Seleeni kui olulise pooljuhtmaterjali ja tööstusliku tooraine toimivust mõjutab otseselt selle puhtus. Vaakumdestillatsiooni puhastamise käigus on hapniku lisandid üks peamisi seleeni puhtust mõjutavaid tegureid. See artikkel annab üksikasjaliku ülevaate erinevatest meetoditest ja tehnikatest hapnikusisalduse vähendamiseks seleeni puhastamisel vaakumdestillatsiooni teel.

I. Hapnikusisalduse vähendamine tooraine eeltöötlusetapis

1. Toorainete eelpuhastamine

Toores seleen sisaldab tavaliselt mitmesuguseid lisandeid, sealhulgas oksiide. Enne vaakumdestillatsioonisüsteemi sisenemist tuleks pinnaoksiidide eemaldamiseks kasutada keemilisi puhastusmeetodeid. Tavaliselt kasutatavad puhastuslahused on järgmised:

• Lahjendatud vesinikkloriidhappe lahus (5–10% kontsentratsioon): Lahustab tõhusalt oksiide, näiteks SeO₂
• Etanool või atsetoon: kasutatakse orgaaniliste saasteainete eemaldamiseks
• Deioniseeritud vesi: jääkhappe eemaldamiseks loputage mitu korda

Pärast puhastamist tuleks kuivatamine läbi viia inertgaasi (nt Ar või N₂) atmosfääris, et vältida uuesti oksüdeerumist.

2. Toorainete eeltöötlus redutseerimisel

Tooraine redutseeriv töötlemine enne vaakumdestilleerimist võib hapnikusisaldust oluliselt vähendada:

• Vesiniku redutseerimine: SeO₂ redutseerimiseks elementaarseks seleeniks sisestage temperatuuril 200–300 °C kõrge puhtusastmega vesinikku (puhtus ≥99,999%).
• Karbotermiline redutseerimine: segage seleeni toorainet kõrge puhtusastmega süsinikupulbriga ja kuumutage vaakumis või inertses atmosfääris temperatuurini 400–500 °C, indutseerides reaktsiooni C + SeO₂ → Se + CO₂.
• Sulfiidi redutseerimine: Gaasid, näiteks H₂S, võivad redutseerida seleenioksiide suhteliselt madalatel temperatuuridel.

II. Vaakumdestillatsioonisüsteemi projekteerimine ja töö optimeerimine

1. Vaakumsüsteemi valik ja seadistamine

Kõrgvaakumikeskkond on hapnikusisalduse vähendamiseks kriitilise tähtsusega:

• Kasutage difusioonpumba ja mehaanilise pumba kombinatsiooni, mille lõplik vaakum on vähemalt 10⁻⁴ Pa.
• Süsteem peaks olema varustatud külmalõksuga, et vältida õliauru tagasidifusiooni
• Kõikides ühendustes tuleks kasutada metalltihendeid, et vältida gaaside lekkimist kummitihenditest.
• Süsteem peaks läbima piisava küpsetusdegaseerimise (200–250 °C, 12–24 tundi)

2. Destilleerimistemperatuuri ja -rõhu täpne kontroll

Optimaalsed protsessiparameetrite kombinatsioonid:

• Destilleerimistemperatuur: kontrollitud vahemikus 220–280 °C (alla seleeni keemistemperatuuri 685 °C)
• Süsteemi rõhk: hoitakse vahemikus 1–10 Pa
• Kuumutamiskiirus: 5–10 °C/min, et vältida tugevat aurustumist ja ainete sattumist organismi
• Kondensatsioonitsooni temperatuur: hoitakse 50–80 °C juures, et tagada seleeni täielik kondenseerumine

3. Mitmeastmeline destilleerimistehnoloogia

Mitmeastmeline destilleerimine võib hapnikusisaldust järk-järgult vähendada:

• Esimene etapp: destilleerimine enamiku lenduvate lisandite eemaldamiseks
• Teine etapp: täpne temperatuuri reguleerimine põhifraktsiooni kogumiseks
• Kolmas etapp: madalal temperatuuril ja aeglane destilleerimine kõrge puhtusastmega toote saamiseks
  Fraktsioneeriva kondensatsiooni puhul saab etappide vahel kasutada erinevaid kondensatsioonitemperatuure.

