Получение высокочистых гранулированных металлов: кадмия, цинка, свинца
Предложены комплексные процессы глубокого рафинирования кадмия, цинка и свинца дистилляцией в вакууме. Разработано устройство для получения гранул. Исследован процесс гранулирования высокочистых металлов. Чистота получаемых гранул кадмия и цинка выше 99,9999, а гранул свинца — выше 99,9995 мас. %....
Gespeichert in:
| Datum: | 2017 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2017
|
| Schriftenreihe: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122671 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Получение высокочистых гранулированных металлов: кадмия, цинка, свинца / А.П. Щербань, Г.П. Ковтун, Ю.В. Горбенко, Д.А. Солопихин, В.Д. Вирич, Л.А. Пироженко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 1-2. — С. 55-60. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-122671 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1226712017-07-17T03:03:25Z Получение высокочистых гранулированных металлов: кадмия, цинка, свинца Щербань, А.П. Ковтун, Г.П. Горбенко, Ю.В. Солопихин, Д.А. Вирич, В.Д. Пироженко, Л.А. Технологические процессы и оборудование Предложены комплексные процессы глубокого рафинирования кадмия, цинка и свинца дистилляцией в вакууме. Разработано устройство для получения гранул. Исследован процесс гранулирования высокочистых металлов. Чистота получаемых гранул кадмия и цинка выше 99,9999, а гранул свинца — выше 99,9995 мас. %. Запропоновано комплексні процеси глибокого рафінування кадмію, цинку і свинцю дистиляцією у вакуумі. Розроблено пристрій для одержання гранул. Досліджено процес гранулювання металів високої чистоти. Чистота одержуваних гранул кадмію і цинку більша за 99,9999, а гранул свинцю — більша за 99,9995 мас. %. Для запобігання окисленню гранул металів при зберіганні на повітрі проведені дослідження процесів пасивації їх поверхні хімічним методом. Підвищенню стійкості до атмосферної корозії гранул сприяє застосування органічних розчинників на основі диметлформаміду як охолодної рідини у процесі гранулювання Cd, Zn і Pb високої чистоти. Cadmium, zinc and lead are constituent components of many semiconductor compounds. The obtained high purity distillates and ingots are large-size elements, which is not always convenient to use, and thus require additional grinding, which does not always allow maintaining the purity of the original materials. For the growth of semiconductor and scintillation single crystals it is advisable to use «friable» granular high-purity distillates, which can be processed without the risk of contamination. For example, the European low-background experiment LUCIFER required more than 20 kg of high-purity granulated zinc, which was agreed to be supplied by NSC KIPT. This task was then extended to cadmium and lead. Motivated by these tasks, the authors of this paper propose complex processes of deep refining of cadmium, zinc and lead by vacuum distillation. A device producing granules has been developed. The process of granulation of high-purity metals is explored. The purity of produced granules for cadmium and zinc is >99,9999, and >99,9995% for lead granules. To prevent oxidation of metal granules during exposition to air, chemical methods of surface passivation were used. Organic solvent based on dimethylformamide used as a coolant improves the resistance of granules to atmospheric corrosion during the granulation of high purity Cd, Zn and Pb. 2017 Article Получение высокочистых гранулированных металлов: кадмия, цинка, свинца / А.П. Щербань, Г.П. Ковтун, Ю.В. Горбенко, Д.А. Солопихин, В.Д. Вирич, Л.А. Пироженко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 1-2. — С. 55-60. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2017.1-2.55 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122671 669.054 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Технологические процессы и оборудование Технологические процессы и оборудование |
| spellingShingle |
Технологические процессы и оборудование Технологические процессы и оборудование Щербань, А.П. Ковтун, Г.П. Горбенко, Ю.В. Солопихин, Д.А. Вирич, В.Д. Пироженко, Л.А. Получение высокочистых гранулированных металлов: кадмия, цинка, свинца Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Предложены комплексные процессы глубокого рафинирования кадмия, цинка и свинца дистилляцией в вакууме. Разработано устройство для получения гранул. Исследован процесс гранулирования высокочистых металлов. Чистота получаемых гранул кадмия и цинка выше 99,9999, а гранул свинца — выше 99,9995 мас. %. |
