CN103950950A - 高丰度硼-11酸的制备方法 - Google Patents

高丰度硼-11酸的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103950950A
CN103950950A CN201410212122.7A CN201410212122A CN103950950A CN 103950950 A CN103950950 A CN 103950950A CN 201410212122 A CN201410212122 A CN 201410212122A CN 103950950 A CN103950950 A CN 103950950A
Authority
CN
China
Prior art keywords
boron
high abundance
boron trifluoride
acid
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410212122.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103950950B (zh
Inventor
方治文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201410212122.7A priority Critical patent/CN103950950B/zh
Publication of CN103950950A publication Critical patent/CN103950950A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103950950B publication Critical patent/CN103950950B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明公开了一种高丰度硼-11酸的制备方法，属于硼的化合物领域，包括原料高丰度三氟化硼-11提纯、三氟化硼-11水解、过滤去除沉淀、离子交换提纯、结晶、过滤去除母液、干燥等步骤。本发明制备的高丰度硼-11酸纯度高，可达到99.9%以上，可用作浓缩硼-11同位素的相关化合物的制备原料。以高丰度硼-11酸作为原料制备的系列硼-11酸酯可用作半导体制程硼-11同位素掺杂源，制造的半导体器件具有优良的抗干扰和抗辐射性能。

Description

高丰度硼-11酸的制备方法
技术领域
本发明属于一种硼的化合物，具体涉及一种高丰度硼-11酸的制备方法。
背景技术
天然硼由两种稳定同位素10B和11B组成，含量分别为19.78%的10B和80.22%的11B。10B具有极强的吸中子能力，因而被用在核反应堆中作中子减速剂，起到控制反应堆运行的功能。而11B恰好相反，几乎不吸收中子，因此被用于半导体器件制造过程的掺杂剂，能够有效提高半导体器件的导电性能和抗辐射抗干扰能力。天然硼或硼化合物作为半导体器件制程掺杂源使用时由于硼含有19.78%的10B同位素，因而不可避免会引入大量10B一起进行掺杂，其结果是在某些特定使用环境会对半导器件性能造成致命的负影响，轻则影响电子设备运行速度，重则导致死机甚至毁机。
随着集成电路集成度越来越高，以及诸多特殊应用领域如航空航天、宇宙探测器、现代军事、超级计算机、云计算、高速列车、通信、网络等等对电子设备运行速度、稳定性、可靠性、安全性要求的不断提高，对制造相关设施的核心器件-半导体器件性能要求也越来越高，某些关键半导体制程相关材料已不仅仅局限于一般意义上的纯度要求，而是上升到同位素纯度概念，常规的天然材料已不能满足技术进步的要求。天然硼元素由于含有19.78%的10B，在新一代半导体器件制程中的应用将遇到瓶颈。因此研究开发高丰度硼-11同位素的高纯硼-11掺杂源是未来硼系半导体材料发展的必然趋势。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种高丰度硼-11酸的制备方法。
本发明所采取的技术方案是：一种高丰度硼-11酸的制备方法，包括以下步骤：
（ⅰ）原料高丰度三氟化硼-11提纯
将原料储罐中的高丰度三氟化硼-11在25℃、1.0MPa的条件下先后经过第一纯化塔去除夹带的络合物、第二纯化塔去除空气的轻组份，得到纯三氟化硼-11气体；
（ⅱ）三氟化硼-11水解
将纯化后的三氟化硼-11气体通入水解釜中加热至50~90℃的氢氧化锂水溶液里，纯三氟化硼-11遇水发生水解反应生成硼-11酸和氟化氢，氟离子进一步与溶液中的锂离子结合生成氟化锂沉淀，
反应式如下：
11BF3+3H2O→H3 11BO3+3HF；
HF+LiOH→LiF↓+H2O；