III. Abiprotsessi meetmed

1. Inertgaasi kaitsetehnoloogia

Kuigi vaakumis töötades aitab kõrge puhtusastmega inertgaasi sobiv sissetoomine vähendada hapnikusisaldust:

• Pärast süsteemi tühjendamist täitke see kõrge puhtusastmega argooniga (puhtus ≥99,9995%) rõhuni 1000 Pa.
• Kasutage dünaamilist gaasivoolukaitset, sisestades pidevalt väikest kogust argooni (10–20 sccm)
• Paigaldage gaasi sisselaskeavadele suure tõhususega gaasipuhastid jääkhapniku ja niiskuse eemaldamiseks

2. Hapnikupüüdjate lisamine

Sobivate hapnikupüüdjate lisamine toorainele aitab hapnikusisaldust tõhusalt vähendada:

• Magneesiummetall: tugev afiinsus hapniku suhtes, moodustades MgO
• Alumiiniumpulber: Võib samaaegselt eemaldada hapnikku ja väävlit
• Haruldased muldmetallid: näiteks Y, La jne, millel on suurepärane hapniku eemaldamise efekt
  Hapnikupüüdja ​​kogus on tavaliselt 0,1–0,5 massiprotsenti toorainest; liigne kogus võib mõjutada seleeni puhtust.

3. Sula filtreerimise tehnoloogia

Sula seleeni filtreerimine enne destilleerimist:

• Kasutage kvarts- või keraamilisi filtreid pooride suurusega 1–5 μm
• Reguleerige filtreerimistemperatuuri 220–250 °C juures
• Võib eemaldada tahkeid oksiidiosakesi
• Filtrid tuleks eelnevalt kõrgvaakumis degaseerida

IV. Järeltöötlus ja ladustamine

1. Toodete kogumine ja käitlemine

• Kondensaatori kollektor peaks olema konstrueeritud eemaldatava konstruktsioonina, et materjali oleks inertses keskkonnas lihtne kätte saada.
• Kogutud seleeni valuplokid tuleks pakendada argoonkinda karpi.
• Vajadusel võib pinna söövitamist teha võimalike oksiidikihtide eemaldamiseks.

2. Säilitamistingimuste kontroll

• Säilitamiskeskkond peaks olema kuiv (kastepunkt ≤ -60 °C)
• Kasutage kahekihilist suletud pakendit, mis on täidetud kõrge puhtusastmega inertgaasiga
• Soovitatav säilitustemperatuur alla 20 °C
• Fotokatalüütiliste oksüdatsioonireaktsioonide vältimiseks vältige valguse käes viibimist

V. Kvaliteedikontroll ja testimine

1. Veebipõhine jälgimistehnoloogia

• Paigaldage jääkgaasi analüsaatorid (RGA), et jälgida hapniku osarõhku reaalajas
• Kasutage hapnikuandureid kaitsvate gaaside hapnikusisalduse kontrollimiseks
• Kasutage infrapunaspektroskoopiat Se-O sidemete iseloomulike neeldumispiikide tuvastamiseks

2. Valmistoote analüüs

• Hapnikusisalduse määramiseks kasutage inertgaasi termotuumasünteesi-infrapuna neeldumismeetodit
• Teisese ioonmassispektromeetria (SIMS) hapnikujaotuse analüüsimiseks
• Röntgenfotoelektronspektroskoopia (XPS) pinna keemiliste olekute tuvastamiseks

Eespool kirjeldatud ulatuslike meetmete abil saab seleeni vaakumdestillatsiooni teel puhastamise ajal hapnikusisaldust kontrollida alla 1 ppm, mis vastab kõrge puhtusastmega seleeni rakenduste nõuetele. Tegelikus tootmises tuleks protsessiparameetreid optimeerida vastavalt seadmete tingimustele ja toote nõuetele ning kehtestada range kvaliteedikontrolli süsteem.