Selen, som är ett viktigt halvledarmaterial och industriellt råmaterial, har sin prestanda som direkt påverkas av dess renhet. Under vakuumdestillationsreningsprocessen är syreföroreningar en av de viktigaste faktorerna som påverkar selenets renhet. Denna artikel ger en detaljerad diskussion om olika metoder och tekniker för att minska syrehalten under selenrening via vakuumdestillation.

I. Minskning av syrehalten i förbehandlingssteget för råmaterial

1. Förberedande rening av råvaror

Rått selen innehåller vanligtvis olika föroreningar, inklusive oxider. Innan det går in i vakuumdestillationssystemet bör kemiska rengöringsmetoder användas för att avlägsna ytoxider. Vanligt förekommande rengöringslösningar inkluderar:

• Utspädd saltsyralösning (5–10 % koncentration): Löser effektivt upp oxider som SeO₂
• Etanol eller aceton: Används för att avlägsna organiska föroreningar
• Avjoniserat vatten: Flera sköljningar för att avlägsna kvarvarande syra

Efter rengöring bör torkningen utföras i en inert gasatmosfär (t.ex. Ar eller N₂) för att förhindra återoxidation.

2. Förbehandling av råvaror före reduktion

Reduktionsbehandling av råmaterialet före vakuumdestillation kan minska syrehalten avsevärt:

• Vätgasreduktion: Introducera högrent vätgas (renhet ≥99,999 %) vid 200–300 °C för att reducera SeO₂ till elementärt selen.
• Karbotermisk reduktion: Blanda selenråvara med högrent kolpulver och värm till 400–500 °C under vakuum eller inert atmosfär, vilket inducerar reaktionen C + SeO₂ → Se + CO₂
• Sulfidreduktion: Gaser som H₂S kan reducera selenoxider vid relativt låga temperaturer

II. Design och driftsoptimering av vakuumdestillationssystemet

1. Val och konfiguration av vakuumsystemet

En miljö med högt vakuum är avgörande för att minska syrehalten:

• Använd en kombination av diffusionspump och mekanisk pump, med ett slutligt vakuum som når minst 10⁻⁴ Pa
• Systemet bör vara utrustat med en köldfälla för att förhindra återdiffusion av oljeånga.
• Alla anslutningar bör använda metalltätningar för att undvika utgasning från gummitätningar
• Systemet bör genomgå tillräcklig bake-out-avgasning (200-250 °C, 12-24 timmar)

2. Noggrann kontroll av destillationstemperatur och tryck

Optimala processparameterkombinationer:

• Destillationstemperatur: Kontrollerad inom intervallet 220-280 °C (under selenets kokpunkt på 685 °C)
• Systemtryck: Bibehålls mellan 1-10 Pa
• Uppvärmningshastighet: 5–10 °C/min för att undvika kraftig avdunstning och medryckning
• Kondensationszonens temperatur: Bibehålls vid 50–80 °C för att säkerställa fullständig selenkondensation

3. Flerstegsdestillationsteknik

Flerstegsdestillation kan gradvis minska syrehalten:

• Första steget: Grovdestillation för att avlägsna de flesta flyktiga föroreningarna
• Andra steget: Exakt temperaturkontroll för att samla in huvudfraktionen
• Tredje steget: Låg temperatur, långsam destillation för att erhålla en produkt med hög renhet
  Olika kondenseringstemperaturer kan användas mellan stegen för fraktionerad kondensation

III. Hjälpåtgärder i processen

1. Teknik för skydd mot inert gas

Även om den arbetar under vakuum, bidrar lämplig tillsats av högren inert gas till att minska syrehalten:

• Efter att systemet evakuerats, fyll på med högrent argon (renhet ≥99,9995 %) till 1000 Pa.
• Använd dynamiskt gasflödesskydd och tillför kontinuerligt en liten mängd argon (10–20 sccm)
• Installera högeffektiva gasrenare vid gasinloppen för att avlägsna kvarvarande syre och fukt.

2. Tillsats av syreavfångare

Att tillsätta lämpliga syreavfångare till råmaterialet kan effektivt minska syrehalten:

• Magnesiummetall: Stark affinitet för syre, bildar MgO
• Aluminiumpulver: Kan samtidigt avlägsna syre och svavel
• Sällsynta jordartsmetaller: Såsom Y, La, etc., med utmärkta syreborttagningseffekter
  Mängden syreavfångare är vanligtvis 0,1–0,5 viktprocent av råmaterialet; överskottsmängder kan påverka selenets renhet.

3. Smältfiltreringsteknik

Filtrering av smält selen före destillation:

• Använd kvarts- eller keramiska filter med porstorlekar på 1–5 μm
• Kontrollera filtreringstemperaturen vid 220–250 °C
• Kan ta bort fasta oxidpartiklar
• Filter bör föravgasas under högvakuum

IV. Efterbehandling och förvaring

1. Produktinsamling och hantering

• Kondensorns uppsamlare bör utformas som en avtagbar struktur för enkel materialåtervinning i en inert miljö.
• Insamlade selentackor bör förpackas i en argonhandskbox
• Ytetsning kan utföras vid behov för att avlägsna eventuella oxidlager

2. Kontroll av lagringsförhållanden

• Förvaringsmiljön bör hållas torr (daggpunkt ≤-60°C)
• Använd dubbelskiktad förseglad förpackning fylld med högren inert gas
• Rekommenderad förvaringstemperatur under 20°C
• Undvik ljusexponering för att förhindra fotokatalytiska oxidationsreaktioner

V. Kvalitetskontroll och testning

1. Onlineövervakningsteknik

• Installera restgasanalysatorer (RGA) för att övervaka syrepartialtrycket i realtid
• Använd syrgassensorer för att kontrollera syrehalten i skyddsgaser
• Använd infrarödspektroskopi för att identifiera karakteristiska absorptionstoppar för Se-O-bindningar

2. Analys av färdig produkt

• Använd inert gasfusion-infraröd absorptionsmetod för att bestämma syrehalten
• Sekundär jonmasspektrometri (SIMS) för att analysera syrefördelning
• Röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) för att detektera ytkemiska tillstånd

Genom de omfattande åtgärder som beskrivs ovan kan syrehalten kontrolleras under 1 ppm under vakuumdestillationsrening av selen, vilket uppfyller kraven för tillämpningar med hög renhet av selen. I den faktiska produktionen bör processparametrarna optimeras baserat på utrustningens förhållanden och produktkrav, och ett strikt kvalitetskontrollsystem bör upprättas.