超高純磷酸的生產方法
2023-10-10 19:31:34 1
專利名稱：超高純磷酸的生產方法
技術領域：
本發明涉及磷酸的生產方法，特別是用於微電子工業的超高純磷酸的生產方法。
背景技術：
超高純磷酸大量用於集成電路製造和TFT-LCD液晶顯示器的生產。純度要求SO4-2≤10ppm，NO3-2≤5Pppm，Cl≤0.5ppm，Al≤50ppb，As20ppb，Sb≤200ppb，Ba≤20ppb，Cr≤50ppb，Cd≤50ppb，Ca≤50ppb，Co≤50ppb，Cu≤50ppb，Au≤20ppb，Fe≤100ppb，Pb≤50ppb，Li≤50ppb，Mg≤50ppb，Mn≤30ppb，Ni≤50ppb，K≤100ppb，Ag≤30ppb，Na≤200ppb，Sr≤50ppb，Zn≤20ppb。目前，在國內還沒有製取超高純磷酸的生產工藝，較多的是食品級磷酸的生產工藝，製取食品級高純磷酸的方法如溼法磷酸淨化精製法、熱法磷酸淨化法、結晶法制純磷酸、電解淨化法和離子交換及電滲法等，以上方法皆以工業熱法磷酸或溼法磷酸為原料，製成的磷酸質量指標為SO4-2≤50ppm，Fe≤20000pp，As≤100ppb，Pb≤3000ppb，Cu≤100ppb，Cr≤500ppb，Ni≤200ppb。所以均不能達到微電子工業用的要求，特別是超大規模集成電路和TFT-LCD的要求；在國外也有用磷酸製備超高純磷酸的技術，但是均採用多道工序提純的方法進行，不是直接生產獲得，這樣的問題是生產工藝過多、產品成本增加、產品昂貴，質量難於得到有效控制。
發明內容
本發明的目的是，提供一種超高純磷酸的生產方法，特別是用於微電子工業的超高純磷酸的生產方法，這種方法直接就用磷酸製備，工藝簡單、操作方便、質量便於控制、成品價格低廉；其製得的超高純磷酸單項非金屬雜質最高含量不大於10ppm，單項金屬雜質最高含量不大於100ppb，質量符合超大規模集成電路和TFT-LCD等製造過程的品質要求。
本發明是這樣實現的它採用電子級黃磷或紅磷作為原料，將電子級黃磷或紅磷送入燃燒爐，同時通入經化學處理和過濾器過濾的過量空氣，使其充分燃燒，將產生的氣態P2O5通入吸收塔中，在吸收塔中採用純淨水進行循環吸收，當循環吸收的磷酸濃度達到85.0％-87.0％後送入成品槽，在整體不大於千級、局部不大於百級的淨化環境下過濾、檢測、包裝。
所採用的電子級黃磷或紅磷其純度不小於99.999％(5N)。包裝容器、設備和管道的材料採用純聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或石英玻璃。吸收塔是用高純石英玻璃製作的。通入的空氣經過酸溶液和鹼溶液的洗滌並用微米過濾器過濾。所採用的吸收用水達到GB6682-92標準規定的一級或二級標準。循環池、過濾和灌裝在百級淨化環境下操作。洗滌空氣用的酸溶液是硫酸溶液，鹼溶液是氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。微米過濾器是0.1-1微米的過濾器。上述技術方案，由於原料採用電子級黃磷或紅磷、高純水和空氣，過程又嚴格控制。所以生產的產品質量好、穩定性好、且容易實現產品升級，易實現規模化生產。該工藝與用工業溼法磷酸或熱法磷酸為原料通過化學和物理方法淨化工藝相比較，減少了許多淨化過程，解決了濃磷酸粘度大不好過濾和磷酸不能精餾提純的難題；本發明工藝簡單、操作方便、質量便於控制、成品價格大大低於國外同類產品的價格，目前已經開始工業化生產，解決了我國長期以來該產品一直要依賴進口的情況。
