CN103184354A - 高纯砷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高纯砷的制备方法，包括：将砷原料装入升华炉中，在真空度、升华温度下使砷升华，升华后的砷蒸汽在冷凝温度下冷凝，以获得提纯砷；将提纯砷装入氯化炉中，通入氯气并升温，以与氯气反应，生成三氯化砷；将三氯化砷通入脱氯塔中，升温将三氯化砷蒸出，蒸出三氯化砷经过脱氯塔保温段之后而获得除杂三氯化砷；将除杂三氯化砷通入精馏釜中，蒸发的三氯化砷经过精馏釜保温段之后而获得提纯三氯化砷；将提纯三氯化砷通入还原炉中，通入氢气，加热升温，以获得还原砷；将还原砷通入另一升华炉中，在给定真空度、升华温度下使得还原砷升华，以获得还原砷蒸汽，之后还原砷蒸汽在给定冷凝温度下冷凝，以获得高纯砷。
Description
技术领域
本发明涉及一种高纯材料的制备方法，尤其涉及一种高纯砷的制备方法。
背景技术
砷是一种类金属的非金属元素，具有金属光泽，熔点为1090K(2.8MPa下)，898K时升华，密度为5.78g/cm3。砷在空气中加热至200℃时，出现明显的荧光，温度更高时会燃烧，呈现蓝色火焰。金属砷不溶于水，可溶于硝酸和热硫酸中。
金属砷主要用作合金添加剂。高纯砷是合成砷化镓化合物、砷化铟化合物、硒化砷化合物等的主要原料。广泛应用于集成电路，光伏太阳能发电技术，霍尔元件等领域。近年来随着高新技术产业的发展，高纯砷的应用领域日益广泛。
高纯砷制备方法有升华法、电解法、化学法、结晶法、铅砷合金蒸馏法、氢还原AsCl3法、As(OH)3热分解法、吸附升华结晶法等，目前技术比较成熟可以投入到工业化生产的只有氢气还原AsCl3法。
专利CN101225479A涉及一种高纯砷的真空升华提纯法，在真空升华封闭炉中进行升华，设置三段均衡炉温，采用一定的真空度和精密的温度控制，可升华提纯砷，但是此方法对设备的精度要求较高，很难实现工业化生产。
专利CN101096726A提到采用一次真空升华和两次氢气氛升华，制得纯度为7N的高纯砷。采用此方法制备高纯砷的过程中，会产生大量的剧毒气体，如硒化氢、硫化氢、砷化氢等，如果处理不当就会造成环境污染。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种高纯砷的指标方法，其可以降低对设备的要求，能实现工业化生产。
本发明的另一目的在于提供一种高纯砷的制备方法，其能环保且对人身安全。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供一种高纯砷的制备方法，包括步骤：将砷原料装入升华炉中，在规定真空度、升华温度下使砷原料中的砷升华，升华后的砷蒸汽在规定冷凝温度下冷凝，以获得提纯砷；将提纯砷装入氯化炉中，通入氯气并升温，以使提纯砷与氯气反应，生成三氯化砷；将三氯化砷通入脱氯塔中，升温将三氯化砷蒸出，蒸出三氯化砷经过脱氯塔保温段之后而获得除杂三氯化砷；将除杂三氯化砷通入精馏釜中，升温使得除杂三氯化砷蒸发，蒸发的三氯化砷经过精馏釜保温段之后而获得提纯三氯化砷；将提纯三氯化砷通入还原炉中，通入氢气，加热升温，以使三氯化砷与氢气进行反应，获得还原砷；将还原砷通入另一升华炉中，在给定真空度、升华温度下使得还原砷升华，以获得还原砷蒸汽，之后还原砷蒸汽在给定冷凝温度下冷凝，以获得高纯砷。
本发明的有益效果如下。
本发明所述的高纯砷的制备方法，降低了对设备的要求，能实现工业化生产。
本发明所述的高纯砷的制备方法，能环保且对人身安全。
本发明获得的高纯砷的杂质含量低，从而相比现有技术能有效地去除难去除的杂质。
本发明所制备的高纯砷的产品质量均达到5N标准。
具体实施方式
下面详细说明根据本发明的高纯砷的制备方法。
