Selenium, een belangrijk halfgeleidermateriaal en industriële grondstof, wordt qua prestaties direct beïnvloed door de zuiverheid ervan. Tijdens het vacuümdestillatieproces zijn zuurstofverontreinigingen een van de belangrijkste factoren die de zuiverheid van selenium beïnvloeden. Dit artikel bespreekt gedetailleerd verschillende methoden en technieken om het zuurstofgehalte tijdens de seleniumzuivering via vacuümdestillatie te verlagen.

I. Het zuurstofgehalte verlagen tijdens de voorbehandeling van de grondstoffen

1. Voorlopige zuivering van de grondstoffen

Ruwe selenium bevat doorgaans diverse onzuiverheden, waaronder oxiden. Voordat het in het vacuümdestillatiesysteem terechtkomt, moeten chemische reinigingsmethoden worden toegepast om oppervlakteoxiden te verwijderen. Veelgebruikte reinigingsoplossingen zijn onder andere:

• Verdunde zoutzuuroplossing (5-10% concentratie): Lost oxiden zoals SeO₂ effectief op.
• Ethanol of aceton: Wordt gebruikt om organische verontreinigingen te verwijderen.
• Gedemineraliseerd water: Meerdere keren spoelen om resterend zuur te verwijderen.

Na het reinigen moet het drogen plaatsvinden onder een inerte gasatmosfeer (bijv. Ar of N₂) om heroxidatie te voorkomen.

2. Voorbehandeling van grondstoffen vóór reductie

Door de grondstof vóór vacuümdestillatie te reduceren, kan het zuurstofgehalte aanzienlijk worden verlaagd:

• Reductie met waterstof: Introduceer zeer zuivere waterstof (zuiverheid ≥99,999%) bij 200-300 °C om SeO₂ te reduceren tot elementair selenium.
• Carbothermische reductie: Meng seleniumgrondstof met zeer zuiver koolstofpoeder en verhit tot 400-500 °C onder vacuüm of inerte atmosfeer, waardoor de reactie C + SeO₂ → Se + CO₂ plaatsvindt.
• Sulfidereductie: Gassen zoals H₂S kunnen seleniumoxiden reduceren bij relatief lage temperaturen.

II. Ontwerp en operationele optimalisatie van het vacuümdestillatiesysteem

1. Selectie en configuratie van het vacuümsysteem

Een vacuümomgeving is essentieel voor het verlagen van het zuurstofgehalte:

• Gebruik een combinatie van een diffusiepomp en een mechanische pomp, waarbij een uiteindelijk vacuüm van ten minste 10⁻⁴ Pa wordt bereikt.
• Het systeem moet voorzien zijn van een koudeval om terugdiffusie van oliedamp te voorkomen.
• Alle verbindingen moeten metalen afdichtingen gebruiken om gasvorming via rubberen afdichtingen te voorkomen.
• Het systeem moet voldoende ontgast worden door verhitting (200-250 °C, 12-24 uur).

2. Nauwkeurige regeling van de destillatietemperatuur en -druk

Optimale combinaties van procesparameters:

• Destillatietemperatuur: Geregeld binnen het bereik van 220-280 °C (onder het kookpunt van selenium van 685 °C)
• Systeemdruk: gehandhaafd tussen 1 en 10 Pa
• Verwarmingssnelheid: 5-10 °C/min om heftige verdamping en meesleping te voorkomen.
• Temperatuur in de condensatiezone: gehandhaafd tussen 50 en 80 °C om volledige seleniumcondensatie te garanderen.

3. Meertrapsdestillatietechnologie

Meertrapsdestillatie kan het zuurstofgehalte geleidelijk verlagen:

• Eerste fase: Grove distillatie om de meeste vluchtige onzuiverheden te verwijderen.
• Tweede fase: Nauwkeurige temperatuurregeling om de hoofdfractie te verzamelen
• Derde fase: Langzame destillatie bij lage temperatuur om een ​​zeer zuiver product te verkrijgen.
  Voor gefractioneerde condensatie kunnen tussen de verschillende fasen verschillende condensatietemperaturen worden gebruikt.