本發明的創造性在於本發明是直接就生產出最終產品的技術；發明人大量的實驗證明假如原料選用99.999％(5N)以下的則不能直接生產出滿足要求的產品；假如不用酸鹼對其進行洗滌則空氣中的雜質會嚴重影響產品質量；由於本產品具有腐蝕性，所以設備、管道、泵和包裝容器材質使用的材料如果不按照選定的使用則會造成二次汙染同時影響成品質量！對於具體指標的確定，發明人通過實驗得到低於選定的技術參數則難於生產出合格產品，假如高於選定的技術參數，儘管能夠生產出合格產品，但是從經濟上計算並不合理。
具體實施例方式本發明的實施例1將1000公斤電子級黃磷，純度為6N級99.9999％(其中As≤60ppb，S≤100ppb，Fe≤80ppb，Cu≤60ppb，Cr≤60ppb，Mn≤60ppb，Zn≤50ppb)用泵送入燃燒爐，同時通入經酸鹼洗滌(用硫酸和氫氧化鈉溶液進行洗滌、酸鹼濃度沒有特別的要求)和市售0.1微米過濾器過濾的過量空氣，使黃磷充分燃燒，產生的氣態P2O5在用石英玻璃製作的吸收塔中用達到GB6682-92標準規定的一級純淨水循環吸收(循環池須在百級超淨室內)，直至磷酸濃度達到85.0％-87.0％後，泵入成品槽，在整體千級，局部百級的淨化環境下，進行灌裝，產品用純聚丙烯容器包裝，可得超高純磷酸3510公斤。產品用ICP-MS檢測其中的Cl、Al、Sb、As、Ba、B、Cd、Ca、Cr、Co、Cu、Au、Fe、Pb、Li、Mg、Mn、Ni、K、Si、Te、Zn含量，用CS-444檢測其中S的含量。結果如下NO3≤4ppm，SO4≤6ppb，Fe≤37ppb，Cu≤21ppb，Cr≤19ppb，Mn≤32ppb，Zn≤11，Al≤34ppb，Au≤9ppb，As≤19ppb，Ba≤33ppb，Ca≤100ppb，Co≤27ppb，Pb≤41，Mg≤28ppb，Ni≤30ppb，Li≤29ppb，Sb≤65ppb，Cd≤48ppb，k≤147ppb，Na≤160ppb，Sr≤5ppb，Ti≤40ppb。
本發明的實施例2將100公斤電子級紅磷(純度為5N級99.999％，其中As≤150ppb，S≤200ppb，Fe≤500ppb，Cu≤200ppb，Cr≤150ppb，Mn≤150ppb，Zn≤50ppb)送入燃燒爐，然後通入經化學吸收和市售的1微米過濾器過濾的過量空氣，使紅磷充分燃燒，產生的氣態P2O5在吸收塔中用達到GB6682-92標準規定的二級純淨水循環吸收(循環池須在百級超淨室內)，直至磷酸濃度達到85.0％-87.0％後，泵入成品槽，在整體千級，局部百級的淨化環境下進行灌裝，成品用純聚乙烯容器包裝，可得超高純磷酸347公斤。其產品質量如下產品用ICP-MS檢測其中的Cl、Al、Sb、As、Ba、B、Cd、Ca、Cr、Co、Cu、Au、Fe、Pb、Li、Mg、Mn、Ni、K、Si、Te、Zn含量，用CS-444檢測其中S的含量。結果如下NO3≤5ppm，SO4≤12ppm，Fe≤500ppb，Cu≤50ppb，Cr≤100ppb，Mn≤100ppb，Zn≤50，Al≤140ppb，Au≤45ppb，As≤89ppb，Ba≤97ppb，Ca≤600ppb，Co≤46ppb，Pb≤174ppb，Mg≤138ppb，Ni≤140ppb，Li≤29ppb，Sb≤65ppb，Cd≤98ppb，k≤347ppb，Na≤560ppb，Sr≤100ppb，Ti≤122pp。
