CN106477532A - 一种废酸液循环使用的工艺 - Google Patents
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Abstract
一种废酸液循环使用的工艺，将无法达到半导体工业要求的一废酸液经过以下新工艺产生符合半导体工业需求的高纯度硫酸，供半导体工业使用，步骤包括：将该废酸液导入一分解炉中，产生SO2气体；接着将SO2气体通过一含有一催化剂的转换塔，使SO2气体转换成SO3气体；接着将SO3气体移至一吸收塔中与硫酸及水混合，产生一发烟硫酸，再将该发烟硫酸通过薄膜蒸馏法，产生高纯度且无金属的SO3气体，再加入一惰性气体，接着将稀释的SO3气体与高纯度稀硫酸混合，并过滤除去其固体杂质，即得一半导体级硫酸。
Description
技术领域
本发明是关于一种将半导体工业的废酸液，回收并重新制成可使用的半导体级硫酸之工艺。
背景技术
硫酸(H2SO4)，为一种具有高腐蚀性的强矿物酸，对金属、生物组织及岩石等物质具有腐蚀性。
硫酸的制造为，先于空气中燃烧硫磺产生二氧化硫(SO2)气体，经过纯化和除去杂质后，让二氧化硫与氧气于以五氧化二钒(V2O5)为催化剂的高温环境中，氧化成三氧化硫(SO3)，之后再用浓硫酸吸收三氧化硫，形成发烟硫酸(H2S2O7，亦写作H2SO4·SO3)，最后把发烟硫酸以水稀释，形成98％的硫酸。
而现今半导体工业在工艺中，如晶圆表面处理，会使用大量半导体级硫酸，因而产生大量的废硫酸液，然而这些废硫酸液中仍含有50％以上的硫酸、金属以及其他杂质，若未经处理而直接排放到环境中，不仅对水、土壤以及环境生态造成危害，也形成资源的浪费。
现有废硫酸液的处理方式有以下几种：1.中和处理：废硫酸液经酸碱中和后以废水形式排出、2.回收再利用：将废硫酸液浓缩成工业级硫酸使用、3.衍生利用：将废硫酸液制成肥料或农药，如硫酸铵与硫酸铜等。
上述的处理方法，虽可解决部分废硫酸液问题，然而半导体工业对半导体级硫酸的需求庞大且源源不绝，因此庞大的废硫酸液仍会不断产生，在全球环保意识高涨且认知到地球资源有限的情况下，资源回收循环经济已成为全世界的潮流趋势，如何有效利用资源以及循环利用资源，将废弃物进行资源化再生使用，以解决资源短缺及环境污染的问题，并达到资源永续且符合经济效益，为当今亟待结解决的重要课题。
发明内容
本发明的目的在提供一种废酸液循环使用的工艺，将半导体工业产生的大量一废酸液经过回收处理后再制得一半导体级硫酸，该半导体级硫酸可直接循环使用于半导体工艺，如晶圆表面的处理，故可降低业界对半导体级硫酸的庞大的需求，以及处理该废酸液的成本，亦减少因废酸液排放而对环境造成的危害。
该废酸液选自废硫酸、硫化氢、可燃气体或废有机溶剂等。
为达上述的目的，本发明的技术手段在于：一种废酸液循环使用的工艺，该工艺步骤包括：
将一废酸液导入一分解炉中，将该废酸液加热，产生SO2及水，再将SO2降温产生纯SO2气体；
将纯SO2气体通过一转换塔，该转换塔中填有一催化剂，可将纯SO2气体转换成SO3气体；
将SO3气体导入一吸收塔中，被该吸收塔中所具有的硫酸及水吸收，产生一发烟硫酸；
将该发烟硫酸导入具有一除雾器的一薄膜蒸馏器中，利用薄膜蒸馏法再次产生SO3气体，再将该SO3气体导入一滤器中，产生高纯度且无金属的SO3气体；
将SO3气体通过一导管导入一反应塔中，并被该反应塔中既有的高纯度稀硫酸所吸收，即产生一高纯度硫酸，并于该导管中添加一惰性气体；以及
将该高纯度硫酸通过一过滤管过滤，即得一半导体级硫酸。
本发明的一个实施例中，其中该废酸液选自废硫酸、硫化氢、可燃气体以及废有机溶剂。
本发明的一个实施例中，其中可于一产物塔中添加1％至50％的一高纯度去离子水，以调整该半导体级硫酸的浓度，以符合半导体工业工艺的所需。
本发明的一个实施例中，其中将该废酸液加热的温度范围为600℃到700℃。
本发明的一个实施例中，其中将SO2降温的温度范围为250℃至350℃。
