CN110155955B - 一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，本发明为依托有色冶炼制酸系统，使用发烟硫酸对三氧化硫进行吸收，同时对三氧化硫进行两次蒸发，使得冶炼烟气中的杂质被完全去除，硫酸产品纯度达到SEMI‑C12标准。同时，本发明利用系统烟气及硫酸余热进行加热，避免了蒸汽或其他方式加热的不安全性，同时降低了能耗，减少了生产成本。本发明解决了现有技术中有色冶炼烟气无法直接制取电子级硫酸的问题，提供的工艺安全可靠，产品品质能达到集成电路要求的PPT级标准，并可实现大规模连续生产。

Description

一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法

技术领域

本发明属于电子级硫酸制备技术领域，更具体的说是涉及一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的方法。

背景技术

电子级硫酸又称高纯硫酸、超纯硫酸，属于超净高纯试剂，广泛应用于半导体、超大规模集成电路的装配和加工过程中硅晶片的清洗和蚀刻。随着集成电路(IC)向大规模和超大规模、极大规模的发展，芯片集成度越来越高，晶圆表面的光刻线条越来越细，对电子级硫酸的品质要求越来越严格。现有技术中制备电子级硫酸主要采用工业硫酸精馏法和三氧化硫气体直接吸收法。

有色金属火法冶炼过程产生的烟气中含有大量的SO₂和SO₃气体，该烟气通常用来作为制取硫酸的原料。但是冶炼烟气具有烟气量变化范围较大，SO₂的浓度不稳定，以及烟气中的有害成分和数量变化较大的特点，导致现有技术中利用有色冶炼烟气直接作为原料来制取的硫酸很难达到电子级标准。

公开号为CN103407972A的发明公开了一种电子级硫酸的生产方法，但该发明使用的原料为工业级三氧化硫，而不是冶炼烟气。由于有色冶炼烟气中的成分并不稳定，且含有许多重金属离子和其他杂质，因此，该发明并不能直接使用冶炼烟气作为原料来制取电子级硫酸。此外，公开号为CN105174230A的发明公开了一种冶炼烟气直接吸收法制取精制硫酸的工艺，但其产品并不能达到电子级标准。

因此，如何提供一种能够利用有色冶炼烟气作为原料来直接制取高纯度的电子级硫酸的生产方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种能够利用有色冶炼烟气作为原料来直接制取高纯度的电子级硫酸的生产方法，解决了现有技术中使用有色冶炼烟气制取的硫酸不能够达到电子级标准的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，包括以下步骤：

1)发烟硫酸的制取：将有色冶炼制酸系统中SO₃烟气原料进行粉尘过滤、洗涤、除雾过滤除去杂质及冷凝酸、吸收、混合处理，得到发烟硫酸；

2)蒸发处理：将步骤(1)中所述发烟硫酸进行一次蒸发，蒸发出部分SO₃气体以及得到蒸发后的发烟硫酸；将所述SO₃气体经过除雾以除去蒸发SO₃时带出的酸雾后冷凝为SO₃液体，随后进行定量二次蒸发，得到二次蒸发后的高纯度SO₃气体。

要想达到优质的高纯SO₃，必须在稳定的温度下进行，本发明通过在二次蒸发时控制SO₃的进料量能够保证温度的持续稳定

3)高纯硫酸的制取：将步骤(2)中所述高纯度SO₃气体进行除沫、除雾、吸收、冷却处理，得高纯硫酸；

4)电子级硫酸的制取：将步骤(3)中所述高纯硫酸进行吹脱处理、三层循环超滤，最终得到电子级硫酸。

优选的，步骤(1)中所述SO₃烟气原料中SO₃含量为7％；所述过滤为所述SO₃烟气原料进入高温过滤器在温度为180-200℃的条件下过滤。

烟气原料通过高温过滤器过滤时，烟气中的SO₂在高温下被氧化为SO₃，从而提高了烟气原料中硫元素的利用率。

优选的，步骤(1)中所述洗涤是用105％的发烟硫酸作为洗涤酸对SO₃烟气进行洗涤。

优选的，步骤(1)中所述吸收是使用步骤(1)中经过混合处理后得到的发烟硫酸对所述烟气中的SO₃进行吸收，且发烟硫酸与SO₃烟气逆向接触。

使用发烟硫酸对SO₃进行吸收，与常规使用98.3％以上浓硫酸相比，能够使得SO₃被吸收的更完全，同时降低对SO₂的吸收量。

优选的，步骤(1)中所述混合是将步骤(1)中经过吸收处理后的发烟硫酸与步骤(2)中所述一次蒸发后的发烟硫酸进行混合，控制混合后的发烟硫酸浓度为25％。

优选的，步骤(2)中所述蒸发后的发烟硫酸浓度为20％。

优选的，步骤(2)中所述一次蒸发利用来自所述制酸系统的高温SO₃烟气的热量进行加热；所述二次蒸发利用所述一次蒸发后的发烟硫酸流回循环槽支路的高温发烟硫酸的余热进行加热。