| format |
Article |
| author |
Щербань, А.П. Ковтун, Г.П. Горбенко, Ю.В. Солопихин, Д.А. Вирич, В.Д. Пироженко, Л.А. |
| author_facet |
Щербань, А.П. Ковтун, Г.П. Горбенко, Ю.В. Солопихин, Д.А. Вирич, В.Д. Пироженко, Л.А. |
| author_sort |
Щербань, А.П. |
| title |
Получение высокочистых гранулированных металлов: кадмия, цинка, свинца |
| title_short |
Получение высокочистых гранулированных металлов: кадмия, цинка, свинца |
| title_full |
Получение высокочистых гранулированных металлов: кадмия, цинка, свинца |
| title_fullStr |
Получение высокочистых гранулированных металлов: кадмия, цинка, свинца |
| title_full_unstemmed |
Получение высокочистых гранулированных металлов: кадмия, цинка, свинца |
| title_sort |
получение высокочистых гранулированных металлов: кадмия, цинка, свинца |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2017 |
| topic_facet |
Технологические процессы и оборудование |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122671 |
| citation_txt |
Получение высокочистых гранулированных металлов: кадмия, цинка, свинца / А.П. Щербань, Г.П. Ковтун, Ю.В. Горбенко, Д.А. Солопихин, В.Д. Вирич, Л.А. Пироженко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 1-2. — С. 55-60. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT ŝerbanʹap polučenievysokočistyhgranulirovannyhmetallovkadmiâcinkasvinca AT kovtungp polučenievysokočistyhgranulirovannyhmetallovkadmiâcinkasvinca AT gorbenkoûv polučenievysokočistyhgranulirovannyhmetallovkadmiâcinkasvinca AT solopihinda polučenievysokočistyhgranulirovannyhmetallovkadmiâcinkasvinca AT viričvd polučenievysokočistyhgranulirovannyhmetallovkadmiâcinkasvinca AT piroženkola polučenievysokočistyhgranulirovannyhmetallovkadmiâcinkasvinca |
| first_indexed |
2025-07-08T22:10:19Z |
| last_indexed |
2025-07-08T22:10:19Z |
| _version_ |
1837119032331862016 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 1–2
55
ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
ISSN 2225-5818
ÓÄÊ 669.054
А. П. ЩЕРБАНЬ, д. ф.-м. н. Г. П. КОВТУН, Ю. В. ГОРБЕНКО, Д. А. СОЛОПИХИН,
В. Д. ВИРИЧ, Л. А. ПИРОЖЕНКО
Óêðàèíà, Нàцèоíàльíый íàучíый цеíтð «Хàðьêовсêèй фèзèêо-техíèчесêèй èíстèтут»
E-mail: shcherban@kipt.kharkov.ua
ПОЛÓЧЕНИЕ ВЫСОÊОЧИСТЫХ ГРАНÓЛИРОВАННЫХ
МЕТАЛЛОВ: ÊАÄМИЯ, ЦИНÊА, СВИНЦА
Êàдмèй, цèíê, свèíец являются состàвíымè
êомпоíеíтàмè мíогèх полупðоводíèêовых со-
едèíеíèй, тàêèх êàê CdTe, Cd1–xZnxTe, CdSb,
ZnTe, ZnSe è дð., è сцèíтèлляцèоííых êðè-
стàллов вольфðàмàтов è молèбдàтов этèх ме-
тàллов, тàêèх êàê (Cd, Zn, Pb)WO4 è (Cd, Zn,
Pb)MoO4, èспользуемых в êàчестве детеêтоðов
èоíèзèðующèх èзлучеíèй, детеêтоðов ðегèстðà-
цèè безíейтðèííого двойíого β-ðàспàдà è чàстèц
темíой мàтеðèè. Äостèжеíèе высоêèх детеêтè-
ðующèх, спеêтðометðèчесêèх è оптèчесêèх пà-
ðàметðов тàêèх детеêтоðов является весьмà пðо-
блемàтèчíым без èспользовàíèя высоêочèстых
èсходíых мàтеðèàлов.
Одíèм èз способов глубоêой очèстêè выше
пеðечèслеííых элемеíтов является дèстèлля-
цèя в вàêууме. В ННЦ ХФТИ в последíèе
годы ðàзðàботàíы усовеðшеíствовàííые дèс-
тèлляцèоííые методы глубоêого ðàфèíèðовà-
íèя êàдмèя, цèíêà è свèíцà [1—5]. Пðè этом
высоêочèстые дèстèлляты метàллов получàют
в вèде êðупíоðàзмеðíых элемеíтов èлè слèт-
êов, зàчàстую íеудобíых для èспользовàíèя è
тðебующèх èзмельчеíèя, в пðоцессе êотоðого
íе всегдà удàется сохðàíèть èсходíую чèстоту
мàтеðèàлà. Äля выðàщèвàíèя полупðоводíèêо-
вых è сцèíтèлляцèоííых моíоêðèстàллов под-
ходящèмè для дàльíейшего èспользовàíèя яв-
ляются «сыпучèе» гðàíулèðовàííые высоêочè-
стые дèстèлляты, êотоðымè можíо опеðèðовàть
без опàсíостè вíесеíèя зàгðязíеíèя. Нàпðèмеð,
для Евðопейсêого íèзêофоíового эêспеðèмеí-
тà LUCIFER потðебовàлось более 20 êг высо-
êочèстого гðàíулèðовàííого цèíêà [6], пðед-
ложеíèе íà постàвêу êотоðого было пðèíято от
ННЦ ХФТИ. Зàтем этà зàдàчà былà ðàсшè ðеíà
íà êàдмèй è свèíец.
Предложены комплексные процессы глубокого рафинирования кадмия, цинка и свинца дистилляци-
ей в вакууме. Разработано устройство для получения гранул. Исследован процесс гранулирования
высокочистых металлов. Чистота получаемых гранул кадмия и цинка выше 99,9999, а гранул свин-
ца — выше 99,9995 мас. %.
