一种5n高纯硒粒的制备方法
阅读说明：本技术 一种5n高纯硒粒的制备方法 (Preparation method of 5N high-purity selenium granules ) 是由 陈应红 陈藤伟 叶道明 胡仕辉 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种5N高纯硒粒的制备方法,涉及冶金技术领域。本发明提供的5N高纯硒粒的制备方法包括以下步骤：(1)以纯度为4N的硒块作为原料,将硒块置于石英蒸馏炉的石英管中,管内抽真空；(2)控制石英管上段温度为280-370℃,下段温度为240-260℃,保温蒸馏；(3)调节石英管上段温度为200-260℃,下段温度为220-280℃,得到熔融硒液；(4)将熔融硒液转移至制粒熔炉内加热、搅拌捞渣后冷却制粒得到所述5N高纯硒粒。本发明采用火法冶炼的方法制备5N高纯硒粒,在上述制备步骤中,通过严格控制蒸馏温度,可有效地控制目标杂质含量,使制备的5N高纯硒粒的杂质含量低,可满足下游制备红外硫系玻璃的要求。(The invention provides a preparation method of 5N high-purity selenium granules, and relates to the technical field of metallurgy. The preparation method of the 5N high-purity selenium particles provided by the invention comprises the following steps: (1) placing a selenium block with the purity of 4N as a raw material in a quartz tube of a quartz distillation furnace, and vacuumizing the tube; (2) controlling the temperature of the upper section of the quartz tube at 280-; (3) adjusting the temperature of the upper section of the quartz tube to 200-260 ℃ and the temperature of the lower section to 220-280 ℃ to obtain molten selenium liquid; (4) and transferring the molten selenium liquid into a granulating furnace for heating, stirring, dredging slag, cooling and granulating to obtain the 5N high-purity selenium granules. According to the invention, the 5N high-purity selenium particles are prepared by adopting a pyrometallurgy method, and in the preparation steps, the target impurity content can be effectively controlled by strictly controlling the distillation temperature, so that the prepared 5N high-purity selenium particles have low impurity content, and the requirement of preparing infrared chalcogenide glass at downstream can be met.)
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种5N高纯硒粒的制备方法。
背景技术
随着航空航天科学技术以及红外技术应用的发展，对红外光学材料性能的要求越来越高。一方面，高端红外光学系统需要在较宽波段工作，如前视红外类热成像系统、夜视系统以及红外制导等，所用红外光学材料要求在3-5μm和8-12μm波段范围内具有良好的透光性能；另一方面，现代军事和空间技术中，红外光元件的服役环境变得越来越苛刻，如高速飞行体的光学窗口材料，将经受高温、高压、热冲击、大气中固体粒子及雨滴等撞击的严峻考验，红外光学材料需要具有较好的力学、热学性能及对环境的适应性能。
