सेलेनियम, एक महत्वपूर्ण अर्धचालक पदार्थ और औद्योगिक कच्चा माल होने के नाते, इसकी शुद्धता से इसका प्रदर्शन सीधे प्रभावित होता है। निर्वात आसवन शुद्धिकरण प्रक्रिया के दौरान, ऑक्सीजन की अशुद्धियाँ सेलेनियम की शुद्धता को प्रभावित करने वाले मुख्य कारकों में से एक हैं। यह लेख निर्वात आसवन द्वारा सेलेनियम शुद्धिकरण के दौरान ऑक्सीजन की मात्रा को कम करने के विभिन्न तरीकों और तकनीकों पर विस्तृत चर्चा प्रस्तुत करता है।

I. कच्चे माल के पूर्व-उपचार चरण में ऑक्सीजन की मात्रा कम करना

1. कच्चे माल का प्रारंभिक शुद्धिकरण

कच्चे सेलेनियम में आमतौर पर ऑक्साइड सहित विभिन्न अशुद्धियाँ होती हैं। वैक्यूम आसवन प्रणाली में प्रवेश करने से पहले, सतह पर मौजूद ऑक्साइड को हटाने के लिए रासायनिक सफाई विधियों का उपयोग किया जाना चाहिए। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले सफाई समाधानों में शामिल हैं:

• तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल विलयन (5-10% सांद्रता): SeO₂ जैसे ऑक्साइडों को प्रभावी ढंग से घोलता है।
• एथेनॉल या एसीटोन: कार्बनिक संदूषकों को हटाने के लिए उपयोग किया जाता है
• डीआयनीकृत जल: अवशिष्ट अम्ल को हटाने के लिए कई बार धोएँ

सफाई के बाद, पुनः ऑक्सीकरण को रोकने के लिए सुखाने की प्रक्रिया अक्रिय गैस (जैसे, आर्गन या नाइट्रोजन) के वातावरण में की जानी चाहिए।

2. कच्चे माल का पूर्व-अपचयन उपचार

वैक्यूम डिस्टिलेशन से पहले कच्चे माल का रिडक्शन ट्रीटमेंट करने से ऑक्सीजन की मात्रा में काफी कमी आ सकती है:

• हाइड्रोजन अपचयन: 200-300°C पर उच्च शुद्धता वाली हाइड्रोजन (शुद्धता ≥99.999%) प्रवाहित करके SeO₂ को मौलिक सेलेनियम में अपचयित करें।
• कार्बोथर्मल अपचयन: सेलेनियम कच्चे माल को उच्च शुद्धता वाले कार्बन पाउडर के साथ मिलाएं और निर्वात या अक्रिय वातावरण में 400-500°C तक गर्म करें, जिससे C + SeO₂ → Se + CO₂ अभिक्रिया प्रेरित होती है।
• सल्फाइड अपचयन: H₂S जैसी गैसें अपेक्षाकृत कम तापमान पर सेलेनियम ऑक्साइड का अपचयन कर सकती हैं।

II. वैक्यूम आसवन प्रणाली का डिज़ाइन और परिचालन अनुकूलन

1. वैक्यूम सिस्टम का चयन और विन्यास

ऑक्सीजन की मात्रा को कम करने के लिए उच्च निर्वात वातावरण अत्यंत महत्वपूर्ण है:

• एक डिफ्यूजन पंप + मैकेनिकल पंप के संयोजन का उपयोग करें, जिसका अंतिम वैक्यूम कम से कम 10⁻⁴ Pa तक पहुँचता हो।
• तेल वाष्प के बैक-डिफ्यूजन को रोकने के लिए सिस्टम में कोल्ड ट्रैप लगा होना चाहिए।
• रबर सील से गैसों के रिसाव से बचने के लिए सभी कनेक्शनों में धातु की सील का उपयोग किया जाना चाहिए।
• सिस्टम को पर्याप्त मात्रा में बेक-आउट डीगैसिंग (200-250 डिग्री सेल्सियस, 12-24 घंटे) से गुजरना चाहिए।

2. आसवन तापमान और दबाव का सटीक नियंत्रण

प्रक्रिया मापदंडों के सर्वोत्तम संयोजन:

• आसवन तापमान: 220-280°C की सीमा के भीतर नियंत्रित (सेलेनियम के क्वथनांक 685°C से नीचे)
• सिस्टम का दबाव: 1-10 Pa के बीच बनाए रखा जाता है
• तापन दर: 5-10°C/मिनट, ताकि तीव्र वाष्पीकरण और वाष्पीकरण से बचा जा सके।
• संघनन क्षेत्र का तापमान: सेलेनियम के पूर्ण संघनन को सुनिश्चित करने के लिए इसे 50-80°C पर बनाए रखा जाता है।

3. बहु-चरणीय आसवन प्रौद्योगिकी

बहु-चरणीय आसवन प्रक्रिया से ऑक्सीजन की मात्रा को धीरे-धीरे कम किया जा सकता है:

• पहला चरण: अधिकांश वाष्पशील अशुद्धियों को दूर करने के लिए मोटा आसवन।
• दूसरा चरण: मुख्य अंश को एकत्रित करने के लिए तापमान का सटीक नियंत्रण।
• तीसरा चरण: उच्च शुद्धता वाला उत्पाद प्राप्त करने के लिए कम तापमान पर धीमी गति से आसवन प्रक्रिया।
  आंशिक संघनन के लिए विभिन्न चरणों के बीच अलग-अलग संघनन तापमान का उपयोग किया जा सकता है।