Клþчевые слова: высокочистые металлы, кадмий, цинк, свинец, рафинирование, дистилляция в ва-
кууме, гранулирование, пассивация поверхности.
Целью дàííой ðàботы является ðàзðàботêà
è èсследовàíèе пðоцессов получеíèя высоêочè-
стых гðàíулèðовàííых цèíêà, êàдмèя è свèíцà.
Îбъекты и методы исследования
Объеêтàмè èсследовàíèя служèлè слèтêè
дèстèллятов Cd è Zn чèстотой выше 99,9999,
à Pb — выше 99,9996 мàс. %, получеííые êом-
плеêсíым дèстèлляцèоííым методом глубоêо-
го ðàфèíèðовàíèя в вàêууме, è гðàíулы метàл-
лов, получеííые íà спецèàльíо ðàзðàботàííом
устðойстве.
В ðàботе èспользовàлè хèмèчесêèе мето-
ды пàссèвàцèè повеðхíостè гðàíул. Êоíтðоль
состояíèя èх повеðхíостè пðоводèлè с помо-
щью мèêðосêопов МБС-9 è MTU253. Аíàлèз
содеðжàíèя пðèмесей в обðàзцàх êàдмèя, цèí-
êà è свèíцà пðоводèлè с помощью лàзеðíо-
го мàсс-спеêтðометðà высоêого ðàзðешеíèя с
двойíой фоêусèðовêой тèпà Мàттàухà—Геðцогà
МС 3101 с ðегèстðàцèей íà фотоплеíêу. Äля èз-
меðеíèя оптèчесêой плотíостè спеêтðàльíых лè-
íèй èспользовàлè ðегèстðèðующèй мèêðофото-
метð ИФО-451. Случàйíàя погðешíость ðезуль-
тàтов àíàлèзà хàðàêтеðèзуется велèчèíой отíо-
сèтельíого стàíдàðтíого отêлоíеíèя 0,15—0,30.
Экспериментальная часть
Глубокое рафинирование Cd и Zn
дистилляцией в вакууме с применением
геттерного фильтра
Äèстèлляцèю Сd è Zn осуществлялè с помо-
щью устðойствà êвàзèзàмêíутого тèпà, пðèíцè-
пèàльíàя схемà êотоðого пðèведеíà íà рис. 1.
Äетàлè устðойствà, íàходèвшèеся в êоíтàêте с
метàллом, èзготàвлèвàлè èз высоêочèстого гðà-
фèтà мàðêè МПГ-7. Óстðойство устàíàвлèвàлè
DOI: 10.15222/TKEA2017.1-2.55
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 1–2
56
ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
ISSN 2225-5818
в вàêуумíую êàмеðу, во вðемя пðоцессà в íей
создàвàлè дàвлеíèе 10–4—10–2 Пà. Зàгðузêà ме-
тàллà состàвлялà 1,5—2,5 êг.
Óстðойство собðàíо èз двух одèíàêовых де-
тàлей, íèжíяя èз êотоðых выполíяет ðоль тè-
гля (2), à веðхíяя (1) служèт сбоðíèêом êоí-
деíсèðовàííого метàллà (D). Небольшое бо-
êовое отвеðстèе 4 в стеíêе тèгля пðедíàзíàче-
íо для вàêуумèðовàíèя è удàлеíèя легêолету-
чèх пðèмесей.
Äèстèлляцèю êàдмèя è цèíêà пðоводèлè
в следующèх темпеðàтуðíых условèях: тем-
пеðàтуðà èспàðеíèя Тèсп = Тпл + (50...60) Ê, тем-
пеðàтуðà êоíдеíсàцèè Тêоíд = Тпл – (30...40) Ê,
где Тпл — темпеðàтуðà плàвлеíèя.
Рàфèíèðовàíèе выполíялè в двà этàпà. Нà
пеðвом этàпе пðоводèлè фèльтðàцèю è отгоíêу
легêолетучèх пðèмесей (Na, Êà, S, Р, Сl è дð.)
с êоíдеíсàцèей èх íà повеðхíостè êоíдеíсàтоðà.
После удàлеíèя êоíдеíсàтà (пðèмеðíо 5% от èс-
ходíой зàгðузêè метàллà) с легêолетучèмè пðè-
месямè íàступàл втоðой этàп пðоцессà — удàле-
íèе тðудíолетучèх пðèмесей (Fe, Ni, Si, Al, Сu è
дð.), êотоðые остàвàлèсь íà дíе тèгля. Нà этом
этàпе метàлл подвеðгàлся одíоêðàтíой пеðегоí-
êе чеðез геттеðíый фèльтð èз сплàвà Zr—Fe
с долей пеðегоíêè 90…95%. Осíовíое пðедíà-
зíàчеíèе геттеðíого фèльтðà — очèстêà от пðè-
месей вíедðеíèя (C, N, O), содеðжàíèе êотоðых
сíèжàется пðèмеðíо íà поðядоê по сðàвíеíèю
с дèстèлляцèей без фèльтðà [7, 8]. Пðè этом
пðоèсходèт тàêже дополíèтельíàя (в 2—5 ðàз)
очèстêà от осíовíых метàллèчесêèх пðèмесей.