本发明的一个实施例中，其中该催化剂可为五氧化二钒(Vanadium(V)Oxide)。
本发明的一个实施例中，其中薄膜蒸馏法反应的温度范围为60℃到140℃。
本发明的一个实施例中，其中该惰性气体可为高纯度的氮气或空气，且添加量为1％至50％。
本发明的一个实施例中，其中该过滤管内设有一过滤膜，其孔径小于1μm。
本发明的一个实施例中，其中该过滤膜的材质可为全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)以及服氟化聚烯烃(fluorinated polyolefin)。
本发明的有益效果为：
本发明利用半导体工业产生的大量该废酸液经过回收处理后再制得该半导体级硫酸，如此的工艺不仅建立了新的循环经济模型将该废酸液再生及再利用使得资源可永续利用，也实践了绿色环保的生产，同时亦创造新的环保产业，通过本发明再制得的该半导体级硫酸可直接循环使用于半导体工业工艺，除了可降低业界对该半导体级硫酸的需求以及处理该废酸液的成本，亦可减少因该废酸液排放而对环境造成的危害以及能源的耗损。
附图说明
图1为本发明的方块流程图。
图2为本发明的装置示意图。
图3为本发明的装置部分放大说明示意图。
附图标记
S1-S8 步骤
1 废酸液
2 分解炉
3 转换塔
4 催化剂
5 吸收塔
6 水
7 发烟硫酸
8 惰性气体
9 薄膜蒸馏器 91 除雾器
10 滤器
11 导管
12 高纯度去离子水
13 高纯度硫酸
14 反应塔
15 过滤管 151 过滤膜
16 产物塔
17 半导体级硫酸。
具体实施方式
为便于本发明的技术手段及运作过程有更进一步之认识与了解，兹举实施例配合图式，详细说明如下。
请参阅图1至3所示，本发明提供的一种废酸液循环使用的工艺，依据下列步骤流程进行：
首先，将一废酸液1导入一分解炉2中，进行步骤S1，将该废酸液1加热至温度600℃到700℃之间，此时该废酸液1会生成SO2气体、氧气(O2)及水蒸气(H2O)等；接着进行步骤S2，将步骤S1所产生的SO2气体降温至250℃至350℃间，并经过一纯化过程除去灰烬微粒及微量的SO3，即得纯化的纯SO2气体；接着进行步骤S3，将纯SO2气体通过一转换塔4，该转换塔4中填有一催化剂8，当纯SO2气体通过该转换塔4时会被转换成SO3气体；接着进行步骤S4，将步骤S3所产生的SO3气体移至一吸收塔5中，该SO3气体会被该吸收塔5中既有的硫酸吸收，产生一发烟硫酸7(Oleum)；接着进行步骤S5，将该发烟硫酸7导入一薄膜蒸馏器9中，利用薄膜蒸馏法于温度60℃到140℃间再次 产生SO3气体，通过薄膜蒸馏法可产生无金属的高纯度SO3气体；接着进行步骤S6将该SO3气体导入一滤器10中，除去残余的液态硫酸及固体杂质；接着进行步骤S8，将SO3气体通过一导管11导入一反应塔14中，导入该反应塔14中SO3气体会被该反应塔14中既有的高纯度稀硫酸所吸收，即产生一高纯度硫酸13，当SO3气体流经该导管11时，于该导管11中添加1％至50％的一惰性气体8(步骤S7)，该惰性气体8则会稀释SO3气体中微量的SO2气体，如此可降低SO2气体于后续工艺中被高纯度稀硫酸溶液吸收的可能性；接着于步骤S8中将该高纯度硫酸13通过一过滤管15流入一产物塔16中，该过滤管15内设有一过滤膜151，当该高纯度硫酸13通过该过滤膜151导入该产物塔16时，即过滤该高纯度硫酸13中残留的固体杂质，去除杂质的该高纯度硫酸13即成为一半导体级硫酸17。
通过上述的步骤，可将该废酸液1制成该半导体级硫酸17，并可重新使用于半导体工艺上，如此达到将该半导体级硫酸17循环再使用的目的，而本发明所产生的该半导体级硫酸17的规格详如附件。
请再参阅图3所示，该半导体级硫酸17，可再借助于该产物塔16中添加1％至50％的一高纯度去离子水12，调整该半导体级硫酸17的浓度，以符合半导体工业工艺之所需。
其中该废酸液1选自废硫酸、硫化氢、可燃气体或废有机溶剂等。
其中，步骤S3中所添加的该催化剂4可为五氧化二钒(Vanadium(V)oxide，V2O5)。
