Selenium, sebagai bahan semikonduktor dan bahan mentah perindustrian yang penting, mempunyai prestasi yang dipengaruhi secara langsung oleh ketulenannya. Semasa proses penulenan penyulingan vakum, bendasing oksigen merupakan salah satu faktor utama yang mempengaruhi ketulenan selenium. Artikel ini memberikan perbincangan terperinci tentang pelbagai kaedah dan teknik untuk mengurangkan kandungan oksigen semasa penulenan selenium melalui penyulingan vakum.

I. Mengurangkan Kandungan Oksigen dalam Peringkat Pra-rawatan Bahan Mentah

1. Penulenan Awal Bahan Mentah

Selenium mentah biasanya mengandungi pelbagai bendasing, termasuk oksida. Sebelum memasuki sistem penyulingan vakum, kaedah pembersihan kimia harus digunakan untuk menghilangkan oksida permukaan. Larutan pembersihan yang biasa digunakan termasuk:

• Larutan asid hidroklorik cair (kepekatan 5-10%): Melarutkan oksida seperti SeO₂ dengan berkesan
• Etanol atau aseton: Digunakan untuk membuang bahan cemar organik
• Air ternyahion: Berbilang bilasan untuk membuang sisa asid

Selepas pembersihan, pengeringan perlu dilakukan di bawah atmosfera gas lengai (contohnya, Ar atau N₂) untuk mencegah pengoksidaan semula.

2. Rawatan Pra-Pengurangan Bahan Mentah

Rawatan pengurangan bahan mentah sebelum penyulingan vakum boleh mengurangkan kandungan oksigen dengan ketara:

• Pengurangan hidrogen: Perkenalkan hidrogen berketulenan tinggi (ketulenan ≥99.999%) pada 200-300°C untuk mengurangkan SeO₂ kepada selenium unsur
• Pengurangan karboterma: Campurkan bahan mentah selenium dengan serbuk karbon berketulenan tinggi dan panaskan hingga 400-500°C di bawah vakum atau atmosfera lengai, mendorong tindak balas C + SeO₂ → Se + CO₂
• Pengurangan sulfida: Gas seperti H₂S boleh mengurangkan selenium oksida pada suhu yang agak rendah

II. Reka Bentuk dan Pengoptimuman Operasi Sistem Penyulingan Vakum

1. Pemilihan dan Konfigurasi Sistem Vakum

Persekitaran vakum tinggi adalah penting untuk mengurangkan kandungan oksigen:

• Gunakan kombinasi pam resapan + pam mekanikal, dengan vakum muktamad mencapai sekurang-kurangnya 10⁻⁴ Pa
• Sistem ini perlu dilengkapi dengan perangkap sejuk untuk mengelakkan resapan balik wap minyak.
• Semua sambungan hendaklah menggunakan pengedap logam untuk mengelakkan gas keluar daripada pengedap getah.
• Sistem ini harus menjalani penyahgas pembakaran yang mencukupi (200-250°C, 12-24 jam)

2. Kawalan Tepat Suhu dan Tekanan Penyulingan

Kombinasi parameter proses optimum:

• Suhu penyulingan: Dikawal dalam julat 220-280°C (di bawah takat didih selenium iaitu 685°C)
• Tekanan sistem: Dikekalkan antara 1-10 Pa
• Kadar pemanasan: 5-10°C/min untuk mengelakkan penyejatan dan pemerangkapan yang ganas
• Suhu zon pemeluwapan: Dikekalkan pada 50-80°C untuk memastikan pemeluwapan selenium yang lengkap

3. Teknologi Penyulingan Berbilang Peringkat

Penyulingan berbilang peringkat boleh mengurangkan kandungan oksigen secara progresif:

• Peringkat pertama: Penyulingan kasar untuk membuang kebanyakan bendasing yang meruap
• Peringkat kedua: Kawalan suhu yang tepat untuk mengumpul pecahan utama
• Peringkat ketiga: Penyulingan suhu rendah dan perlahan untuk mendapatkan produk berketulenan tinggi
  Suhu pemeluwapan yang berbeza boleh digunakan antara peringkat untuk pemeluwapan berperingkat

