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物理化学
1.13.9.3 三、区域熔炼(Zone Melting)
三、区域熔炼(Zone Melting)

当两种组元形成固溶体与溶液共存时,液相的浓度与固相不同,这一特点可用于金属提纯。20世纪50年代以来,尖端技术的发展,需要有高纯度的金属,例如用做半导体原料的锗,其中Ge含量必须在99.999999%以上,这样高的纯度,用化学处理方法是无法办到的。1952年以后发展起来一种叫做区域熔炼(zone melting)的方法,为制备高纯度金属提供了一种有效的方法,简单介绍如下:图9—25是二组分固相部分互溶或固相完全互溶系统相图的一角。组分A是所需要的金属,组分B是杂质,现设某金属加热熔融,相点为C,冷却至L1时析出组分为D的固溶体,D中的杂质B显然比原金属少,再把第一次析出的D固溶体再一次熔化、冷却,则第二次析出的固溶体F中的杂质就更少,如此重复多次,最终得到的固体几乎是纯A,这就是区域提纯的原理。实际做法是把金属做成棒状,放在管式炉中,管外套一个可自由移动的高频加热环,如图9—25(b)。开始时,加热环位于管的左端,加热此区域,使金属熔化,然后由左向右缓缓移动加热环,当加热环离开左端后,左端金属凝固,析出的固体中杂质B的含量比原来少,把加热环均匀地移动到最右端后,再使其返回左端,然后又自左向右逐渐移动,此时左端析出固相中含杂质B的量更少,而富集了的杂质逐渐右移,如此反复操作多次,加热环就像一把扫帚一样,把杂质一次又一次地扫到了右端,最后将金属锭截断,左端就是高纯金属,其杂质含量可减少到亿分之一,甚至亿万分之一。

图9—25