不再有沉淀生成时，停止通入高丰度三氟化硼-11气体后，将水解釜中的混合物加热至95℃保温；
（ⅲ）过滤去除沉淀
将反应后的混合物通过过滤器滤去不溶物氟化锂，收集滤液于储液罐中；
（ⅳ）离子交换提纯
通过泵将储液罐中的溶液导入到第三纯化塔中，通过离子交换去除溶液中的镁、铜、锰、铁、铝、钛、镍金属杂质；
（ⅴ）结晶
将提纯后的溶液导入到结晶槽中，加热至110℃进行浓缩，并在25℃下结晶；
（ⅵ）过滤去除母液
将步骤（ⅴ）所得的混合物通过过滤器过滤分离去除母液，并将母液收集到废液槽集中处理；
（ⅶ）干燥
取过滤后的结晶置于干燥器内，在60~100℃条件下进行真空干燥，即得高丰度硼-11酸，将产品收集到产品收集容器中贮存。
所述的高丰度三氟化硼-11中硼-11的丰度不低于99%。
所述的高丰度三氟化硼-11由天然三氟化硼络合物与天然三氟化硼气体经过气-液接触交换浓缩制备而成。
所述的氢氧化锂加料按理论计算量过量1~10%，最佳为3～5%。
本发明制备的高丰度硼-11酸纯度高，可达到99.9%以上，能够满足超大规模集成电路半导体器件制程对特殊硼掺杂源的要求，利用本发明制备的高丰度硼-11酸可用作浓缩硼-11同位素的相关硼化合物的制备原料，高丰度硼-11酸也可以作为制备系列硼-11酸酯的原料，而硼-11酸酯可用作超大规模集成电路半导体器件制程硼-11同位素掺杂源，制造的半导体器件具有优良的抗干扰和抗辐射性能。
附图说明
图1 是本发明的制备工艺流程图。
其中：
1、气体储罐             2、第一纯化塔
3、第二纯化塔           4、水解釜
5、第一过滤器           6、储液罐
7、泵                   8、第三纯化塔
9、结晶槽               10、第二过滤器
11、废液槽              12、干燥器
13、产品收集容器。
具体实施方式
以下参照附图1及实施例对本发明进行详细的说明：
一种高丰度硼-11酸的制备方法，包括以下步骤：
（ⅰ）原料高丰度三氟化硼-11提纯
将原料储罐1中的高丰度三氟化硼-11在25℃、1.0MPa的条件下先后经过第一纯化塔2去除夹带的络合物、第二纯化塔3去除空气的轻组份，得到纯三氟化硼-11气体；
（ⅱ）三氟化硼-11水解
将纯化后的三氟化硼-11气体通入水解釜4中加热至50~90℃的氢氧化锂水溶液里，纯三氟化硼-11遇水发生水解反应生成硼-11酸和氟化氢，氟离子进一步与溶液中的锂离子结合生成氟化锂沉淀，
反应式如下：
11BF3+3H2O→H3 11BO3+3HF；
HF+LiOH→LiF↓+H2O；
不再有沉淀生成时，停止通入高丰度三氟化硼-11气体后，将水解釜4中的混合物加热至95℃保温；
（ⅲ）过滤去除沉淀
将反应后的混合物通过第一过滤器5滤去不溶物氟化锂，收集滤液于储液罐6中；
（ⅳ）离子交换提纯
 通过泵7将储液罐6中的溶液导入到第三纯化塔8中，通过离子交换去除溶液中的镁、铜、锰、铁、铝、钛、镍金属杂质；
（ⅴ）结晶
将提纯后的溶液导入到结晶槽9中，加热至110℃进行浓缩，并在25℃下结晶；
（ⅵ）过滤去除母液
将步骤（ⅴ）所得的混合物通过第二过滤器10过滤分离去除母液，并将母液收集到废液槽11集中处理；
（ⅶ）干燥
取过滤后的结晶置于干燥器12内，在60~100℃条件下进行真空干燥，即得高丰度硼-11酸，将产品收集到产品收集容器13中贮存。
所述的高丰度三氟化硼-11中硼-11的丰度不低于99%。
所述的高丰度三氟化硼-11由天然三氟化硼络合物与天然三氟化硼气体经过气-液接触交换浓缩制备而成。所述的天然三氟化硼络合物是天然三氟化硼-乙醚络合物、三氟化硼-甲醚络合物及三氟化硼-苯甲醚络合物其中的一种。
氢氧化锂加料按理论计算量过量1~10%，最佳为3～5%。
步骤（ⅱ）中的的氢氧化锂为水解脱氟剂，且水解脱氟剂还可以是碱金属或碱土金属的氯化物、硝酸盐、氢氧化物、硫酸盐，其中效果最佳的是碱金属或碱土金属的氢氧化物，尤其以氢氧化锂和氯化锂为最佳选择。
实施例1
（ⅰ）原料高丰度三氟化硼-11提纯
将原料储罐1中的高丰度三氟化硼-11在25℃、1.0MPa的条件下先后经过第一纯化塔2去除夹带的络合物、第二纯化塔3去除空气的轻组份，得到纯三氟化硼-11气体；
（ⅱ）三氟化硼-11水解
将纯化后的三氟化硼-11气体通入水解釜4中加热至50℃的氢氧化锂水溶液里，其中氢氧化锂按理论计算量过量1%，纯三氟化硼-11遇水发生水解反应生成硼-11酸和氟化氢，氟离子进一步与溶液中的锂离子结合生成氟化锂沉淀,
不再有沉淀生成时，停止通入高丰度三氟化硼-11气体后，将水解釜4中的混合物加热至95℃保温；
（ⅲ）过滤去除沉淀
将反应后的混合物通过第一过滤器5滤去不溶物氟化锂沉淀，收集滤液于储液罐6中；
（ⅳ）离子交换提纯