Получàемые тàêèм обðàзом дèстèлляты Cd è
Zn сплàвлялè в слèтêè íеобходèмых для пðоцес-
сов гðàíулèðовàíèя ðàзмеðов (рис. 2).
Глубокое рафинирование Pb
с конденсацией в жидкуþ фазу
Особеííостью свèíцà является íèзêàя упðу-
гость его пàðà пðè темпеðàтуðе плàвлеíèя
(4,3∙10–7 Пà) [9, с. 385]. Рàсчеты поêàзàлè, что
пðèемлемые зíàчеíèя упðугостè пàðà пðè дèс-
тèлляцèè свèíцà создàются пðè темпеðàтуðе
ðàсплàвà 1200—1240 Ê. Äля глубоêого ðàфè-
íèðовàíèя свèíцà было ðàзðàботàíо спецèàль-
íое устðойство с êоíдеíсàцèей пàðà Pb в жèд-
êую фàзу (рис. 3). Óстðойство èзготàвлèвàлè èз
высоêочèстого плотíого гðàфèтà мàðêè МПГ-7
с мèíèмàльíым содеðжàíèем пðèмесей, облà-
дàющего хèмèчесêой èíеðтíостью по отíоше-
íèю ê свèíцу.
Пðè èспàðеíèè èз тèгля до 95% èсходíо-
го (после фèльтðàцèè) свèíцà пðоèсходèт его
очèстêà от тðудíолетучèх пðèмесей, êотоðые
остàются в тèгле. Вместе с осíовíым метàллом
в íàгðетый êоíдеíсàтоð поступàют è легêолету-
чèе пðèмесè. Посêольêу êоíдеíсàтоð с метàллом
в пðоцессе ðàфèíèðовàíèя íàходèтся пðè повы-
Рèс. 1. Схемà дèстèлляцèоííого устðойствà íà этà-
пе отгоíêè легêолетучèх пðèмесей путем пðогðевà è
фèльтðàцèè (а) è íà этàпе очèстêè от тðудíолету-
чèх пðèмесей путем пеðегоíêè метàллà чеðез геттеð-
íый фèльтð (б):
1 — êоíдеíсàтоð, 2 — тèгель, 3 — íàгðевàтель, 4 —
отвеðстèе; A — èсходíый метàлл; В — отфèльтðовàí-
íый метàлл; С — тоíêèй слой êоíдеíсàтà с легêолету-
чèмè пðèмесямè; D — дèстèллят; F — остàтоê в тèгле
с тðудíолетучèмè пðèмесямè; G — геттеðíый фèльтð
Рèс. 2. Фотогðàфèè получеííых слèтêов высоêочè-
стых дèстèллятов êàдмèя è цèíêà
Cd (430 г) Zn (350 г)
Рèс. 3. Схемà дèстèлляцèоííого устðойствà для
ðàфèíèðовàíèя свèíцà:
1 — êоíдеíсàтоð, 2 — тèгель, 3 — íàгðевàтель, 4 — от-
веðстèе, 5 — отðàжàтель пàðà; A — èсходíый метàлл;
В — ðàфèíèðовàííый метàлл
5
2
3
4
1
B
А
à)
С
B
А
1
4
2
3
б)
D
F
G
1
4
2
3
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 1–2
57
ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
ISSN 2225-5818
шеííой темпеðàтуðе (Тêоíд = 0,8 Тèсп), легêолету-
чèе пðèмесè èспàðяются è удàляются чеðез спе-
цèàльíые отвеðстèя [5]. Тàêèм обðàзом, в пðед-
ложеííой схеме ðàфèíèðовàíèя одíовðемеííо
пðоèсходèт очèстêà от тðудíо- è легêолетучèх
пðèмесей, что зíàчèтельíо повышàет пðоèзводè-
тельíость пðоцессà è выход годíой пðодуêцèè.
Нà рис. 4 пðèведеíы фотогðàфèè слèтêов ðà-
фèíèðовàííого свèíцà, получеííых после дèс-
тèлляцèè, è сфоðмèðовàííых слèтêов зàдàí-
íых ðàзмеðов.
Устройство и процесс гранулирования
высокочистых кадмия, цинка и свинца
Äля получеíèя гðàíулèðовàííых высоêочè-
стых Cd, Zn è Pb было ðàзðàботàíо спецèàль-
íое устðойство (рис. 5).
Веðхíèй êоíтейíеð èмеет фоðму цèлèíдðà
è èзготовлеí èз высоêочèстого плотíого гðàфè-
тà мàðêè МПГ7 è пðедíàзíàчеí для зàгðузêè в
íего слèтêов èсходíого метàллà. Пеðед èсполь-
зовàíèем êоíтейíеð пðогðевàется в вàêууме пðè
òåмïåðàòóðå ïðèмåðíî 1000°С â òåчåíèå îдíîãî
чàсà для удàлеíèя повеðхíостíых зàгðязíеíèй.
