6N (≥%99,9999 saflıkta) ultra yüksek saflıkta kükürt üretimi, eser metalleri, organik safsızlıkları ve partikülleri ortadan kaldırmak için çok aşamalı damıtma, derin adsorpsiyon ve ultra temiz filtrasyon gerektirir. Aşağıda vakum damıtma, mikrodalga destekli saflaştırma ve hassas son işlem teknolojilerini entegre eden endüstriyel ölçekli bir işlem gösterilmektedir.
I. Hammadde Ön İşlemi ve Kirlilik Giderimi
1. Hammadde Seçimi ve Ön İşlem
- Gereksinimler: Başlangıç kükürt saflığı ≥%99,9 (3N sınıfı), toplam metal safsızlıkları ≤500 ppm, organik karbon içeriği ≤%0,1.
- Mikrodalga Destekli Eritme:
Ham kükürt, 140-150°C'de bir mikrodalga reaktöründe (2,45 GHz frekans, 10-15 kW güç) işlenir. Mikrodalga kaynaklı dipol rotasyonu, organik safsızlıkları (örneğin, katran bileşikleri) ayrıştırırken hızlı erimeyi sağlar. Erime süresi: 30-45 dakika; mikrodalga penetrasyon derinliği: 10-15 cm - Deiyonize Suyla Yıkama:
Erimiş kükürt, suda çözünen tuzları (örneğin, amonyum sülfat, sodyum klorür) gidermek için 1 saat boyunca karıştırılan bir reaktörde (120°C, 2 bar basınç) 1:0,3 kütle oranında deiyonize su (direnç ≥18 MΩ·cm) ile karıştırılır. Sulu faz boşaltılır ve iletkenlik ≤5 μS/cm olana kadar 2-3 döngü boyunca yeniden kullanılır.
2. Çok Aşamalı Adsorpsiyon ve Filtrasyon
- Diyatomlu Toprak/Aktif Karbon Adsorpsiyonu:
Erimiş kükürte diatomlu toprak (%0,5-1) ve aktif karbon (%0,2-0,5), metal komplekslerini ve artık organik maddeleri adsorbe etmek için azot koruması altında (130°C, 2 saat karıştırma) eklenir. - Ultra Hassas Filtreleme:
≤0,5 MPa sistem basıncında titanyum sinterlenmiş filtreler (0,1 μm gözenek boyutu) kullanılarak iki aşamalı filtrasyon. Filtrasyon sonrası partikül sayısı: ≤10 partikül/L (boyut >0,5 μm).
II. Çok Aşamalı Vakum Damıtma İşlemi
1. Birincil Damıtma (Metal Kirliliğinin Giderilmesi)
- Teçhizat: 316L paslanmaz çelik yapılandırılmış dolgulu (≥15 teorik plaka), vakum ≤1 kPa yüksek saflıkta kuvars damıtma kolonu.
- Operasyonel Parametreler:
- Besleme Sıcaklığı: 250–280°C (kükürt ortam basıncında 444,6°C'de kaynar; vakum kaynama noktasını 260–300°C'ye düşürür).
- Reflü Oranı: 5:1–8:1; kolon üstü sıcaklık dalgalanması ≤±0,5°C.
- Ürün: Yoğunlaştırılmış kükürt saflığı ≥%99,99 (4N sınıfı), toplam metal safsızlıkları (Fe, Cu, Ni) ≤1 ppm.
2. İkincil Moleküler Damıtma (Organik Safsızlık Giderimi)
- Teçhizat: 10–20 mm buharlaşma-yoğuşma aralığına sahip kısa yol moleküler damıtıcı, buharlaşma sıcaklığı 300–320°C, vakum ≤0,1 Pa.
- Kirlilik Ayrımı:
Düşük kaynama noktalı organikler (örneğin tiyoeterler, tiyofen) buharlaştırılıp boşaltılırken, yüksek kaynama noktalı safsızlıklar (örneğin poliaromatikler) moleküler serbest yoldaki farklılıklar nedeniyle kalıntılarda kalır. - Ürün: Kükürt saflığı ≥%99,999 (5N sınıfı), organik karbon ≤%0,001, kalıntı oranı <%0,3.
3. Üçüncül Bölge Rafinasyonu (6N Saflığa Ulaşma)
- Teçhizat: Çok bölgeli sıcaklık kontrolüne (±0,1°C) sahip yatay bölge rafinerisi, bölge hareket hızı 1–3 mm/saat.
- Ayrımcılık:
Ayrışma katsayılarını kullanarak (K=Csolid/CliquidK=Ckatı/Csıvı), 20–30 bölge külçe ucunda konsantre metalleri (As, Sb) geçirir. Kükürt külçesinin son %10–15'i atılır.
