Die Reinigung von hochreinem Selen (≥ 99,999 %) umfasst eine Kombination physikalischer und chemischer Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen wie Tellur, Blei, Eisen und Arsen. Im Folgenden werden die wichtigsten Prozesse und Parameter aufgeführt:
1. Vakuumdestillation
Prozessablauf:
1. Rohes Selen (≥99,9%) wird in einen Quarztiegel in einem Vakuumdestillationsofen gegeben.
2. Unter Vakuum (1-100 Pa) 60-180 Minuten lang auf 300-500°C erhitzen.
3. Der Selendampf kondensiert in einem zweistufigen Kondensator (untere Stufe mit Pb/Cu-Partikeln, obere Stufe zur Selensammlung).
4. Selen wird aus dem oberen Kondensator gesammelt; Te und andere hochsiedende Verunreinigungen verbleiben in der unteren Stufe.
Parameter:
- Temperatur: 300-500°C
- Druck: 1-100 Pa
- Kondensatormaterial: Quarz oder Edelstahl.
2. Chemische Reinigung + Vakuumdestillation
Prozessablauf:
1. Oxidationsverbrennung: Rohes Selen (99,9%) wird bei 500°C mit O₂ umgesetzt, wobei SeO₂- und TeO₂-Gase entstehen.
2. Lösungsmittelextraktion: SeO₂ in einer Ethanol-Wasser-Lösung lösen, TeO₂-Niederschlag abfiltrieren.
3. Reduktion: Verwenden Sie Hydrazin (N₂H₄), um SeO₂ zu elementarem Selen zu reduzieren.
4. Tiefes De-Te: Selen erneut zu SeO₄²⁻ oxidieren, dann Te mittels Lösungsmittelextraktion extrahieren.
5. Abschließende Vakuumdestillation: Selen wird bei 300-500 °C und 1-100 Pa gereinigt, um eine Reinheit von 6N (99,9999 %) zu erreichen.
Parameter:
- Oxidationstemperatur: 500°C
- Hydrazin-Dosierung: Überschuss zur Gewährleistung einer vollständigen Reduktion.
3. Elektrolytische Reinigung
Prozessablauf:
1. Verwenden Sie einen Elektrolyten (z. B. Selenige Säure) mit einer Stromdichte von 5-10 A/dm².
2. Selen lagert sich an der Kathode ab, während Selenoxide an der Anode verflüchtigen.
Parameter:
- Stromdichte: 5-10 A/dm²
- Elektrolyt: Selenige Säure oder Selenatlösung.
4. Lösungsmittelextraktion
Prozessablauf:
1. Extraktion von Se⁴⁺ aus der Lösung mit TBP (Tributylphosphat) oder TOA (Trioctylamin) in Salzsäure- oder Schwefelsäuremedium.
2. Selen abtrennen und ausfällen, anschließend umkristallisieren.
Parameter:
- Extraktionsmittel: TBP (HCl-Medium) oder TOA (H₂SO₄-Medium)
- Anzahl der Stufen: 2-3 .
5. Zonenschmelzen
Prozessablauf:
1. Selenbarren wiederholt im Zonenschmelzverfahren schmelzen, um Spurenverunreinigungen zu entfernen.
2. Geeignet zur Erzielung einer Reinheit von >5N aus hochreinen Ausgangsmaterialien.
Hinweis: Erfordert Spezialausrüstung und ist energieintensiv.
Abbildungsvorschlag
Zur Veranschaulichung siehe die folgenden Abbildungen aus der Literatur:
- Vakuumdestillationsanlage: Schematische Darstellung eines zweistufigen Kondensatorsystems.
- Se-Te-Phasendiagramm: Veranschaulicht die Herausforderungen bei der Trennung aufgrund der nahe beieinander liegenden Siedepunkte.
Referenzen
- Vakuumdestillation und chemische Verfahren:
- Elektrolytische und Lösungsmittelextraktion:
- Fortgeschrittene Techniken und Herausforderungen:
Veröffentlichungsdatum: 21. März 2025