A szelén, mint fontos félvezető anyag és ipari nyersanyag, teljesítményét közvetlenül befolyásolja a tisztasága. A vákuumdesztillációs tisztítási folyamat során az oxigénszennyeződések a szelén tisztaságát befolyásoló fő tényezők egyike. Ez a cikk részletesen tárgyalja a vákuumdesztillációval történő szeléntisztítás során az oxigéntartalom csökkentésére szolgáló különböző módszereket és technikákat.

I. Az oxigéntartalom csökkentése a nyersanyag-előkezelési szakaszban

1. Nyersanyagok előzetes tisztítása

A nyers szelén jellemzően különféle szennyeződéseket tartalmaz, beleértve az oxidokat is. A vákuumdesztillációs rendszerbe való belépés előtt kémiai tisztítási módszereket kell alkalmazni a felületi oxidok eltávolítására. A gyakran használt tisztítóoldatok a következők:

• Híg sósavoldat (5-10%-os koncentráció): Hatékonyan oldja az oxidokat, például a SeO₂-t
• Etanol vagy aceton: Szerves szennyeződések eltávolítására szolgál
• Ioncserélt víz: Többszörös öblítés a maradék sav eltávolításához

Tisztítás után a szárítást inert gázatmoszférában (pl. Ar vagy N₂) kell végezni az újraoxidáció megakadályozása érdekében.

2. Nyersanyagok redukció előtti kezelése

A nyersanyag vákuumdesztilláció előtti redukáló kezelése jelentősen csökkentheti az oxigéntartalmat:

• Hidrogénredukció: Nagy tisztaságú hidrogén (≥99,999%) bevezetése 200-300°C-on a SeO₂ elemi szelénné redukálásához
• Karbotermikus redukció: A szelén alapanyagot nagy tisztaságú szénporral keverjük össze, majd vákuum vagy inert atmoszféra alatt 400-500°C-ra melegítjük, ami a C + SeO₂ → Se + CO₂ reakciót idézi elő.
• Szulfidredukció: Az olyan gázok, mint a H₂S, viszonylag alacsony hőmérsékleten redukálhatják a szelén-oxidokat.

II. A vákuumdesztillációs rendszer tervezése és működésének optimalizálása

1. A vákuumrendszer kiválasztása és konfigurálása

A nagyvákuumú környezet kritikus fontosságú az oxigéntartalom csökkentéséhez:

• Használjon diffúziós szivattyú + mechanikus szivattyú kombinációját, amelynek végső vákuuma legalább 10⁻⁴ Pa.
• A rendszert hidegcsapdával kell felszerelni az olajgőz visszadiffúziójának megakadályozása érdekében.
• Minden csatlakozáshoz fémtömítést kell használni, hogy elkerüljük a gumitömítésekből származó gázok kipárolgását.
• A rendszert megfelelő kiégetési gáztalanításnak kell alávetni (200-250°C, 12-24 óra).

2. A desztillációs hőmérséklet és nyomás pontos szabályozása

Optimális folyamatparaméter-kombinációk:

• Desztillációs hőmérséklet: 220-280°C tartományban szabályozott (a szelén 685°C-os forráspontja alatt)
• Rendszernyomás: 1-10 Pa között tartva
• Fűtési sebesség: 5-10°C/perc az erőszakos párolgás és elragadás elkerülése érdekében
• Kondenzációs zóna hőmérséklete: 50-80°C között tartva a teljes szelénkondenzáció biztosítása érdekében

3. Többlépcsős desztillációs technológia

A többlépcsős desztilláció fokozatosan csökkentheti az oxigéntartalmat:

• Első szakasz: Durva desztilláció az illékony szennyeződések eltávolítására
• Második szakasz: Pontos hőmérséklet-szabályozás a fő frakció összegyűjtéséhez
• Harmadik szakasz: Alacsony hőmérsékletű, lassú desztilláció a nagy tisztaságú termék előállításához
  A frakcionált kondenzációhoz különböző kondenzációs hőmérsékletek használhatók a szakaszok között.

