Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Во-первых, градиент самым благоприятным образом влияет на создание четкого фронта кристаллизации, что, как уже неоднократно отмечалось, повышает эффективность процесса. Во-вторых, не следует забывать, что пфанновское допущение о пренебрежимо малой скорости диффузии примеси в твердой фазе перестает быть справедливым, если температура твердой фазы близка к температуре кристаллизации.
По этой причине желательно подавить диффузию путем интенсивного охлаждения твердых частей образца.
Чем ниже температура холодильников, тем соответственно требуется большее количество тепла для поддержания расплавленной зоны. При этом ее температура в центре значительно
335
отличается от температуры на границах раздела, что при вертикальном расположении образца способствует интенсификации конвективных потоков, создающих перемешивание в зоне.
Наконец, при не очень малой исходной концентрации примеси впереди фронта кристаллизации, как известно, может образоваться область, настолько богатая примесью, что температура кристаллизации части жидкости, расположенной в этой области, заметно понизится. При отсутствии значительного температурного градиента это вызовет переохлаждение такого участка, ко-торьш затем внезапно закристаллизуется, увлекая за собой примеси и искажая нормальное течение процесса.
Таким образом, создание температурного градиента на фронте кристаллизации весьма необходимо для обеспечения эффективности процесса. Обычно нагревателям и холодильникам задается такой режим, чтобы их температура отличалась от температуры кристаллизации обрабатываемого объекта не менее чем на 20 град.
ОСОБЫЕ ВАРИАНТЫ ПРОЦЕССА
Несмотря на очевидные достоинства зонной плавки, внедрению в производство мешает периодичность этого метода. С одной стороны, это требует перерывов в процессе и большого числа дополнительных операций, с другой, — накопление примесей в неудаляемой загрязненной части образца с каждым новым проходом расплавленной зоны понижает эффективность процесса. Поэтому весьма перспективным было бы превращение этого процесса в непрерывный, когда после продолжительного начального периода в системе устанавливается равновесное состояние, соответствующее предельному распределению, и очистка продукта требует меньшего времени, чем при периодической зонной плавке.
Основной задачей, которая возникает при конструировании аппаратов для непрерывной зонной очистки, является создание устройств, позволяющих постоянно удалять очищенный и загрязненный продукт, а также вводить свежие порции очищаемого вещества. Желательно, чтобы это происходило самопроизвольно, так как различного рода механические приспособления сложны и малопригодны в условиях проведения глубокой очистки. Подобного рода перемещение материала может быть достигнуто за счет свободного перемещения расплавленного вещества под действием силы тяжести, что лежит в основе двух предложенных для непрерывной зонной очистки схем: зонно-пустотной и зонно-транспортной [43—48].
В основе зонно-пустотного метода (рис. 60) лежит способность расплавленного материала перемещаться от питателя к выпускным отверстиям путем стекания его через специальные
336
пустоты *. Пустоты создаются у отверстий для вывода очищенного и загрязненного продукта при помощи генераторов пустот, снабженных теплоотводящими ребрами трубок небольшого диаметра, через которые расплав может проходить, оставляя пустоту лишь в том случае, когда такая трубка целиком находится внутри нагревателя. Пустоты передвигаются в направлении, противоположном перемещению материала, причем в 3 секции очищенного продукта — непрерывно, вместе с расплавленными зонами, а в секции загрязненного продукта — скачкообразно, в момент их встреч с расплавленными зонами. Избыток примеси из секции очищенного продукта попадает вместе с расплавленной зоной в питатель. Вывод приме-
1
Загрязнен ныо продукт
;1
Рис. 61. Схема зонно-транспортного метода:
/—исходный продукт; 2 - твердая загрузка; 3-от-верстне для слива очищенного продукта; 4— нагреватели; 5 —отверстие для слива загрязненного продукта,
Очищенный продут
Рис. 60. Схема зонно-пустотного метода;
/ — генераторы пустот; 2— нагреватели; 3 - исходный продукт; 4 — твердая загрузка; 5—пустота; 6— рас-плавленная зона.
сей из питателя осуществляется передвижением зон в секции загрязненного продукта.
В противоположность зонно-пустотному методу при зонно-транспортном методе расположение загрузки почти горизонтальное; передвижение материала осуществляется за счет переноса вещества расплавленной зоной (уровень ее горизонтален) при ее передвижении вдоль загрузки, поверхность которой слегка наклонена к горизонту (рис. 61). Подпитка свежим материалом производится в середине образца, а в концах контейнера имеются два отверстия, через которые автоматически (когда зона находится в самом начале или самом конце образца) удаляются очищенный и загрязненный продукты. Для повышения степени очистки несколько аппаратов могут быть объединены таким образом, чтобы вывод очищенного продукта был бы питателем каждого следующего аппарата.
