Selēns kā svarīgs pusvadītāju materiāls un rūpnieciskā izejviela ir tieši atkarīga no tā tīrības pakāpes. Vakuuma destilācijas attīrīšanas procesā skābekļa piemaisījumi ir viens no galvenajiem faktoriem, kas ietekmē selēna tīrību. Šajā rakstā sniegts detalizēts pārskats par dažādām metodēm un paņēmieniem skābekļa satura samazināšanai selēna attīrīšanas laikā, izmantojot vakuuma destilāciju.

I. Skābekļa satura samazināšana izejvielu pirmapstrādes posmā

1. Izejvielu sākotnējā attīrīšana

Neapstrādāts selēns parasti satur dažādus piemaisījumus, tostarp oksīdus. Pirms nonākšanas vakuuma destilācijas sistēmā, virsmas oksīdu noņemšanai jāizmanto ķīmiskās tīrīšanas metodes. Bieži izmantotie tīrīšanas šķīdumi ir:

• Atšķaidīts sālsskābes šķīdums (5–10 % koncentrācija): efektīvi izšķīdina oksīdus, piemēram, SeO₂
• Etanols vai acetons: izmanto organisko piesārņotāju noņemšanai.
• Dejonizēts ūdens: Vairākas skalošanas, lai noņemtu atlikušo skābi

Pēc tīrīšanas žāvēšana jāveic inertas gāzes (piemēram, Ar vai N₂) atmosfērā, lai novērstu atkārtotu oksidēšanos.

2. Izejvielu apstrāde pirms reducēšanas

Izejvielas reducējošā apstrāde pirms vakuumdestilācijas var ievērojami samazināt skābekļa saturu:

• Ūdeņraža reducēšana: augstas tīrības pakāpes ūdeņraža (tīrība ≥99,999%) ievadīšana 200–300 °C temperatūrā, lai reducētu SeO₂ līdz elementāram selēnam
• Karbotermālā reducēšana: selēna izejvielu sajauc ar augstas tīrības pakāpes oglekļa pulveri un karsē līdz 400–500 °C vakuumā vai inertā atmosfērā, izraisot reakciju C + SeO₂ → Se + CO₂.
• Sulfīdu reducēšana: Gāzes, piemēram, H₂S, var reducēt selēna oksīdus relatīvi zemā temperatūrā.

II. Vakuuma destilācijas sistēmas projektēšana un darbības optimizācija

1. Vakuuma sistēmas izvēle un konfigurācija

Augsta vakuuma vide ir kritiski svarīga skābekļa satura samazināšanai:

• Izmantojiet difūzijas sūkņa un mehāniskā sūkņa kombināciju, kuras maksimālais vakuums sasniedz vismaz 10⁻⁴ Pa.
• Sistēmai jābūt aprīkotai ar aukstuma slazdu, lai novērstu eļļas tvaiku atpakaļdifūziju.
• Visiem savienojumiem jāizmanto metāla blīves, lai izvairītos no gāzu noplūdes no gumijas blīvēm.
• Sistēmai jāveic pietiekama izcepšanas degazācija (200–250 °C, 12–24 stundas).

2. Precīza destilācijas temperatūras un spiediena kontrole

Optimālas procesa parametru kombinācijas:

• Destilācijas temperatūra: kontrolēta 220–280 °C diapazonā (zem selēna viršanas temperatūras 685 °C)
• Sistēmas spiediens: uzturēts no 1 līdz 10 Pa
• Sildīšanas ātrums: 5–10 °C/min, lai izvairītos no spēcīgas iztvaikošanas un aizplūšanas
• Kondensācijas zonas temperatūra: tiek uzturēta 50–80 °C temperatūrā, lai nodrošinātu pilnīgu selēna kondensāciju

3. Daudzpakāpju destilācijas tehnoloģija

Daudzpakāpju destilācija var pakāpeniski samazināt skābekļa saturu:

• Pirmais posms: rupja destilācija, lai atdalītu lielāko daļu gaistošo piemaisījumu
• Otrais posms: precīza temperatūras kontrole galvenās frakcijas savākšanai
• Trešais posms: lēna destilācija zemā temperatūrā, lai iegūtu augstas tīrības pakāpes produktu
  Frakcionētas kondensācijas gadījumā starp posmiem var izmantot dažādas kondensācijas temperatūras.