III. Langkah-langkah Proses Bantu

1. Teknologi Perlindungan Gas Inert

Walaupun beroperasi di bawah vakum, pengenalan gas lengai berketulenan tinggi yang sesuai membantu mengurangkan kandungan oksigen:

• Selepas mengosongkan sistem, isi dengan argon berketulenan tinggi (ketulenan ≥99.9995%) hingga 1000 Pa
• Gunakan perlindungan aliran gas dinamik, dengan memasukkan sedikit argon (10-20 sccm) secara berterusan.
• Pasang penulen gas berkecekapan tinggi di saluran masuk gas untuk menyingkirkan sisa oksigen dan kelembapan

2. Penambahan Pengumpul Oksigen

Menambah pemungut oksigen yang sesuai kepada bahan mentah boleh mengurangkan kandungan oksigen dengan berkesan:

• Logam magnesium: Afiniti yang kuat untuk oksigen, membentuk MgO
• Serbuk aluminium: Boleh menyingkirkan oksigen dan sulfur secara serentak
• Logam nadir bumi: Seperti Y, La, dsb., dengan kesan penyingkiran oksigen yang sangat baik
  Jumlah pemulung oksigen biasanya 0.1-0.5 wt% daripada bahan mentah; jumlah berlebihan boleh menjejaskan ketulenan selenium.

3. Teknologi Penapisan Lebur

Menapis selenium cair sebelum penyulingan:

• Gunakan penapis kuarza atau seramik dengan saiz liang 1-5 μm
• Kawal suhu penapisan pada 220-250°C
• Boleh menanggalkan zarah oksida pepejal
• Penapis hendaklah dinyahgas terlebih dahulu di bawah vakum tinggi

IV. Rawatan Selepas dan Penyimpanan

1. Pengumpulan dan Pengendalian Produk

• Pengumpul kondenser hendaklah direka bentuk sebagai struktur yang boleh ditanggalkan untuk memudahkan pengambilan bahan dalam persekitaran lengai.
• Jongkong selenium yang dikumpul hendaklah dibungkus dalam kotak sarung tangan argon
• Pengukiran permukaan boleh dilakukan jika perlu untuk membuang lapisan oksida yang berpotensi

2. Kawalan Keadaan Penyimpanan

• Persekitaran penyimpanan hendaklah dikeringkan (takat embun ≤-60°C)
• Gunakan pembungkusan berlapis dua yang diisi dengan gas lengai berketulenan tinggi
• Suhu penyimpanan yang disyorkan di bawah 20°C
• Elakkan pendedahan cahaya untuk mencegah tindak balas pengoksidaan fotopemangkin

V. Kawalan dan Pengujian Kualiti

1. Teknologi Pemantauan Dalam Talian

• Pasang penganalisis gas sisa (RGA) untuk memantau tekanan separa oksigen dalam masa nyata
• Gunakan sensor oksigen untuk mengawal kandungan oksigen dalam gas pelindung
• Gunakan spektroskopi inframerah untuk mengenal pasti puncak penyerapan ciri ikatan Se-O

2. Analisis Produk Siap

• Gunakan kaedah gabungan gas lengai-penyerapan inframerah untuk menentukan kandungan oksigen
• Spektrometri jisim ion sekunder (SIMS) untuk menganalisis taburan oksigen
• Spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) untuk mengesan keadaan kimia permukaan

Melalui langkah-langkah komprehensif yang diterangkan di atas, kandungan oksigen boleh dikawal di bawah 1 ppm semasa penyulingan vakum penulenan selenium, memenuhi keperluan untuk aplikasi selenium berketulenan tinggi. Dalam pengeluaran sebenar, parameter proses harus dioptimumkan berdasarkan keadaan peralatan dan keperluan produk, dan sistem kawalan kualiti yang ketat harus diwujudkan.