III. Kiegészítő folyamatintézkedések

1. Inert gázvédelmi technológia

Bár vákuum alatt működik, a nagy tisztaságú inert gáz megfelelő bevezetése segít csökkenteni az oxigéntartalmat:

• A rendszer kiürítése után töltse fel nagy tisztaságú argonnal (tisztaság ≥99,9995%) 1000 Pa nyomásig.
• Használjon dinamikus gázáramlás-védelmet, folyamatosan kis mennyiségű argont (10-20 sccm) bevezetve
• Nagy hatékonyságú gáztisztítókat kell telepíteni a gázbemeneteknél a maradék oxigén és nedvesség eltávolítására

2. Oxigénmegkötők hozzáadása

Megfelelő oxigénmegkötők hozzáadása a nyersanyaghoz hatékonyan csökkentheti az oxigéntartalmat:

• Magnéziumfém: Erős affinitás az oxigénhez, MgO-t képez
• Alumíniumpor: Egyidejűleg képes eltávolítani az oxigént és a ként
• Ritkaföldfémek: Mint például Y, La stb., kiváló oxigéneltávolító hatással
  Az oxigénmegkötő mennyisége jellemzően a nyersanyag 0,1-0,5 tömeg%-a; a túlzott mennyiség befolyásolhatja a szelén tisztaságát.

3. Olvadt szűrési technológia

Olvadt szelén szűrése desztilláció előtt:

• Használjon 1-5 μm pórusméretű kvarc- vagy kerámiaszűrőket
• Szabályozott szűrési hőmérséklet 220-250°C között
• Eltávolíthatja a szilárd oxidrészecskéket
• A szűrőket nagy vákuum alatt elő kell gáztalanítani

IV. Utókezelés és tárolás

1. Termékgyűjtés és -kezelés

• A kondenzátorgyűjtőt levehető szerkezetként kell kialakítani, hogy inert környezetben könnyen eltávolítható legyen az anyag.
• A begyűjtött szeléntömböket argon kesztyűs dobozba kell csomagolni.
• Szükség esetén felületi maratás végezhető az esetleges oxidrétegek eltávolítása érdekében.

2. Tárolási körülmények ellenőrzése

• A tárolási környezetet szárazon kell tartani (harmatpont ≤ -60°C)
• Használjon kétrétegű, lezárt csomagolást, amely nagy tisztaságú inert gázzal van feltöltve
• Ajánlott tárolási hőmérséklet 20°C alatt
• Kerülje a fénynek való kitettséget a fotokatalitikus oxidációs reakciók megelőzése érdekében

V. Minőségellenőrzés és tesztelés

1. Online megfigyelési technológia

• Telepítsen maradékgáz-analizátorokat (RGA) az oxigén parciális nyomásának valós idejű monitorozására
• Oxigénérzékelők használata a védőgázok oxigéntartalmának szabályozására
• Infravörös spektroszkópiával azonosítsa a Se-O kötések jellegzetes abszorpciós csúcsait

2. Késztermék elemzése

• Inert gázfúziós-infravörös abszorpciós módszerrel határozzuk meg az oxigéntartalmat
• Másodlagos ion tömegspektrometria (SIMS) az oxigéneloszlás elemzésére
• Röntgen-fotoelektron spektroszkópia (XPS) a felületi kémiai állapotok kimutatására

A fent leírt átfogó intézkedések révén a szelén vákuumdesztillációs tisztítása során az oxigéntartalom 1 ppm alatt tartható, ami megfelel a nagy tisztaságú szelénalkalmazások követelményeinek. A tényleges termelés során a folyamatparamétereket a berendezés állapota és a termékkövetelmények alapján kell optimalizálni, és szigorú minőségellenőrzési rendszert kell létrehozni.