Селенът, като важен полупроводников материал и промишлена суровина, се влияе пряко от чистотата си. По време на процеса на пречистване чрез вакуумна дестилация, кислородните примеси са един от основните фактори, влияещи върху чистотата на селена. Тази статия предоставя подробно обсъждане на различни методи и техники за намаляване на съдържанието на кислород по време на пречистването на селен чрез вакуумна дестилация.

I. Намаляване на съдържанието на кислород в етапа на предварителна обработка на суровината

1. Предварително пречистване на суровините

Суровият селен обикновено съдържа различни примеси, включително оксиди. Преди да влезе във вакуумната дестилационна система, трябва да се използват методи за химическо почистване за отстраняване на повърхностните оксиди. Често използваните почистващи разтвори включват:

• Разреден разтвор на солна киселина (концентрация 5-10%): Ефективно разтваря оксиди като SeO₂
• Етанол или ацетон: Използва се за отстраняване на органични замърсители
• Дейонизирана вода: Многократно изплакване за отстраняване на остатъчната киселина

След почистване, сушенето трябва да се извърши в атмосфера на инертен газ (напр. Ar или N₂), за да се предотврати повторно окисление.

2. Предварителна редукционна обработка на суровините

Редукционната обработка на суровината преди вакуумна дестилация може значително да намали съдържанието на кислород:

• Редукция на водород: Въвеждане на високочист водород (чистота ≥99.999%) при 200-300°C за редуциране на SeO₂ до елементарен селен
• Карботермична редукция: Смесете селеновия суров материал с високочист въглероден прах и нагрейте до 400-500°C под вакуум или инертна атмосфера, като индуцирате реакцията C + SeO₂ → Se + CO₂
• Редукция на сулфиди: Газове като H₂S могат да редуцират селенови оксиди при относително ниски температури

II. Проектиране и оперативна оптимизация на вакуумната дестилационна система

1. Избор и конфигурация на вакуумната система

Високовакуумната среда е от решаващо значение за намаляване на съдържанието на кислород:

• Използвайте комбинация от дифузионна помпа + механична помпа, с максимален вакуум, достигащ поне 10⁻⁴ Pa
• Системата трябва да бъде оборудвана със студен уловител, за да се предотврати обратна дифузия на маслени пари.
• Всички връзки трябва да използват метални уплътнения, за да се избегне отделянето на газове от гумени уплътнения
• Системата трябва да претърпи достатъчно обезгазяване чрез изпичане (200-250°C, 12-24 часа)

2. Прецизен контрол на температурата и налягането на дестилацията

Оптимални комбинации от параметри на процеса:

• Температура на дестилация: Контролирана в диапазона 220-280°C (под точката на кипене на селена от 685°C)
• Системно налягане: Поддържа се между 1-10 Pa
• Скорост на нагряване: 5-10°C/мин, за да се избегне бурно изпаряване и увличане
• Температура на зоната на кондензация: Поддържа се на 50-80°C, за да се осигури пълна кондензация на селен

3. Технология за многоетапна дестилация

Многоетапната дестилация може постепенно да намали съдържанието на кислород:

• Първи етап: Груба дестилация за отстраняване на повечето летливи примеси
• Втори етап: Прецизен контрол на температурата за събиране на основната фракция
• Трети етап: Нискотемпературна, бавна дестилация за получаване на продукт с висока чистота
  Различни температури на кондензация могат да се използват между етапите за фракционна кондензация

III. Спомагателни технологични мерки

1. Технология за защита от инертни газове

Въпреки че работи под вакуум, подходящото въвеждане на високочист инертен газ спомага за намаляване на съдържанието на кислород:

• След евакуиране на системата, напълнете я с аргон с висока чистота (чистота ≥99.9995%) до 1000 Pa
• Използвайте динамична защита на газовия поток, като непрекъснато въвеждате малко количество аргон (10-20 sccm)
• Инсталирайте високоефективни пречистватели на газ на входовете за газ, за ​​да отстраните остатъчния кислород и влага

2. Добавяне на кислородни поглъщатели

Добавянето на подходящи поглъщатели на кислород към суровината може ефективно да намали съдържанието на кислород:

• Магнезиев метал: Силен афинитет към кислорода, образувайки MgO
• Алуминиев прах: Може едновременно да отстранява кислород и сяра
• Редкоземни метали: като Y, La и др., с отлични ефекти за отстраняване на кислород
  Количеството поглъщател на кислород обикновено е 0,1-0,5 тегловни% от суровината; излишните количества могат да повлияят на чистотата на селена.

3. Технология за филтриране на разтопени материали

Филтриране на разтопен селен преди дестилация:

• Използвайте кварцови или керамични филтри с размер на порите 1-5 μm
• Контролирайте температурата на филтриране на 220-250°C
• Може да премахва твърди оксидни частици
• Филтрите трябва да бъдат предварително дегазирани под висок вакуум

IV. Последваща обработка и съхранение

1. Събиране и обработка на продукти

• Колекторът на кондензатора трябва да бъде проектиран като разглобяема конструкция за лесно извличане на материала в инертна среда
• Събраните селенови блокове трябва да бъдат опаковани в аргонова ръкавична кутия.
• Ако е необходимо, може да се извърши повърхностно ецване, за да се отстранят потенциални оксидни слоеве.

2. Контрол на условията на съхранение

• Складовата среда трябва да се поддържа суха (точка на оросяване ≤-60°C)
• Използвайте двуслойна запечатана опаковка, пълна с високочист инертен газ
• Препоръчителна температура на съхранение под 20°C
• Избягвайте излагане на светлина, за да предотвратите фотокаталитични окислителни реакции

V. Контрол на качеството и тестване

1. Технология за онлайн мониторинг

• Инсталирайте анализатори на остатъчни газове (RGA) за наблюдение на парциалното налягане на кислорода в реално време
• Използвайте кислородни сензори за контрол на съдържанието на кислород в защитните газове
• Използвайте инфрачервена спектроскопия за идентифициране на характерните абсорбционни пикове на Se-O връзките

2. Анализ на готовия продукт

• Използвайте метода за инфрачервена абсорбция с термоядрен синтез в инертни газове за определяне на съдържанието на кислород
• Масспектрометрия с вторични йони (SIMS) за анализ на разпределението на кислорода
• Рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS) за откриване на повърхностни химични състояния

Чрез описаните по-горе комплексни мерки, съдържанието на кислород може да се контролира под 1 ppm по време на вакуумно дестилационно пречистване на селен, което отговаря на изискванията за приложения с висока чистота на селен. В реалното производство, параметрите на процеса трябва да бъдат оптимизирани въз основа на състоянието на оборудването и изискванията към продукта, и трябва да се установи строга система за контрол на качеството.