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

I. Mengurangkan Kandungan Oksigen dalam Peringkat Prarawatan Bahan Mentah

1. Pemurnian Awal Bahan Mentah

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

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

Selepas pembersihan, pengeringan hendaklah dilakukan di bawah suasana gas lengai (cth, Ar atau N₂) untuk mengelakkan pengoksidaan semula.

2. Rawatan Pra-Pengurangan Bahan Mentah

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

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

II. Pengoptimuman Reka Bentuk dan Operasi Sistem Penyulingan Vakum

1. Pemilihan dan Konfigurasi Sistem Vakum

Persekitaran vakum tinggi adalah penting untuk mengurangkan kandungan oksigen:

• Gunakan gabungan pam resapan + pam mekanikal, dengan vakum muktamad mencapai sekurang-kurangnya 10⁻⁴ Pa
• Sistem ini harus dilengkapi dengan perangkap sejuk untuk mengelakkan resapan balik wap minyak
• Semua sambungan hendaklah menggunakan pengedap logam untuk mengelakkan keluar gas daripada pengedap getah
• Sistem harus menjalani penyahgasan bakar 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 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 lengkap

3. Teknologi Penyulingan Berbilang Peringkat

Penyulingan berbilang peringkat boleh mengurangkan kandungan oksigen secara progresif:

• Peringkat pertama: Penyulingan kasar untuk membuang kebanyakan kekotoran yang meruap
• Peringkat kedua: Kawalan suhu yang tepat untuk mengumpul pecahan utama
• Peringkat ketiga: Suhu rendah, penyulingan perlahan untuk mendapatkan produk ketulenan tinggi
  Suhu pemeluwapan yang berbeza boleh digunakan antara peringkat untuk pemeluwapan pecahan

III. Langkah-langkah Proses Bantu

1. Teknologi Perlindungan Gas Lengai

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

• Selepas mengosongkan sistem, isi dengan argon ketulenan tinggi (ketulenan ≥99.9995%) hingga 1000 Pa
• Gunakan perlindungan aliran gas dinamik, teruskan memperkenalkan sejumlah kecil argon (10-20 sccm)
• Pasang penulen gas berkecekapan tinggi di saluran masuk gas untuk mengeluarkan sisa oksigen dan lembapan

2. Penambahan Pemulung Oksigen

Menambah pemulung oksigen yang sesuai pada bahan mentah boleh mengurangkan kandungan oksigen dengan berkesan:

• Logam magnesium: Pertalian kuat untuk oksigen, membentuk MgO
• Serbuk aluminium: Boleh mengeluarkan 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% berat bahan mentah; jumlah yang 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 mengeluarkan zarah oksida pepejal
• Penapis hendaklah pra-nyahgas di bawah vakum tinggi

IV. Selepas Rawatan dan Penyimpanan

1. Pengumpulan dan Pengendalian Produk

• Pengumpul pemeluwap hendaklah direka bentuk sebagai struktur boleh tanggal untuk mendapatkan semula bahan yang mudah dalam persekitaran lengai
• Jongkong selenium yang dikumpul hendaklah dibungkus dalam kotak sarung tangan argon
• Goresan permukaan boleh dilakukan jika perlu untuk membuang lapisan oksida yang berpotensi

2. Kawalan Keadaan Storan

• Persekitaran penyimpanan hendaklah sentiasa kering (takat embun ≤-60°C)
• Gunakan pembungkusan bertutup dua lapisan yang diisi dengan gas lengai ketulenan tinggi
• Suhu penyimpanan yang disyorkan di bawah 20°C
• Elakkan pendedahan cahaya untuk mengelakkan tindak balas pengoksidaan fotokatalitik

V. Kawalan dan Pengujian Kualiti

1. Teknologi Pemantauan Dalam Talian

• Pasang penganalisis gas sisa (RGA) untuk memantau tekanan separa oksigen dalam masa nyata
• Gunakan penderia 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 penyerapan gabungan-inframerah gas lengai untuk menentukan kandungan oksigen
• Spektrometri jisim ion sekunder (SIMS) untuk menganalisis pengagihan oksigen
• Spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) untuk mengesan keadaan kimia permukaan

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