Önemli bir yarı iletken malzeme ve endüstriyel hammadde olan selenyumun performansı saflığından doğrudan etkilenir. Vakum damıtma saflaştırma işlemi sırasında oksijen safsızlıkları selenyum saflığını etkileyen ana faktörlerden biridir. Bu makale, vakum damıtma yoluyla selenyum saflaştırması sırasında oksijen içeriğini azaltmak için çeşitli yöntem ve tekniklerin ayrıntılı bir tartışmasını sunmaktadır.

I. Hammadde Ön İşlem Aşamasında Oksijen İçeriğinin Azaltılması

1. Hammaddelerin Ön Saflaştırılması

Ham selenyum genellikle oksitler de dahil olmak üzere çeşitli safsızlıklar içerir. Vakum damıtma sistemine girmeden önce, yüzey oksitlerini gidermek için kimyasal temizleme yöntemleri kullanılmalıdır. Yaygın olarak kullanılan temizleme solüsyonları şunları içerir:

• Seyreltik hidroklorik asit çözeltisi (%5-10 konsantrasyon): SeO₂ gibi oksitleri etkili bir şekilde çözer
• Etanol veya aseton: Organik kirleticileri gidermek için kullanılır
• Deiyonize su: Kalan asidi gidermek için birden fazla durulama

Temizleme işleminden sonra, yeniden oksidasyonu önlemek için inert gaz (örneğin Ar veya N₂) atmosferinde kurutma yapılmalıdır.

2. Hammaddelerin Ön-İndirgeme İşlemi

Vakum damıtmadan önce ham maddenin indirgeme işlemine tabi tutulması oksijen içeriğini önemli ölçüde azaltabilir:

• Hidrojen indirgemesi: SeO₂'yi element selenyuma indirgemek için 200-300°C'de yüksek saflıkta hidrojen (saflık ≥%99,999) ekleyin
• Karbotermal indirgeme: Selenyum ham maddesini yüksek saflıkta karbon tozuyla karıştırın ve vakum veya inert atmosfer altında 400-500°C'ye ısıtın, C + SeO₂ → Se + CO₂ reaksiyonunu başlatın
• Sülfür indirgemesi: H₂S gibi gazlar, nispeten düşük sıcaklıklarda selenyum oksitleri indirgeyebilir

II. Vakum Damıtma Sisteminin Tasarımı ve Operasyonel Optimizasyonu

1. Vakum Sisteminin Seçimi ve Yapılandırması

Oksijen içeriğini azaltmak için yüksek vakumlu bir ortam kritik öneme sahiptir:

• En az 10⁻⁴ Pa'ya ulaşan nihai vakuma sahip bir difüzyon pompası + mekanik pompa kombinasyonu kullanın
• Sistem, yağ buharının geri yayılmasını önlemek için soğuk bir tuzakla donatılmalıdır
• Tüm bağlantılar, kauçuk contalardan gaz çıkmasını önlemek için metal contalar kullanmalıdır
• Sistem yeterli pişirme-gaz giderme işleminden geçmelidir (200-250°C, 12-24 saat)

2. Damıtma Sıcaklığı ve Basıncının Hassas Kontrolü

Optimum proses parametre kombinasyonları:

• Damıtma sıcaklığı: 220-280°C aralığında kontrol edilir (selenyumun 685°C'lik kaynama noktasının altında)
• Sistem basıncı: 1-10 Pa arasında tutulur
• Isıtma hızı: Şiddetli buharlaşma ve sürüklenmeyi önlemek için 5-10°C/dakika
• Yoğunlaşma bölgesi sıcaklığı: Tam selenyum yoğunlaşmasını sağlamak için 50-80°C'de tutulur

3. Çok Aşamalı Damıtma Teknolojisi

Çok aşamalı damıtma oksijen içeriğini kademeli olarak azaltabilir:

• Birinci aşama: Uçucu safsızlıkların çoğunu gidermek için kaba damıtma
• İkinci aşama: Ana fraksiyonu toplamak için hassas sıcaklık kontrolü
• Üçüncü aşama: Yüksek saflıkta ürün elde etmek için düşük sıcaklıkta, yavaş damıtma
  Kesirli yoğuşma için aşamalar arasında farklı yoğuşma sıcaklıkları kullanılabilir