根据本发明的高纯砷的制备方法包括步骤：将砷原料装入升华炉中，在规定真空度、升华温度下使砷原料中的砷升华，升华后的砷蒸汽在规定冷凝温度下冷凝，以获得提纯砷；将提纯砷装入氯化炉中，通入氯气并升温，以使提纯砷与氯气反应，生成三氯化砷；将三氯化砷通入脱氯塔中，升温将三氯化砷蒸出，蒸出三氯化砷经过脱氯塔保温段之后而获得除杂三氯化砷；将除杂三氯化砷通入精馏釜中，升温使得除杂三氯化砷蒸发，蒸发的三氯化砷经过精馏釜保温段之后而获得提纯三氯化砷；将提纯三氯化砷通入还原炉中，通入氢气，加热升温，以使三氯化砷与氢气进行反应，获得还原砷；将还原砷通入另一升华炉中，在给定真空度、升华温度下使得还原砷升华，以获得还原砷蒸汽，之后还原砷蒸汽在给定冷凝温度下冷凝，以获得高纯砷。
在根据本发明所述的高纯砷的制备方法中，优选地，砷原料破碎为2～3cm小块。
在根据本发明所述的高纯砷的制备方法中，优选地，在升华炉中，规定真空度为10-2～10-3Pa，升华温度为400～700℃，升华时间为5～15h，规定冷凝温度为200～400℃。
在根据本发明所述的高纯砷的制备方法中，优选地，在氯化炉中，提纯砷被破碎成1～3cm小块。
在根据本发明所述的高纯砷的制备方法中，优选地，在氯化炉中，氯气的流量为100～2000ml/min，升温的温度为70～300℃。
在根据本发明所述的高纯砷的制备方法中，优选地，在脱氯塔中，升温的温度为100～300℃，保温段的温度为50～260℃。
在根据本发明所述的高纯砷的制备方法中，优选地，在精馏釜中，升温的温度为100～300℃，保温段的温度为50～260℃。
在根据本发明所述的高纯砷的制备方法中，优选地，在还原炉中，氢气的流量为100～500ml/min，还原炉的温度为300～900℃。
在根据本发明所述的高纯砷的制备方法中，优选地，在另一升华炉中，给定真空度为10-2～10-3Pa，升华温度为400～700℃，升华时间为5～15h，给定冷凝温度为200～400℃。
接下来说明根据本发明的高纯砷的制备方法的实施例。
以下的实施例基于上面所述的高纯砷的制备方法所包括的步骤进行操作，下面仅列出各实施例的工艺参数。
实施例1
砷原料破碎成2～3cm，升华炉中：规定真空度为10-2Pa，升华温度为400℃，升华时间为15h，规定冷凝温度为200℃；
提纯砷破碎为1～3cm小块，在氯化炉中：氯气流量800ml/min，升温的温度为200℃；
在脱氯塔中：升温的温度为300℃，保温段的温度为260℃；
在精馏釜中：升温的温度为180℃，保温段的温度为130℃；
在还原炉中：氢气的流量为500ml/min，加热升温的温度为300℃；
在另一升华炉中：给定真空度为7×10-3Pa，升华温度为640℃，升华时间为10h，给定冷凝温度为330℃。
实施例2
砷原料破碎成2～3cm，升华炉中：规定真空度为1.5×10-3，升华温度为450℃，升华时间为14h，规定冷凝温度为250℃；
提纯砷破碎为1～3cm小块，在氯化炉中：氯气流量1200mL/min，升温的温度为160℃；
在脱氯塔中：升温的温度为120℃，保温段的温度为90℃；
在精馏釜中：升温的温度为120℃，保温段的温度为90℃；
在还原炉中：氢气的流量为400ml/min，加热升温的温度为400℃；
在另一升华炉中：给定真空度为10-2Pa，升华温度为700℃，升华时间为5h，给定冷凝温度为400℃。
实施例3
砷原料破碎成2～3cm，升华炉中：规定真空度为4×10-3Pa，升华温度为500℃，升华时间为12h，规定冷凝温度为280℃；
提纯砷破碎为1～3cm小块，在氯化炉中：氯气流量2000ml/min，升温的温度为70℃；
在脱氯塔中：升温的温度为190℃，保温段的温度为120℃；
在精馏釜中：升温的温度为100℃，保温段的温度为50℃；
在还原炉中：氢气的流量为300ml/min，加热升温的温度为550℃；
在另一升华炉中：给定真空度为4×10-3Pa，升华温度为550℃，升华时间为8h，给定冷凝温度为280℃。
实施例4
砷原料破碎成2～3cm，升华炉中：规定真空度为8×10-3Pa，升华温度为650℃，升华时间为8h，规定冷凝温度为350℃；
