Министерствообразования и науки УкраиныК У Р С О В А Я Р А Б О Т А
подисциплине
«Физико-химическое рафинирование»
на тему «Методы рафинирования зонной плавкой»
Днепропетровск
2005ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение…………………………………………………………………
3
1.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ЗОНННОЙ ПЛАВКИ………………………………………………… …..
4 1.1. Процесс зонной плавки и его математическая модель…………….
4
1.2. Методы и технические средства зонной плавки …………………...
9
1.2.1. Тигельный способ зонной плавки……………………………..
9
1.2.2. Бестигельный способ зонной плавки. Метод плавающей
зоны……………………………………………………………..
15
1.2.3. Непрерывная зонная очистка………………………………….
17
1.2.4. Зонная плавка с градиентом температур………………………
20
2.
ПРОМЫШЛЕННОЕ РАФИНИРОВАНИЕ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ ЗОНННОЙ ПЛАВКОЙ…………………………………….
21
3.
Расчёт распределения примеси В СЛИТКЕ ПРИ ОЧИСТКЕ ЗОННОЙ ПЛАВКОЙ………………………………………………………
23
3.1. Расчёт распределения примеси в слитке после зонной
очистки при исходной концентрации примеси 0,01мас.%................
23
3.2. Расчёт распределения примеси в слитке после зонной
очистки при исходной концентрации примеси 0,1 мас.% ................
25
3.3. Расчёт распределения примеси в слитке после зонной
очистки при исходной концентрации примеси 1,1мас.%…
27
3.4. Расчёт распределения примеси в слитке после зонной
очистки при исходной концентрации примеси 2,1 мас.%................
29
3.4. Расчёт распределения примеси в слитке после зонной
очистки при исходной концентрации примеси 3,1мас.%.................
31
3.6. Определение эффективности рафинирования зонной плавкой……
ВЫВОДЫ……………………………………………………………………
33
ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………
35 ВВЕДЕНИЕ
С развитием высокотехнологическихотраслей промышленности, среди которых электронная, авиационная, космическая, химическая идругие, возникла потребность в чистых и сверхчистых материалах, способныхработать в условиях экстремально высоких температур, давлений, циклическихнагрузок, агрессивных сред и т.д.
Традиционные физико-химические методы очистки материалов,включая металлургическую переработку, не позволяли достичь желаемого эффекта.Поэтому опубликованные в 1952 годуПфанном результаты по очистке германиязонной плавкой [1] были значимым событием, открывшем новые возможности в области рафинирования полупроводников иметаллов.
Процесс рафинирования зонной плавкойоснован на различии растворимости примеси в твёрдом веществе и расплаве [1].Достоинством метода является простотааппаратурного оформления, сравнительно невысокие температуры проведенияпроцесса и высокая эффективность очистки. Например, в германии, очищенномзонной плавкой, содержание примесей может составлять порядка 10-8 %.
Всвязи с этим всё большее количествоматериалов ответственного назначения проходит очистку зонной плавкой,оригинальным вариантом которой является низкотемпературная зонная плавка,используемая для глубокой очистки жидких веществ при температуре, близкой к ихточке замерзания [2].
Накопленный опыт экспериментальныхисследований зонной плавки позволил перейти к промышленному освоению этогопроцесса и осуществлению рафинирования не только полупроводников, но иметаллов, в том числе тугоплавких.Положительные результаты очистки материалов зонной плавкой свидетельствуют о перспективности этого метода, основы которого излагаются в курсовой работе.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ЗОНННОЙПЛАВКИ
1.1. Процесс зоннойплавки и его математическая модель
Зонная плавка является одним из наиболееэффективных и производительных методов глубокой очистки. При его реализацииперед началом кристаллизации расплавляется не весь твердый образец (рис.1.1 ),а только узкая зона, которую медленно перемещают вдоль слитка. Происходит постепенное расплавлениеотдельных участков образца, находящихся в зоне нагревания. Примеси,содержащиеся в образце, накапливаются в жидкой фазе, вместе с ней передвигаютсяи по окончании плавки оказываются в конце образца. Для достижения высокойстепени очистки зонную плавку повторяютмногократно.
Рис. 1.1 — Схема зонной плавки:
1- нерафинированный твердый металл; 2- жидкий металл; 3-рафинированный твёрдый металл; 4- нагреватель; 5- направление перемещения нагревателя
Эффективность зонной плавки можно выразить математическичерез параметры процесса (длина зоны ислитка, число проходов) и характеристику материала – коэффициент распределения k, представляющий собой отношение концентрации примеси в затвердевающейфазе Ств к её концентрации в массе жидкости Сж.
