6N аса жоғары тазалықтағы күкіртті айдау және тазарту процесі, егжей-тегжейлі параметрлері бар

6N (≥99,9999% тазалық) аса жоғары тазалықтағы күкіртті өндіру үшін іздік металдарды, органикалық қоспаларды және бөлшектерді жою үшін көп сатылы айдау, терең адсорбция және аса таза сүзу қажет. Төменде вакуумдық айдау, микротолқынды пеш көмегімен тазарту және дәл өңдеуден кейінгі технологияларды біріктіретін өнеркәсіптік ауқымды процесс келтірілген.

I. Шикізатты алдын ала өңдеу және қоспаларды кетіру

1. Шикізатты таңдау және алдын ала өңдеу

• ‌Талаптар‌: Бастапқы күкірт тазалығы ≥99,9% (3N маркасы), жалпы металл қоспалары ≤500 ppm, органикалық көміртегі мөлшері ≤0,1%.
• ‌Микротолқынды пеш көмегімен балқыту‌:
  Шикі күкірт микротолқынды реакторда (2,45 ГГц жиілікте, 10–15 кВт қуатта) 140–150°C температурада өңделеді. Микротолқынды пештің дипольдік айналуы органикалық қоспаларды (мысалы, шайыр қосылыстарын) ыдырата отырып, тез балқуды қамтамасыз етеді. Балқу уақыты: 30–45 минут; микротолқынды пештің ену тереңдігі: 10–15 см
• ‌Деионизацияланған сумен жуу‌:
  Балқытылған күкірт суда еритін тұздарды (мысалы, аммоний сульфаты, натрий хлориді) кетіру үшін араластырылған реакторда (120°C, 2 бар қысым) 1 сағат бойы деионизацияланған сумен (кедергі ≥18 МОм·см) 1:0,3 массалық қатынасында араластырылады. Су фазасы декантацияланады және өткізгіштігі ≤5 мкС/см болғанша 2-3 цикл бойы қайта пайдаланылады.

2. Көп сатылы адсорбция және сүзу

• ‌Диатомды жер/белсендірілген көміртек адсорбциясы‌:
  Металл кешендері мен қалдық органикалық заттарды адсорбциялау үшін азот қорғанысы астында (130°C, 2 сағат араластыру) балқытылған күкіртке диатомды жер (0,5–1%) және белсендірілген көмір (0,2–0,5%) қосылады.
• ‌Өте дәл сүзгілеу‌:
  ≤0,5 МПа жүйелік қысым кезінде титанмен пісірілген сүзгілерді (0,1 мкм кеуек өлшемі) пайдалана отырып, екі сатылы сүзу. Сүзуден кейінгі бөлшектер саны: ≤10 бөлшектер/л (өлшемі >0,5 мкм).

II. Көп сатылы вакуумдық айдау процесі

1. Бастапқы айдау (металл қоспаларын кетіру)

• ‌Жабдық‌: 316 л тот баспайтын болаттан жасалған құрылымдық қаптамасы бар (≥15 теориялық пластина) жоғары тазалықтағы кварцты айдау колоннасы, вакуум ≤1 кПа.
• ‌Операциялық параметрлер‌:
• ‌Азық температурасы‌: 250–280°C (күкірт қоршаған орта қысымында 444,6°C температурада қайнайды; вакуум қайнау температурасын 260–300°C дейін төмендетеді).
• ‌Қайта ағып кету коэффициенті‌: 5:1–8:1; бағанның жоғарғы температурасының ауытқуы ≤±0,5°C.
• ‌Өнім‌: Конденсацияланған күкірттің тазалығы ≥99.99% (4N маркасы), жалпы металл қоспалары (Fe, Cu, Ni) ≤1 ppm.

2. Екінші реттік молекулалық айдау (органикалық қоспаларды кетіру)

• ‌Жабдық‌: 10–20 мм булану-конденсация саңылауы бар қысқа жолды молекулалық дистиллятор, булану температурасы 300–320°C, вакуум ≤0,1 Па.
• ‌Қоспаны бөлу‌:
  Төмен қайнайтын органикалық заттар (мысалы, тиоэфирлер, тиофен) буланып, эвакуацияланады, ал жоғары қайнайтын қоспалар (мысалы, полиароматикалық заттар) молекулалық еркін жолдың айырмашылығына байланысты қалдықтарда қалады.
• ‌Өнім‌: Күкірттің тазалығы ≥99.999% (5N маркасы), органикалық көміртегі ≤0.001%, қалдық мөлшері <0.3%.

3. Үшінші аймақты тазарту (6N тазалыққа қол жеткізу)

• ‌Жабдық‌: Көп аймақтық температураны басқару мүмкіндігі бар көлденең аймақтық тазартқыш (±0,1°C), аймақтық қозғалыс жылдамдығы 1–3 мм/сағ.
• ‌Бөліну‌:
  Сегрегация коэффициенттерін пайдалану (K=C қатты/C сұйықтықK=Cқатты /Cсұйық (сұйық), 20–30 аймақ құйма ұшындағы концентрат металдарын (As, Sb) өткізеді. Күкірт құймасының соңғы 10–15%-ы тасталады.

