Кристаллизация из расплава

Для глубокой очистки веществ кристаллизацией из расплава применяют метод нормальной направленной кристаллизации. Этот метод состоит в медленном введении сосуда с очищаемым веществом в криостат. По мере продвижения сосуда в холодную зону фронт кристаллизации перемещается в направлении от холодного конца к горячему. При этом жидкая фаза расплава остается совершенно однородной в результате её интенсивного перемешивания. Как указывалось ранее, разделительный эффект, достигаемый в процессе очистки, характеризуется коэффициентом разделения:

α = N/1-N: N*/1-N*

где N и N* - мольные доли примеси в исходном веществе и в продукте реакции (очищенное вещество).

Если α>1, то примесь обогащает твёрдую фазу, а жидкая фаза в какой-то момент кристаллизации практически полностью освобождается от примеси. Если α<1, то примесь обогащает последние порции расплава, и следовательно наиболее чистыми оказываются первые порции кристаллов. Если α→1, однократная кристаллизация не даёт эффекта. Высокий эффект очистки достигается, когда примесь и основа сильно различаются по физико-химическим характеристикам.

При многократной направленной кристаллизации в конце каждого цикла охлаждения отбрасывают часть расплава, в котором концентрируется примесь.

Важнейшим практическим применением направленной кристаллизации является выращивание монокристаллов, осуществляющееся с применением „затравки”. „Затравку”, нижний конец которой опущен в раствор, медленно поднимают и вследствие кристаллизации на границе расплав-затравка растёт монокристалл,растёт количествопримесей в расплаве. Монокристалл отвечает наибольшей степени чистоты.

Метод противоточной кристаллизации отличается большей производительностью. Он осуществляется в колонках, где имеется устройство для противоточного перемещения кристаллов и расплава.

В верхней части колонны Т<tº плавления; нижняя T>tº пл. Образующиеся в верхней части колонны кристаллы, перемещаясь в нижнюю часть, плавятся, а расплав, вытесненный переместившимся сверху кристаллами, поднимается вверх. Таким образом реализуется противоток: верхняя часть – один продукт; нижняя – другой. Разделяемую смесь вводят в центральную часть колонны.

При использовании данного метода имеются трудности, связанные с оборудованием.