Το σελήνιο, ως σημαντικό ημιαγωγικό υλικό και βιομηχανική πρώτη ύλη, επηρεάζεται άμεσα από την καθαρότητά του. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας καθαρισμού με απόσταξη κενού, οι ακαθαρσίες οξυγόνου είναι ένας από τους κύριους παράγοντες που επηρεάζουν την καθαρότητα του σεληνίου. Αυτό το άρθρο παρέχει μια λεπτομερή συζήτηση για διάφορες μεθόδους και τεχνικές για τη μείωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο κατά τον καθαρισμό σεληνίου μέσω απόσταξης κενού.

I. Μείωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο στο στάδιο προεπεξεργασίας πρώτων υλών

1. Προκαταρκτικός καθαρισμός πρώτων υλών

Το ακατέργαστο σελήνιο συνήθως περιέχει διάφορες ακαθαρσίες, συμπεριλαμβανομένων οξειδίων. Πριν από την είσοδο στο σύστημα απόσταξης κενού, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται χημικές μέθοδοι καθαρισμού για την απομάκρυνση των επιφανειακών οξειδίων. Τα διαλύματα καθαρισμού που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν:

• Αραιό ​​διάλυμα υδροχλωρικού οξέος (συγκέντρωση 5-10%): Διαλύει αποτελεσματικά οξείδια όπως το SeO₂
• Αιθανόλη ή ακετόνη: Χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση οργανικών ρύπων
• Απιονισμένο νερό: Πολλαπλές εκπλύσεις για την απομάκρυνση υπολειμματικού οξέος

Μετά τον καθαρισμό, η ξήρανση θα πρέπει να πραγματοποιείται σε ατμόσφαιρα αδρανούς αερίου (π.χ. Ar ή N₂) για την αποφυγή επαναοξείδωσης.

2. Προ-αναγωγική επεξεργασία πρώτων υλών

Η αναγωγική επεξεργασία της πρώτης ύλης πριν από την απόσταξη κενού μπορεί να μειώσει σημαντικά την περιεκτικότητα σε οξυγόνο:

• Αναγωγή με υδρογόνο: Εισαγωγή υδρογόνου υψηλής καθαρότητας (καθαρότητα ≥99,999%) στους 200-300°C για την αναγωγή του SeO₂ σε στοιχειακό σελήνιο.
• Καρβοθερμική αναγωγή: Αναμίξτε την πρώτη ύλη σεληνίου με σκόνη άνθρακα υψηλής καθαρότητας και θερμάνετε στους 400-500°C υπό κενό ή αδρανή ατμόσφαιρα, προκαλώντας την αντίδραση C + SeO₂ → Se + CO₂
• Αναγωγή σουλφιδίων: Αέρια όπως το H₂S μπορούν να ανάγουν τα οξείδια του σεληνίου σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες

II. Σχεδιασμός και Λειτουργική Βελτιστοποίηση του Συστήματος Απόσταξης Κενού

1. Επιλογή και διαμόρφωση του συστήματος κενού

Ένα περιβάλλον υψηλού κενού είναι κρίσιμο για τη μείωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο:

• Χρησιμοποιήστε έναν συνδυασμό αντλίας διάχυσης + μηχανικής αντλίας, με μέγιστο κενό που φτάνει τουλάχιστον τα 10⁻⁴ Pa.
• Το σύστημα θα πρέπει να είναι εξοπλισμένο με ψυχρή παγίδα για την αποφυγή αντίστροφης διάχυσης ατμών λαδιού.
• Όλες οι συνδέσεις θα πρέπει να χρησιμοποιούν μεταλλικές στεγανοποιήσεις για να αποφεύγεται η έκλυση αερίων από τις ελαστικές στεγανοποιήσεις.
• Το σύστημα θα πρέπει να υποβληθεί σε επαρκή απαέρωση κατά το ψήσιμο (200-250°C, 12-24 ώρες)

2. Ακριβής έλεγχος της θερμοκρασίας και της πίεσης απόσταξης

Βέλτιστοι συνδυασμοί παραμέτρων διεργασίας:

• Θερμοκρασία απόσταξης: Ελεγχόμενη εντός του εύρους 220-280°C (κάτω από το σημείο βρασμού του σεληνίου των 685°C)
• Πίεση συστήματος: Διατηρείται μεταξύ 1-10 Pa
• Ρυθμός θέρμανσης: 5-10°C/min για την αποφυγή βίαιης εξάτμισης και παρασυρμού
• Θερμοκρασία ζώνης συμπύκνωσης: Διατηρείται στους 50-80°C για να διασφαλιστεί η πλήρης συμπύκνωση του σεληνίου

3. Τεχνολογία πολυβάθμιας απόσταξης

Η πολυσταδιακή απόσταξη μπορεί να μειώσει προοδευτικά την περιεκτικότητα σε οξυγόνο:

• Πρώτο στάδιο: Αδρή απόσταξη για την απομάκρυνση των περισσότερων πτητικών ακαθαρσιών
• Δεύτερο στάδιο: Ακριβής έλεγχος θερμοκρασίας για τη συλλογή του κύριου κλάσματος
• Τρίτο στάδιο: Αργή απόσταξη σε χαμηλή θερμοκρασία για την απόκτηση προϊόντος υψηλής καθαρότητας
  Διαφορετικές θερμοκρασίες συμπύκνωσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν μεταξύ των σταδίων για κλασματική συμπύκνωση