III. Өңдеуден кейінгі және аса таза қалыптау

1. Ультра таза еріткішті экстракциялау

• ‌Эфир/көміртек тетрахлоридін алу‌:
  Полярлық органикалық заттардың іздерін кетіру үшін күкірт ультрадыбыстық көмекпен (40 кГц, 40°C) 30 минут бойы хроматографиялық дәрежедегі эфирмен (1:0,5 көлем қатынасы) араластырылады.
• ‌Еріткішті қалпына келтіру‌:
  Молекулалық елекпен адсорбциялау және вакуумдық айдау еріткіш қалдықтарын ≤0,1 ppm дейін азайтады.

2. Ультрафильтрация және ион алмасу

• ‌PTFE мембраналық ультрафильтрациясы‌:
  Балқытылған күкірт 160–180°C температурада және ≤0,2 МПа қысымда 0,02 мкм PTFE мембраналары арқылы сүзіледі.
• ‌Ион алмасу шайырлары‌:
  Хелат шайырлары (мысалы, Amberlite IRC-748) ppb деңгейіндегі металл иондарын (Cu²⁺, Fe³⁺) 1-2 BV/сағ ағын жылдамдығымен жояды.

3. Өте таза қоршаған ортаны қалыптастыру

• ‌Инертті газды атомизациялау‌:
  10-сыныпты таза бөлмеде балқытылған күкірт азотпен (0,8–1,2 МПа қысыммен) 0,5–1 мм сфералық түйіршіктерге (ылғалдылық <0,001%) атомдандырылады.
• ‌Вакуумдық қаптама‌:
  Тотығудың алдын алу үшін соңғы өнім ультра таза аргон (≥99,9999% тазалық) астында алюминий композиттік пленкаға вакууммен тығыздалады.

IV. Негізгі процесс параметрлері

V. Сапаны бақылау және сынау

1. ‌Із қоспасын талдау‌:

• ‌GD-MS (Жарқырау разрядының массалық спектрометриясы)‌: Металдарды ≤0,01 ppb концентрациясында анықтайды.
• ‌TOC анализаторы‌: Органикалық көміртекті ≤0,001 ppm өлшейді.

1. ‌Бөлшектердің өлшемін бақылау‌:
   Лазерлік дифракция (Mastersizer 3000) D50 ауытқуын ≤±0,05 мм қамтамасыз етеді.
2. ‌Беткі тазалық‌:
   XPS (рентгендік фотоэлектронды спектроскопия) беттік оксид қалыңдығының ≤1 нм екенін растайды.

VI. Қауіпсіздік және қоршаған ортаны жобалау

1. ‌Жарылыстың алдын алу‌:
   Инфрақызыл жалын детекторлары және азотты толтыру жүйелері оттегі деңгейін <3% ұстап тұрады
2. ‌Шығарындыларды бақылау‌:

• ‌Қышқыл газдар‌: Екі сатылы NaOH тазалау (20% + 10%) ≥99,9% H₂S/SO₂ жояды.
• ‌ұшқыш органикалық қосылыстар‌: Цеолит роторы + RTO (850°C) метан емес көмірсутектерді ≤10 мг/м³ дейін төмендетеді.

1. ‌Қалдықтарды қайта өңдеу‌:
   Жоғары температурада тотықсыздандыру (1200°C) металдарды қалпына келтіреді; қалдық күкірт мөлшері <0,1%.

VII. Техникалық-экономикалық көрсеткіштер

• ‌Энергия тұтыну‌: 6Н күкірттің бір тоннасына 800–1200 кВт/сағ электр энергиясы және 2–3 тонна бу.
• ‌Өткізіп жібер‌: Күкіртті қалпына келтіру ≥85%, қалдық деңгейі <1,5%.
• ‌ҚұныӨндіріс құны ~120 000–180 000 юань/тонна; нарықтық бағасы 250 000–350 000 юань/тонна (жартылай өткізгіш маркасы).

Бұл процесс жартылай өткізгіш фоторезисттерге, III-V қосылыс субстраттарына және басқа да озық қолданбаларға арналған 6N күкірт өндіреді. Нақты уақыт режиміндегі мониторинг (мысалы, LIBS элементтерін талдау) және ISO 1 класындағы таза бөлмені калибрлеу тұрақты сапаны қамтамасыз етеді.

Сілтемелер

1. 2-сілтеме: Өнеркәсіптік күкіртті тазарту стандарттары
2. 3-сілтеме: Химиялық инженериядағы озық сүзу әдістері
3. 6-сілтеме: Жоғары тазалықтағы материалдарды өңдеу бойынша нұсқаулық
4. 8-сілтеме: Жартылай өткізгіштік химиялық өндіріс хаттамалары
5. 5-сілтеме: Вакуумдық айдауды оңтайландыру