Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Один из наиболее подходящих способов нагревания — высокочастотный, при котором тепло генерируется внутри самого образца, тем самым сводя до минимума опасность попадания примесей из раскаленного контейнера. Этот способ нагревания широко используется при бестигельной зонной плавке. Дополнительным преимуществом этого способа является перемешивание в расплавленной зоне, которое возникает благодаря вихревым токам, индуцируемым в зоне. Следует отметить, что для высокочастотного нагревания требуется громоздкое и довольно сложное оборудование (высокочастотные генераторы, индукторы, система экранирования, специальные концентраторы и т. д.).
Индукционное нагревание применимо только к веществам, хорошо проводящим электрический ток в расплавленном состоянии. По этой причине чаще всего он используется при зонной плавке металлов. Для зонной плавки неорганических веществ, из которых только некоторые ионные соединения обла-
348
дают таким свойством, естественно, применение индукционного нагревания сильно ограничено. При зонной плавке галогенидов щелочных металлов высокочастотный способ нагревания использовался следующим образом [65]. В нижнюю часть вертикально расположенного образца вводили полоску платины или графика, которую затем подвергали индукционному нагреванию (частота 3—5Мгц). За счет разогревания полоски соль расплавлялась, и при движении индуктора снизу вверх зона медленно передвигалась вместе с ним. Применение индукционного нагревания в описанном случае было возможно потому, что электропроводность использованных соединений в расплавленном состоянии достаточно высока и быстро растет с температурой.
Чтобы использовать индукционное нагревание для веществ, плохо проводящих электрический ток, в высокочастотное поле можно вводить какое-либо греющее тело из электропроводного материала (графит, металлы). Последнее может представлять собой либо кольцо, размещенное внутри неподвижного индуктора, сквозь которое движется образец, либо шар, непосредственно погруженный в расплавленную зону; наконец, из электропроводного материала может быть выполнен весь контейнер. Последний прием был использован, например, при зонной плавке фторида кальция [81], когда обрабатываемый образец помещали в графитовую лодочку, передвигавшуюся сквозь индуктор.
В работе [82] свойство ионных соединений проводить электрический ток только в расплавленном состоянии предлагается использовать для того, чтобы вводить в зону электроды и, подбирая соответствующий потенциал, осаждать на них примесный катион в виде металла, тем самым повышая эффективность очистки.
Кроме электрических способов нагревания, можно подводить тепловую энергию к нагревателям и при помощи различного рода теплоносителей (горячая вода, силиконовые масла, расплавленные металлы и пр.). В этом случае теплоноситель прокачивается по кольцевым емкостям, внутри которых передвигается контейнер. Ввиду трудности точного регулирования температуры таких нагревателей — особенно если они соединены в серии—и применимости данного способа только к сравнительно низкоплавким объектам, нагреватели с теплоносителем распространения не получили.
Предлагалось много различных вариантов создания расплавленной зоны за счет передачи тепловой энергии излучением. Выше уже упоминалось о применении электроннолучевого нагревания при бестигельной зонной плавке бора. Расплавленная зона при таком способе нагревания создается бомбардировкой стержня очищаемого материала потоком электронов, разгоняемых разностью потенциалов в несколько киловольт.
349
Электроны вылетают из раскаленного кольца вольфрамовой проволоки, окружающей вертикально расположенный слиток. Процесс проводится в камере с высоким вакуумом, без которого не может «работать» электронный луч. По этой причине электроннолучевой способ нагревания применим лишь для объектов, обладающих при плавлении небольшим давлением пара. Для возможности создания разности потенциалов обрабатываемый материал должен обладать естественной или искусственно созданной поверхностной проводимостью. С учетом этих требований электроннолучевое нагревание может быть успешно применено для зонной очистки весьма тугоплавких соединений.
Источником теплового излучения может быть лампа накаливания или инфракрасная лампа, помещенные в соответствующее устройство, которое фокусирует тепловой поток. В зависимости от мощности источника лучистой энергии таким образом могут быть обработаны как низкоплавкие объекты [83], так и вещества с температурами плавления, лежащими выше 1000° С [84].
Для создания расплавленной зоны применяется и солнечная энергия. При этом для ее концентрирования используется специальная оптическая система. Таким путем удается добиться излучения высокой энергетической плотности, так что при зонной плавке с использованием солнечной энергии можно очищать такие тугоплавкие окислы, как А1203, ,г%0, 1г02, Тп02, 5Ю2ит. д. [73]. Контейнером в данном случае иногда служит твердая фаза обрабатываемого вещества, которая затем должна быть удалена. При использовании солнечного излучения на поверхности расплавленной зоны наблюдается значительный перегрев, способствующий конвекции и перемешиванию содержимого зоны.
