Selen, som et viktig halvledermateriale og industrielt råmateriale, har sin ytelse direkte påvirket av renheten. Under vakuumdestillasjonsrensingsprosessen er oksygenforurensninger en av hovedfaktorene som påvirker selens renhet. Denne artikkelen gir en detaljert diskusjon av ulike metoder og teknikker for å redusere oksygeninnholdet under selenrensing via vakuumdestillasjon.

I. Redusere oksygeninnholdet i forbehandlingstrinnet for råmaterialer

1. Forhåndsrensing av råvarer

Råselen inneholder vanligvis diverse urenheter, inkludert oksider. Før det kommer inn i vakuumdestillasjonssystemet, bør kjemiske rengjøringsmetoder brukes for å fjerne overflateoksider. Vanlige rengjøringsløsninger inkluderer:

• Fortynnet saltsyreløsning (5–10 % konsentrasjon): Løser effektivt opp oksider som SeO₂
• Etanol eller aceton: Brukes til å fjerne organiske forurensninger
• Avionisert vann: Flere skyllinger for å fjerne gjenværende syre

Etter rengjøring bør tørking utføres under en inert gassatmosfære (f.eks. Ar eller N₂) for å forhindre reoksidasjon.

2. Forbehandling av råvarer før reduksjon

Reduksjonsbehandling av råmaterialet før vakuumdestillasjon kan redusere oksygeninnholdet betydelig:

• Hydrogenreduksjon: Introduser høyrent hydrogen (renhet ≥99,999 %) ved 200–300 °C for å redusere SeO₂ til elementært selen
• Karbotermisk reduksjon: Bland selenråmateriale med høyrens karbonpulver og varm opp til 400–500 °C under vakuum eller inert atmosfære, og induser reaksjonen C + SeO₂ → Se + CO₂
• Sulfidreduksjon: Gasser som H₂S kan redusere selenoksider ved relativt lave temperaturer

II. Design og driftsoptimalisering av vakuumdestillasjonssystemet

1. Valg og konfigurasjon av vakuumsystemet

Et miljø med høyt vakuum er avgjørende for å redusere oksygeninnholdet:

• Bruk en kombinasjon av diffusjonspumpe og mekanisk pumpe, med et maksimalt vakuum på minst 10⁻⁴ Pa
• Systemet bør være utstyrt med en kuldefelle for å forhindre tilbakediffusjon av oljedamp
• Alle tilkoblinger skal bruke metallpakninger for å unngå utgassing fra gummipakninger
• Systemet bør gjennomgå tilstrekkelig avgassing ved utbaking (200–250 °C, 12–24 timer)

2. Presis kontroll av destillasjonstemperatur og -trykk

Optimale prosessparameterkombinasjoner:

• Destillasjonstemperatur: Kontrollert innenfor området 220–280 °C (under selens kokepunkt på 685 °C)
• Systemtrykk: Opprettholdt mellom 1–10 Pa
• Oppvarmingshastighet: 5–10 °C/min for å unngå voldsom fordampning og medrivning
• Temperatur i kondensasjonssonen: Opprettholdt på 50–80 °C for å sikre fullstendig selenkondensasjon

3. Flertrinns destillasjonsteknologi

Flertrinnsdestillasjon kan gradvis redusere oksygeninnholdet:

• Første trinn: Grov destillasjon for å fjerne de fleste flyktige urenheter
• Andre trinn: Presis temperaturkontroll for å samle hovedfraksjonen
• Tredje trinn: Lavtemperatur, langsom destillasjon for å oppnå et produkt med høy renhet
  Ulike kondensasjonstemperaturer kan brukes mellom trinnene for fraksjonert kondensering

III. Hjelpeprosesstiltak

1. Teknologi for beskyttelse mot inert gass

Selv om det opereres under vakuum, bidrar riktig tilførsel av inert gass med høy renhet til å redusere oksygeninnholdet:

• Etter at systemet er evakuert, fylles det med argon med høy renhet (renhet ≥99,9995 %) til 1000 Pa.
• Bruk dynamisk gasstrømbeskyttelse, og tilfør kontinuerlig en liten mengde argon (10–20 sccm)
• Installer høyeffektive gassrensere ved gassinntak for å fjerne gjenværende oksygen og fuktighet

2. Tilsetning av oksygenfjernere

Å tilsette passende oksygenfjernere til råmaterialet kan effektivt redusere oksygeninnholdet:

• Magnesiummetall: Sterk affinitet for oksygen, danner MgO
• Aluminiumpulver: Kan samtidig fjerne oksygen og svovel
• Sjeldne jordmetaller: Som Y, La, etc., med utmerket oksygenfjerningseffekt
  Mengden oksygenfjerner er vanligvis 0,1–0,5 vekt% av råmaterialet; overskytende mengder kan påvirke selens renhet.

3. Smeltet filtreringsteknologi

Filtrering av smeltet selen før destillasjon:

• Bruk kvarts- eller keramiske filtre med porestørrelser på 1–5 μm
• Kontrollfiltreringstemperatur ved 220–250 °C
• Kan fjerne faste oksidpartikler
• Filtre bør forhåndsavgasses under høyvakuum

IV. Etterbehandling og lagring

1. Produktinnsamling og -håndtering

• Kondensatorkollektoren bør være utformet som en avtakbar struktur for enkel materialgjenfinning i et inert miljø.
• Innsamlede selenbarrer skal pakkes i en argon-hanskeboks
• Overflateetsing kan utføres om nødvendig for å fjerne potensielle oksidlag

2. Kontroll av lagringsforhold

• Oppbevaringsmiljøet bør holdes tørt (duggpunkt ≤-60 °C)
• Bruk dobbeltlagsforseglet emballasje fylt med inert gass med høy renhet
• Anbefalt oppbevaringstemperatur under 20 °C
• Unngå lyseksponering for å forhindre fotokatalytiske oksidasjonsreaksjoner

V. Kvalitetskontroll og testing

1. Teknologi for online overvåking

• Installer restgassanalysatorer (RGA) for å overvåke oksygenpartialtrykket i sanntid
• Bruk oksygensensorer for å kontrollere oksygeninnholdet i beskyttelsesgasser
• Bruk infrarødspektroskopi for å identifisere karakteristiske absorpsjonstopper av Se-O-bindinger

2. Analyse av ferdig produkt

• Bruk inertgassfusjon-infrarød absorpsjonsmetode for å bestemme oksygeninnhold
• Sekundær ionmassespektrometri (SIMS) for å analysere oksygenfordeling
• Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) for å oppdage kjemiske overflatetilstander

Gjennom de omfattende tiltakene beskrevet ovenfor, kan oksygeninnholdet kontrolleres under 1 ppm under vakuumdestillasjonsrensing av selen, noe som oppfyller kravene for selenapplikasjoner med høy renhet. I faktisk produksjon bør prosessparametrene optimaliseres basert på utstyrsforhold og produktkrav, og et strengt kvalitetskontrollsystem bør etableres.