В дíе веðхíего êоíтейíеðà выполíеíы от-
веðстèя, чеðез êотоðые ðàсплàвлеííый метàлл
êàпàет в êоíтейíеð с охлàждàющей жèдêостью
(бèдèстèллèðовàííой водой), выполíеííый èз
высоêочèстого êвàðцà. После слèвà жèдêостè
гðàíулы метàллà высушèвàют íà поглощàющèх
влàгу обеззолеííых фèльтðàх.
Посêольêу фоðмà êàпель зàвèсèт от отíоше-
íèя длèíы отвеðстèй l ê èх дèàметðу d, опыт-
íым путем устàíовлеíо, что êàплеобðàзíые гðà-
íулы фоðмèðуются пðè l/d = 3—4.
Вíутðеííèй ðàзмеð веðхíего êоíтейíеðà (дè-
àметð 40 мм, высотà 150 мм) позволяет ðàзме-
стèть двà цèлèíдðèчесêèх слèтêà высотой по
60 мм (ðèс. 2, 4). В тàêом устðойстве зà одèí
цèêл можíо получèть 860 г êàдмèя, 700 г цèí-
êà èлè 1120 г свèíцà.
Обðàзцы гðàíул êàдмèя, свèíцà è цèíêà по-
сле гðàíулèðовàíèя поêàзàíы íà рис. 6.
Ðезультаты исследования и их обсуждение
В табл. 1 пðèведеíы дàííые о содеðжà-
íèè осíовíых метàллèчесêèх пðèмесей в дèс-
тèллятàх Cd è Zn, получеííых пðè обычíой
дèстèлляцèè è пðè дèстèлляцèè чеðез геттеð-
íый фèльтð èз сплàвà Zr—Fe.
Аíàлèз пðèведеííых в тàбл. 1 дàííых поêà-
зывàет, что после сплàвлеíèя дèстèллятов êàд-
мèя è цèíêà в слèтêè èх чèстотà остàется íà
пðежíем уðовíе, пðè гðàíулèðовàíèè высоêо-
чèстых Cd è Zn чèстотà остàется íà уðовíе 6N.
Тàêèм обðàзом, ðàзðàботàííый пðоцесс позво-
ляет получàть гðàíулèðовàííый êàдмèй è цèíê
чèстотой 99,9999 мàс. %.
Осíовíымè пðèмесямè в свèíце являются Cu,
Sb è Ag. Êàê вèдíо èз табл. 2, после ðàфèíèðо-
вàíèя èх êоíцеíтðàцèя сíèжàется в 10—500 ðàз.
Содеðжàíèе дðугèх пðèмесей в очèщеííом
свèíце íàходèтся íèже пðеделà чувствèтель-
íостè методов àíàлèзà: Rb, Y, Zr, Nb, Ru, Pt,
Au — мåíåå 1∙10–6 мàс. %; Sc, In, Te — меíее
1∙10–5 мàñ. %; Se, Pd — мåíåå 1∙10–4 мàс. %.
Äàííые получеíы íà пðèмеðе àðхеологèчесêо-
го свèíцà [3].
Пðèведеííые ðезультàты поêàзывàют, что
ðàзðàботàííый пðоцесс позволяет получàть вы-
соêочèстый гðàíулèðовàííый свèíец чèстотой
Рèс. 4. Фото слèтêов дèстèллятов ðàфèíèðовàííо-
го свèíцà:
а — получеííые после дèстèлляцèè (≈ 1 êг êàждый);
б — сфоðмèðовàííые в соответствèè с зàдàííымè ðàз-
меðàмè (общèй вес ≈ 1 êг)
Рèс. 5. Схемà устðойствà для гðàíулèðовàíèя
êàдмèя, свèíцà è цèíêà:
1 — веðхíèй êоíтейíеð с отвеðстèямè; 2 — ðàсплàвлеí-
íый метàлл; 3 — íàгðевàтель; 4 — êоíтейíеð с охлàж-
дàющей жèдêостью; 5 — гðàíулèðовàííый метàлл
Рèс. 6. Обðàзцы получеííых гðàíул метàллов
à)
б)
1
2
3
4
5
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 1–2
58
ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
ISSN 2225-5818
íе меíее 99,9995 мàс. % пðè чèстоте èсходíого
мàтеðèàлà íе меíее 99,94 мàс. %.
После гðàíулèðовàíèя в дèстèллèðовàííой
воде гðàíулы êàдмèя, свèíцà è в меíьшей меðе
цèíêà в пðоцессе хðàíеíèя íà воздухе оêèсля-
ются: свèíец — в течеíèе íесêольêèх чàсов,
êàдмèй — в течеíèе íесêольêèх сутоê (рис. 7);
цèíê — после íесêольêèх месяцев. В связè с
этèм былè пðоведеíы èсследовàíèя пðоцессов
пàссèвàцèè повеðхíостè гðàíул Zn, Cd è Pb хè-
мèчесêèм методом. Рàзðàботàíы íовые состàвы
тðàвèтелей è пðедложеíà послеопеðàцèоííàя об-
ðàботêà гðàíул в безводíых оðгàíèчесêèх ðàс-
твоðàх íà осíове дèметèлфоðмàмèдà (ÄМФÀ).
