Performanse selena, kao važnog poluprovodničkog materijala i industrijske sirovine, direktno su pod utjecajem njegove čistoće. Tokom procesa prečišćavanja vakuumskom destilacijom, nečistoće kisika su jedan od glavnih faktora koji utječu na čistoću selena. Ovaj članak detaljno razmatra različite metode i tehnike za smanjenje sadržaja kisika tokom prečišćavanja selena vakuumskom destilacijom.

I. Smanjenje sadržaja kisika u fazi predobrade sirovine

1. Prethodno pročišćavanje sirovina

Sirovi selen obično sadrži različite nečistoće, uključujući okside. Prije ulaska u sistem vakuumske destilacije, treba primijeniti metode hemijskog čišćenja kako bi se uklonili površinski oksidi. Uobičajeno korištena sredstva za čišćenje uključuju:

• Razblažena otopina hlorovodonične kiseline (koncentracija 5-10%): Efikasno rastvara okside poput SeO₂
• Etanol ili aceton: Koristi se za uklanjanje organskih zagađivača
• Deionizirana voda: Višestruko ispiranje za uklanjanje preostale kiseline

Nakon čišćenja, sušenje treba izvršiti u atmosferi inertnog plina (npr. Ar ili N₂) kako bi se spriječila ponovna oksidacija.

2. Predredukcijska obrada sirovina

Redukcijski tretman sirovine prije vakuumske destilacije može značajno smanjiti sadržaj kisika:

• Redukcija vodika: Uvesti visokočisti vodik (čistoća ≥99,999%) na 200-300°C kako bi se SeO₂ reducirao do elementarnog selena
• Karbotermalna redukcija: Pomiješati sirovinu selena s visokočistim ugljeničnim prahom i zagrijati na 400-500°C pod vakuumom ili inertnom atmosferom, izazivajući reakciju C + SeO₂ → Se + CO₂
• Redukcija sulfida: Gasovi poput H₂S mogu redukovati selenijeve okside na relativno niskim temperaturama.

II. Dizajn i optimizacija rada sistema za vakuumsku destilaciju

1. Odabir i konfiguracija vakuumskog sistema

Okruženje visokog vakuuma je ključno za smanjenje sadržaja kisika:

• Koristite kombinaciju difuzijske pumpe i mehaničke pumpe, s krajnjim vakuumom koji dostiže najmanje 10⁻⁴ Pa
• Sistem treba biti opremljen hladnom zamkom kako bi se spriječila povratna difuzija uljne pare.
• Svi spojevi trebaju koristiti metalne zaptivke kako bi se spriječilo ispuštanje plinova iz gumenih zaptivki
• Sistem treba da prođe kroz dovoljno degaziranje pečenjem (200-250°C, 12-24 sata)

2. Precizna kontrola temperature i pritiska destilacije

Optimalne kombinacije parametara procesa:

• Temperatura destilacije: Kontrolisana u rasponu od 220-280°C (ispod tačke ključanja selena od 685°C)
• Pritisak sistema: Održava se između 1-10 Pa
• Brzina zagrijavanja: 5-10°C/min kako bi se izbjeglo snažno isparavanje i uvlačenje
• Temperatura zone kondenzacije: Održava se na 50-80°C kako bi se osigurala potpuna kondenzacija selena

3. Tehnologija višestepene destilacije

Višestepena destilacija može progresivno smanjiti sadržaj kiseonika:

• Prva faza: Gruba destilacija za uklanjanje većine isparljivih nečistoća
• Druga faza: Precizna kontrola temperature za sakupljanje glavne frakcije
• Treća faza: Niskotemperaturna, spora destilacija za dobijanje proizvoda visoke čistoće
  Različite temperature kondenzacije mogu se koristiti između faza za frakcijsku kondenzaciju.

III. Pomoćne procesne mjere

1. Tehnologija zaštite od inertnog gasa

Iako radi pod vakuumom, odgovarajuće uvođenje inertnog plina visoke čistoće pomaže u smanjenju sadržaja kisika:

• Nakon evakuacije sistema, napunite ga argonom visoke čistoće (čistoća ≥99,9995%) do pritiska od 1000 Pa.
• Koristite dinamičku zaštitu protoka plina, kontinuirano uvodeći malu količinu argona (10-20 sccm)
• Ugradite visokoefikasne pročišćivače plina na ulazima plina kako biste uklonili preostali kisik i vlagu

2. Dodavanje hvatača kisika

Dodavanje odgovarajućih hvatača kisika sirovini može efikasno smanjiti sadržaj kisika:

• Metalni magnezij: Jak afinitet za kisik, formirajući MgO
• Aluminijumski prah: Može istovremeno ukloniti kiseonik i sumpor
• Rijetki zemni metali: kao što su Y, La itd., sa odličnim efektima uklanjanja kisika
  Količina hvatača kisika je obično 0,1-0,5 težinskih % sirovine; prekomjerne količine mogu utjecati na čistoću selena.

3. Tehnologija filtracije rastaljene vode

Filtriranje rastopljenog selena prije destilacije:

• Koristite kvarcne ili keramičke filtere s veličinom pora od 1-5 μm
• Kontrolirajte temperaturu filtracije na 220-250°C
• Može ukloniti čestice čvrstog oksida
• Filtere treba prethodno degazirati pod visokim vakuumom

IV. Naknadna obrada i skladištenje

1. Prikupljanje i rukovanje proizvodima

• Kolektor kondenzatora treba biti dizajniran kao odvojiva struktura za lako preuzimanje materijala u inertnom okruženju.
• Sakupljeni ingoti selena trebaju biti zapakirani u kutiju s rukavicama ispunjenu argonom.
• Po potrebi se može izvršiti površinsko nagrizanje kako bi se uklonili potencijalni oksidni slojevi.

2. Kontrola uslova skladištenja

• Skladišno okruženje treba održavati suhim (tačka rose ≤-60°C)
• Koristite dvoslojnu zatvorenu ambalažu napunjenu inertnim plinom visoke čistoće
• Preporučena temperatura skladištenja ispod 20°C
• Izbjegavajte izlaganje svjetlosti kako biste spriječili fotokatalitičke oksidacijske reakcije

V. Kontrola kvalitete i testiranje

1. Tehnologija online praćenja

• Instalirajte analizatore rezidualnih gasova (RGA) za praćenje parcijalnog pritiska kiseonika u realnom vremenu
• Koristite senzore kisika za kontrolu sadržaja kisika u zaštitnim plinovima
• Koristiti infracrvenu spektroskopiju za identifikaciju karakterističnih apsorpcijskih vrhova Se-O veza

2. Analiza gotovog proizvoda

• Koristite metodu fuzije inertnog plina i infracrvene apsorpcije za određivanje sadržaja kisika
• Masena spektrometrija sekundarnih iona (SIMS) za analizu distribucije kisika
• Rendgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS) za detekciju površinskih hemijskih stanja

Kroz gore opisane sveobuhvatne mjere, sadržaj kisika može se kontrolirati ispod 1 ppm tokom prečišćavanja selena vakuumskom destilacijom, ispunjavajući zahtjeve za primjenu selena visoke čistoće. U stvarnoj proizvodnji, procesni parametri trebaju biti optimizirani na osnovu stanja opreme i zahtjeva proizvoda, a treba uspostaviti i strogi sistem kontrole kvalitete.