III. Βοηθητικά Μέτρα Διαδικασίας

1. Τεχνολογία προστασίας από αδρανές αέριο

Παρόλο που λειτουργεί υπό κενό, η κατάλληλη εισαγωγή αδρανούς αερίου υψηλής καθαρότητας βοηθά στη μείωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο:

• Μετά την εκκένωση του συστήματος, γεμίστε με αργόν υψηλής καθαρότητας (καθαρότητα ≥99,9995%) έως τα 1000 Pa
• Χρησιμοποιήστε δυναμική προστασία ροής αερίου, εισάγοντας συνεχώς μια μικρή ποσότητα αργού (10-20 sccm)
• Εγκαταστήστε συστήματα καθαρισμού αερίου υψηλής απόδοσης στις εισόδους αερίου για την απομάκρυνση υπολειμματικού οξυγόνου και υγρασίας

2. Προσθήκη δεσμευτών οξυγόνου

Η προσθήκη κατάλληλων δεσμευτών οξυγόνου στην πρώτη ύλη μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την περιεκτικότητα σε οξυγόνο:

• Μεταλλικό μαγνήσιο: Ισχυρή συγγένεια με το οξυγόνο, σχηματίζοντας MgO
• Σκόνη αλουμινίου: Μπορεί ταυτόχρονα να αφαιρέσει οξυγόνο και θείο
• Μέταλλα σπάνιων γαιών: Όπως Y, La, κ.λπ., με εξαιρετικά αποτελέσματα απομάκρυνσης οξυγόνου
  Η ποσότητα του δεσμευτή οξυγόνου είναι συνήθως 0,1-0,5% κ.β. της πρώτης ύλης. Η περίσσεια ποσοτήτων μπορεί να επηρεάσει την καθαρότητα του σεληνίου.

3. Τεχνολογία διήθησης τήγματος

Φιλτράρισμα τηγμένου σεληνίου πριν από την απόσταξη:

• Χρησιμοποιήστε φίλτρα χαλαζία ή κεραμικά φίλτρα με μέγεθος πόρων 1-5 μm
• Έλεγχος θερμοκρασίας φιλτραρίσματος στους 220-250°C
• Μπορεί να αφαιρέσει στερεά σωματίδια οξειδίου
• Τα φίλτρα πρέπει να προαερώνονται υπό υψηλό κενό

IV. Μετά την επεξεργασία και αποθήκευση

1. Συλλογή και Χειρισμός Προϊόντων

• Ο συλλέκτης συμπυκνωτή θα πρέπει να σχεδιάζεται ως αποσπώμενη δομή για εύκολη ανάκτηση υλικού σε αδρανές περιβάλλον.
• Τα συλλεγόμενα πλινθώματα σεληνίου θα πρέπει να συσκευάζονται σε ντουλαπάκι με αργόν.
• Μπορεί να πραγματοποιηθεί επιφανειακή χάραξη εάν είναι απαραίτητο για την αφαίρεση πιθανών στρωμάτων οξειδίου

2. Έλεγχος Συνθηκών Αποθήκευσης

• Το περιβάλλον αποθήκευσης πρέπει να διατηρείται ξηρό (σημείο δρόσου ≤-60°C)
• Χρησιμοποιήστε διπλής στρώσης σφραγισμένη συσκευασία γεμάτη με αδρανές αέριο υψηλής καθαρότητας
• Συνιστώμενη θερμοκρασία αποθήκευσης κάτω των 20°C
• Αποφύγετε την έκθεση στο φως για να αποτρέψετε αντιδράσεις φωτοκαταλυτικής οξείδωσης

V. Έλεγχος Ποιότητας και Δοκιμές

1. Τεχνολογία ηλεκτρονικής παρακολούθησης

• Εγκαταστήστε αναλυτές υπολειμματικών αερίων (RGA) για την παρακολούθηση της μερικής πίεσης οξυγόνου σε πραγματικό χρόνο
• Χρησιμοποιήστε αισθητήρες οξυγόνου για τον έλεγχο της περιεκτικότητας σε οξυγόνο στα προστατευτικά αέρια
• Χρησιμοποιήστε φασματοσκοπία υπερύθρου για να εντοπίσετε χαρακτηριστικές κορυφές απορρόφησης των δεσμών Se-O

2. Ανάλυση τελικού προϊόντος

• Χρησιμοποιήστε τη μέθοδο σύντηξης αδρανούς αερίου-απορρόφησης υπέρυθρης ακτινοβολίας για να προσδιορίσετε την περιεκτικότητα σε οξυγόνο
• Φασματομετρία μάζας δευτερογενών ιόντων (SIMS) για την ανάλυση της κατανομής οξυγόνου
• Φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS) για την ανίχνευση επιφανειακών χημικών καταστάσεων

Μέσω των ολοκληρωμένων μέτρων που περιγράφονται παραπάνω, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο μπορεί να ελεγχθεί κάτω από 1 ppm κατά τον καθαρισμό του σεληνίου με απόσταξη κενού, ικανοποιώντας τις απαιτήσεις για εφαρμογές σεληνίου υψηλής καθαρότητας. Στην πραγματική παραγωγή, οι παράμετροι της διεργασίας θα πρέπει να βελτιστοποιούνται με βάση τις συνθήκες του εξοπλισμού και τις απαιτήσεις του προϊόντος, και θα πρέπει να καθιερωθεί ένα αυστηρό σύστημα ποιοτικού ελέγχου.