III. Hulpprocesmaatregelen

1. Beschermingstechnologie met inert gas

Hoewel er onder vacuüm wordt gewerkt, helpt de juiste toevoer van zeer zuiver inert gas het zuurstofgehalte te verlagen:

• Na het evacueren van het systeem, vult u het met zeer zuiver argon (zuiverheid ≥99,9995%) tot een druk van 1000 Pa.
• Gebruik dynamische gasstroombeveiliging door continu een kleine hoeveelheid argon toe te voeren (10-20 sccm).
• Installeer hoogrendementsgaszuiveraars bij de gasinlaten om restzuurstof en vocht te verwijderen.

2. Toevoeging van zuurstofbinders

Door geschikte zuurstofbinders aan de grondstof toe te voegen, kan het zuurstofgehalte effectief worden verlaagd:

• Magnesiummetaal: Sterke affiniteit voor zuurstof, waardoor MgO wordt gevormd.
• Aluminiumpoeder: Kan tegelijkertijd zuurstof en zwavel verwijderen.
• Zeldzame aardmetalen: zoals Y, La, enz., met uitstekende zuurstofverwijderende eigenschappen.
  De hoeveelheid zuurstofbinder bedraagt ​​doorgaans 0,1-0,5 gewichtsprocent van de grondstof; een teveel kan de zuiverheid van selenium beïnvloeden.

3. Smeltfiltratietechnologie

Het filteren van gesmolten selenium vóór destillatie:

• Gebruik kwarts- of keramische filters met poriegroottes van 1-5 μm.
• Regel de filtratietemperatuur op 220-250 °C.
• Kan vaste oxidedeeltjes verwijderen
• Filters moeten vooraf onder hoog vacuüm worden ontgast.

IV. Nazorg en opslag

1. Productverzameling en -verwerking

• De condensorcollector moet worden ontworpen als een afneembare constructie, zodat het materiaal gemakkelijk in een inerte omgeving kan worden teruggewonnen.
• De verzamelde seleniumstaven moeten worden verpakt in een argon-handschoenkast.
• Indien nodig kan oppervlakte-etsing worden uitgevoerd om eventuele oxidatielagen te verwijderen.

2. Controle van de opslagomstandigheden

• De opslagomgeving moet droog zijn (dauwpunt ≤ -60 °C).
• Gebruik dubbellaags gesealde verpakkingen gevuld met zeer zuiver inert gas.
• Aanbevolen bewaartemperatuur onder 20 °C.
• Vermijd blootstelling aan licht om fotokatalytische oxidatiereacties te voorkomen.

V. Kwaliteitscontrole en testen

1. Online monitoringtechnologie

• Installeer restgasanalysatoren (RGA) om de partiële zuurstofdruk in realtime te bewaken.
• Gebruik zuurstofsensoren om het zuurstofgehalte in beschermgassen te controleren.
• Gebruik infraroodspectroscopie om karakteristieke absorptiepieken van Se-O-bindingen te identificeren.

2. Analyse van het eindproduct

• Gebruik de inertgasfusie-infraroodabsorptiemethode om het zuurstofgehalte te bepalen.
• Secundaire ionenmassaspectrometrie (SIMS) voor het analyseren van de zuurstofverdeling
• Röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) om chemische toestanden aan het oppervlak te detecteren

Door de hierboven beschreven uitgebreide maatregelen kan het zuurstofgehalte tijdens de vacuümdestillatiezuivering van selenium onder de 1 ppm worden gehouden, waarmee wordt voldaan aan de eisen voor toepassingen met hoogzuiver selenium. In de praktijk moeten de procesparameters worden geoptimaliseerd op basis van de apparatuurcondities en productvereisten, en moet een strikt kwaliteitscontrolesysteem worden opgezet.