本发明对系统中的热量进行循环利用，节约了生产过程中能源的使用，能够降低生产成本，且具有环保意义。

优选的，步骤(3)中所述吸收为用步骤(3)中所述冷却处理后得到的高纯硫酸加电子级超纯水对高纯度SO₃气体进行吸收，控制吸收后的硫酸浓度为98.3％。

使用高纯硫酸与超纯水对SO₃气体进行吸收，能够保证产品的纯度为电子级标准。

优选的，步骤(4)中所述吹脱处理为所述高纯硫酸与高纯洁净的空气逆向接触，脱除硫酸内残留的SO₂后，空气经过尾气处理系统处理吹脱的SO₂后返回制酸系统。

优选的，步骤(4)中所述三级循环超滤步骤为，经过吹脱处理后的硫酸溶液在三级不同过滤膜孔径的过滤器内经过初滤循环、中滤循环和终端过滤，所述三级过滤器每一级中的硫酸合格后才可进入下一级。所述每一级中的硫酸合格为，一级过滤达到颗粒小于100纳米、二级过滤小于50纳米、三级过滤颗粒小于10纳米。

通过吹脱处理与三级循环超滤，高纯硫酸中的SO₂气体与较大的颗粒能够被完全去除，保证了产品的纯度能够达到国际SEMI-C12标准。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种能够利用有色冶炼烟气作为原料来直接制取高纯度的电子级硫酸的生产方法，通过对有色冶炼烟气进行两次蒸发与两次吸收处理，使得本发明能够从有色冶炼烟气中得到高纯度的SO₃，进而使得制备出的硫酸纯度能够达到电子级标准。同时，本发明中对热量和用于吸收处理的硫酸采用循环使用，大大降低了生产过程中能源和原料的使用，从而使得生产成本有明显降低。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，通过利用有色冶炼烟气作为原料来直接制取高纯度的电子级硫酸，不仅能够从有色冶炼烟气中得到高纯度的SO₃，进而使得制备出的硫酸纯度能够达到国际SEMI-C12标准，同时能够对能源与原料循环利用，有利于工业化推广以及具有环境保护意义。

下面将结合具体实施例及对比例来阐述说明本发明专利公开的技术效果。

实施例1

一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，包括以下步骤：

(1)发烟硫酸的制取：将有色冶炼制酸系统中SO₃含量为7％的SO₃烟气原料通入高温过滤器过滤，设置高温过滤器中温度为180℃。过滤完成后用105％的发烟硫酸作为洗涤酸对SO₃烟气进行洗涤，而后进行除雾过滤。使用本步骤中经过混合处理后得到的发烟硫酸对除雾过滤后的烟气中的SO₃进行吸收，且发烟硫酸与SO₃烟气逆向接触，而后将经过吸收处理后的发烟硫酸与步骤(2)中一次蒸发后的发烟硫酸进行混合，得到浓度为25％的发烟硫酸。

(2)蒸发处理：将步骤(1)中发烟硫酸进行一次蒸发，蒸发出部分SO₃气体以及得到蒸发后的浓度为20％的发烟硫酸；将SO₃气体经过除雾后冷凝为SO₃液体，随后进行定量二次蒸发，得到二次蒸发后的高纯度SO₃气体。

其中一次蒸发利用来自制酸系统的高温SO₃烟气的热量进行加热；二次蒸发利用一次蒸发后得到的高温发烟硫酸的余热进行加热。

(3)高纯硫酸的制取：将步骤(2)中高纯度SO₃气体进行除沫、除雾处理，而后将步骤(3)中冷却处理后得到的高纯硫酸加电子级超纯水对高纯度SO₃气体进行吸收，高纯硫酸加电子级超纯水的浓度为98.3％，控制吸收后的硫酸浓度同样为98.3％。随后进行冷却处理，得高纯硫酸。

