Performanse selena, kao važnog poluvodičkog materijala i industrijske sirovine, izravno su pod utjecajem njegove čistoće. Tijekom procesa pročišćavanja vakuumskom destilacijom, nečistoće kisika jedan su od glavnih čimbenika koji utječu na čistoću selena. Ovaj članak detaljno raspravlja o različitim metodama i tehnikama za smanjenje sadržaja kisika tijekom pročišćavanja selena vakuumskom destilacijom.

I. Smanjenje sadržaja kisika u fazi predobrade sirovine

1. Prethodno pročišćavanje sirovina

Sirovi selen obično sadrži razne nečistoće, uključujući okside. Prije ulaska u sustav vakuumske destilacije, treba primijeniti kemijske metode čišćenja kako bi se uklonili površinski oksidi. Uobičajeno korištene otopine za čišćenje uključuju:

• Razrijeđena otopina klorovodične kiseline (koncentracija 5-10%): Učinkovito otapa okside poput SeO₂
• Etanol ili aceton: Koristi se za uklanjanje organskih onečišćujućih tvari
• Deionizirana voda: Višestruko ispiranje za uklanjanje preostale kiseline

Nakon čišćenja, sušenje treba provesti u atmosferi inertnog plina (npr. Ar ili N₂) kako bi se spriječila ponovna oksidacija.

2. Predredukcijska obrada sirovina

Redukcijska obrada sirovine prije vakuumske destilacije može značajno smanjiti sadržaj kisika:

• Redukcija vodika: Uvesti vodik visoke čistoće (čistoća ≥99,999%) na 200-300 °C kako bi se SeO₂ reducirao do elementarnog selena
• Karbotermalna redukcija: Pomiješajte sirovinu selena s ugljikovim prahom visoke čistoće i zagrijte na 400-500°C u vakuumu ili inertnoj atmosferi, potičući reakciju C + SeO₂ → Se + CO₂
• Redukcija sulfida: Plinovi poput H₂S mogu reducirati selenijeve okside na relativno niskim temperaturama

II. Optimizacija dizajna i rada sustava vakuumske destilacije

1. Odabir i konfiguracija vakuumskog sustava

Okruženje visokog vakuuma ključno je za smanjenje sadržaja kisika:

• Koristite kombinaciju difuzijske pumpe i mehaničke pumpe, s konačnim vakuumom koji doseže najmanje 10⁻⁴ Pa
• Sustav bi trebao biti opremljen hladnom zamkom kako bi se spriječila povratna difuzija uljne pare.
• Svi spojevi trebaju koristiti metalne brtve kako bi se spriječilo ispuštanje plinova iz gumenih brtvi
• Sustav bi trebao proći dovoljno procesa otplinjavanja pečenjem (200-250°C, 12-24 sata)

2. Precizna kontrola temperature i tlaka destilacije

Optimalne kombinacije parametara procesa:

• Temperatura destilacije: Kontrolirana u rasponu od 220-280°C (ispod vrelišta selena od 685°C)
• Tlak sustava: Održava se između 1-10 Pa
• Brzina zagrijavanja: 5-10°C/min kako bi se izbjeglo snažno isparavanje i uvlačenje
• Temperatura kondenzacijske zone: Održava se na 50-80°C kako bi se osigurala potpuna kondenzacija selena

3. Tehnologija višestupanjske destilacije

Višestupanjska destilacija može progresivno smanjiti sadržaj kisika:

• Prva faza: Gruba destilacija za uklanjanje većine hlapljivih nečistoća
• Druga faza: Precizna kontrola temperature za prikupljanje glavne frakcije
• Treća faza: Niskotemperaturna, spora destilacija za dobivanje produkta visoke čistoće
  Za frakcijsku kondenzaciju mogu se koristiti različite temperature kondenzacije između faza

III. Pomoćne procesne mjere

1. Tehnologija zaštite od inertnog plina

Iako radi u vakuumu, odgovarajuće uvođenje inertnog plina visoke čistoće pomaže u smanjenju sadržaja kisika:

• Nakon evakuacije sustava, napunite ga argonom visoke čistoće (čistoća ≥99,9995%) do 1000 Pa
• Koristite dinamičku zaštitu protoka plina, kontinuirano uvodeći malu količinu argona (10-20 sccm)
• Ugradite visokoučinkovite pročišćivače plina na ulaze plina kako biste uklonili preostali kisik i vlagu

2. Dodavanje hvatača kisika

Dodavanje odgovarajućih hvatača kisika sirovini može učinkovito smanjiti sadržaj kisika:

• Magnezijev metal: Jak afinitet za kisik, tvoreći MgO
• Aluminijski prah: Može istovremeno ukloniti kisik i sumpor
• Rijetki zemni metali: kao što su Y, La itd., s izvrsnim učincima uklanjanja kisika
  Količina hvatača kisika obično je 0,1-0,5 težinskih % sirovine; prekomjerne količine mogu utjecati na čistoću selena.

3. Tehnologija filtracije rastaljene tekućine

Filtriranje rastaljenog selena prije destilacije:

• Koristite kvarcne ili keramičke filtere s veličinom pora od 1-5 μm
• Kontrolirajte temperaturu filtracije na 220-250°C
• Može ukloniti čestice čvrstog oksida
• Filtre treba prethodno degazirati pod visokim vakuumom

IV. Naknadna obrada i skladištenje

1. Prikupljanje i rukovanje proizvodima

• Kolektor kondenzatora treba biti dizajniran kao odvojiva struktura za jednostavno izvlačenje materijala u inertnom okruženju.
• Sakupljeni ingoti selena trebaju biti pakirani u kutiju s argonom.
• Po potrebi se može izvesti površinsko jetkanje kako bi se uklonili potencijalni oksidni slojevi

2. Kontrola uvjeta skladištenja

• Skladište treba održavati suhim (točka rosišta ≤-60°C)
• Koristite dvoslojnu zatvorenu ambalažu ispunjenu inertnim plinom visoke čistoće
• Preporučena temperatura skladištenja ispod 20°C
• Izbjegavajte izlaganje svjetlosti kako biste spriječili fotokatalitičke oksidacijske reakcije

V. Kontrola kvalitete i ispitivanje

1. Tehnologija online praćenja

• Instalirajte analizatore rezidualnih plinova (RGA) za praćenje parcijalnog tlaka kisika u stvarnom vremenu
• Koristite senzore kisika za kontrolu sadržaja kisika u zaštitnim plinovima
• Koristiti infracrvenu spektroskopiju za identifikaciju karakterističnih apsorpcijskih vrhova Se-O veza

2. Analiza gotovog proizvoda

• Za određivanje sadržaja kisika koristite metodu fuzije inertnog plina i infracrvene apsorpcije
• Sekundarna ionska masena spektrometrija (SIMS) za analizu raspodjele kisika
• Rendgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS) za otkrivanje površinskih kemijskih stanja

Kroz gore opisane sveobuhvatne mjere, sadržaj kisika može se kontrolirati ispod 1 ppm tijekom pročišćavanja selena vakuumskom destilacijom, ispunjavajući zahtjeve za primjenu selena visoke čistoće. U stvarnoj proizvodnji, procesne parametre treba optimizirati na temelju uvjeta opreme i zahtjeva proizvoda, te treba uspostaviti strogi sustav kontrole kvalitete.