Селен, як важны паўправадніковы матэрыял і прамысловая сыравіна, мае прадукцыйнасць, якая непасрэдна залежыць ад яго чысціні. Падчас працэсу ачысткі вакуумнай дыстыляцыяй прымешкі кіслароду з'яўляюцца адным з асноўных фактараў, якія ўплываюць на чысціню селену. У гэтым артыкуле падрабязна абмяркоўваюцца розныя метады і тэхнікі зніжэння ўтрымання кіслароду падчас ачысткі селену з дапамогай вакуумнай дыстыляцыі.

I. Зніжэнне ўтрымання кіслароду на этапе папярэдняй апрацоўкі сыравіны

1. Папярэдняя ачыстка сыравіны

Неапрацаваны селен звычайна змяшчае розныя прымешкі, у тым ліку аксіды. Перад трапленнем у сістэму вакуумнай дыстыляцыі неабходна выкарыстоўваць хімічныя метады ачысткі для выдалення паверхневых аксідаў. Звычайна выкарыстоўваюцца ачышчальныя растворы:

• Разведзены раствор салянай кіслаты (канцэнтрацыя 5-10%): эфектыўна растварае аксіды, такія як SeO₂
• Этанол або ацэтон: выкарыстоўваецца для выдалення арганічных забруджванняў
• Дэіянізаваная вада: некалькі прамыванняў для выдалення рэшткаў кіслаты

Пасля ачысткі сушку варта праводзіць у атмасферы інэртнага газу (напрыклад, Ar або N₂), каб прадухіліць паўторнае акісленне.

2. Папярэдняя апрацоўка сыравіны

Аднаўленчая апрацоўка сыравіны перад вакуумнай дыстыляцыяй можа значна знізіць утрыманне кіслароду:

• Аднаўленне вадародам: увядзенне высакаякаснага вадароду (чысціня ≥99,999%) пры тэмпературы 200-300°C для аднаўлення SeO₂ да элементарнага селену.
• Карбатэрмічнае аднаўленне: змяшаць сыравіну селену з высакаякасным вугляродным парашком і нагрэць да 400-500°C у вакууме або інэртнай атмасферы, выклікаючы рэакцыю C + SeO₂ → Se + CO₂
• Аднаўленне сульфідаў: газы, такія як H₂S, могуць аднаўляць аксіды селену пры адносна нізкіх тэмпературах.

II. Канструкцыя і аптымізацыя эксплуатацыі сістэмы вакуумнай дыстыляцыі

1. Выбар і канфігурацыя вакуумнай сістэмы

Высокавукуумнае асяроддзе мае вырашальнае значэнне для зніжэння ўтрымання кіслароду:

• Выкарыстоўвайце камбінацыю дыфузійнага помпы і механічнага помпы з гранічным вакуумам не менш за 10⁻⁴ Па
• Сістэма павінна быць абсталявана халодным фільтрам для прадухілення зваротнай дыфузіі пароў алею.
• Усе злучэнні павінны выкарыстоўваць металічныя ўшчыльняльнікі, каб пазбегнуць выдзялення газаў з гумовых ушчыльняльнікаў.
• Сістэма павінна прайсці дастатковую дэгазацыю пасля выпальвання (200-250°C, 12-24 гадзіны)

2. Дакладны кантроль тэмпературы і ціску дыстыляцыі

Аптымальныя камбінацыі параметраў працэсу:

• Тэмпература дыстыляцыі: кантралюецца ў дыяпазоне 220-280°C (ніжэй за тэмпературу кіпення селену 685°C)
• Ціск у сістэме: падтрымліваецца ў межах 1-10 Па
• Хуткасць нагрэву: 5-10°C/мін, каб пазбегнуць моцнага выпарэння і выцягвання
• Тэмпература зоны кандэнсацыі: падтрымліваецца на ўзроўні 50-80°C для забеспячэння поўнай кандэнсацыі селену

3. Тэхналогія шматступенчатай дыстыляцыі

Шматступенная дыстыляцыя можа паступова зніжаць утрыманне кіслароду:

• Першы этап: грубая дыстыляцыя для выдалення большасці лятучых прымешак
• Другі этап: дакладны кантроль тэмпературы для збору асноўнай фракцыі
• Трэці этап: нізкатэмпературная, павольная дыстыляцыя для атрымання прадукту высокай чысціні
  Для фракцыйнай кандэнсацыі паміж этапамі можна выкарыстоўваць розныя тэмпературы кандэнсацыі.

