CN105621374A - 一种超纯硫酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超纯硫酸的制备方法,以发烟硫酸为原料,包括如下步骤:(1)蒸馏;(2)净化过滤;(3)分离三氧化硫液体;(4)二次蒸发;(5)多级吸收;(6)汽提塔除杂;(7)成品。本发明的超纯硫酸中,大于等于0.5μm颗粒浓度小于5p/ml,大于等于0.2μm颗粒浓度小于100?p/ml,单项金属离子含量小于0.1ppb,二氧化硫含量小于3ppm。本发明一种超纯硫酸的制备方法,工艺简单,能耗低,其先通过合理的提纯除杂工艺,得到纯净的三氧化硫气体,再通过多级吸收和气提,得到ppt级超纯硫酸,有效控制了超纯硫酸中微量二氧化硫杂质的含量,为新一代超纯硫酸的生产奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及超纯化学品制备技术领域,特别是涉及一种超低二氧化硫含量的超纯硫酸的制备方法。
背景技术
超纯硫酸又称高纯硫酸、电子级硫酸,属于超净高纯试剂,是半导体行业常用的八大超纯化学材料之一,也是微电子技术发展过程中不可缺少的关键基础化学试剂之一。超纯硫酸的消耗量位居IC行业第一,广泛应用于半导体、超大规模集成电路的装配和加工过程,主要用于硅晶片的扩散、腐蚀、清洗等工艺,可有效除去晶片上的杂质颗粒、无机残留物和碳沉积物。电子级硫酸的纯度和洁净度对电子元件的成品率、电性能及可靠性有着重要的影响。
现有技术中,超纯硫酸的制备方法主要由精馏法和气体吸收法。其中,精馏法能耗大,成本高,有些杂质难以除去,产生的废气、酸雾对人体有害,不利于环境保护,只适合于小规模生产。而气体吸收法是提纯三氧化硫气体,然后再用超纯水或洗硫酸吸收制得超纯硫酸,该法可以有效避免精馏法存在的上述缺点,但现有气体吸收法不能有效去除二氧化硫气体,使制备的硫酸中含有一定量的微量二氧化硫杂质,影响硫酸的性能。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种超纯硫酸的制备方法,能够有效去除微量二氧化硫杂质,解决现有超纯硫酸制备中存在的上述问题。
为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供一种超纯硫酸的制备方法,以发烟硫酸为原料,包括如下步骤:
(1)蒸馏:将发烟硫酸在一定压力下通入热交换器中,加热蒸馏,得到气化的三氧化硫气体和发烟硫酸回收液;
(2)净化过滤:将步骤(1)中得到的三氧化硫气体通入分离器中去除颗粒杂质;
(3)分离三氧化硫液体:将步骤(2)中过滤除杂后的三氧化硫气体依次经冷却和冷凝后,得到三氧化硫液体和气体杂质;
(4)二次蒸发:将步骤(3)中得到的三氧化硫液体通入蒸发器中进行二次蒸发气化,得到三氧化硫气体;
(5)多级吸收:经步骤(4)中得到的三氧化硫气体通入吸收塔,并用超纯水进行多级吸收,得到硫酸溶液;
(6)汽提塔除杂:将步骤(5)中得到的硫酸溶液泵入汽提塔内,以洁净的空气为汽提介质,去除硫酸溶液中的二氧化硫;
(7)成品:将步骤(6)中经汽提塔除杂后的硫酸溶液经冷凝器冷却后得到所述超纯硫酸;所述超纯硫酸中,大于等于0.5μm颗粒浓度小于5p/ml,大于等于0.2μm颗粒浓度小于100p/ml,单项金属离子含量小于0.1ppb,二氧化硫含量小于3ppm。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤(1)中,所述压力为0.15~0.2MPa;所述加热蒸馏的温度为45~50℃;所述加热蒸馏的热源为水蒸气。