(4)电子级硫酸的制取：将步骤(3)中高纯硫酸进行吹脱处理，高纯硫酸与高纯洁净的空气逆向接触。脱除硫酸内残留的SO₂后，空气经过尾气处理系统处理返回制酸系统。经过吹脱处理后的硫酸溶液进入三级过滤器中进行初滤循环，当颗粒小于100纳米后将其进行中滤循环，经过中滤循环的硫酸中颗粒小于50纳米后进入终端过滤，当经过终端过滤的硫酸中颗粒小于10纳米后得到电子级硫酸。

经过检测，以有色冶炼烟气作为原料经过本方法制取出的硫酸达到了国际SEMI-C12标准。

实施例2

一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，包括以下步骤：

(1)发烟硫酸的制取：将有色冶炼制酸系统中SO₃含量为7％的SO₃烟气原料通过SO₃风机传输进入高温过滤器过滤，设置高温过滤器中温度为200℃。

过滤完成后用105％的发烟硫酸作为洗涤酸采用泵进行循环输送对SO₃烟气进行洗涤，洗涤酸通过洗涤酸冷却器进行冷却，而后进行除雾过滤，以过滤出杂质及冷凝酸。除雾过滤的烟气通入第一吸收塔下部进行吸收处理，吸收处理过程中使用本步骤中最终得到的25％的发烟硫酸，经过泵及换热器降温后到第一吸收塔顶部进行喷淋，对烟气中的SO₃进行吸收，且发烟硫酸与烟气逆向接触。而后将经过吸收处理的发烟硫酸从第一吸收塔底部流入循环槽与步骤(2)中一次蒸发后的发烟硫酸进行混合，得到浓度为25％的发烟硫酸。

(2)蒸发处理：将步骤(1)中浓度为25％的发烟硫酸送入第一蒸发塔进行一次蒸发，蒸发出部分SO₃气体以及得到蒸发后的浓度为20％的发烟硫酸，此发烟硫酸流回循环槽，与步骤(1)中经吸收处理后得到的发烟硫酸混合，得到浓度为25％的发烟硫酸。蒸发出的SO₃气体则经过蒸发器上部的除雾器后进入冷凝器进行冷凝为SO₃液体，SO₃液体进入SO₃液体储槽，随后通过液位差流入计量槽后再流入第二蒸发器进行定量二次蒸发，得到二次蒸发后的高纯度SO₃气体。

其中一次蒸发利用来自制酸系统的高温SO₃烟气的热量进行加热；二次蒸发利用一次蒸发后的发烟硫酸流回循环槽支路的高温发烟硫酸的余热进行加热。

(3)高纯硫酸的制取：将步骤(2)中高纯度SO₃气体进行除沫、除雾处理，而后将本步骤中经过冷却处理后得到的高纯硫酸加电子级超纯水送入电子级硫酸第二吸收塔对高纯度SO₃气体进行循环吸收，其中高纯硫酸加电子级超纯水的浓度为98.3％，使用超纯水控制吸收后的硫酸浓度与吸收前一致。随后经过吸收处理后的硫酸进入混合角槽进行冷却处理，得高纯硫酸。

(4)电子级硫酸的制取：将步骤(3)中高纯硫酸进行吹脱处理，高纯硫酸经过角槽的溢流管口到脱吸塔上部，与脱吸塔下部来的高纯洁净的空气接触。脱除硫酸内残留的SO₂后，空气经过尾气处理系统对吹脱出的SO₂进行处理，经处理后空气返回制酸系统。经过吹脱处理后的硫酸溶液进入三级过滤器中进行初滤循环，当颗粒小于100纳米后将其进行中滤循环，经过中滤循环的硫酸中颗粒小于50纳米后进入终端过滤，当经过终端过滤的硫酸中颗粒小于10纳米后得到电子级硫酸。上述颗粒粒径的检测使用颗粒仪进行检测。