III. Дапаможныя тэхналагічныя меры

1. Тэхналогія абароны ад інэртнага газу

Нягледзячы на ​​працу ў вакууме, адпаведнае ўвядзенне высакаякаснага інэртнага газу дапамагае знізіць утрыманне кіслароду:

• Пасля адпампоўкі сістэмы запоўніце яе аргонам высокай чысціні (чысціня ≥99,9995%) да ціску 1000 Па.
• Выкарыстоўвайце дынамічную абарону ад патоку газу, бесперапынна ўводзячы невялікую колькасць аргону (10-20 куб.см)
• Усталюйце высокаэфектыўныя газаачышчальнікі на ўваходах газу для выдалення рэшткаў кіслароду і вільгаці

2. Даданне паглынальнікаў кіслароду

Даданне адпаведных паглынальнікаў кіслароду ў сыравіну можа эфектыўна знізіць утрыманне кіслароду:

• Металічны магній: моцнае сродства з кіслародам, утвараючы MgO
• Алюмініевы парашок: можа адначасова выдаляць кісларод і серу
• Рэдказямельныя металы: такія як Y, La і г.д., з выдатным эфектам выдалення кіслароду
  Колькасць паглынальніка кіслароду звычайна складае 0,1-0,5% па вазе ад сыравіны; празмерная колькасць можа паўплываць на чысціню селену.

3. Тэхналогія фільтрацыі расплаўленага рэчыва

Фільтраванне расплаўленага селену перад дыстыляцыяй:

• Выкарыстоўвайце кварцавыя або керамічныя фільтры з памерам пор 1-5 мкм
• Кантралюйце тэмпературу фільтрацыі на ўзроўні 220-250°C
• Можа выдаляць цвёрдыя часціцы аксіду
• Фільтры павінны быць папярэдне дэгазаваны пад высокім вакуумам

IV. Пасляапрацоўка і захоўванне

1. Збор і апрацоўка прадукцыі

• Калектар кандэнсатара павінен быць распрацаваны як здымная канструкцыя для лёгкага здабывання матэрыялу ў інэртным асяроддзі
• Сабраныя зліткі селену павінны быць упакаваныя ў аргонавай пальчаткавай камеры
• Пры неабходнасці можна правесці паверхневае травленне для выдалення патэнцыйных аксідных слаёў

2. Кантроль умоў захоўвання

• Месца захоўвання павінна быць сухім (кропка расы ≤-60°C)
• Выкарыстоўвайце двухслаёвую герметычную ўпакоўку, напоўненую інэртным газам высокай чысціні
• Рэкамендаваная тэмпература захоўвання ніжэй за 20°C
• Пазбягайце ўздзеяння святла, каб прадухіліць рэакцыі фотакаталітычнага акіслення

V. Кантроль якасці і тэсціраванне

1. Тэхналогія анлайн-маніторынгу

• Усталюйце аналізатары рэшткавых газаў (RGA) для кантролю парцыяльнага ціску кіслароду ў рэжыме рэальнага часу
• Выкарыстоўвайце кіслародныя датчыкі для кантролю ўтрымання кіслароду ў ахоўных газах
• Выкарыстоўваць інфрачырвоную спектраскапію для вызначэння характэрных пікаў паглынання сувязяў Se-O

2. Аналіз гатовай прадукцыі

• Выкарыстанне метаду інфрачырвонай абсорбцыі ў інэртным газе для вызначэння ўтрымання кіслароду
• Мас-спектрометрыя другасных іёнаў (SIMS) для аналізу размеркавання кіслароду
• Рэнтгенаўская фотаэлектронная спектраскапія (РФЭС) для выяўлення хімічных станаў паверхні

Дзякуючы вышэйапісаным комплексным мерам, утрыманне кіслароду падчас вакуумнай дыстыляцыі селену можа кантралявацца ніжэй за 1 праміле, што адпавядае патрабаванням для выкарыстання ў вытворчасці селену высокай чысціні. У рэальнай вытворчасці параметры працэсу павінны быць аптымізаваны ў залежнасці ад умоў абсталявання і патрабаванняў да прадукцыі, а таксама павінна быць устаноўлена строгая сістэма кантролю якасці.