本發明的實施例3將純度為99.999％的電子級黃磷1000公斤送入燃燒爐，同時通入經過酸溶液和鹼溶液洗滌並用0。1微米過濾器過濾的過量空氣，使其充分燃燒，將產生的氣態P2O5通入吸收塔中，在吸收塔中採用純淨水進行循環吸收，當循環吸收的磷酸濃度達到85.0％就可以送入成品槽，在整體不大於千級、局部不大於百級的淨化環境下過濾、檢測、包裝；本實施例中包裝容器、設備和管道的材料採用純聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或石英玻璃；吸收塔是用高純石英玻璃製作的。所採用的吸收用水達到GB6682-92標準規定的一級標準。循環池、過濾和灌裝在百級淨化環境下操作。洗滌空氣用的酸溶液是硫酸溶液，鹼溶液是氫氧化鈉溶液。洗滌的順序沒有影響，可以先酸洗後鹼洗，也可以反過來。微米過濾器是市售產品。本工藝中所有使用的設備、材料均可以在市場上購買得到。
本發明的實施例4將純度為99.99999％的電子級紅磷10000公斤送入燃燒爐，同時通入經化學處理和過濾器過濾的過量空氣，使其充分燃燒，將產生的氣態P2O5通入吸收塔中，在吸收塔中採用純淨水進行循環吸收，當循環吸收的磷酸濃度達到87.0％後送入成品槽，在整體不大於千級、局部不大於百級的淨化環境下過濾、檢測、包裝。吸收塔、包裝容器、設備和管道的材料採用石英玻璃製作。通入的空氣經過酸溶液和鹼溶液的洗滌並用微米過濾器過濾。所採用的吸收用水達到GB6682-92標準規定的二級標準。循環池、過濾和灌裝在百級淨化環境下操作。洗滌空氣用的酸溶液是硫酸溶液，鹼溶液是氫氧化鉀溶液。微米過濾器是0.5微米的過濾器。
權利要求
1.一種超高純磷酸的生產方法，其特徵在於它採用電子級黃磷或紅磷作為原料，將電子級黃磷或紅磷送入燃燒爐，同時通入經化學處理和過濾器過濾的過量空氣，使其充分燃燒，將產生的氣態P2O5通入吸收塔中，在吸收塔中採用純淨水進行循環吸收，當循環吸收的磷酸濃度達到85.0％-87.0％後送入成品槽，在整體不大於千級、局部不大於百級的淨化環境下過濾、檢測、包裝。
2.根據權利要求1所述的超高純磷酸的生產方法，其特徵在於所採用的電子級黃磷或紅磷其純度不小於99.999％。
3.根據權利要求1所述的超高純磷酸的生產方法，其特徵在於包裝容器、設備和管道的材料採用純聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或石英玻璃。
4.根據權利要求1所述的超高純磷酸的生產方法，其特徵在於吸收塔是用高純石英玻璃製作的。
5.根據權利要求1所述的超高純磷酸的生產方法，其特徵在於通入的空氣經過酸溶液和鹼溶液的洗滌並用微米過濾器過濾。
6.根據權利要求1所述的超高純磷酸的生產方法，其特徵在於所採用的吸收用水達到GB6682-92標準規定的一級或二級標準。
7.根據權利要求1所述的超高純磷酸的生產方法，其特徵在於循環池、過濾和灌裝在百級淨化環境下操作。
8.根據權利要求5所述的超高純磷酸的生產方法，其特徵在於洗滌空氣用的酸溶液是硫酸溶液，鹼溶液是氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。
9.根據權利要求5所述的超高純磷酸的生產方法，其特徵在於微米過濾器是0.1-1微米的過濾器。
全文摘要
本發明是一種超高純磷酸的生產工藝，該工藝將電子級黃磷或紅磷(純度≥5N)進經過燃燒、吸收、一次性合成微電子工業用超高純磷酸，其單項金屬雜質最高含量不大於100ppb，非金屬雜質不大於10ppm；本發明工藝簡單、操作方便、質量便於控制、成品價格大大低於國外同類產品的價格，目前已經開始工業化生產，解決了我國長期以來該產品一直要依賴進口的情況。
文檔編號C01B25/00GK1724341SQ20051000311
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月23日 優先權日2005年6月23日
發明者吳展平 申請人:吳展平