กระบวนการทำให้ซีลีเนียมบริสุทธิ์สูง

การทำให้ซีลีเนียมมีความบริสุทธิ์สูง (≥99.999%) เกี่ยวข้องกับการผสมผสานวิธีการทางกายภาพและเคมีเพื่อกำจัดสิ่งเจือปน เช่น เทลลูเรียม ตะกั่ว เหล็ก และสารหนู กระบวนการและพารามิเตอร์ที่สำคัญมีดังต่อไปนี้:

1. การกลั่นแบบสุญญากาศ

ขั้นตอนการทำงาน:

1. นำซีลีเนียมดิบ (≥99.9%) ใส่ลงในเบ้าหลอมควอตซ์ภายในเตาเผาแบบกลั่นสุญญากาศ

2. ให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 300-500 องศาเซลเซียส ภายใต้สภาวะสุญญากาศ (1-100 Pa) เป็นเวลา 60-180 นาที

3. ไอระเหยของซีลีเนียมจะควบแน่นในคอนเดนเซอร์สองขั้นตอน (ขั้นตอนล่างมีอนุภาค Pb/Cu ขั้นตอนบนใช้สำหรับรวบรวมซีลีเนียม)

4. รวบรวมซีลีเนียมจากคอนเดนเซอร์ด้านบน ส่วนเตตระออกไซด์ (Te) และสิ่งเจือปนที่มีจุดเดือดสูงอื่นๆ จะยังคงอยู่ในส่วนล่าง

พารามิเตอร์:

- อุณหภูมิ: 300-500 องศาเซลเซียส

- แรงดัน: 1-100 Pa

- วัสดุของตัวเก็บประจุ: ควอตซ์ หรือ สแตนเลสสตีล

2. การทำให้บริสุทธิ์ทางเคมี + การกลั่นแบบสุญญากาศ

ขั้นตอนการทำงาน:

1. การเผาไหม้แบบออกซิเดชัน: ทำปฏิกิริยาซีลีเนียมดิบ (99.9%) กับ O₂ ที่อุณหภูมิ 500°C เพื่อสร้างก๊าซ SeO₂ และ TeO₂

2. การสกัดด้วยตัวทำละลาย: ละลาย SeO₂ ในสารละลายเอทานอล-น้ำ แล้วกรองเอาตะกอน TeO₂ ออก

3. การลด: ใช้ไฮดราซีน (N₂H₄) ในการลด SeO₂ ให้เป็นซีลีเนียมธาตุ

4. การกำจัดเทลลูเรียมอย่างล้ำลึก: ออกซิไดซ์ซีลีเนียมอีกครั้งให้เป็น SeO₄²⁻ จากนั้นสกัดเทลลูเรียมออกโดยใช้การสกัดด้วยตัวทำละลาย

5. การกลั่นสุญญากาศขั้นสุดท้าย: ทำให้ซีลีเนียมบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิ 300-500°C และความดัน 1-100 Pa เพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์ 6N (99.9999%)

พารามิเตอร์:

- อุณหภูมิออกซิเดชัน: 500°C

- ปริมาณการใช้ไฮดราซีน: ใช้ในปริมาณที่มากเกินพอเพื่อให้การลดปฏิกิริยาสมบูรณ์

3. การทำให้บริสุทธิ์ด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส

ขั้นตอนการทำงาน:

1. ใช้อิเล็กโทรไลต์ (เช่น กรดซีลีนัส) ที่มีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า 5-10 A/dm²

2. ซีลีเนียมจะตกตะกอนที่แคโทด ในขณะที่ซีลีเนียมออกไซด์จะระเหยที่แอโนด

พารามิเตอร์:

- ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า: 5-10 A/dm²

- สารละลายอิเล็กโทรไลต์: กรดซีลีนัส หรือ สารละลายซีลีเนต

4. การสกัดด้วยตัวทำละลาย

ขั้นตอนการทำงาน:

1. สกัด Se⁴⁺ ออกจากสารละลายโดยใช้ TBP (tributyl phosphate) หรือ TOA (trioctylamine) ในกรดไฮโดรคลอริกหรือกรดซัลฟิวริก

2. แยกและตกตะกอนซีลีเนียม จากนั้นทำการตกผลึกใหม่

พารามิเตอร์:

- สารสกัด: TBP (ตัวกลาง HCl) หรือ TOA (ตัวกลาง H₂SO₄)

- จำนวนขั้นตอน: 2-3 ขั้นตอน

5. การละลายของโซน

ขั้นตอนการทำงาน:

1. หลอมแท่งซีลีเนียมซ้ำๆ ด้วยความร้อนเฉพาะจุดเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนในปริมาณเล็กน้อย

2. เหมาะสำหรับการสังเคราะห์ให้ได้ความบริสุทธิ์มากกว่า 5N จากวัตถุดิบตั้งต้นที่มีความบริสุทธิ์สูง

หมายเหตุ: ต้องใช้อุปกรณ์เฉพาะทางและใช้พลังงานสูง

คำแนะนำเกี่ยวกับรูปภาพ

เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงด้านภาพ โปรดดูภาพประกอบต่อไปนี้จากเอกสารอ้างอิง:

- แผนผังแสดงการจัดตั้งระบบกลั่นสุญญากาศ: ระบบควบแน่นสองขั้นตอน

- แผนภาพเฟส Se-Te: แสดงให้เห็นถึงความท้าทายในการแยกสารเนื่องจากจุดเดือดใกล้เคียงกัน

เอกสารอ้างอิง

- การกลั่นแบบสุญญากาศและวิธีการทางเคมี:

- การสกัดด้วยไฟฟ้าและตัวทำละลาย:

- เทคนิคขั้นสูงและความท้าทาย: