用熔融结晶原理生产高纯碲的方法
李永红;刘兴芝
【摘要】高纯碲市场价格不断上涨,是因为适于高纯碲规模化生产的技术仍不成熟.
真空蒸馏法、电解精炼法仅有少数企业在应用,化学方法则存在引进新的杂质或设
备腐蚀等问题.因此,根据在二组分相图中,有纯组分与熔体共存区域的事实,发明了一
种利用熔融结晶原理生产高纯碲的方法.将4N碲在470℃下熔融,再将熔体注入结
晶器中,利用加热设备余热及熔体本身放热,使熔体缓慢冷却一定时间,再自然冷却至
室温.对碲锭进行切割,先析出的＜85％的结晶体为产品.该方法所用设备仅为一台密
闭加热电炉和石英玻璃坩埚及石墨结晶器,操作很简单.适用于规模化生产,无需其他
化学试剂,无设备腐蚀、无环境污染等其他问题.通过调节熔融结晶次数、结晶截取
比例、缓慢冷却时间,企业可根据市场需求对碲的纯度、产量进行控制.经过一次结
晶,碲的质量分数≥99.999.该方法有较高的工业应用价值.
【期刊名称】《辽宁大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(041)002
【总页数】5页(P137-141)
【关键词】熔融结晶;原理;高纯碲;生产方法
【作者】李永红;刘兴芝
【作者单位】营口职业技术学院,辽宁营口115000;辽宁大学化学院,辽宁沈阳
110036
【正文语种】中文
【中图分类】O642
1碲的精制方法比较
目前，将3N粗碲变成4N精碲的处理方法通常是真空蒸馏法[1～3］.该方法的优
点是提纯效果好.缺点是回收率相对较低，工艺复杂，需精密设备，不适于4N碲
的规模化生产[1］.因此，四川鑫炬矿业公司发明了通过还原熔炼和扒渣提纯法生
产4N碲[1］;该方法的优点是流程简单，设备少，工艺周期耗时2h，所需设备主
要有电炉和石英玻璃坩埚.规模化生产可采用中频炉和石墨容器，投资不大.工艺过
程在封闭状态下进行，无有害气体产生，环境污染小[1］.该方法的缺点之一是:加
入造渣剂会引进新的杂质，导致生产出的4N精碲中质量分数高于1的杂质元素
仍有Bi，Cu，Fe，Na，Pb，Zn)[1］.如果以此4N碲为原料生产5N、6N、7N
高纯碲，杂质对后续生产有严重影响.缺点之二是:还原熔炼温度为700℃[1］，(碲
的真空蒸馏温度为400℃～600℃[2］)容易造成碲的氧化与挥发.孙召明等研究了
一种化学法制备高纯碲[4，5］，该方法的优点是产品碲的纯度较高.缺点是要使用
硝酸氧化除去杂质铜.硝酸容易对设备造成腐蚀，而且氧化产生的氮氧化物也易造
成大气污染.赖建林等研究了电解精炼法，该方法的优点是一次电解纯度可达4N.
缺点是该方法难以用于大规模生产.通过上述现有生产高纯碲的方法比较，还原熔
炼和扒渣提纯法相对较好，但必须研究克服其存在的缺点.如果不使用任何化学试
剂，就能使碲与多种杂质同时分开，还适用各种规模生产则是最佳方法.凭着对物
理化学多年研究的经验，联想到在金属相图中有纯组分与熔体共存的区域.利用这
一原理，无需化学试剂就能得到高纯碲.为了证实这种分析，研究了一种用熔融结
晶法生产高纯碲的方法.
2熔融结晶法生产高纯碲的原理
图1是具有一个低共熔点的简单二元系统相图.这类体系的特点是:两个组分在液态
时能以任何比例互溶，形成单相溶液.但在固态则完全不互溶，两个组分各自从液
相分别结晶.组分间无化学作用，不生成新的化合物[6］.图中a点是组分A的熔点，
b点是组分B的熔点.现以组成为M的配料加热到高温完全熔融，然后平衡冷却析
晶为例加以说明.随着温度的不断降低，熔融体会进入L+B区域内，组分B先达到
饱和而不断析出B的晶体.只有当温度低于低共熔点Tep时，才能同时析出A晶体
和B晶体.Bi与Cd能构成具有一个低共熔点的简单二元系统相图[7］.由此可以推
测，Te与其中一种杂质金属元素也能构成具有一个低共熔点的简单二元系统相图.
如果图1中B是Te，b点则是Te的熔点450℃，A就是表1中的某个金属杂质
元素，L+B就是Te与熔体L共存的区域.
由表2可见，温度超过520℃，Te就会明显挥发.因此，选择4N碲(Te≥99.99%，
主要杂质见表3)为M点配料.M点温度为470℃，既能确保4N碲完全熔融，又
能防止其挥发及高温氧化.图1是平衡状态的相图，实际生产状态并非平衡态.从M
点开始降温，到气液平衡相平衡线，系统并不会自发产生相变，也不