Selenium, een belangrijk halfgeleidermateriaal en industriële grondstof, wordt direct beïnvloed door de zuiverheid ervan. Tijdens het zuiveringsproces door middel van vacuümdestillatie zijn zuurstofverontreinigingen een van de belangrijkste factoren die de zuiverheid van selenium beïnvloeden. Dit artikel bespreekt gedetailleerd verschillende methoden en technieken voor het verlagen van het zuurstofgehalte tijdens de zuivering van selenium via vacuümdestillatie.

I. Vermindering van het zuurstofgehalte in de voorbehandelingsfase van grondstoffen

1. Voorlopige zuivering van grondstoffen

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

• Verdunde zoutzuuroplossing (concentratie 5-10%): lost effectief oxiden op zoals SeO₂
• Ethanol of aceton: Gebruikt om organische verontreinigingen te verwijderen
• Gedemineraliseerd water: Meerdere spoelingen om resterend zuur te verwijderen

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

2. Pre-reductiebehandeling van grondstoffen

Reductiebehandeling van de grondstof vóór vacuümdestillatie kan het zuurstofgehalte aanzienlijk verlagen:

• Waterstofreductie: Introduceer waterstof met een hoge zuiverheid (zuiverheid ≥ 99,999%) bij 200-300 °C om SeO₂ te reduceren tot elementair selenium
• Carbothermische reductie: meng seleniumgrondstof met koolstofpoeder met een hoge zuiverheidsgraad en verwarm tot 400-500 °C onder vacuüm of inerte atmosfeer, waardoor de reactie C + SeO₂ → Se + CO₂ wordt geïnduceerd
• 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 omgeving met hoog vacuüm is van cruciaal belang voor het verlagen van het zuurstofgehalte:

• Gebruik een combinatie van diffusiepomp en mechanische pomp, met een uiteindelijk vacuüm van ten minste 10⁻⁴ Pa
• Het systeem moet worden uitgerust met een koudeval om terugdiffusie van oliedamp te voorkomen
• Alle verbindingen moeten worden voorzien van metalen afdichtingen om te voorkomen dat er gas uit de rubberen afdichtingen komt.
• Het systeem moet voldoende ontgast worden (200-250°C, 12-24 uur)

2. Nauwkeurige controle van de destillatietemperatuur en -druk

Optimale procesparametercombinaties:

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

3. Meertraps destillatietechnologie

Meertrapsdestillatie kan het zuurstofgehalte geleidelijk verlagen:

• Eerste fase: Ruwe destillatie om de meeste vluchtige onzuiverheden te verwijderen
• Tweede fase: Nauwkeurige temperatuurregeling om de hoofdfractie te verzamelen
• Derde fase: Lage temperatuur, langzame destillatie om een ​​product met een hoge zuiverheid te verkrijgen
  Bij fractionele condensatie kunnen tussen de fasen verschillende condensatietemperaturen worden gebruikt

III. Hulpprocesmaatregelen

1. Technologie voor bescherming tegen inerte gassen

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

• Na het evacueren van het systeem, vullen met argon van hoge zuiverheid (zuiverheid ≥99,9995%) tot 1000 Pa
• Gebruik dynamische gasstroombeveiliging door continu een kleine hoeveelheid argon (10-20 sccm) in te brengen
• Installeer zeer efficiënte gasreinigers bij gasinlaten om resterende zuurstof en vocht te verwijderen

2. Toevoeging van zuurstofvangers

Door het toevoegen van geschikte zuurstofbinders aan de grondstof kan het zuurstofgehalte effectief worden verlaagd:

• Magnesiummetaal: Sterke affiniteit voor zuurstof, waardoor MgO ontstaat
• Aluminiumpoeder: Kan gelijktijdig zuurstof en zwavel verwijderen
• Zeldzame aardmetalen: zoals Y, La, enz., met uitstekende zuurstofverwijderende effecten
  De hoeveelheid zuurstofvanger bedraagt ​​doorgaans 0,1-0,5 gew.% van de grondstof; een te grote hoeveelheid kan de zuiverheid van selenium beïnvloeden.

3. Gesmolten filtratietechnologie

Het filteren van gesmolten selenium vóór destillatie:

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

IV. Nabehandeling en opslag

1. Productinzameling en -behandeling

• De condensorcollector moet worden ontworpen als een afneembare structuur voor eenvoudig ophalen van materiaal in een inerte omgeving
• Verzamelde seleniumstaven moeten worden verpakt in een argon-handschoenenkastje
• Indien nodig kan oppervlakte-etsing worden uitgevoerd om potentiële oxidelagen te verwijderen

2. Controle van de opslagomstandigheden

• De opslagomgeving moet droog zijn (dauwpunt ≤-60°C)
• Gebruik een dubbellaagse, verzegelde verpakking gevuld met een inert gas met een hoge zuiverheid
• Aanbevolen bewaartemperatuur lager dan 20°C
• Vermijd blootstelling aan licht om fotokatalytische oxidatiereacties te voorkomen

V. Kwaliteitscontrole en testen

1. Online monitoringtechnologie

• Installeer restgasanalysatoren (RGA) om de zuurstofpartiële druk in realtime te bewaken
• Gebruik zuurstofsensoren om het zuurstofgehalte in beschermende gassen te regelen
• Gebruik infraroodspectroscopie om karakteristieke absorptiepieken van Se-O-bindingen te identificeren

2. Analyse van het eindproduct

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

Door de hierboven beschreven uitgebreide maatregelen kan het zuurstofgehalte tijdens vacuümdestillatiezuivering van selenium onder de 1 ppm worden gehouden, wat voldoet aan de eisen voor toepassingen met een hoge zuiverheidsgraad van selenium. Tijdens de daadwerkelijke productie moeten de procesparameters worden geoptimaliseerd op basis van de apparatuurcondities en productvereisten, en moet een strikt kwaliteitscontrolesysteem worden opgezet.