Большинство примесей обладает хорошейрастворимостью в жидкой фазе по сравнению с твердой. В этом случае равновесныйкоэффициент распределения k0=Ств/Сж1очистка материалов зонной плавкой практически невозможна.
Распределениепримесей при зонной плавке после одного прохода расплавленной зоной вдольслитка представляется уравнением:
(1)
где Ств — концентрация примесив закристаллизовавшейся фазе на
расстоянии x от начала слитка;
Со - исходная концентрация примеси в очищаемомматериале;
x - текущая координата (расстояние от началаслитка);
l - длина расплавленнойзоны;
ko - равновесный коэффициент распределения.
Еслиизмерять длину слитка в длинах расплавленной зоны a = x/l, выражение (1)следует записать в виде:
(2)
Приведенныеуравнения (1) и (2), являющиеся математическим описанием процесса зоннойплавки, выведены при определенных допущениях, сформулированныхавтором метода зонной очистки В. Пфанном. Эти допущения в литературе принято называтьпфанновскими.
Ихсуть в следующем:
1. Процессами диффузионногоперераспределения компонентов системы в объеме слитка можно пренебречь, т.е.коэффициенты диффузии компонентов в твердой фазе принимаются равными нулю( Dтв = 0 ).
2. Диффузия компонентов системы в жидкойфазе совершенна — концентрация компонентов постоянна по объему расплава влюбой момент процесса.
3. Коэффициент распределения примеси — величина постоянная и не зависит от концентрации примеси в кристаллизующемсявеществе (кривые солидус и ликвидус диаграммы состояния прямолинейны).
4. Начальнаяконцентрация компонентов в исходном материале (слитке) одинакова по всемсечениям.
5. Геометрия подвергаемого зонной плавкеслитка (длина и поперечное сечение) в ходе процесса остаются постоянными,плотности твердой и жидкой фаз равны (rтв=rж=r).
6 Расплав и твердая фаза при зоннойплавке не взаимодействуют с окружающей средой — атмосферой и контейнером.Другими словами, в системе нет летучих и диссоциирующих компонентов,отсутствует поглощение примесей расплавом из атмосферы, материал контейнера нерастворяется в жидкой фазе.
Уравнения (1) и (2) справедливытолько на участках слитка, на которых зона имеет две границы раздела фаз(постоянный объем). Когда в системе остается только кристаллизующаяся граница,распределение примеси представляется другим уравнением, соответствующимпроцессу нормальной направленной кристаллизации. Другими словами, если длинаочищаемого слитка в длинах зон равна A = L/l, то уравнения (1) и (2)справедливы на длине a = (L — l)/l = A-1.
При a > A-1
где g — доля закристаллизовавшегосярасплава последнего участка.
Только при условиях проведения процесса,когда удовлетворяются все требования, приведенные выше, реальное распределениепримеси в слитке после зонной плавки будет соответствовать закону,представленному выражениями (1) и (2).
Анализ показывает, что в реальных процессах зонной очистки полупроводниковыхматериалов пфанновские допущения практически не реализуются. Вместе с тем,вывод уравнений (1) и (2) без них был бы невозможен, а менее жесткие допущенияприводят к существенному усложнению получаемых выражений.
Наиболее жесткими являются условия 2 и 3. Допущение 2в данной формулировке может выполняться только при бесконечно малых скоростяхкристаллизации (скорости движения зоны). В этом случае сравнительно быстрая (посравнению с диффузией в твердой фазе) диффузия в жидкой фазе может постоянновыравнивать концентрации компонентов системы в объеме расплавленной зоны.
Использование выражений (1) и (2) дляпредставления распределения примеси при реальных скоростях кристаллизацииприводит к необходимости изменить формулировку допущения 2. Выполнениеусловия постоянства концентрации компонентов по объему расплава возможно вданной ситуации только при реализации полного (идеального) перемешивания жидкойфазы. Предполагается, что в этом случае перераспределение компонентов ивыравнивание состава в жидкой фазе происходит мгновенно — т. е. эффективныйкоэффициент диффузии в жидкой фазе Dж = ¥.
