本發(fā)明屬于碲制備提純，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種高純碲的制備方法。
背景技術(shù)：
1、碲(元素符號(hào)te，原子序數(shù)52)作為一種戰(zhàn)略性稀散金屬，其高純制備技術(shù)對(duì)現(xiàn)代工業(yè)與科技發(fā)展具有重要價(jià)值。碲屬于準(zhǔn)金屬元素，具有兩種同素異形體：六方晶系銀白色晶體(密度6.25g/cm3)和無(wú)定形黑色粉末(密度4.6g/cm3)。碲熔點(diǎn)約452℃，沸點(diǎn)達(dá)1390℃，在非金屬元素中展現(xiàn)出最強(qiáng)的金屬性。化學(xué)性質(zhì)方面，碲常溫下穩(wěn)定，高溫下可與鹵素生成碲化物(如tecl、tef4，溶于硫酸、硝酸等強(qiáng)酸，但不溶于水和二硫化碳。這種獨(dú)特的半導(dǎo)體特性(禁帶寬0.34ev)使其成為電子工業(yè)的理想材料。碲廣泛用于新能源領(lǐng)域、半導(dǎo)體與電子器件、國(guó)防與航空航天和特種材料工業(yè)。
2、現(xiàn)有制備工藝主要從銅電解陽(yáng)極泥中提取，采用多硫化鈉抽提法可獲得99.999％純度，但存在試劑消耗量大(噸碲消耗3.5噸na2s)、三廢處理成本高等瓶頸。近年來(lái)，真空蒸餾-區(qū)域熔煉聯(lián)合工藝可將純度提升至99.9999％(6n)，但設(shè)備投資強(qiáng)度達(dá)傳統(tǒng)方法的2.3倍。盡管碲的熔點(diǎn)約為450℃，但它在接近400℃時(shí)就開(kāi)始揮發(fā)；碲粗產(chǎn)品中主要含有的雜質(zhì)包括硒(se)、硫(s)、鋅(zn)、鎘(cd)、鋁(al)、銅(cu)、鐵(fe)、銀(ag)等元素，而不同雜質(zhì)元素的飽和蒸汽壓不同，在利用碲與多數(shù)雜質(zhì)的飽和蒸汽壓差異對(duì)碲進(jìn)行蒸餾提純時(shí)，鋅、鎘和硒等元素的飽和蒸汽壓高于碲，因而在進(jìn)行真空蒸餾時(shí)，蒸汽壓低于鎘的雜質(zhì)基本不揮發(fā)，留在鍋底，而蒸汽壓與鎘相近或較高的雜質(zhì)則隨鎘一同進(jìn)入氣相，接下來(lái)就需要結(jié)合不同雜質(zhì)的冷凝溫度差異，碲與具有較高蒸汽壓的雜質(zhì)將在不同的區(qū)域冷凝，從而達(dá)到提純目的。目前真空蒸餾結(jié)合再結(jié)晶析出的提純方法對(duì)碲提純效果仍然不理想。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。
2、為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)，提供了一種高純碲的制備方法，包括以下步驟：
3、步驟一、用粗碲為原料焙燒得到焙燒渣；
4、步驟二、用焙燒渣配置為電解液，電解制備4n級(jí)粗碲；
5、步驟三、對(duì)4n級(jí)粗碲進(jìn)行真空蒸餾，脫除低沸點(diǎn)雜質(zhì)，經(jīng)梯度冷凝技術(shù)冷凝得到5n級(jí)碲；
6、步驟四、將5n級(jí)碲置于線槽結(jié)晶裝置中，進(jìn)行熔煉再結(jié)晶，去除首部含雜的樣品，得到7n級(jí)高純碲。
7、優(yōu)選的是，其中，所述步驟一的具體方法包括：將粗碲與質(zhì)量濃度98％的濃硫酸按1～3:1的質(zhì)量比混合，置于回轉(zhuǎn)窯中，在350～600℃下焙燒1～3h，冷卻至室溫后得到焙燒渣。
8、優(yōu)選的是，其中，所述步驟二中，用焙燒渣配置為電解液的具體方法包括：將焙燒渣溶解于0.5～1mol/l?naoh溶液中，攪拌混合均勻后得到電解液，焙燒渣與naoh溶液的用量比為1g:2～10ml。
9、優(yōu)選的是，其中，所述步驟二中，電解制備4n級(jí)粗碲的具體方法包括：采用鈦基涂層dsa作為陽(yáng)極，ag作為陰極，將電解液升溫至溫度30～50℃，電流密度為450～550a/m2，電解時(shí)間24～72h；電解結(jié)束后，對(duì)陰極產(chǎn)物進(jìn)行剝離、洗滌、真空干燥，得到4n級(jí)粗碲。
10、優(yōu)選的是，其中，所述步驟三中，對(duì)4n級(jí)進(jìn)行真空蒸餾的溫度為450～600℃，真空蒸餾的真空度小于2.5×10-2pa，真空蒸餾的時(shí)間為3～8h。
11、優(yōu)選的是，其中，所述步驟三中，梯度冷凝技術(shù)的具體方法包括：先以5～10℃/min的降溫速率降溫至400～440℃，然后以5～10℃/min的降溫速率降溫至300～400℃。
12、優(yōu)選的是，其中，所述步驟四中，熔煉再結(jié)晶的溫度為460～560℃。
13、優(yōu)選的是，其中，所述步驟四中，線槽結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)包括：