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤(1)中,所述发烟硫酸中三氧化硫的质量浓度为30%,所述发烟硫酸回收液中,三氧化硫的质量浓度为20%。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤(4)中,所述二次蒸发的温度为55~65℃;所述二次蒸发的热源为热酸溶液。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤(5)中,所述多级吸收的温度为0~5℃,所述吸收塔为单塔多级吸收塔,其内衬均为PFA材质。
本发明的有益效果是:本发明一种超纯硫酸的制备方法,工艺简单,能耗低,其先通过合理的提纯除杂工艺,得到纯净的三氧化硫气体,再通过多级吸收和气提,得到ppt级超纯硫酸,有效控制了超纯硫酸中微量二氧化硫杂质的含量,为新一代超纯硫酸的生产奠定了基础。
附图说明
图1是本发明一种超纯硫酸的制备方法所用生产设备的连接示意图;
附图中各部件的标记如下:1.原料罐,2.热交换器,3.汽化器,4.回收罐,5.分离器,6.冷却器,7.冷凝器,8.液态三氧化硫容置槽,9.混合酸槽,10.蒸发器,11.酸加热器,12.热酸槽,13.吸收塔,14.汽提塔,15.存储槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1和图2,本发明实施例包括:
本发明以发烟硫酸厂吸收熔融硫制备的三氧化硫质量浓度为30%的发烟硫酸为原料,经分离提纯出纯净的三氧化硫气体,再用超纯水吸收,制备出电子级超纯硫酸溶液。具体实施步骤及所用设备如下。
实施例1
(1)蒸馏:将发烟硫酸在0.15MPa的压力下从原料罐1通入热交换器2中,该热交换器2与汽化器3连通,并以汽化器3内产生的水蒸气为加热介质,调整汽化器3中水蒸气的流量,使热交换器2中的加热蒸馏温度为45℃,在热作用下,三氧化硫部分气化,剩余的发烟硫酸回流至回收罐4中,其中三氧化硫的质量浓度为20%;
(2)净化过滤:步骤(1)中得到的三氧化硫气体通入分离器5中去除颗粒杂质;
(3)分离三氧化硫液体:将步骤(2)中过滤除杂后的三氧化硫气体依次通过温度为20~40℃的冷却器6和温度为5~15℃的冷凝器7中进行两级冷却,使三氧化硫冷却为液体并流入液态三氧化硫容置槽8内,余下的气体部分通入混合酸槽9吸收;该过程的主要目的是去除三氧化硫气体中混入的微量二氧化硫气体杂质;
(4)二次蒸发:将步骤(3)中得到的三氧化硫液体通入蒸发器10中,并以酸加热器11和热酸槽12形成循环加热回路,通过酸加热器11控制热源(酸溶液)的温度为55℃,从而使液态三氧化硫气化,实现陈杂分离,得到纯净的三氧化硫气体;
(5)多级吸收:将步骤(4)二次蒸发得到的三氧化硫气体通入吸收塔13内,用冰盐水控制吸收温度,在0℃下,用超纯水进行多级吸收,得到硫酸溶液;
(6)汽提塔除杂:将步骤(5)中得到的硫酸溶液泵入汽提塔14内,以洁净的空气为汽提介质,去除硫酸溶液中的二氧化硫;
(7)成品:将步骤(6)中经汽提塔14除杂后的硫酸溶液经冷凝器冷却后流入存储槽15内,得到所述超纯硫酸。
实施例2
(1)蒸馏:将发烟硫酸在0.2MPa的压力下从原料罐1通入热交换器2中,该热交换器2与汽化器3连通,并以汽化器3内产生的水蒸气为加热介质,调整汽化器3中水蒸气的流量,使热交换器2中的加热蒸馏温度为50℃,在热作用下,三氧化硫部分气化,剩余的发烟硫酸回流至回收罐4中,其中三氧化硫的质量浓度为20%;
(2)净化过滤:步骤(1)中得到的三氧化硫气体通入分离器5中去除颗粒杂质;