Условие полного перемешивания на практикереализовать невозможно. Процессы массопереноса в расплавленной зоне приреальных скоростях кристаллизации и разумной интенсивности перемешивания всегдаприводят к образованию диффузионного слоя на границе раздела фаз в областикристаллизации. Наличие слоя жидкости с концентрационным пиком, из которого ипроисходит кристаллизация, влияние его на условия разделения компонентовучитывается введением в выражения (1) и (2) эффективного коэффициентараспределения kэфф вместо равновесного ko.
Равновесный коэффициент распределениясвязан с эффективным соотношением Бартона-Прима-Слихтера:
где Vкр — скорость перемещения расплавленной зоны (скорость
кристаллизации);
d -толщина диффузионного слоя;
Dж- коэффициент диффузии примеси в жидкой фазе.
Эта замена является лишь более или менееудачным приближением к реальной ситуации и не соответствует требованиюусловия постоянства концентрации. Распределение примеси после зонной плавки дляреальных процессов описывается выражением:
(5)
Данное выражение позволяет анализироватьвлияние на сегрегационные процессы скорости перемещения зоны и условийперемешивания жидкой фазы.
Условие3 справедливо только для сильно разбавленных растворов, т.е. при малыхконцентрациях примеси в системе. Кроме того, условие малости концентрациидолжно соблюдаться на протяжении всего процесса зонной плавки. Для того,чтобы допущение 3 оказалось состоятельным, требуется использовать прикристаллизационной очистке исходные материалы прошедшие предварительнуюочистку.
1.2. Методы итехнические средства зонной плавки
Зонное рафинирование – многостадийный периодическийпроцесс, в котором операции выполняются последовательно на одной партииматериала. Этому процессу свойственны некоторые ограничения, среди которых постепенное снижение эффективности очистки с увеличением числа проходови большие затраты, связанные с загрузкой, разгрузкой и разделением чистой и загрязненнойфракций. Подобные трудности предотвращаются непрерывным зонным рафинированием,которое заключается в загрузке материала в одной части колонны и выводе отходови чистого продукта в других её точках (см. далее раздел 1.2.3).
Преимущества зонной плавки переддругими методами очистки увеличиваются при многократной кристаллизации, которая реализуются в процессе многократной зоннойочистки. Схема зонной плавки, в которой образец движется через несколько обогреваемыхзон, представлена на рис.1.2.
Рис.1.2.-Схема процесса многократной зонной плавки
Зонную плавку осуществляют тигельным ибестигельным способами [1,3]. Рассмотрим их особенности более подробно.
1.2.1. Тигельный способ зонной плавки
Если зонная плавка осуществляется вконтейнере (тигле) [1], то по ряду причин (удобство визуального наблюдения затвёрдой и жидкой фазами, простота удаления материала из контейнера и т.д) еёстараются осуществлять в контейнере с горизонтальной загрузкой.
Вертикальныеконтейнеры и очистительные установки занимают меньше производственнойплощади и экономичнее в отношении условий теплопередачи. Однако пользоватьсявертикальными контейнерами надо с осторожностью, так как перенос массы может привести к растрескиванию его закрытогоконца, особенно при изготовлении контейнера из хрупкого материала, например,термостойкого стекла, кварца.
Выбор материала контейнера дляпроведения зонной очистки зависит от природы очищаемого вещества. Основныетребования к материалу контейнера — этоотсутствие загрязнений и химическоговзаимодействия с расплавом, несмачиваемость, минимальная пористость, являющаясяисточником адсорбирования газа впустотах.
Дляменее активных веществ, подлежащих зонной очистке, в качестве материала контейнера используюткварц, графит, окиси алюминия и магния.
Некоторые вещества при расплавлениинастолько химически активны, что для них не существуют тигельныематериалы, не загрязняющие их. Для такихактивных и тугоплавких веществ (кремний, железо, бериллий, молибден, вольфрам,ниобий и т.д) разработаны специальные способы бестигельной зонной плавки (подробнеев разделах 1.2.2 и 2).
Немаловажное значение имеет формаконтейнера, которая выбирается с расчетом удобстварегулирования длиной зоны и межзонногопромежутка. Как правило, продольнаятеплопроводность контейнера должна быть меньше или одинакова с продольнойтеплопроводностью загруженного материала.
При выборе формы поперечного сеченияслитка, подлежащего очистке, руководствуются требованиями минимизации длинызоны и межзонного промежутка, предотвращения загрязнения и обеспечения удобстваэксплуатации. Как правило, выбирают круглую форму, которая благодаряминимальной площади поверхности соприкосновения обрабатываемого материала сконтейнером и атмосферой в меньшей степени подвергает его возможному загрязнению. В то же время, из-за малойвеличины отношения площади поверхности к объему слитка затрудняется созданиекоротких зон и межзонных промежутков. В этом отношении предпочтительнеепрямоугольная и кольцеобразная формы поперечного сечения слитка.