 通过泵7将储液罐6中的溶液导入到第三纯化塔8中，通过离子交换去除溶液中的镁、铜、锰、铁、铝、钛、镍金属杂质；
（ⅴ）结晶
将提纯后的溶液导入到结晶槽9中，加热至110℃进行浓缩，并在25℃下结晶；
（ⅵ）过滤去除母液
将步骤（ⅴ）所得的混合物通过第二过滤器10过滤分离去除母液，并将母液收集到废液槽11集中处理；
（ⅶ）干燥
取过滤后的结晶置于干燥器12内，在60℃条件下进行真空干燥，即得高丰度硼-11酸，将产品收集到产品收集容器13中贮存。
实际消耗硼-11丰度99.8%的三氟化硼-11重量1000克，得到产品高丰度硼-11酸865克，纯度99.9%。按实际消耗高丰度三氟化硼-11计算，收率为95%。
实施例2
（ⅰ）原料高丰度三氟化硼-11提纯
将原料储罐1中的高丰度三氟化硼-11在25℃、1.0MPa的条件下先后经过第一纯化塔2去除夹带的络合物、第二纯化塔3去除空气的轻组份，得到纯三氟化硼-11气体；
（ⅱ）三氟化硼-11水解
将纯化后的三氟化硼-11气体通入水解釜4中加热至80℃的氢氧化锂水溶液里，其中氢氧化锂按理论计算量过量5%，纯三氟化硼-11遇水发生水解反应生成硼-11酸和氟化氢，氟离子进一步与溶液中的锂离子结合生成氟化锂沉淀,
不再有沉淀生成时，停止通入高丰度三氟化硼-11气体后，将水解釜4中的混合物加热至95℃保温；
（ⅲ）过滤去除沉淀
将反应后的混合物通过第一过滤器5滤去不溶物氟化锂，收集滤液于储液罐6中；
（ⅳ）离子交换提纯
通过泵7将储液罐6中的溶液导入到第三纯化塔8中，通过离子交换去除溶液中的镁、铜、锰、铁、铝、钛、镍金属杂质；
（ⅴ）结晶
将提纯后的溶液导入到结晶槽9中，加热至110℃进行浓缩，并在25℃下结晶；
（ⅵ）过滤去除母液
将步骤（ⅴ）所得的混合物通过第二过滤器10过滤分离去除母液，并将母液收集到废液槽11集中处理；
（ⅶ）干燥
取过滤后的结晶置于干燥器12内，在80℃条件下进行真空干燥，即得高丰度硼-11酸，将产品收集到产品收集容器13中贮存。
实际消耗硼-11丰度99%的三氟化硼-11重量1000克，得到产品高丰度硼-11酸815克，纯度99.9%。按实际消耗高丰度三氟化硼-11计算，收率为90%。
实施例3
（ⅰ）原料高丰度三氟化硼-11提纯
将原料储罐1中的高丰度三氟化硼-11在25℃、1.0MPa的条件下先后经过第一纯化塔2去除夹带的络合物、第二纯化塔3去除空气的轻组份，得到纯三氟化硼-11气体；
（ⅱ）三氟化硼-11水解
将纯化后的三氟化硼-11气体通入水解釜4中加热至90℃的氢氧化锂水溶液里，其中氢氧化锂按理论计算量过量10%，纯三氟化硼-11遇水发生水解反应生成硼-11酸和氟化氢，氟离子进一步与溶液中的锂离子结合生成氟化锂沉淀,
不再有沉淀生成时，停止通入高丰度三氟化硼-11气体后，将水解釜4中的混合物加热至95℃保温；
（ⅲ）过滤去除沉淀
将反应后的混合物通过第一过滤器5滤去不溶物氟化锂，收集滤液于储液罐6中；
（ⅳ）离子交换提纯
通过泵7将储液罐6中的溶液导入到第三纯化塔8中，通过离子交换去除溶液中的镁、铜、锰、铁、铝、钛、镍金属杂质；
（ⅴ）结晶
将提纯后的溶液导入到结晶槽9中，加热至110℃进行浓缩，并在25℃下结晶；
（ⅵ）过滤去除母液
将步骤（ⅴ）所得的混合物通过第二过滤器10过滤分离去除母液，并将母液收集到废液槽11集中处理；
（ⅶ）干燥
取过滤后的结晶置于干燥器12内，在100℃条件下进行真空干燥，即得高丰度硼-11酸，将产品收集到产品收集容器13中贮存。
实际消耗硼-11丰度99.8%的三氟化硼-11重量1000克，得到产品高丰度硼-11酸800克，纯度99.9%。按实际消耗高丰度三氟化硼-11计算，收率为88%。
 本发明制备的高丰度硼-11酸纯度高，可达到99.9%以上，能够满足超大规模集成电路半导体器件制程对特殊硼掺杂源的要求，利用本发明制备的高丰度硼-11酸可用作浓缩硼-11同位素的相关硼化合物的制备原料，高丰度硼-11酸也可以作为制备硼-11酸酯的原料，而硼-11酸酯可用作超大规模集成电路半导体器件制程硼-11同位素掺杂源，制造的半导体器件具有优良的抗干扰和抗辐射性能。
虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以做出许多修改和变型。因此，要认识到权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (5)

1.一种高丰度硼-11酸的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（ⅰ）原料高丰度三氟化硼-11提纯
将原料储罐（1）中的高丰度三氟化硼-11在25℃、1.0MPa的条件下先后经过第一纯化塔（2）去除夹带的络合物、第二纯化塔（3）去除空气的轻组份，得到纯三氟化硼-11气体；