步骤S5将步骤S4所产生的该发烟硫酸7导入具有一除雾器91的该薄膜蒸馏器9中，借助薄膜蒸馏法，在60℃到140℃的温度下将SO3气体从该发烟硫酸7中分离出来，得到无金属的高纯度SO3气体，接着于步骤S6中，再将SO3气体导入该滤器10中，除去残余的液态硫酸及固体杂质。
上述步骤S7中所添加的该惰性气体8，亦可用高纯度的氮气或空气取代之。
步骤S8中的该高纯度硫酸13，通过该过滤管15导入该产物塔16中，而 该过滤管15内所设有的该过滤膜151其孔径需小于1μm，且其材质可为全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)或是氟化聚烯烃(fluorinated polyolefin)等。
本发明利用半导体工业产生的大量该废酸液1经过回收处理后再制得该半导体级硫酸17，如此的工艺不仅建立了新的循环经济模型将该废酸液1再生及再利用使得资源可永续利用，也实践了绿色环保的生产，同时亦创造新的环保产业，又，通过本发明再制得的该半导体级硫酸17可直接循环使用于半导体工业工艺，除了可降低业界对该半导体级硫酸17的需求以及处理该废酸液1的成本，亦可减少因该废酸液1排放而对环境造成的危害以及能源的耗损。
上列详细说明针对本发明的可行实施例的具体说明，但是该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为之等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
【附件】
Claims (10)
1.一种废酸液循环使用的工艺，其特征在于，该工艺步骤包括：
将一废酸液导入一分解炉中，将该废酸液加热，产生SO2气体、氧气及水蒸汽，再将SO2气体降温产生纯SO2气体；
将纯SO2气体通过一转换塔，该转换塔中填有一催化剂，可将纯SO2气体转换成SO3气体；
将SO3气体导入一吸收塔中，该SO3气体会被该吸收塔中所具有的硫酸及水吸收，产生一发烟硫酸；
将该发烟硫酸导入具有一除雾器的一薄膜蒸馏器中，利用薄膜蒸馏法再次产生SO3气体，再将该SO3气体导入一滤器中，产生高纯度且无金属的SO3气体；
将SO3气体通过一导管导入一反应塔中，被该反应塔中既有的高纯度稀硫酸所吸收，即产生一高纯度硫酸，并于该导管中添加一惰性气体；以及
将该高纯度硫酸通过一过滤管过滤，即得一半导体级硫酸。
2.如权利要求1所述的废酸液循环使用的工艺，其特征在于，其中该废酸液选自废硫酸、硫化氢、可燃气体以及废有机溶剂。
3.如权利要求1所述的废酸液循环使用的工艺，其特征在于，其中可于一产物塔中添加1%至50%的一高纯度去离子水，以调整该半导体级硫酸的浓度，以符合半导体工业工艺的所需。
4.如权利要求1所述的废酸液循环使用的工艺，其特征在于，其中将该废酸液加热的温度范围为600℃到700℃。
5.如权利要求1所述的废酸液循环使用的工艺，其特征在于，其中将SO2降温的温度范围为250℃至350℃。
6.如权利要求1所述的废酸液循环使用的工艺，其特征在于，其中该催化剂可为五氧化二钒(Vanadium (V) Oxide)。
7.如权利要求1所述的废酸液循环使用的工艺，其特征在于，其中薄膜蒸馏法反应的温度范围为60℃到140℃。
8.如权利要求1所述的废酸液循环使用的工艺，其特征在于，其中该惰性气体可为高纯度的氮气或空气，且添加量为1%至50%。
9.如权利要求1所述的废酸液循环使用的工艺，其特征在于，其中该过滤管内设有一过滤膜，其孔径小于1μm。
10.如权利要求9所述的废酸液循环使用的工艺，其特征在于，其中该过滤膜的材质可为全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)以及服氟化聚烯烃(fluorinated
polyolefin)。
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