Наиболее распространенной формойзагрузки остаётся прямой цилиндр, который в продольном сечении имеет видпрямоугольника (см. рис. 1.1 и 1.2). В случае, когда требуется более длиннаязагрузка без изменения габаритовустановки, контейнеру и загрузке придаютформу эллипса, круга, спирали, винта.При этом эффективно используется площадь, зоны создаются единственнымисточником нагрева и приводятся вдвижение простым вращением.
Для обеспечения высокого качествазонной очистки перемещение зон должно быть достаточно равномерным со скоростьюпорядка нескольких сантиметров в час. Движущимся элементом могут быть как загрузка, так и нагреватель взависимости от конкретных условий работы. При возвратно-поступательном движениизон предпочтение отдается перемещению нагревателя, что предотвращаетпереливание жидкости при изменении направления движения контейнера. Рассмотримтри основных способа прохождения расплавленных зон через прямой слиток:
1. Многократное прохождение слитка через нагреватель(см.рис.1.1).
Данныйспособ малопроизводительный, но даёт наибольший выигрыш в площади и расходах наоборудование при условии, когда движущимся элементом является нагреватель.
2. Однократное прохождение слиткачерез несколько нагревателей (см.рис. 1.2).
Способ связан с большими энергетическимизатратами. Даёт максимальный выигрыш во времени, но проигрыш в площади,занимаемой установкой, которая тем больше, чем длиннее загрузка.
3.Возвратно-поступательное прохождение слитка через несколько нагревателей(частный случай схемы, приведенной нарис. 1.2).
Отличается от способа 2 не толькохарактером перемещения слитка, но и ужесточением требований к зонам нагрева,количество которых (Н) должно строго соответствовать отношению Н=L/d, где L- длина слитка, d-расстояние между нагревателями, равное длине хода.
Как правило, проход начинается от края загрузки (слитка), появившегося изнагревателя.Загрузка медленно перемещается на расстояние d, а затем быстро возвращается в исходное положение, передавая расплавленные зоны следующим нагревателям.Повторяя такие циклы, через слиток можно пропустить любое число зон.
Возвратно-поступательный способ 3 имеет рядпреимуществ по сравнению со способом 2.Эти преимущества связаны с возможностью уменьшения количества нагревателей,снижением расхода энергии, уменьшением габаритов установки и соответственнопроизводственных площадей. По сравнению со способом 1 применение способа 3 сокращает длительностьпроцесса и тем существеннее, чем больше количество проходов слитка через нагреватель.Возвратно-поступательный способ особенно экономичен при тоннажных загрузках,когда рафинирование осуществляется непрерывно по зоннопустотному методу (см.далее раздел 1.2.3).
В зависимости от выбранной схемы зонной плавки используютсяразличные приводные механизмы: с ходовым винтом, барабанный, кулачковый,электродвигатели с концевыми переключателями и т.д. Перемещение зон по слиткуможет осуществляться и без движения загрузки или нагревателей, применяяспециальные способы нагрева.
Одной из основных и сложных операцийпри зонной плавке является обеспечение максимальной температуры в зоне плавления и охлаждения примыкающей к зонетвёрдой фазы. Проблема перемещения зоны сводится к движению нагревателя ихолодильника, отводу тепла плавления от фронта кристаллизации или подводутеплоты плавления к расплавляющейся поверхности. Даже при малых скоростяхперемещения, характерных для зонной плавки, поглощение теплоты плавления и выделение теплотызатвердевания заметно изменяют профили температур, когда образовавшаяся зонаначинает перемещаться. Поэтому выбортого или иного способа нагрева и охлаждения в значительной мере определяетсятемпературой плавления материала. Например, нагрев материалов, имеющих температуру плавленияблизкую комнатной, может осуществляться проволокой сопротивления, излучением или трубками с текущей в нихгорячей жидкостью. Охладителями могутслужить воздух, а также трубки, с протекающей в них охлаждающей жидкостью. Еслиматериал плавится при температуре ниже комнатной, дополнительную нагрузкудолжны нести охлаждающие трубки.