（ⅱ）三氟化硼-11水解
将纯化后的三氟化硼-11气体通入水解釜（4）中加热至50~90℃的氢氧化锂水溶液里，纯三氟化硼-11遇水发生水解反应生成硼-11酸和氟化氢，氟离子进一步与溶液中的锂离子结合生成氟化锂沉淀，
反应式如下：
11BF3+3H2O→H3 11BO3+3HF；
HF+LiOH→LiF↓+H2O；
不再有沉淀生成时，停止通入高丰度三氟化硼-11气体后，将水解釜（4）中的混合物加热至95℃保温；
（ⅲ）过滤去除沉淀
将反应后的混合物通过第一过滤器（5）滤去不溶物氟化锂，收集滤液于储液罐（6）中；
（ⅳ）离子交换提纯
通过泵（7）将储液罐（6）中的溶液导入到第三纯化塔（8）中，通过离子交换去除溶液中的镁、铜、锰、铁、铝、钛、镍金属杂质；
（ⅴ）结晶
将提纯后的溶液导入到结晶槽（9）中，加热至110℃进行浓缩，并在25℃下结晶；
（ⅵ）过滤去除母液
将步骤（ⅴ）所得的混合物通过第二过滤器（10）过滤分离去除母液，并将母液收集到废液槽（11）集中处理；
（ⅶ）干燥
取过滤后的结晶置于干燥器（12）内，在60~100℃条件下进行真空干燥，即得高丰度硼-11酸，将产品收集到产品收集容器（13）中贮存。
2.根据权利要求1所述的高丰度硼-11酸的制备方法，其特征在于：所述的高丰度三氟化硼-11中硼-11的丰度不低于99%。
3.根据权利要求1所述的高丰度硼-11酸的制备方法，其特征在于：所述的高丰度三氟化硼-11由天然三氟化硼络合物与天然三氟化硼气体经过气-液接触交换浓缩制备而成。
4.根据权利要求1所述的高丰度硼-11酸的制备方法，其特征在于：氢氧化锂加料按理论计算量过量1%~10%。
5.根据权利要求4所述的高丰度硼-11酸的制备方法，其特征在于：氢氧化锂加料按理论计算量过量3%～5%。
CN201410212122.7A 2014-05-20 2014-05-20 高丰度硼-11酸的制备方法 Active CN103950950B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410212122.7A CN103950950B (zh) 2014-05-20 2014-05-20 高丰度硼-11酸的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410212122.7A CN103950950B (zh) 2014-05-20 2014-05-20 高丰度硼-11酸的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103950950A true CN103950950A (zh) 2014-07-30
CN103950950B CN103950950B (zh) 2015-11-11

Family

ID=51328343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410212122.7A Active CN103950950B (zh) 2014-05-20 2014-05-20 高丰度硼-11酸的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103950950B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104209003A (zh) * 2014-08-16 2014-12-17 刘小秦 基于甲醚-三氟化硼络合物分离硼同位素产品的工业生产方法
CN104226112A (zh) * 2014-09-26 2014-12-24 中国科学院青海盐湖研究所 硼同位素分离方法
CN104310420A (zh) * 2014-09-30 2015-01-28 天津大学 由三氟化硼-10制备硼-10酸的方法
CN111232998A (zh) * 2020-03-30 2020-06-05 辽宁鸿昊化学工业股份有限公司 一种高纯度硼-10酸痕量杂质去除方法
CN113307281A (zh) * 2021-05-28 2021-08-27 天津大学 三氟化硼水解合成核级硼酸的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5346922A (en) * 1976-10-07 1978-04-27 Mitsubishi Metal Corp Separation of boron and fluorine in trifuloroboron
WO2012114976A1 (ja) * 2011-02-22 2012-08-30 旭硝子株式会社 ホウ酸の回収方法および回収装置
