിക്കുക;
• ‍നിയന്ത്രിത തണുപ്പിക്കൽ: വളർച്ചയ്ക്ക് ശേഷമുള്ള 10-20°C/h തണുപ്പിക്കൽ നിരക്ക് താപ സമ്മർദ്ദം മൂലമുണ്ടാകുന്ന സ്ഥാനഭ്രംശ വൈകല്യങ്ങൾ കുറയ്ക്കുന്നു.

VI. പോസ്റ്റ്-പ്രോസസ്സിംഗും ഗുണനിലവാര നിയന്ത്രണവും

1. ‍ക്രിസ്റ്റൽ മെഷീനിംഗ്‍

• ‍കട്ടിംഗ്: 20-30 മീ/സെക്കൻഡ് വയർ വേഗതയിൽ 0.5-1.0 മില്ലീമീറ്റർ വേഫറുകളായി മുറിക്കാൻ ഡയമണ്ട് വയർ സോകൾ ഉപയോഗിക്കുക;
• ‍പോളിഷിംഗ്: നൈട്രിക് ആസിഡ്-എഥനോൾ മിശ്രിതം (1:5 വോളിയം അനുപാതം) ഉപയോഗിച്ച് കെമിക്കൽ മെക്കാനിക്കൽ പോളിഷിംഗ് (CMP), ഉപരിതല പരുക്കൻത Ra ≤0.5 nm കൈവരിക്കുന്നു.

1. ‍ഗുണനിലവാര മാനദണ്ഡങ്ങൾ‍

• ‍പരിശുദ്ധി: GDMS (ഗ്ലോ ഡിസ്ചാർജ് മാസ് സ്പെക്ട്രോമെട്രി) Fe, Cu, Pb ≤0.1 ppm സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു;
• ‍പ്രതിരോധശേഷി: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (പരിശുദ്ധി ≥99.9999%);
• ‍ക്രിസ്റ്റലോഗ്രാഫിക് ഓറിയന്റേഷൻ: വ്യതിയാനം <0.5°; സ്ഥാനഭ്രംശ സാന്ദ്രത ≤10³/cm²

VII. പ്രോസസ് ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ നിർദ്ദേശങ്ങൾ

1. ‍ലക്ഷ്യമിട്ട മാലിന്യ നീക്കം ചെയ്യൽ‍

• Cu, Fe മുതലായവയുടെ സെലക്ടീവ് അഡോർപ്ഷനു വേണ്ടി അയോൺ-എക്സ്ചേഞ്ച് റെസിനുകൾ ഉപയോഗിക്കുക, മൾട്ടി-സ്റ്റേജ് സോൺ റിഫൈനിംഗുമായി സംയോജിപ്പിച്ച് 6N-ഗ്രേഡ് പ്യൂരിറ്റി (99.9999%)‌ കൈവരിക്കുക.

1. ‍ഓട്ടോമേഷൻ അപ്‌ഗ്രേഡുകൾ‍

• AI അൽഗോരിതങ്ങൾ വലിക്കുന്ന വേഗത, താപനില ഗ്രേഡിയന്റുകൾ മുതലായവ ചലനാത്മകമായി ക്രമീകരിക്കുന്നു, വിളവ് 85% ൽ നിന്ന് 93% ആയി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു;
• ക്രൂസിബിൾ വലുപ്പം 36 ഇഞ്ചായി ഉയർത്തുക, 2800 കിലോഗ്രാം സിംഗിൾ-ബാച്ച് ഫീഡ്‌സ്റ്റോക്ക് പ്രാപ്തമാക്കുക, ഊർജ്ജ ഉപഭോഗം 80 kWh/kg ആയി കുറയ്ക്കുക.

1. ‍സുസ്ഥിരതയും വിഭവ വീണ്ടെടുക്കലും‍

• അയോൺ എക്സ്ചേഞ്ച് വഴി ആസിഡ് വാഷ് മാലിന്യം പുനരുജ്ജീവിപ്പിക്കുക (സിഡി വീണ്ടെടുക്കൽ ≥99.5%);
• ആക്റ്റിവേറ്റഡ് കാർബൺ അഡ്‌സോർപ്ഷൻ + ആൽക്കലൈൻ സ്‌ക്രബ്ബിംഗ് (സിഡി നീരാവി വീണ്ടെടുക്കൽ ≥98%) ഉപയോഗിച്ച് എക്‌സ്‌ഹോസ്റ്റ് വാതകങ്ങളെ കൈകാര്യം ചെയ്യുക.

സംഗ്രഹം

കാഡ്മിയം ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയും ശുദ്ധീകരണ പ്രക്രിയയും ഹൈഡ്രോമെറ്റലർജി, ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള ഭൗതിക ശുദ്ധീകരണം, കൃത്യതയുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ എന്നിവ സംയോജിപ്പിക്കുന്നു. ആസിഡ് ലീച്ചിംഗ്, സോൺ റിഫൈനിംഗ്, ഇലക്ട്രോലിസിസ്, വാക്വം ഡിസ്റ്റിലേഷൻ, സോക്രാൽസ്കി വളർച്ച എന്നിവയിലൂടെ - ഓട്ടോമേഷനും പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദ രീതികളും സംയോജിപ്പിച്ച് - ഇത് 6N-ഗ്രേഡ് അൾട്രാ-ഹൈ-പ്യൂരിറ്റി കാഡ്മിയം സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലുകളുടെ സ്ഥിരതയുള്ള ഉത്പാദനം സാധ്യമാക്കുന്നു. ഇവ ന്യൂക്ലിയർ ഡിറ്റക്ടറുകൾ, ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് വസ്തുക്കൾ, നൂതന സെമികണ്ടക്ടർ ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയുടെ ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്നു. ഭാവിയിലെ മുന്നേറ്റങ്ങൾ വലിയ തോതിലുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച, ലക്ഷ്യമിടുന്ന മാലിന്യ വേർതിരിക്കൽ, കുറഞ്ഞ കാർബൺ ഉത്പാദനം എന്നിവയിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കും.