III. सहायक प्रक्रिया उपाय

1. अक्रिय गैस संरक्षण प्रौद्योगिकी

निर्वात में संचालन के बावजूद, उच्च शुद्धता वाली अक्रिय गैस का उचित उपयोग ऑक्सीजन की मात्रा को कम करने में सहायक होता है:

• सिस्टम को खाली करने के बाद, उसमें उच्च शुद्धता वाली आर्गन गैस (शुद्धता ≥99.9995%) को 1000 Pa तक भरें।
• गतिशील गैस प्रवाह सुरक्षा का उपयोग करें, और लगातार थोड़ी मात्रा में आर्गन (10-20 sccm) प्रवाहित करते रहें।
• गैस इनलेट पर उच्च दक्षता वाले गैस शोधक स्थापित करें ताकि अवशिष्ट ऑक्सीजन और नमी को हटाया जा सके।

2. ऑक्सीजन स्कैवेंजर्स का जोड़

कच्चे माल में उपयुक्त ऑक्सीजन अवशोषक मिलाने से ऑक्सीजन की मात्रा को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है:

• मैग्नीशियम धातु: ऑक्सीजन के प्रति प्रबल आकर्षण, जिससे MgO बनता है।
• एल्युमीनियम पाउडर: ऑक्सीजन और सल्फर को एक साथ हटा सकता है
• दुर्लभ पृथ्वी धातुएँ: जैसे कि Y, La, आदि, जिनमें ऑक्सीजन को हटाने की उत्कृष्ट क्षमता होती है।
  ऑक्सीजन स्कैवेंजर की मात्रा आमतौर पर कच्चे माल का 0.1-0.5 wt% होती है; अधिक मात्रा से सेलेनियम की शुद्धता प्रभावित हो सकती है।

3. पिघले हुए पदार्थ की निस्पंदन तकनीक

आसवन से पहले पिघले हुए सेलेनियम को छानना:

• 1-5 माइक्रोमीटर छिद्र आकार वाले क्वार्ट्ज या सिरेमिक फिल्टर का उपयोग करें।
• फ़िल्टरेशन तापमान को 220-250°C पर नियंत्रित करें।
• ठोस ऑक्साइड कणों को हटा सकता है
• फ़िल्टरों को उच्च निर्वात के अंतर्गत पूर्व-विघटित किया जाना चाहिए।

IV. उपचार के बाद और भंडारण

1. उत्पाद संग्रह एवं प्रबंधन

• कंडेंसर कलेक्टर को निष्क्रिय वातावरण में सामग्री को आसानी से निकालने के लिए एक अलग करने योग्य संरचना के रूप में डिजाइन किया जाना चाहिए।
• एकत्रित सेलेनियम सिल्लियों को आर्गन ग्लोव बॉक्स में पैक किया जाना चाहिए।
• यदि आवश्यक हो तो संभावित ऑक्साइड परतों को हटाने के लिए सतह की नक्काशी की जा सकती है।

2. भंडारण स्थिति नियंत्रण

• भंडारण का वातावरण शुष्क रखा जाना चाहिए (ओस बिंदु ≤-60°C)।
• उच्च शुद्धता वाली अक्रिय गैस से भरी दोहरी परत वाली सीलबंद पैकेजिंग का उपयोग करें।
• भंडारण के लिए अनुशंसित तापमान 20°C से नीचे है।
• प्रकाश के संपर्क से बचें ताकि फोटोकैटलिटिक ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं को रोका जा सके।

V. गुणवत्ता नियंत्रण और परीक्षण

1. ऑनलाइन निगरानी प्रौद्योगिकी

• ऑक्सीजन के आंशिक दबाव की वास्तविक समय में निगरानी करने के लिए अवशिष्ट गैस विश्लेषक (आरजीए) स्थापित करें।
• सुरक्षात्मक गैसों में ऑक्सीजन की मात्रा को नियंत्रित करने के लिए ऑक्सीजन सेंसर का उपयोग करें।
• Se-O बंधों के विशिष्ट अवशोषण शिखरों की पहचान करने के लिए अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करें।

2. तैयार उत्पाद विश्लेषण

• ऑक्सीजन की मात्रा निर्धारित करने के लिए अक्रिय गैस संलयन-अवरक्त अवशोषण विधि का उपयोग करें।
• ऑक्सीजन वितरण का विश्लेषण करने के लिए सेकेंडरी आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (SIMS) का उपयोग किया जाता है।
• सतह की रासायनिक अवस्थाओं का पता लगाने के लिए एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) का उपयोग किया जाता है।

ऊपर वर्णित व्यापक उपायों के माध्यम से, वैक्यूम आसवन द्वारा सेलेनियम के शुद्धिकरण के दौरान ऑक्सीजन की मात्रा को 1 पीपीएम से नीचे नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे उच्च शुद्धता वाले सेलेनियम अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा किया जा सकता है। वास्तविक उत्पादन में, उपकरण की स्थितियों और उत्पाद की आवश्यकताओं के आधार पर प्रक्रिया मापदंडों को अनुकूलित किया जाना चाहिए और एक सख्त गुणवत्ता नियंत्रण प्रणाली स्थापित की जानी चाहिए।