CN103130235A (zh) * 2013-03-22 2013-06-05 天津大学 一种由三氟化硼-10一步法制备硼-10酸的方法
CN103588217A (zh) * 2013-11-18 2014-02-19 天津大学 一种硼-10酸制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5346922A (en) * 1976-10-07 1978-04-27 Mitsubishi Metal Corp Separation of boron and fluorine in trifuloroboron
WO2012114976A1 (ja) * 2011-02-22 2012-08-30 旭硝子株式会社 ホウ酸の回収方法および回収装置
CN103130235A (zh) * 2013-03-22 2013-06-05 天津大学 一种由三氟化硼-10一步法制备硼-10酸的方法
CN103588217A (zh) * 2013-11-18 2014-02-19 天津大学 一种硼-10酸制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104209003A (zh) * 2014-08-16 2014-12-17 刘小秦 基于甲醚-三氟化硼络合物分离硼同位素产品的工业生产方法
CN104226112A (zh) * 2014-09-26 2014-12-24 中国科学院青海盐湖研究所 硼同位素分离方法
CN104310420A (zh) * 2014-09-30 2015-01-28 天津大学 由三氟化硼-10制备硼-10酸的方法
CN104310420B (zh) * 2014-09-30 2016-06-01 天津大学 由三氟化硼-10制备硼-10酸的方法
CN111232998A (zh) * 2020-03-30 2020-06-05 辽宁鸿昊化学工业股份有限公司 一种高纯度硼-10酸痕量杂质去除方法
CN113307281A (zh) * 2021-05-28 2021-08-27 天津大学 三氟化硼水解合成核级硼酸的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103950950B (zh) 2015-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103950950B (zh) 高丰度硼-11酸的制备方法
CN105540619A (zh) 从高镁锂比盐湖卤水中直接制取电池级碳酸锂的方法
CN102531002B (zh) 一种纯化碳酸锂的方法
CN104150475B (zh) 一种二元掺杂石墨烯及其制备方法
CN105152191A (zh) 一种利用高镁锂比盐湖卤水制备碳酸锂的方法
CN101525130A (zh) 湿法磷酸净化生产工业磷酸的工艺
CN103950947B (zh) 高纯三氯化硼-11的制备方法
CN102774846A (zh) 三氟化硼－苯甲醚络合物生产富集硼-10酸的方法及应用
CN103508421A (zh) X-ct系列造影剂生产废液中碘的回收方法
CN103613075A (zh) 一种超纯电子级氢氟酸的制备方法
CN103130235B (zh) 一种由三氟化硼-10一步法制备硼-10酸的方法
CN103449480A (zh) 电池级高纯氟化锂及其制备方法
CN115207506A (zh) 一种废旧锂离子电池电解液回收方法
CN104085857A (zh) 一种制备高纯度氢碘酸的新方法
CN102887534A (zh) 从硫酸镍溶液萃取镍的萃余液中回收试剂级无水硫酸钠的方法
CN102863023B (zh) 一种电子级砷烷的合成和提纯方法
CN103950948B (zh) 高纯三氟化硼-11的制备方法
CN103236562A (zh) 一种四氟硼酸锂的制备方法
CN108070907A (zh) 一种干涸盐湖的盐卤制备碱式氯化镁晶须的方法
CN113735143A (zh) 一种氢氧化锂直接碳化制备高纯碳酸锂的方法
CN103588217B (zh) 一种硼-10酸制备方法
CN113072584B (zh) 废旧锂离子电池回收电解液制备氟代草酸磷酸盐的方法
CN103950949B (zh) 高纯三溴化硼-11的制备方法
US9842664B2 (en) Recovering and recycling uranium used for production of molybdenum-99
CN115583638A (zh) 一种粗制磷酸锂的提纯方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant