Selen, som er et vigtigt halvledermateriale og industrielt råmateriale, har sin ydeevne direkte påvirket af sin renhed. Under vakuumdestillationsprocessen er ilturenheder en af ​​de vigtigste faktorer, der påvirker selens renhed. Denne artikel giver en detaljeret diskussion af forskellige metoder og teknikker til at reducere iltindholdet under selenrensning via vakuumdestillation.

I. Reduktion af iltindholdet i forbehandlingsfasen af ​​råmaterialet

1. Indledende oprensning af råmaterialer

Rå selen indeholder typisk forskellige urenheder, herunder oxider. Før det kommer ind i vakuumdestillationssystemet, bør der anvendes kemiske rengøringsmetoder for at fjerne overfladeoxider. Almindeligt anvendte rengøringsopløsninger omfatter:

• Fortyndet saltsyreopløsning (5-10% koncentration): Opløser effektivt oxider såsom SeO₂
• Ethanol eller acetone: Bruges til at fjerne organiske forurenende stoffer
• Deioniseret vand: Flere skylninger for at fjerne resterende syre

Efter rengøring bør tørringen udføres under en inert gasatmosfære (f.eks. Ar eller N₂) for at forhindre genoxidation.

2. Forbehandling af råmaterialer før reduktion

Reduktionsbehandling af råmaterialet før vakuumdestillation kan reducere iltindholdet betydeligt:

• Hydrogenreduktion: Introducer hydrogen med høj renhed (renhed ≥99,999%) ved 200-300°C for at reducere SeO₂ til elementært selen
• Karbotermisk reduktion: Bland selenråmateriale med kulstofpulver af høj renhed og opvarm til 400-500 °C under vakuum eller inert atmosfære, hvilket inducerer reaktionen C + SeO₂ → Se + CO₂
• Sulfidreduktion: Gasser som H₂S kan reducere selenoxider ved relativt lave temperaturer.

II. Design og driftsoptimering af vakuumdestillationssystemet

1. Valg og konfiguration af vakuumsystemet

Et miljø med højt vakuum er afgørende for at reducere iltindholdet:

• Brug en kombination af diffusionspumpe og mekanisk pumpe med et ultimativt vakuum på mindst 10⁻⁴ Pa
• Systemet bør være udstyret med en kuldefælde for at forhindre tilbagediffusion af oliedamp
• Alle forbindelser skal bruge metaltætninger for at undgå udgasning fra gummitætninger
• Systemet bør gennemgå tilstrækkelig afgasning ved udbakning (200-250 °C, 12-24 timer)

2. Præcis kontrol af destillationstemperatur og -tryk

Optimale procesparameterkombinationer:

• Destillationstemperatur: Kontrolleret inden for området 220-280°C (under selenets kogepunkt på 685°C)
• Systemtryk: Opretholdes mellem 1-10 Pa
• Opvarmningshastighed: 5-10°C/min for at undgå voldsom fordampning og medrivning
• Kondensationszonetemperatur: Opretholdt ved 50-80 °C for at sikre fuldstændig selenkondensation

3. Flertrinsdestillationsteknologi

Flertrinsdestillation kan gradvist reducere iltindholdet:

• Første trin: Grov destillation for at fjerne de fleste flygtige urenheder
• Andet trin: Præcis temperaturkontrol for at opsamle hovedfraktionen
• Tredje trin: Langsom destillation ved lav temperatur for at opnå et produkt med høj renhed
  Forskellige kondenseringstemperaturer kan anvendes mellem trinene til fraktioneret kondensering

III. Hjælpeprocesforanstaltninger

1. Teknologi til beskyttelse mod inert gas

Selvom der arbejdes under vakuum, hjælper den korrekte tilførsel af inert gas med høj renhed med at reducere iltindholdet:

• Efter evakuering af systemet fyldes med argon af høj renhed (renhed ≥99,9995%) op til 1000 Pa.
• Brug dynamisk gasstrømningsbeskyttelse, og tilfør kontinuerligt en lille mængde argon (10-20 sccm)
• Installer højeffektive gasrensere ved gasindløb for at fjerne resterende ilt og fugt

2. Tilsætning af iltfjernere

Tilsætning af passende iltfjernere til råmaterialet kan effektivt reducere iltindholdet:

• Magnesiummetal: Stærk affinitet for ilt, danner MgO
• Aluminiumpulver: Kan samtidig fjerne ilt og svovl
• Sjældne jordmetaller: Såsom Y, La osv., med fremragende iltfjernelseseffekter
  Mængden af ​​iltfjerner er typisk 0,1-0,5 vægt% af råmaterialet; overskydende mængder kan påvirke selens renhed.

3. Smeltet filtreringsteknologi

Filtrering af smeltet selen før destillation:

• Brug kvarts- eller keramiske filtre med porestørrelser på 1-5 μm
• Kontrolfiltreringstemperatur ved 220-250°C
• Kan fjerne faste oxidpartikler
• Filtre bør forafgasses under højvakuum

IV. Efterbehandling og opbevaring

1. Produktindsamling og -håndtering

• Kondensatorens opsamler bør være udformet som en aftagelig struktur for nem materialeudtagning i et inert miljø
• Opsamlede selenbarrer skal pakkes i en argon-handskeboks
• Overfladeætsning kan udføres om nødvendigt for at fjerne potentielle oxidlag

2. Kontrol af opbevaringsforhold

• Opbevaringsmiljøet skal holdes tørt (dugpunkt ≤-60°C)
• Brug dobbeltlagsforseglet emballage fyldt med inert gas af høj renhed
• Anbefalet opbevaringstemperatur under 20°C
• Undgå lyseksponering for at forhindre fotokatalytiske oxidationsreaktioner

V. Kvalitetskontrol og -testning

1. Online overvågningsteknologi

• Installer restgasanalysatorer (RGA) for at overvåge iltpartialtrykket i realtid
• Brug iltsensorer til at kontrollere iltindholdet i beskyttelsesgasser
• Anvend infrarød spektroskopi til at identificere karakteristiske absorptionstoppe af Se-O-bindinger

2. Analyse af færdigt produkt

• Brug inert gasfusion-infrarød absorptionsmetode til at bestemme iltindholdet
• Sekundær ionmassespektrometri (SIMS) til analyse af iltfordeling
• Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) til at detektere overfladekemiske tilstande

Gennem de omfattende foranstaltninger, der er beskrevet ovenfor, kan iltindholdet kontrolleres til under 1 ppm under vakuumdestillationsrensning af selen, hvilket opfylder kravene til selenanvendelser med høj renhed. I den faktiske produktion bør procesparametrene optimeres baseret på udstyrsforhold og produktkrav, og der bør etableres et strengt kvalitetskontrolsystem.