Тàêàя пðоцедуðà хèмèчесêой обðàботêè обеспе-
чèвàет одíовðемеííое полèðовàíèе è пàссèвà-
цèю высоêочèстых гðàíулèðовàííых Zn, Cd è
Pb в вèде тоíêèх, элàстèчíых зàщèтíых слоев
оêсèдов, устойчèвых ê àтмосфеðíой êоððозèè
в течеíèе длèтельíого вðемеíè. Подðобíое опè-
сàíèе пðоцессов пàссèвàцèè будет опублèêовà-
íо в отдельíой ðàботе.
Использовàíèе безводíых оðгàíèчесêèх ðàс-
твоðов в схемàх хèмèчесêой обðàботêè èссле-
Рèс. 7. Обðàзцы гðàíул свèíцà è êàдмèя íепосðед-
ствеííо после получеíèя è после выдеðжêè èх íà
воздухе
Тàблèцà 2
Содержание основных примесей в исходном свинце,
в слитках после дистилляции и в гранулах
Пðèмесь
Содеðжàíèе пðèмесè в свèíце,
10–5 мàс. %, íе более:
èсходíый
метàлл
слèтêè
после
дèстèлля-
цèè
гðàíулы
Mg < 1 < 0,4 < 0,4
Al < 1 0,4 0,7
Si < 25 0,4 0,6
K < 10 0,3 0,5
Ca < 5 0,3 0,4
Fe < 10 0,2 0,4
Cu 200 0,4 0,8
Ag 80 < 0,6 < 0,6
Sb 230 < 0,6 < 0,6
Суммàðíое
содеðжàíèе < 562 < 3,6 < 5
Чèстотà Pb,
мàсс. %,
íе меíее
99,94 99,9996 99,9995
Тàблèцà 1
Содержание металлических примесей в исходных кадмии и цинке, в слитках после дистилляции
без геттера, с применением геттерного фильтра из сплава Zr—Fe и в гранулах
Пðèмесь
Содеðжàíèе пðèмесè в метàлле, 10–5 мàс. %, íе более:
Cd Zn
èсходíый
метàлл
мàðêè
Êд0А
слèтêè после
дèстèлляцèè
гðàíулы
èсходíый
метàлл
мàðêè
ЦВ00
слèтêè после
дèстèлляцèè
гðàíулы
без
геттеðà с геттеðом без
геттеðà с геттеðом
Fe 20 < 0,2 < 0,2 1 3 < 0,09 < 0,09 1
Cu 420 6 < 0,2 1 0,6 < 0,1 < 0,1 1
Ni 200 < 0,2 < 0,2 1 4 < 0,3 < 0,3 1
Pb 440 4 2 2 1 0,8 0,6 0,6
As 60 < 0,5 < 0,5 <0,5 10 < 0,1 < 0,1 < 0,1
Sb 100 2 1 1 2 < 0,1 < 0,1 < 0,1
Sn 120 3 < 0,1 < 0,1 1 < 0,6 < 0,6 1
Al — — — — 0,2 < 0,03 < 0,03 < 0,1
Cd Осíовíой метàлл 130 14 2,6 3,0
Zn 20 1 < 0,2 1 Осíовíой метàлл
Чèстотà
метàллà,
мàсс. %,
íе меíее
99,98 99,9998 99,99994 99,9999 99,998 99,9998 99,99995 99,9999
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 1–2
59
ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
ISSN 2225-5818
дуемых метàллов позволяет èсêлючèть гèдðо-
лèз зàщèтíых плеíоê. Пðèмеíеíèе чèстых по
êàтèоííому è àíèоííому состàву оðгàíèчесêèх
ðàствоðèтелей в êàчестве пðомывíой жèдêостè
пðедотвðàщàет хемосоðбцèю èоíов, пðèсутству-
ющèх в тðàдèцèоííо пðèмеíяемой дèстèллèðо-
вàííой воде. Это обеспечèвàет èсходíую чèсто-
ту гðàíулèðовàííых метàллов.
Рàзðàботàííый метод хèмèчесêèй пàссèвàцèè
позволяет достàточíо длèтельíо хðàíèть гðàíу-
лы метàллов в обычíых àтмосфеðíых условèях
без èзмеíеíèя состояíèя èх повеðхíостè: Zn è
Cd — более 60 сутоê, Pb — до 30.
После успешíого пðèмеíеíèя àпðотоííого
ðàствоðèтеля ÄМФА в пðоцессàх хèмèчесêой
пàссèвàцèè высоêочèстых гðàíул Cd, Zn è Pb
возíèêлà èдея пðèмеíèть его в êàчестве охлà-
жàдющей жèдêостè в пðоцессàх гðàíулèðовàíèя
этèх метàллов. Тàê, для сàмопàссèвàцèè повеðх-
íостè гðàíул свèíцà был пðедложеí è опðобо-
вàí ðàствоð глèцеðèí-дèметèлфоðмàмèдà, à для
цèíêà è êàдмèя — чèстый ÄМФА (C3H7OH).