Рассмотрим основные способы нагреваи охлаждения, которые применяютсяпри тигельной зонной плавке металлов:
Нагрев сопротивлением. Используется при зонной плавке металлов,имеющих температуру плавления ниже 500 0С. Нагреватели сопротивлениямогут быть простыми - нескольких витковизолированной проволоки, и сложными –спираль из изолированной проволоки, снабженная отражателем, многовитковаякатушка с хорошей тепловой изоляцией и т.д.
Охлаждение, используемое при нагреве сопротивлением: естественная ипринудительная конвекция воздуха;элементы, охлаждаемые водой (экраны, трубки и т.д).
Индукционный нагрев. Применяетсядля металлов с высокой температурой плавления и хорошей электропроводностью. Посравнению с нагревом сопротивлением позволяет формировать более короткую зону. Является одним из лучших способов нагревас точки зрения предотвращениярасплавленнойзоныотдополнительного загрязнения. К преимуществам индукционногонагрева также относятся: перемешивание расплава вихревыми токами, возможностьгенерирования тепла внутри самой загрузки, что уменьшает загрязнениеконтейнера. К числу недостатковотносится громоздкость, дороговизна оборудования и сложность эксплуатации.
Основнымиспособами индукционного нагрева являются: прямой индукционный нагрев,индукционный нагрев цилиндрическим нагревателем, индукционный нагревпогруженного нагревателя.
Вкачестве охлаждающих устройств используются водоохлаждаемые контейнеры, в том числе трубы.
Нагрев электрическим разрядом.Применяется при зонной плавке тугоплавких металлов и сплавов (вольфрам, молибден, ниобий, цирконий,рений и т.д.). Расплавление металла осуществляется за счет энергии электрической дуги, возникающей междуэлектродом и металлом. В качестве охлаждающего агента используется вода.
Производительность зонной очисткиувеличивается при перемешивании зон. С этой точки зрения, как былопоказано выше, предпочтительно использование индукционного нагрева. Но не все методы перемешивания эффективны.Так, применение механических мешалок усложняет аппаратуру и являетсядополнительным источником загрязнения. По мере возможности следует прибегать кпринудительному конвекционному перемешиванию, позволяющему повышать допустимуюскорость движения зон приблизительно в 10 раз. Если принудительная конвекцияневозможна, необходимо придавать зоне форму, позволяющую извлечь максимальнуювыгоду от естественной конвекции. Это,как правило, сводится к созданию высокой вертикальной поверхности раздела междудвумя фазами.
Поскольку движущая сила при естественнойконвекции пропорциональна напряженности поля земного тяготения, естественнуюконвекцию в расплаве цилиндрической формы рекомендуется усиливать вращениемконтейнера с большой скоростью вокруг его оси.
Усиление конвекции может бытьдостигнуто электромагнитным перемешиванием, например, если через горизонтальныйцилиндрический слиток в осевомнаправлении пропускать постоянныйэлектрический ток, а над одним из концоврасплавленной зоны расположить магнит,создающий магнитное поле, перпендикулярное слитку.
Неменее эффективным методом усиления конвекции является перемешиваниевращающимся магнитным полем. Но главным его недостатком является громоздкость установок, затрудняющая наблюдение за зоной.
1.2.2. Бестигельныйспособ зонной плавки. Метод плавающей зоны
Некоторые металлы в жидком состоянии приобретаютвысокую реакционную способность и вступают в химическое взаимодействие сматериалом контейнера (тигля), загрязняя расплав. Для очистки таких металловразработаны методы бестигельной зонной плавки [1,3]. Наибольшее распространение получил метод плавающей зоны,при котором расплавленная зона удерживается на месте силами собственногоповерхностного натяжения между двумя твёрдыми соосными вертикальными прутками.Метод, впервые опробованный на кремнии, описан Кеком и Голеем, Эмейсом иТайеоером. Метод плавающей зоны один из бурно развивающихся методов зоннойплавки. Лучше всего поддаются зонной плавке методом плавающей зоны тугоплавкиеметаллы.
Теоретические и экспериментальныеисследования устойчивости плавающих зон показали, что на круглых прудкахмаксимальная длина (высота) зоны, поддерживаемая силами собственногоповерхностного натяжения, возрастает пропорционально радиусу прудка, когда онимеет небольшую величину, стремясь копределённому пределу для больших радиусов. Максимальная длина зоны для золота,олова и воды составляет около 0,7 см и около 1,5 см для кремния, титана,циркония. Различают следующие виды широких плавающих зон:
зоны с открытыми краями -их недостаток состоит в том, чтозона по краям затягивается внутрь из-за большой кривизны жидкости вгоризонтальной плоскости;
зоны с закрытыми краями — лишенынедостатка зон с открытыми краями, а в в процессе очисткиможно создавать несколько зон;
кольцевые зоны – также лишены недостатка зон соткрытыми краями, а преимущество заключается в том, что одну половину заготовкиможно вращать для перемешивания жидкости в зоне относительно второй половинывокруг их общей оси.