提纯砷破碎为1～3cm小块，在氯化炉中：氯气流量400ml/min，升温的温度为260℃；
在脱氯塔中：升温的温度为240℃，保温段的温度为220℃；
在精馏釜中：升温的温度为230℃，保温段的温度为200℃；
在还原炉中：氢气的流量为200ml/min，加热升温的温度为780℃；
在另一升华炉中：给定真空度为10-3Pa，升华温度为400℃，升华时间为15h，给定冷凝温度为200℃。
实施例5
砷原料破碎成2～3cm，升华炉中：规定真空度为10-3Pa，升华温度为700℃，升华时间为5h，规定冷凝温度为400℃；
提纯砷破碎为1～3cm小块，在氯化炉中：氯气流量100mL/min，升温的温度为300℃；
在脱氯塔中：升温的温度为100℃，保温段的温度为50℃；
在精馏釜中：升温的温度为300℃，保温段的温度为260℃；
在还原炉中：氢气的流量为100ml/min，加热升温的温度为900℃；
在另一升华炉中：给定真空度为1.5×10-3Pa，升华温度为450℃，升华时间为12h，给定冷凝温度为210℃。
最后给出上述实施例的测试结果。
测试各实施例获得高纯砷制品，采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行检测(生产厂家为PE公司，型号为：DRC-II)。该设备的检测条件为：温度为18℃-28℃，相对湿度为30-70％，洁净度为1000级。
表1给出了实施例1-5的测试结果。从表1看出，本发明获得的高纯砷的杂质含量低，从而相比现有技术能有效地去除难去除的杂质。此外，实施例1-5中所制备的高纯砷的产品质量均达到5N标准。
表1 实施例1-5的ICP-MS检测结果(单位：ppm)
Claims (9)
1.一种高纯砷的制备方法，包括步骤：
将砷原料装入升华炉中，在规定真空度、升华温度下使砷原料中的砷升华，升华后的砷蒸汽在规定冷凝温度下冷凝，以获得提纯砷；
将提纯砷装入氯化炉中，通入氯气并升温，以使提纯砷与氯气反应，生成三氯化砷；
将三氯化砷通入脱氯塔中，升温将三氯化砷蒸出，蒸出三氯化砷经过脱氯塔保温段之后而获得除杂三氯化砷；
将除杂三氯化砷通入精馏釜中，升温使得除杂三氯化砷蒸发，蒸发的三氯化砷经过精馏釜保温段之后而获得提纯三氯化砷；
将提纯三氯化砷通入还原炉中，通入氢气，加热升温，以使三氯化砷与氢气进行反应，获得还原砷；
将还原砷通入另一升华炉中，在给定真空度、升华温度下使得还原砷升华，以获得还原砷蒸汽，之后还原砷蒸汽在给定冷凝温度下冷凝，以获得高纯砷。
2.根据权利要求1所述的高纯砷的制备方法，其特征在于，砷原料破碎为2～3cm小块。
3.根据权利要求1所述的高纯砷的制备方法，其特征在于，在升华炉中，规定真空度为10-2～10-3Pa，升华温度为400～700℃，升华时间为5～15h，规定冷凝温度为200～400℃。
4.根据权利要求1所述的高纯砷的制备方法，其特征在于，在氯化炉中，提纯砷被破碎成1～3cm小块。
5.根据权利要求1所述的高纯砷的制备方法，其特征在于，在氯化炉中，氯气的流量为100～2000ml/min，升温的温度为70～300℃。
6.根据权利要求1所述的高纯砷的制备方法，其特征在于，在脱氯塔中，升温的温度为100～300℃，保温段的温度为50～260℃。
7.根据权利要求1所述的高纯砷的制备方法，其特征在于，在精馏釜中，升温的温度为100～300℃，保温段的温度为50～260℃。
8.根据权利要求1所述的高纯砷的制备方法，其特征在于，在还原炉中，氢气的流量为100～500ml/min，还原炉的温度为300～900℃。
9.根据权利要求1所述的高纯砷的制备方法，其特征在于，在另一升华炉中，给定真空度为10-2～10-3Pa，升华温度为400～700℃，升华时间为5～15h，给定冷凝温度为200～400℃。
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