Чистоћа селена директно утиче на његове перформансе, као важног полупроводничког материјала и индустријске сировине. Током процеса пречишћавања вакуумском дестилацијом, нечистоће кисеоника су један од главних фактора који утичу на чистоћу селена. Овај чланак детаљно разматра различите методе и технике за смањење садржаја кисеоника током пречишћавања селена вакуумском дестилацијом.

I. Смањење садржаја кисеоника у фази претходне обраде сировина

1. Прелиминарно пречишћавање сировина

Сирови селен обично садржи разне нечистоће, укључујући оксиде. Пре уласка у систем за вакуумску дестилацију, треба користити хемијске методе чишћења како би се уклонили површински оксиди. Уобичајено коришћени раствори за чишћење укључују:

• Разблажени раствор хлороводоничне киселине (концентрација 5-10%): Ефикасно раствара оксиде као што је SeO₂
• Етанол или ацетон: Користи се за уклањање органских загађивача
• Дејонизована вода: Вишеструко испирање ради уклањања преостале киселине

Након чишћења, сушење треба обавити у атмосфери инертног гаса (нпр. Ar или N₂) како би се спречила поновна оксидација.

2. Претходна редукциона обрада сировина

Редукциони третман сировине пре вакуумске дестилације може значајно смањити садржај кисеоника:

• Редукција водоника: Увести водоник високе чистоће (чистоћа ≥99,999%) на 200-300°C да би се SeO₂ редуковао до елементарног селена
• Карботермална редукција: Помешати селенску сировину са високочистим угљеничним прахом и загрејати на 400-500°C под вакуумом или инертном атмосфером, индукујући реакцију C + SeO₂ → Se + CO₂
• Редукција сулфида: Гасови попут H₂S могу редуковати селенове оксиде на релативно ниским температурама

II. Пројектовање и оперативна оптимизација система за вакуумску дестилацију

1. Избор и конфигурација вакуумског система

Окружење са високим вакуумом је кључно за смањење садржаја кисеоника:

• Користите комбинацију дифузионе пумпе и механичке пумпе, са ултимативним вакуумом који достиже најмање 10⁻⁴ Па
• Систем треба да буде опремљен хладном замком како би се спречила повратна дифузија уљне паре
• Сви прикључци треба да користе металне заптивке како би се избегло испуштање гасова из гумених заптивача
• Систем треба да прође кроз довољно дегазацију током печења (200-250°C, 12-24 сата)

2. Прецизна контрола температуре и притиска дестилације

Оптималне комбинације параметара процеса:

• Температура дестилације: Контролисана у опсегу од 220-280°C (испод тачке кључања селена од 685°C)
• Притисак система: Одржава се између 1-10 Па
• Брзина загревања: 5-10°C/мин да би се избегло нагло испаравање и увлачење
• Температура зоне кондензације: Одржава се на 50-80°C како би се осигурала потпуна кондензација селена

3. Технологија вишестепене дестилације

Вишестепена дестилација може прогресивно смањити садржај кисеоника:

• Прва фаза: Груба дестилација ради уклањања већине испарљивих нечистоћа
• Друга фаза: Прецизна контрола температуре за сакупљање главне фракције
• Трећа фаза: Нискотемпературна, спора дестилација за добијање производа високе чистоће
  Различите температуре кондензације могу се користити између фаза за фракциону кондензацију

III. Помоћне процесне мере

1. Технологија заштите од инертног гаса

Иако ради под вакуумом, одговарајуће увођење инертног гаса високе чистоће помаже у смањењу садржаја кисеоника:

• Након евакуације система, напуните га аргоном високе чистоће (чистоћа ≥99,9995%) до притиска од 1000 Па
• Користите динамичку заштиту протока гаса, континуирано уводећи малу количину аргона (10-20 sccm)
• Инсталирајте високоефикасне пречистаче гаса на улазима за гас како бисте уклонили преостали кисеоник и влагу

2. Додавање хватача кисеоника

Додавање одговарајућих хватача кисеоника сировини може ефикасно смањити садржај кисеоника:

• Метал магнезијума: Јак афинитет за кисеоник, формирајући MgO
• Алуминијумски прах: Може истовремено уклонити кисеоник и сумпор
• Ретки земни метали: као што су Y, La итд., са одличним ефектима уклањања кисеоника
  Количина хватача кисеоника је типично 0,1-0,5 тежинских% сировине; прекомерне количине могу утицати на чистоћу селена.

3. Технологија филтрације растопљеног раствора

Филтрирање растопљеног селена пре дестилације:

• Користите кварцне или керамичке филтере са величином пора од 1-5 μм
• Контролишите температуру филтрације на 220-250°C
• Може уклонити чврсте честице оксида
• Филтере треба претходно дегазирати под високим вакуумом

IV. Накнадна обрада и складиштење

1. Прикупљање и руковање производом

• Кондензаторски колектор треба да буде пројектован као одвојива структура ради лаког извлачења материјала у инертном окружењу.
• Сакупљени инготи селена треба да буду упаковани у кутију за рукавице са аргоном
• По потреби се може извршити површинско нагризање ради уклањања потенцијалних оксидних слојева

2. Контрола услова складиштења

• Складиштење треба одржавати сувим (тачка росе ≤-60°C)
• Користите двослојну запечаћену амбалажу напуњену инертним гасом високе чистоће
• Препоручена температура складиштења испод 20°C
• Избегавајте излагање светлости како бисте спречили фотокаталитичке оксидационе реакције

V. Контрола квалитета и тестирање

1. Технологија онлајн праћења

• Инсталирајте анализаторе резидуалних гасова (RGA) за праћење парцијалног притиска кисеоника у реалном времену
• Користите сензоре кисеоника за контролу садржаја кисеоника у заштитним гасовима
• Користити инфрацрвену спектроскопију за идентификацију карактеристичних апсорпционих врхова Se-O веза

2. Анализа готовог производа

• Користите методу фузије и инфрацрвене апсорпције инертног гаса за одређивање садржаја кисеоника
• Секундарна јонска масена спектрометрија (SIMS) за анализу дистрибуције кисеоника
• Рендгенска фотоелектронска спектроскопија (XPS) за детекцију површинских хемијских стања

Кроз горе описане свеобухватне мере, садржај кисеоника може се контролисати испод 1 ppm током пречишћавања селена вакуумском дестилацијом, испуњавајући захтеве за примену селена високе чистоће. У стварној производњи, параметри процеса треба да буду оптимизовани на основу стања опреме и захтева производа, а треба успоставити и строг систем контроле квалитета.