14、殼體，其內(nèi)部一端設(shè)置有用于盛載和熔融5n級(jí)碲的石墨坩堝槽，所述殼體上密封設(shè)置有蓋體，所述殼體的一端開(kāi)設(shè)有用于抽真空的真空口和用于通入氫氣的通氣口；
15、多個(gè)線槽，其在所述殼體軸向方向上呈兩段式v字型設(shè)置，所述線槽的寬度為0.5～2mm；所述線槽包括與所述石墨坩堝連通的第一線槽和與所述第一線槽連接的第二線槽，所述第一線槽與所述第二線槽的連接處為平滑連接；
16、多個(gè)熱電偶，其間隔排布在所述線槽的下端，所述熱電偶的上表面與所述線槽的下表面相接觸，相鄰兩個(gè)熱電偶之間設(shè)置有水冷管路，所述水冷管路與所述線槽的下表面相接觸。
17、優(yōu)選的是，其中，所述第一線槽的中心線與殼體軸向水平線的夾角為1～4°，所述第二線槽的中心線與所述殼體軸向水平線的夾角為6～8°。
18、優(yōu)選的是，其中，進(jìn)行再結(jié)晶時(shí)，各個(gè)熱電偶的加熱溫度不同，各個(gè)熱電偶的加熱溫度沿著遠(yuǎn)離石墨坩堝槽的方向上逐個(gè)遞減，熱電偶的加熱溫度范圍為400～500℃。
19、本發(fā)明至少包括以下有益效果：本發(fā)明提供了一種高純碲的制備方法，首先用焙燒的方法去除絕大部分雜質(zhì)，隨后利用焙燒得到的焙燒渣配置為電解液，采用電解的方法制備得到4n級(jí)粗碲，去除大部分的s、se雜質(zhì)，然后采用真空蒸餾結(jié)合梯度冷凝的方法將剩余的s、se雜質(zhì)揮發(fā)掉，最后利用線槽結(jié)晶裝置進(jìn)行熔融、長(zhǎng)路徑再結(jié)晶，線槽內(nèi)的碲在熔融后結(jié)晶析出的過(guò)程中，碲與se、s雜質(zhì)分離，去除首部含雜量較高的樣品后，能夠得到7n級(jí)碲，即采用本發(fā)明的提純方法，能夠確保將4n級(jí)粗碲提純至99.99999％的純碲，大大提高了碲產(chǎn)品的純度和品質(zhì)，無(wú)需進(jìn)行多段式蒸餾。
20、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
1.一種高純碲的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的高純碲的制備方法，其特征在于，所述步驟一的具體方法包括：將粗碲與質(zhì)量濃度98％的濃硫酸按1～3:1的質(zhì)量比混合，置于回轉(zhuǎn)窯中，在350～600℃下焙燒1～3h，冷卻至室溫后得到焙燒渣。
3.如權(quán)利要求1所述的高純碲的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，用焙燒渣配置為電解液的具體方法包括：將焙燒渣溶解于0.5～1mol/l?naoh溶液中，攪拌混合均勻后得到電解液，焙燒渣與naoh溶液的用量比為1g:2～10ml。
4.如權(quán)利要求3所述的高純碲的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，電解制備4n級(jí)粗碲的具體方法包括：采用鈦基涂層dsa作為陽(yáng)極，ag作為陰極，將電解液升溫至溫度30～50℃，電流密度為450～550a/m2，電解時(shí)間24～72h；電解結(jié)束后，對(duì)陰極產(chǎn)物進(jìn)行剝離、洗滌、真空干燥，得到4n級(jí)粗碲。
5.如權(quán)利要求1所述的高純碲的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，對(duì)4n級(jí)進(jìn)行真空蒸餾的溫度為450～600℃，真空蒸餾的真空度小于2.5×10-2pa，真空蒸餾的時(shí)間為3～8h。
6.如權(quán)利要求1所述的高純碲的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，梯度冷凝技術(shù)的具體方法包括：先以5～10℃/min的降溫速率降溫至400～440℃，然后以5～10℃/min的降溫速率降溫至300～400℃。
7.如權(quán)利要求1所述的高純碲的制備方法，其特征在于，所述步驟四中，熔煉再結(jié)晶的溫度為460～560℃。
8.如權(quán)利要求1所述的高純碲的制備方法，其特征在于，所述步驟四中，線槽結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)包括：
9.如權(quán)利要求8所述的高純碲的制備方法，其特征在于，所述第一線槽的中心線與殼體軸向水平線的夾角為1～4°，所述第二線槽的中心線與所述殼體軸向水平線的夾角為4～8°。
10.如權(quán)利要求8所述的高純碲的制備方法，其特征在于，進(jìn)行再結(jié)晶時(shí)，各個(gè)熱電偶的加熱溫度不同，各個(gè)熱電偶的加熱溫度沿著遠(yuǎn)離石墨坩堝槽的方向上逐個(gè)遞減，熱電偶的加熱溫度范圍為400～500℃。