(3)分离三氧化硫液体:将步骤(2)中过滤除杂后的三氧化硫气体先通入温度为20~40℃的冷却器6,再通入5~15℃的冷凝器7中进行两级冷却,使三氧化硫冷却为液体并流入液态三氧化硫容置槽8内,余下的气体部分通入混合酸槽9吸收;该过程的主要目的是去除三氧化硫气体中混入的微量二氧化硫气体杂质;
(4)二次蒸发:将步骤(3)中得到的三氧化硫液体通入蒸发器10中,并以酸加热器11和热酸槽12形成循环加热回路,通过酸加热器11控制热源(酸溶液)的温度为65℃,从而使液态三氧化硫气化,实现陈杂分离,得到纯净的三氧化硫气体;
(5)多级吸收:将步骤(4)二次蒸发得到的三氧化硫气体通入吸收塔13内,用冰盐水控制吸收温度,在5℃下,用超纯水进行多级吸收,得到硫酸溶液;
(6)汽提塔除杂:将步骤(5)中得到的硫酸溶液泵入汽提塔14内,以洁净的空气为汽提介质,去除硫酸溶液中的二氧化硫;
(7)成品:将步骤(6)中经汽提塔14除杂后的硫酸溶液经冷凝器15冷却后流入存储槽16内,得到所述超纯硫酸。
上述实施例中所用设备,如与硫酸溶液直接接触的存储槽、热交换器、蒸发器、吸收塔和汽提塔,其内衬均为PFA材质。
上述实施例得到的超纯硫酸中,经检测分析:大于等于0.5μm颗粒浓度小于5p/ml,大于等于0.2μm颗粒浓度小于100p/ml,单项金属离子含量小于0.1ppb,二氧化硫含量小于3ppm。
具体各杂质元素含量如下表:
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种超纯硫酸的制备方法,以发烟硫酸为原料,其特征在于,包括如下步骤:
(1)蒸馏:将发烟硫酸在一定压力下通入热交换器中,加热蒸馏,得到气化的三氧化硫气体和发烟硫酸回收液;
(2)净化过滤:将步骤(1)中得到的三氧化硫气体通入分离器中去除颗粒杂质;
(3)分离三氧化硫液体:将步骤(2)中过滤除杂后的三氧化硫气体依次经冷却和冷凝后,得到三氧化硫液体和气体杂质;
(4)二次蒸发:将步骤(3)中得到的三氧化硫液体通入蒸发器中进行二次蒸发气化,得到三氧化硫气体;
(5)多级吸收:经步骤(4)中得到的三氧化硫气体通入吸收塔,并用超纯水进行多级吸收,得到硫酸溶液;
(6)汽提塔除杂:将步骤(5)中得到的硫酸溶液泵入汽提塔内,以洁净的空气为汽提介质,去除硫酸溶液中的二氧化硫;
(7)成品:将步骤(6)中经汽提塔除杂后的硫酸溶液经冷凝器冷却后得到所述超纯硫酸;所述超纯硫酸中,大于等于0.5μm颗粒浓度小于5p/ml,大于等于0.2μm颗粒浓度小于100p/ml,单项金属离子含量小于0.1ppb,二氧化硫含量小于3ppm。
2.根据权利要求1所述的超纯硫酸的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述压力为0.15~0.2MPa;所述加热蒸馏的温度为45~50℃;所述加热蒸馏的热源为水蒸气。
3.根据权利要求1所述的超纯硫酸的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述发烟硫酸中三氧化硫的质量浓度为30%,所述发烟硫酸回收液中,三氧化硫的质量浓度为20%。
4.根据权利要求1所述的超纯硫酸的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中,所述二次蒸发的温度为55~65℃;所述二次蒸发的热源为热酸溶液。
5.根据权利要求1所述的超纯硫酸的制备方法,其特征在于,所述步骤(5)中,所述多级吸收的温度为0~5℃,所述吸收塔为单塔多级吸收塔,其内衬均为PFA材质。
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