红外硫系玻璃是指以硫、硒、碲三种氧族元素和其它玻璃网络体(如砷、锑、锗等)相互组合构成的多组元化合物玻璃。硫系玻璃具有优异的中远红外透过性能、良好的热稳定性与化学稳定性、较高的非线性折射率系数和折射率，是目前比较理想的红外光学材料之一，被视为新一代的温度自适应红外光学系统的核心材料。在军用红外侦查检测、红外成像制导以及民用车载夜视、星际生命探测以及其他尖端红外热成像光学系统等领域具有广阔的应用前景。
硒作为制备红外硫系玻璃的主要元素之一，其质量的好坏对红外硫系玻璃的制备影响很大，如影响脱模、退火的合格率、内部杂质点、内部条纹、透过率等，硫系玻璃要求碳、氧、水分含量均小于5ppm，但目前生产的5N高纯硒粒产品杂质成分已很难满足下游硫系玻璃用途的要求。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种5N高纯硒粒的制备方法，旨在通过火法冶炼的方法控制硒粒中金属杂质及碳、氧元素的含量，制备符合硫系玻璃领域要求的高纯硒粒。
为实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种5N高纯硒粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)以纯度为4N的硒块作为原料，将硒块置于石英蒸馏炉的石英管中，管内抽真空；
(2)控制石英管上段温度为280-370℃，下段温度为240-260℃，保温蒸馏；
(3)调节石英管上段温度为200-260℃，下段温度为220-280℃，得到熔融硒液；
(4)将熔融硒液转移至制粒熔炉内加热、搅拌捞渣后冷却制粒得到所述5N高纯硒粒。
本发明技术方案中，将4N硒块依次在石英蒸馏炉中保温蒸馏、制粒熔炉中加热制粒，具体装置结构应用我司专利(申请号200610122508.4)，其中，步骤(1)中将硒块置于石英蒸馏炉的石英管中，装好石英塔头，将石英蒸馏炉盖以及垫片清理干净，盖好蒸馏炉炉盖；步骤(2)中4N硒块现在石英管上端加热蒸发、硒蒸汽冷凝后进入石英管下段，持续保温蒸馏一段时间后调节石英管上、下段温度，进行降温出炉；步骤(3)中再将硒液转移至制粒熔炉中制粒得到5N高纯硒粒。
(通过加热使硒熔融，通过真空，降低硒的蒸发温度，来达到硒与杂质分离的效果)
本发明采用火法冶炼的方法制备5N高纯硒粒，在上述制备步骤中，通过严格控制蒸馏温度，可有效地控制目标杂质含量，使制备的5N高纯硒粒杂质含量低，可满足下游制备红外硫系玻璃的要求。
作为本发明所述5N高纯硒粒的制备方法的优选实施方式，所述步骤(4)中的制粒熔炉分为上、中、下三段控温，所述加热过程分为两个阶段，其中，第一阶段控制熔炉的上、中、下三段温度为280-360℃，第二阶段控制熔炉的上、中、下三段温度为200-250℃。
(在制粒时，由于制粒炉的加热方式是从外围往里加热，实际硒熔液的温度在熔点之上，因而需将加热温度设定到280-360℃，保持硒处于熔融状态，从而保证能正常制粒。
作为本发明所述5N高纯硒粒的制备方法的优选实施方式，所述步骤(4)中的冷却制粒包括如下步骤：将制粒漏斗放入加热套装置内，控制加热套温度为200-250℃，制粒水槽开启冷却纯水浇铸制粒。
本发明技术方案中，制粒时采用纯水极冷，能使硒溶液快速冷却成型，又能阻止硒粒氧化氧元素及其他金属元素引入，最终得到低碳、低氧、低杂质的5N高纯硒粒。
作为本发明所述5N高纯硒粒的制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中抽真空至石英管内真空度不高于10Pa。
本发明通过抽真空可降低硒的蒸发温度，来达到硒与杂质分离的效果。
作为本发明所述5N高纯硒粒的制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中的保温蒸馏时间为18-36h。
本发明技术方案中，严格控制保温蒸馏时间，可有效去除4N硒块中残留的金属杂质。
作为本发明所述5N高纯硒粒的制备方法的优选实施方式，所述步骤(4)中的熔融硒液采用不锈钢盘进行转移；所述步骤(4)中的制粒熔炉、制粒漏斗为石英材质；所述步骤(4)中采用石英棒进行搅拌捞渣。
本发明制备方法整个过程中所采用的需与硒接触的装置(如蒸馏炉、制粒熔炉、制粒漏斗、石英棒等)均使用石英材质，同时熔融硒液采用不锈钢盘进行转移，可避免碳源的引入，从而保证硒粒的纯度。
作为本发明所述5N高纯硒粒的制备方法的优选实施方式，所述步骤(4)中浇铸制粒后，将硒粒置于不锈钢筛中沥干水分，40℃热风保温烘干18-24h得到所述5N高纯硒粒。
第二方面，本发明还提出一种5N高纯硒粒在制备红外硫系玻璃中的应用。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明采用火法冶炼的方法制备5N高纯硒粒，生产过程中所采用的设备操作较为简单，安全系数较高，能有效地控制目标杂质含量，使制备的硒粒杂质含量更低，产品质量稳定，可满足下游制备红外硫系玻璃的要求。
附图说明