III. Palīgprocesa pasākumi

1. Inertās gāzes aizsardzības tehnoloģija

Lai gan darbība notiek vakuumā, atbilstoša augstas tīrības pakāpes inertās gāzes ievadīšana palīdz samazināt skābekļa saturu:

• Pēc sistēmas izsūknēšanas piepildiet to ar augstas tīrības pakāpes argonu (tīrība ≥99,9995%) līdz 1000 Pa.
• Izmantojiet dinamisko gāzes plūsmas aizsardzību, nepārtraukti ievadot nelielu daudzumu argona (10–20 sccm).
• Uzstādiet augstas efektivitātes gāzes attīrītājus pie gāzes ieplūdes atverēm, lai noņemtu atlikušo skābekli un mitrumu

2. Skābekļa absorbētāju pievienošana

Pievienojot izejvielām atbilstošus skābekļa uztvērējus, var efektīvi samazināt skābekļa saturu:

• Magnija metāls: spēcīga afinitāte pret skābekli, veidojot MgO
• Alumīnija pulveris: Var vienlaikus noņemt skābekli un sēru
• Retzemju metāli: piemēram, Y, La utt., ar izcilu skābekļa atdalīšanas efektu
  Skābekļa absorbētāja daudzums parasti ir 0,1–0,5 svara % no izejvielas; pārmērīgs daudzums var ietekmēt selēna tīrību.

3. Izkausētas filtrācijas tehnoloģija

Izkausēta selēna filtrēšana pirms destilācijas:

• Izmantojiet kvarca vai keramikas filtrus ar poru izmēru 1–5 μm
• Kontrolēt filtrācijas temperatūru 220–250 °C robežās
• Var noņemt cieto oksīdu daļiņas
• Filtri iepriekš jāatbrīvo no gāzēm augstā vakuumā.

IV. Pēcapstrāde un uzglabāšana

1. Produktu savākšana un apstrāde

• Kondensatora kolektoram jābūt konstruētam kā noņemamai konstrukcijai, lai inertā vidē materiālu būtu viegli izņemt.
• Savāktie selēna stieņi jāiepako argona cimdu nodalījumā.
• Ja nepieciešams, var veikt virsmas kodināšanu, lai noņemtu potenciālos oksīda slāņus.

2. Uzglabāšanas apstākļu kontrole

• Uzglabāšanas videi jābūt sausai (rasas punkts ≤ -60°C)
• Izmantojiet divslāņu noslēgtu iepakojumu, kas piepildīts ar augstas tīrības pakāpes inertu gāzi
• Ieteicamā uzglabāšanas temperatūra zem 20°C
• Izvairieties no gaismas iedarbības, lai novērstu fotokatalītiskās oksidācijas reakcijas

V. Kvalitātes kontrole un testēšana

1. Tiešsaistes uzraudzības tehnoloģija

• Uzstādiet atlikušo gāzu analizatorus (RGA), lai reāllaikā uzraudzītu skābekļa parciālo spiedienu
• Izmantojiet skābekļa sensorus, lai kontrolētu skābekļa saturu aizsarggāzēs
• Izmantojiet infrasarkano spektroskopiju, lai noteiktu Se-O saišu raksturīgos absorbcijas maksimumus

2. Gatavā produkta analīze

• Izmantojiet inertās gāzes saplūšanas-infrasarkanās absorbcijas metodi, lai noteiktu skābekļa saturu
• Sekundārā jonu masas spektrometrija (SIMS) skābekļa sadalījuma analīzei
• Rentgena fotoelektronu spektroskopija (XPS) virsmas ķīmisko stāvokļu noteikšanai

Ar iepriekš aprakstītajiem visaptverošajiem pasākumiem selēna vakuumdestilācijas attīrīšanas laikā skābekļa saturu var kontrolēt zem 1 ppm, tādējādi izpildot augstas tīrības pakāpes selēna pielietojuma prasības. Faktiskajā ražošanā procesa parametri jāoptimizē, pamatojoties uz iekārtu apstākļiem un produkta prasībām, un jāievieš stingra kvalitātes kontroles sistēma.