Плавающиезоны при зонной плавке могут создаватьсяследующими наиболее часто используемыми способами нагрева:
Индукционныйнагрев. Основные особенности способа рассмотрены ранее (см. раздел1.2.1). Использование его при зонной плавке по методу плавающей зоны имеет своюспецифику. Она заключается в том, что для концентрации индуцируемой энергии на небольшом участке вертикального прутка,индуктор должен быть коротким (около двух витков) и как можно плотнее охватывать загрузку. Если длина зоны становится слишкомбольшой, то зона вздувается и требуется большая мощность и длина индуктора дляеё нагрева. Взаимодействие между током индуктора и индуцируемым током в зонемогут сделать её неустойчивой, особенно, если индуктор расположен выше центразоны. Однако охлаждением нижнего прутка зону можно сконцентрировать по отношениюк индуктору [4], добиваясь подвешивания [5], которое поддерживает зону.
Прииндукционном нагреве, в отличие от электронно-лучевой плавки, возможно создание положительного давленияинертным газом, что способствует минимальному загрязнению индуктора материаломобразца или образца материалом индуктора.
Электронно-лучевой нагрев.Его использование длязонной плавки началось в 1956 году [6,7]. В электронно-лучевой печи анодом служит стержень с плавающей зоной, ароль катода выполняет одновитковый индуктор, чаще всего из вольфрамовойпроволоки или ленты. Электронный луч ограничивается фокусирующими пластинами. Из всех способовнагрева, использующихся при зонной плавке, электронно-лучевой обогрев наиболее эффективный [8]. Он получил широкоеприменение в промышленности при зонной очистке тугоплавких металлов, среди которых вольфрам, молибден, рений, тантал и другие [9]. Из-за высокихтемператур плавления и вакуума очистка часто достигается не столько зоннымдействием, сколько за счет улетучивания примесей, что ограничивает числоцелесообразных зонных проходов.
Плавающая зона при зонной плавке может создаватьсяи поддерживаться при использовании других способов. Например: нагрев вотражательной печи с угольной дугой, тлеющим разрядом [1], поддержка индуцирующим током [5], магнитнаяподдержка [4], зонная плавка с двумя жидкими фазами [10].
Непрерывная зонная очистка
Методызонной очистки, рассмотренные в разделах1.2.1 и 1.2.2, являются многостадийными периодическими процессами. Как всякомупериодическому процессу, им присущи ограничения, которые исключаются принепрерывной зонной плавке. Первая установка непрерывной зонной очистки описана в 1955 году. Установкинепрерывного действия сложнее установок периодического действия и предназначеныглавным образом для крупномасштабной переработки материалов.
Непрерывнаязонная очистка характеризуется длительным периодом установления рабочегорежима, после чего материал, проходящий через установку, максимально очищаетсяза меньшее число проходов, чем при периодической очистке.
Принепрерывной зонной очистке удаляются только компоненты, концентрирующиеся на противоположных концах загрузки.Промежуточный материал представляет собой лишь среду, в которой происходитразделение компонентов. Припериодической зонной очистке промежуточный материал подлежит удалению.Особенности процесса непрерывной зонной плавки представлены на рис. 1.3.Рис.1.3 — Общая схема непрерывной зонной плавки
Расплавленные зоны, образуемые подвижныминагревателями, медленно передвигаются вниз по загрузке, т.е. через колонну(налево на графике). Если бы не было потоков питающего материала, отходов иочищенного продукта, то процесс был бы простым периодическим зоннымрафинированием и действие зон сводилось бы к оттеснению примесей вниз, арастворителя вверх по колонне.
Чтобы обеспечить непрерывность процесса в колонне ссекциями очищенного и загрязненного продуктов, питающий материал долженделиться в этих секциях на два потока ивыводиться из них в виде отходов и очищенного продукта, как это показано на рис1.3. Процесс непрерывной зонной очистки должен решать две задачи: перемещатьзоны и создавать указанные выше потоки материалов. Этим требованиямудовлетворяют следующие основные методы:
Зоннопустотный метод. При этом методе зоны перемеща