图1为本发明实施例中5N高纯硒粒的制备流程简图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的5N高纯硒粒的制备流程如图1所示，具体制备方法包括以下步骤：
(1)以纯度为4N的硒块作为原料，将4N硒块8kg投入石英蒸馏炉内的石英管中，将石英蒸馏炉盖以及垫片清理干净，装好石英塔头，盖好蒸馏炉炉盖，开启真空泵将石英管内真空度抽至10Pa以下；
(2)控制石英管上段温度为280℃，下段温度为240℃，保温蒸馏18h；
(3)保温结束后，调节石英管上段温度为200℃，下段温度为220℃，得到熔融硒液；
(4)温度稳定后，使用不锈钢盘将炉内硒溶液转移至制粒熔炉内加热，第一阶段控制制粒熔炉的上、中、下段温度均为280℃，熔化完全后；第二阶段控制制粒熔炉的上、中、下段温度均为200℃，用干净的石英棒搅拌捞渣，将制粒漏斗放入加热套装置内，控制加热套装置温度为200℃，制粒水槽开取冷却纯水浇铸制粒；
(5)用不锈钢筛网接住硒粒将水沥干，将沥干水的硒粒装入热风循环烘箱料盘，控制温度为40℃，保温烘干20h，得到5N高纯硒粒。
实施例2
本实施例的5N高纯硒粒的制备流程如图1所示，具体制备方法包括以下步骤：
(1)以纯度为4N的硒块作为原料，将4N硒块8kg投入石英蒸馏炉内的石英管中，将石英蒸馏炉盖以及垫片清理干净，装好石英塔头，盖好蒸馏炉炉盖，开启真空泵将石英管内真空度抽至10Pa以下；
(2)控制石英管上段温度为300℃，下段温度为250℃，保温蒸馏18h；
(3)保温结束后，调节石英管上段温度为230℃，下段温度为250℃，得到熔融硒液；
(4)温度稳定后，使用不锈钢盘将炉内硒溶液转移至制粒熔炉内加热，第一阶段控制制粒熔炉的上、中、下段温度均为320℃，熔化完全后；第二阶段控制制粒熔炉的上、中、下段温度均为220℃，用干净的石英棒搅拌捞渣，将制粒漏斗放入加热套装置内，控制加热套装置温度为220℃，制粒水槽开取冷却纯水浇铸制粒；
(5)用不锈钢筛网接住硒粒将水沥干，将沥干水的硒粒装入热风循环烘箱料盘，控制温度为40℃，保温烘干20h，得到5N高纯硒粒。
实施例3
本实施例的5N高纯硒粒的制备流程如图1所示，具体制备方法包括以下步骤：
(1)以纯度为4N的硒块作为原料，将4N硒块8kg投入石英蒸馏炉内的石英管中，将石英蒸馏炉盖以及垫片清理干净，装好石英塔头，盖好蒸馏炉炉盖，开启真空泵将石英管内真空度抽至10Pa以下；
(2)控制石英管上段温度为360℃，下段温度为260℃，保温蒸馏18h；
(3)保温结束后，调节石英管上段温度为260℃，下段温度为280℃，得到熔融硒液；
(4)温度稳定后，使用不锈钢盘将炉内硒溶液转移至制粒熔炉内加热，第一阶段控制制粒熔炉的上、中、下段温度均为360℃，熔化完全后；第二阶段控制制粒熔炉的上、中、下段温度均为250℃，用干净的石英棒搅拌捞渣，将制粒漏斗放入加热套装置内，控制加热套装置温度为250℃，制粒水槽开取冷却纯水浇铸制粒；
(5)用不锈钢筛网接住硒粒将水沥干，将沥干水的硒粒装入热风循环烘箱料盘，控制温度为40℃，保温烘干20h，得到5N高纯硒粒。
对比例1
本对比例的制备方法同实施例1基本相同，不同之处仅在于：步骤(2)中控制石英管上段温度为270℃，下段温度为260℃，保温蒸馏18h，真空度抽至10Pa以下。
对比例2
本对比例的制备方法同实施例1基本相同，不同之处仅在于：步骤(3)中保温结束后，调节石英管上段温度为290℃，下段温度为250℃，得到熔融硒液。
对比例3
本对比例的制备方法同实施例1基本相同，不同之处仅在于：步骤(4)中第一阶段控制制粒熔炉的上、中、下段温度均为270℃，熔化完全后；第二阶段控制制粒熔炉的上、中、下段温度均为260℃。
对比例4
本对比例的制备方法同实施例1基本相同，不同之处仅在于：步骤(4)中第一阶段控制制粒熔炉的上、中、下段温度均为380℃，熔化完全后；第二阶段控制制粒熔炉的上、中、下段温度均为240℃。
对比例5
本对比例的制备方法同实施例1基本相同，不同之处仅在于：步骤(1)中开启真空泵将石英管内真空度抽至11Pa。
对比例6
本对比例的制备方法同实施例1基本相同，不同之处仅在于：步骤(1)中开启真空泵将石英管内真空度抽至15Pa。
实验例1
检测实施例1-3、对比例1-4制备的硒粒的杂质元素、水分含量，其中，金属杂质元素采用Agilent 7700x ICP-MS检测，C元素采用碳硫仪检测，水分采用库伦水分仪检测，O元素采用化学法测试，检测结果如下表1所示。
表1.实施例1-3、对比例1-4制备的硒粒的杂质检测结果
由表1可知，实施例1-3制备的高纯硒粒各杂质的含量均低于标准含量，而对比例1-6制备的硒粒中C元素的含量明显高于实施例1-3，其余杂质元素的含量由于对应的检测设备检出限的原因，目前无法进行区分。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。