Использовàíèе безводíых оðгàíèчесêèх ðàство-
ðов в пðоцессе получеíèя гðàíул Pb, Zn è Cd
позволèло èсêлючèть спецèàльíую хèмèчесêую
пàссèвàцèю èх повеðхíостè. Êàчество повеðх-
íостè получеííых тàêèм обðàзом гðàíул сохðà-
íяется в двà ðàзà дольше, чем пðè хèмèчесêой
пàссèвàцèè.
Âыводы
Тàêèм обðàзом, ðàзðàботàííые пðоцессы глу-
боêой очèстêè метàллов от легêо- è тðудíолету-
чèх пðèмесей позволèлè получèть íà спецèàль-
íо сêоíстðуèðовàííом устðойстве высоêочèстые
гðàíулы цèíêà, êàдмèя è свèíцà: Zn è Cd чèсто-
той íе меíее 9,99995 мàс. %, Pb — 99,9996 мàс. %.
Пðедложеííый метод пàссèвàцèè гðàíулèðовàí-
íых метàллов обеспечèвàет длèтельíый сðоê èх
хðàíеíèя íà воздухе без оêèслеíèя повеðхíостè.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИÊИ
1. Щеðбàíь А.П. Получеíèе высоêочèстых метàллов
для пðоèзводствà íèзêофоíовых сцèíтèлляцèоííых детеê-
тоðов ðедêèх событèй // Вопðосы àтомíой íàуêè è тех-
íèêè. Сеðèя: Вàêуум, чèстые мàтеðèàлы, свеðхпðоводíè-
êè.— 2011.— № 6.— С. 3—10.
2. Kovtun G.P., Shcherban A.P., Solopikhin D.A. et al.
Production of radiopure natural and isotopically enriched
cadmium and zinc for low background scintillators //
Functional mate-rials.— 2011.— Vol. 18, N 1.— P. 121-127.
3. Boiko R.S., Virich V.D., Danevich, F.A. et al.
Ultrapurification of archaeological lead // Inorganic
Materials. — 2011.— Vol. 47, N. 6.— P. 645—648.
4. Пàт. 22541 Óêðàїíè. Спосіб ðàфіíувàííя метàлів /
С.Ю. Лàðêіí, Г.П. Êовтуí, О.П. Щеðбàíь.— 2007.— Бюл.
№ 5.
5. Пàт. 94547 Óêðàїíè. Пðèстðій для ðàфіíувàííя
метàлів дèстèляцією у вàêуумі / Г.П. Êовтуí, О.П.
Щеðбàíь, Ä.О. Солопіхіí.— 2011.— Бюл. № 9.
6. Вèðèч В.Ä., Гоðбеíêо Ю.В., Äàфèíей И. è дð.
Получеíèе высоêочèстого гðàíулèðовàííого цèíêà для íèз-
êофоíового эêспеðèмеíтà LUCIFER // Мàтеðèàлы доêлà-
дов 3-й Междуíàðодíой êоíфеðеíцèè «Высоêочèстые мà-
теðèàлы; получеíèе, пðèмеíеíèя, свойствà».— Óêðàèíà,
г. Хàðьêов.— 2015.— С. 8.
7. Êоíдðèê А. И., Cолопèхèí Ä. А., Щеðбàíь А. П.
Рàфèíèðовàíèе Cd è Zn от пðèмесей вíедðеíèя пðè дèс-
тèлляцèè с геттеðíым фèльтðом ZrFe // Техíологèя è
êоíстðуèðовàíèе в элеêтðоííой àппàðàтуðе.— 2013.—
№ 5.— С. 31—36.
8. Êовтуí Г.П., Щеðбàíь А.П., Солопèхèí Ä.А. è дð.
Исследовàíèе пðоцессà получеíèя высоêочèстого цèíêà
êàê состàвляющего элемеíтà детеêтоðов èоíèзèðующèх
èзлучеíèй // Вопðосы àтомíой íàуêè è техíèêè. Сеðèя:
Вàêуум, чèстые мàтеðèàлы, свеðхпðоводíèêè.— 2008.—
№ 1.— С. 20—23.
9. Несмеяíов А.Н. Äàвлеíèе пàðà хèмèчесêèх элемеí-
тов.— Мосêвà: Изд-во АН СССР, 1961.
Дата поступления рукописи
в редакциþ 17.01 2017 г.
О. П. ЩЕРБАНЬ, Г. П. КОВТУН, Ю. В. ГОРБЕНКО,
Д. О. СОЛОПІХІН, В. Д. ВІРИЧ, Л. О. ПИРОЖЕНКО
Óêðàїíà, Нàціоíàльíèй íàуêовèй цеíтð «Хàðêівсьêèй фізèêо-техíічíèй іíстèтут»
E-mail: shcherban@kipt.kharkov.ua
ОÄЕРЖАННЯ ВИСОÊОЧИСТИХ ГРАНÓЛЬОВАНИХ МЕТАЛІВ:
ÊАÄМІЮ, ЦИНÊÓ, СВИНЦЮ
Запропоновано комплексні процеси глибокого рафінування кадміþ, цинку і свинцþ дистиляцієþ у вакуумі.
