El seleni, com a important material semiconductor i matèria primera industrial, té el seu rendiment directament afectat per la seva puresa. Durant el procés de purificació per destil·lació al buit, les impureses d'oxigen són un dels principals factors que influeixen en la puresa del seleni. Aquest article proporciona una discussió detallada de diversos mètodes i tècniques per reduir el contingut d'oxigen durant la purificació del seleni mitjançant destil·lació al buit.

I. Reducció del contingut d'oxigen en la fase de pretractament de matèries primeres

1. Purificació preliminar de matèries primeres

El seleni cru normalment conté diverses impureses, inclosos els òxids. Abans d'entrar al sistema de destil·lació al buit, s'han d'utilitzar mètodes de neteja química per eliminar els òxids superficials. Les solucions de neteja més utilitzades inclouen:

• Solució d'àcid clorhídric diluït (concentració del 5-10%): dissol eficaçment òxids com el SeO₂
• Etanol o acetona: s'utilitza per eliminar contaminants orgànics
• Aigua desionitzada: múltiples esbandides per eliminar l'àcid residual

Després de la neteja, l'assecat s'ha de dur a terme sota una atmosfera de gas inert (per exemple, Ar o N₂) per evitar la reoxidació.

2. Tractament previ a la reducció de matèries primeres

El tractament de reducció de la matèria primera abans de la destil·lació al buit pot reduir significativament el contingut d'oxigen:

• Reducció d'hidrogen: introduir hidrogen d'alta puresa (puresa ≥99,999%) a 200-300 °C per reduir SeO₂ a seleni elemental
• Reducció carbotèrmica: barrejar la matèria primera de seleni amb pols de carboni d'alta puresa i escalfar a 400-500 °C al buit o en atmosfera inert, induint la reacció C + SeO₂ → Se + CO₂
• Reducció de sulfurs: els gasos com l'H₂S poden reduir els òxids de seleni a temperatures relativament baixes.

II. Disseny i optimització operativa del sistema de destil·lació al buit

1. Selecció i configuració del sistema de buit

Un entorn d'alt buit és crític per reduir el contingut d'oxigen:

• Utilitzeu una combinació de bomba de difusió + bomba mecànica, amb un buit final que arribi com a mínim a 10⁻⁴ Pa.
• El sistema ha d'estar equipat amb una trampa de fred per evitar la retrodifusió del vapor d'oli.
• Totes les connexions han d'utilitzar segells metàl·lics per evitar la desgasificació dels segells de goma
• El sistema hauria de passar per una desgasificació suficient durant la cocció (200-250 °C, 12-24 hores)

2. Control precís de la temperatura i la pressió de destil·lació

Combinacions òptimes de paràmetres de procés:

• Temperatura de destil·lació: Controlada dins del rang de 220-280 °C (per sota del punt d'ebullició del seleni de 685 °C)
• Pressió del sistema: Mantinguda entre 1-10 Pa
• Velocitat d'escalfament: 5-10 °C/min per evitar l'evaporació violenta i l'arrossegament
• Temperatura de la zona de condensació: Mantinguda a 50-80 °C per garantir una condensació completa del seleni

3. Tecnologia de destil·lació multietapa

La destil·lació multietapa pot reduir progressivament el contingut d'oxigen:

• Primera etapa: destil·lació aproximada per eliminar les impureses més volàtils
• Segona etapa: Control precís de la temperatura per recollir la fracció principal
• Tercera etapa: destil·lació lenta a baixa temperatura per obtenir un producte d'alta puresa
  Es poden utilitzar diferents temperatures de condensació entre etapes per a la condensació fraccionada

III. Mesures auxiliars del procés

1. Tecnologia de protecció de gasos inerts

Tot i que funciona al buit, la introducció adequada de gas inert d'alta puresa ajuda a reduir el contingut d'oxigen:

• Després d'evacuar el sistema, ompliu-lo amb argó d'alta puresa (puresa ≥99,9995%) fins a 1000 Pa.
• Utilitzeu una protecció dinàmica del flux de gas, introduint contínuament una petita quantitat d'argó (10-20 sccm)
• Instal·lar purificadors de gas d'alta eficiència a les entrades de gas per eliminar l'oxigen i la humitat residuals.

2. Addició d'eliminadors d'oxigen

L'addició d'eliminadors d'oxigen adequats a la matèria primera pot reduir eficaçment el contingut d'oxigen:

• Magnesi metàl·lic: forta afinitat per l'oxigen, formant MgO
• Pols d'alumini: pot eliminar simultàniament oxigen i sofre
• Metalls de terres rares: com ara Y, La, etc., amb excel·lents efectes d'eliminació d'oxigen
  La quantitat d'eliminador d'oxigen és típicament del 0,1-0,5% en pes de la matèria primera; les quantitats excessives poden afectar la puresa del seleni.

3. Tecnologia de filtració fosa

Filtratge de seleni fos abans de la destil·lació:

• Utilitzeu filtres de quars o ceràmics amb mides de porus d'1-5 μm
• Control de la temperatura de filtració a 220-250 °C
• Pot eliminar partícules d'òxid sòlid
• Els filtres s'han de desgasificar prèviament a alt buit

IV. Posttractament i emmagatzematge

1. Recollida i manipulació de productes

• El col·lector del condensador ha d'estar dissenyat com una estructura desmuntable per facilitar la recuperació de material en un entorn inert.
• Els lingots de seleni recollits s'han d'envasar en una caixa de guants d'argó
• Es pot realitzar un gravat superficial si cal per eliminar possibles capes d'òxid

2. Control de les condicions d'emmagatzematge

• L'entorn d'emmagatzematge s'ha de mantenir sec (punt de rosada ≤-60 °C)
• Utilitzeu envasos segellats de doble capa plens de gas inert d'alta puresa
• Temperatura d'emmagatzematge recomanada inferior a 20 °C
• Evitar l'exposició a la llum per prevenir reaccions d'oxidació fotocatalítica

V. Control de qualitat i proves

1. Tecnologia de monitorització en línia

• Instal·lar analitzadors de gasos residuals (RGA) per controlar la pressió parcial d'oxigen en temps real
• Utilitzeu sensors d'oxigen per controlar el contingut d'oxigen en gasos protectors
• Emprar espectroscòpia d'infrarojos per identificar els pics d'absorció característics dels enllaços Se-O

2. Anàlisi del producte acabat

• Utilitzeu el mètode d'absorció infraroja per fusió de gas inert per determinar el contingut d'oxigen
• Espectrometria de masses d'ions secundaris (SIMS) per analitzar la distribució d'oxigen
• Espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS) per detectar estats químics superficials

Mitjançant les mesures exhaustives descrites anteriorment, el contingut d'oxigen es pot controlar per sota d'1 ppm durant la purificació del seleni per destil·lació al buit, complint els requisits per a aplicacions de seleni d'alta puresa. En la producció real, els paràmetres del procés s'han d'optimitzar en funció de les condicions de l'equip i els requisits del producte, i s'ha d'establir un sistema de control de qualitat estricte.