III. Yardımcı Proses Tedbirleri

1. İnert Gaz Koruma Teknolojisi

Vakum altında çalışılsa bile, yüksek saflıkta inert gazın uygun şekilde verilmesi oksijen içeriğinin azaltılmasına yardımcı olur:

• Sistemi boşalttıktan sonra, yüksek saflıkta argonla (saflık ≥%99,9995) 1000 Pa'ya kadar doldurun
• Dinamik gaz akışı koruması kullanın, sürekli olarak az miktarda argon (10-20 sccm) verin
• Kalan oksijeni ve nemi gidermek için gaz girişlerine yüksek verimli gaz arıtıcıları takın

2. Oksijen Temizleyicilerin Eklenmesi

Hammaddeye uygun oksijen gidericilerin eklenmesi oksijen içeriğini etkili bir şekilde azaltabilir:

• Magnezyum metali: Oksijene karşı güçlü bir afiniteye sahiptir ve MgO oluşturur
• Alüminyum tozu: Aynı anda oksijen ve kükürtü giderebilir
• Nadir toprak metalleri: Mükemmel oksijen giderme etkilerine sahip Y, La vb. gibi
  Oksijen giderici miktarı genellikle ham maddenin %0,1-0,5 ağırlığıdır; aşırı miktarlar selenyum saflığını etkileyebilir

3. Erimiş Filtrasyon Teknolojisi

Damıtmadan önce erimiş selenyumun filtrelenmesi:

• Gözenek boyutları 1-5 μm olan kuvars veya seramik filtreler kullanın
• Filtreleme sıcaklığını 220-250°C'de kontrol edin
• Katı oksit parçacıklarını giderebilir
• Filtreler yüksek vakum altında önceden gazdan arındırılmalıdır

IV. Tedavi Sonrası ve Depolama

1. Ürün Toplama ve Taşıma

• Kondenser kollektörü, hareketsiz bir ortamda kolay malzeme alımı için ayrılabilir bir yapı olarak tasarlanmalıdır.
• Toplanan selenyum külçeleri argon eldiven kutusu içinde paketlenmelidir.
• Gerekirse olası oksit tabakalarını gidermek için yüzey aşındırma işlemi yapılabilir

2. Depolama Koşulu Kontrolü

• Depolama ortamı kuru tutulmalıdır (çiğ noktası ≤-60°C)
• Yüksek saflıkta inert gazla doldurulmuş çift katlı, kapalı ambalaj kullanın
• Tavsiye edilen saklama sıcaklığı 20°C'nin altındadır
• Fotokatalitik oksidasyon reaksiyonlarını önlemek için ışığa maruz kalmaktan kaçının

V. Kalite Kontrol ve Test

1. Çevrimiçi İzleme Teknolojisi

• Gerçek zamanlı olarak oksijen kısmi basıncını izlemek için artık gaz analizörleri (RGA) takın
• Koruyucu gazlardaki oksijen içeriğini kontrol etmek için oksijen sensörlerini kullanın
• Se-O bağlarının karakteristik emilim tepelerini belirlemek için kızılötesi spektroskopiyi kullanın

2. Bitmiş Ürün Analizi

• Oksijen içeriğini belirlemek için inert gaz füzyon-kızılötesi emilim yöntemini kullanın
• Oksijen dağılımını analiz etmek için ikincil iyon kütle spektrometrisi (SIMS)
• Yüzey kimyasal durumlarını tespit etmek için X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS)

Yukarıda açıklanan kapsamlı önlemlerle, selenyumun vakum damıtma saflaştırması sırasında oksijen içeriği 1 ppm'nin altında kontrol edilebilir ve yüksek saflıkta selenyum uygulamaları için gereklilikler karşılanabilir. Gerçek üretimde, proses parametreleri ekipman koşulları ve ürün gereksinimlerine göre optimize edilmeli ve sıkı bir kalite kontrol sistemi oluşturulmalıdır.