Розроблено пристрій для одержання гранул. Досліджено процес гранулþвання металів високої чисто-
ти. Чистота одержуваних гранул кадміþ і цинку більша за 99,9999, а гранул свинцþ — більша за
99,9995 мас. %. Для запобігання окисленнþ гранул металів при зберіганні на повітрі проведені дослідження
процесів пасивації їх поверхні хімічним методом. Підвищеннþ стійкості до атмосферної корозії гранул
сприяє застосування органічних розчинників на основі диметлформаміду як охолодної рідини у процесі
гранулþвання Cd, Zn і Pb високої чистоти.
Клþчові слова: метали високої чистоти, кадмій, цинк, свинець, рафінування, дистиляція у вакуумі, гра-
нулþвання, пасивація поверхні.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 1–2
60
ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
ISSN 2225-5818
A. P. SHCHERBAN, G. P. KOVTUN, Y. V. GORBENKO,
D. A. SOLOPIKHIN, V. D. VIRICH, L. A. PIROZHENKO
Ukraine, Kharkiv, National Science Center
«Kharkiv Institute of Physics and Technology»
E-mail: shcherban@kipt.kharkov.ua
PRODUCTION OF HIGH PURITY GRANULAR METALS:
CADMIUM, ZINC, LEAD
Cadmium, zinc and lead are constituent components of many semiconductor compounds. The obtained high
purity distillates and ingots are large-size elements, which is not always convenient to use, and thus require
additional grinding, which does not always allow maintaining the purity of the original materials. For
the growth of semiconductor and scintillation single crystals it is advisable to use «friable» granular high-
purity distillates, which can be processed without the risk of contamination. For example, the European low-
background experiment LUCIFER required more than 20 kg of high-purity granulated zinc, which was agreed
to be supplied by NSC KIPT. This task was then extended to cadmium and lead.
Motivated by these tasks, the authors of this paper propose complex processes of deep refining of cadmium, zinc
and lead by vacuum distillation. A device producing granules has been developed. The process of granulation
of high-purity metals is explored.
The purity of produced granules for cadmium and zinc is >99,9999, and >99,9995% for lead granules. To
prevent oxidation of metal granules during exposition to air, chemical methods of surface passivation were
used. Organic solvent based on dimethylformamide used as a coolant improves the resistance of granules to
atmospheric corrosion during the granulation of high purity Cd, Zn and Pb.
Keywords: high purity metals, cadmium, zinc, lead, refining, vacuum distillation, granulation, surface
passivation.
REFERENCES
1. Shcherban A.P. Obtaining high purity metals for low
background scintillating detectors of rare events. Problems оf
Atomic Science аnd Technology, 2011, no. 6, pp. 3-10. (Rus)
2. Kovtun G.P., Shcherban A.P., Solopikhin D.A,
Virich V.D., Zelenskaja V.I., Boiko R.S., Danevich F.A.,
Kudovbenko V.M., Nagorny S.S. Production of radiopure
natural and isotopically enriched cadmium and zinc for low
background scintillators. Functional materials, 2011, vol. 18,
no. 1, pp. 121-127.
3. Boiko R.S., Virich V.D., Danevich, F.A. et al.
Ultrapurification of archaeological lead. Inorganic Materials,
2011, vol. 47, no. 6, pp. 645-648.
4. Patent 22541 Ukraine. Larkin S.Yu., Kovtun G.P.,
Shcherban A.P. [Method refining of metals]. Bul. 5, 2007.
(Ukr)
5. Patent 94547 Ukraine. Kovtun G.P., Shcherban A.P.,
Solopikhin D.A. [A device for refining metals by distillation
in a vacuum]. Bul. 9, 2011. (Ukr)
6. Virich V.D., Gorbenko Yu.V., Dafinei I. et al.
[Production of high purity granulated zink for low back-
ground experiment LUCIFER]. 3rd International Conference
“High purity materials: preparation, application, property”,
Ukraine, Kharkov, 2015, p. 8. (Rus)
7. Kondrik A. I., Solopikhin D. A., Scherban’ A. P.
Refining of Cd and Zn from interstitial impurities us-
ing distillation with a ZrFe getter filter. Tekhnologiya i
Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2013, no. 5,
pp. 31-36. (Rus)
8. Kovtun G.P., Shcherban A.P., Solopikhin D.A,
Svinarenko A.P., Virich V.D., Kisil E.P., Phillipovich L.I.
[Research of process obtaining high purity zinc as constituent
element of detectors ionizing radiation]. Problems оf Atomic
Science аnd Technology, 2008, no. 1, pp. 20-23. (Rus)
9. Nesmeyanov A.N. Davlenie para khimicheskikh elemen-
tov [The vapor pressure of the chemical elements]. Moskow,
Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR,
1961, 396 p. (Rus)
DOI: 10.15222/TKEA2017.1-2.55
UDC 669.054
|