III. İşlem Sonrası ve Ultra Temiz Şekillendirme
1. Ultra Saf Çözücü Ekstraksiyonu
- Eter/Karbon Tetraklorür Ekstraksiyonu:
Kükürt, eser miktardaki polar organikleri gidermek için 30 dakika boyunca ultrasonik yardım altında (40 kHz, 40°C) kromatografik dereceli eterle (1:0,5 hacim oranı) karıştırılır. - Çözücü Geri Kazanımı:
Moleküler elek adsorpsiyonu ve vakum damıtması çözücü kalıntılarını ≤0,1 ppm'ye düşürür.
2. Ultrafiltrasyon ve İyon Değişimi
- PTFE Membran Ultrafiltrasyon:
Erimiş kükürt, 160–180°C ve ≤0,2 MPa basınçta 0,02 μm PTFE membranlardan filtrelenir. - İyon Değişim Reçineleri:
Şelat oluşturan reçineler (örneğin, Amberlite IRC-748), ppb düzeyindeki metal iyonlarını (Cu²⁺, Fe³⁺) 1–2 BV/h akış hızlarında uzaklaştırır.
3. Ultra Temiz Çevre Oluşturma
- İnert Gaz Atomizasyonu:
Sınıf 10 temiz odada, erimiş kükürt azotla (0,8-1,2 MPa basınç) 0,5-1 mm küresel granüllere (nem < %0,001) atomize edilir. - Vakumlu Paketleme:
Son ürün oksidasyonu önlemek için ultra saf argon (≥%99,9999 saflık) altında alüminyum kompozit filme vakumlanarak kapatılır.
IV. Temel İşlem Parametreleri
| Süreç Aşaması | Sıcaklık (°C) | basınç | Zaman/Hız | Çekirdek Ekipman |
| Mikrodalga Eritme | 140–150 | Ortam | 30–45 dk | Mikrodalga Reaktörü |
| Deiyonize Suyla Yıkama | 120 | 2 çubuk | 1 saat/döngü | Karıştırılmış Reaktör |
| Moleküler Damıtma | 300–320 | ≤0,1 Pa | Sürekli | Kısa Yol Moleküler Damıtıcı |
| Bölge Rafinasyonu | 115–120 | Ortam | 1–3 mm/saat | Yatay Bölge Rafineri |
| PTFE Ultrafiltrasyon | 160–180 | ≤0,2 MPa | 1–2 m³/h akış | Yüksek Sıcaklık Filtresi |
| Azot Atomizasyonu | 160–180 | 0,8–1,2 MPa | 0,5–1 mm granüller | Atomizasyon Kulesi |
V. Kalite Kontrol ve Test
- İz Safsızlık Analizi:
- GD-MS (Işıltılı Deşarj Kütle Spektrometrisi): ≤0,01 ppb'deki metalleri tespit eder.
- İçindekiler Analizcisi: Organik karbonu ≤0,001 ppm olarak ölçer.
- Parçacık Boyutu Kontrolü:
Lazer kırınımı (Mastersizer 3000) D50 sapmasının ≤±0,05 mm olmasını sağlar. - Yüzey Temizliği:
XPS (X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi) yüzey oksit kalınlığının ≤1 nm olduğunu doğrular.
VI. Güvenlik ve Çevresel Tasarım
- Patlama Önleme:
Kızılötesi alev dedektörleri ve nitrojen taşma sistemleri oksijen seviyelerini %3'ün altında tutar - Emisyon Kontrolü:
- Asit Gazları: İki aşamalı NaOH yıkama (%20 + %10) %99,9'dan fazla H₂S/SO₂'yi giderir.
- Uçucu organik bileşikler: Zeolit rotor + RTO (850°C), metan olmayan hidrokarbonları ≤10 mg/m³'e düşürür.
- Atık Geri Dönüşümü:
Yüksek sıcaklıkta indirgeme (1200°C) metalleri geri kazandırır; kalıntı kükürt içeriği <%0,1'dir.
VII. Tekno-Ekonomik Ölçütler
- Enerji Tüketimi: 6N kükürt tonu başına 800–1200 kWh elektrik ve 2–3 ton buhar.
- Teslim olmak: Kükürt geri kazanımı ≥%85, kalıntı oranı <%1,5.
- Maliyet: Üretim maliyeti ~120.000–180.000 CNY/ton; piyasa fiyatı 250.000–350.000 CNY/ton (yarı iletken sınıfı).
Bu işlem, yarı iletken fotorezistler, III-V bileşik substratlar ve diğer gelişmiş uygulamalar için 6N kükürt üretir. Gerçek zamanlı izleme (örneğin, LIBS element analizi) ve ISO Sınıf 1 temiz oda kalibrasyonu tutarlı kaliteyi garanti eder.
Dipnotlar
- Referans 2: Endüstriyel Kükürt Arıtma Standartları
- Referans 3: Kimya Mühendisliğinde Gelişmiş Filtrasyon Teknikleri
- Referans 6: Yüksek Saflıkta Malzeme İşleme El Kitabı
- Referans 8: Yarıiletken Sınıfı Kimyasal Üretim Protokolleri
- Referans 5: Vakum Damıtma Optimizasyonu
Gönderi zamanı: 02-Nis-2025