经过检测，以有色冶炼烟气作为原料经过本方法制取出的硫酸达到了国际SEMI-C12标准。

实施例3

一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，与实施例2的不同之处在于：

步骤(1)发烟硫酸的制取过程中，高温过滤器中的温度设置为190℃。SO₃风机为双相不锈钢及30408材质；高温过滤器为30408材质，滤芯为进口玻璃纤维。

步骤(3)高纯硫酸的制取过程中，将本步骤中经过冷却处理后得到的高纯硫酸加电子级超纯水经过磁力泵输送到换热器进行换热，而后将硫酸送入电子级硫酸吸收塔。

经过检测，以有色冶炼烟气作为原料经过本方法制取出的硫酸达到了国际SEMI-C12标准。

对比例1

一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，与实施例3的不同之处在于：

步骤(1)发烟硫酸的制取过程中，使用浓度为98.3％的浓硫酸对SO₃烟气进行吸收。

由于浓度为98.3％的浓硫酸在蒸发处理过程中不易蒸发出纯净的SO₃气体，效率与纯度均有所降低，因此，通过此方法最终得到的硫酸不能达到SEMI-C12标准。同时，若常规的使用98.3％的浓硫酸对SO₃进行吸收，对吸收和蒸发设备腐蚀性较大，有潜在的安全隐患，且提高了硫酸的生产成本。

对比例2

一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，与实施例3的不同之处在于：

步骤(2)蒸发处理过程中仅进行一次蒸发处理，没有进行二次蒸发。

通过此方法得到的硫酸没有达到SEMI-C12标准，这是由于本发明中经过二次蒸发处理进一步提升了SO₃的纯度，蒸发处理中得到的SO₃的纯度直接影响硫酸产品的纯度与所能够达到的标准，而该对比例中仅仅进行一次蒸发处理不能够使得SO₃达到电子级标准，从而得不到电子级硫酸。

对比例3

一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，与实施例3的不同之处在于：

步骤(4)电子级硫酸制备过程中，没有进行三级过滤处理。

由于经过吹脱处理后的硫酸中还会含有较大颗粒，降低了电子级硫酸的纯度，因此，通过该方法得到的硫酸没有达到电子级SEMI-C12标准。

对比例4

下面通过与其他专利进行对比来对本发明进行进一步说明。

表1：

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)发烟硫酸的制取：将有色冶炼制酸系统中SO₃烟气原料进行过滤、洗涤、除雾过滤、吸收、混合处理，得到发烟硫酸；

(2)蒸发处理：将步骤(1)中所述发烟硫酸进行一次蒸发，蒸发出部分SO₃气体以及得到蒸发后的发烟硫酸；将所述SO₃气体经过除雾后冷凝为SO₃液体，随后进行定量二次蒸发，得到高纯度SO₃气体；

(3)高纯硫酸的制取：将步骤(2)所得的高纯度SO₃气体进行除沫、除雾、吸收、冷却处理，得高纯硫酸；

所述步骤(3)中，吸收过程为用步骤(3)中所述冷却处理后得到的高纯硫酸加电子级超纯水对高纯度SO₃气体进行吸收，所述高纯硫酸加电子级超纯水后的浓度为98.3％，控制吸收处理后的硫酸浓度与吸收前一致；

(4)电子级硫酸的制取：将步骤(3)所得的高纯硫酸进行吹脱处理、三层循环超滤，最终得到电子级硫酸；

所述步骤(4)中，三级循环超滤步骤为经过吹脱处理后的硫酸溶液在三级不同过滤膜孔径的过滤器内经过初滤循环、中滤循环和终端过滤，所处初滤循环中颗粒达到小于100纳米后进入所述中滤循环，所述中滤循环中颗粒达到小于50纳米后进入所述终端过滤，所述终端过滤颗粒小于10纳米后得到成品电子级硫酸；

所述步骤(1)中，吸收过程为使用步骤(1)中经过混合处理后得到的发烟硫酸对所述烟气中的SO₃进行吸收，且发烟硫酸与SO₃烟气逆向接触。

2.根据权利要求1所述的一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中，SO₃烟气原料中的SO₃含量为7％。

3.根据权利要求1所述的一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中，洗涤过程为用105％的发烟硫酸作为洗涤酸对SO₃烟气进行洗涤。

4.根据权利要求1所述的一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中，混合过程为将步骤(1)中经过吸收处理后的发烟硫酸与步骤(2)中所述一次蒸发后的发烟硫酸进行混合，并控制混合后的发烟硫酸浓度为25％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中的经蒸发后发烟硫酸的浓度为20％。

6.根据权利要求1所述的一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中，一次蒸发是利用来自所述制酸系统的高温SO₃烟气的热量进行加热；二次蒸发是利用经过一次蒸发后的高温发烟硫酸的余热进行加热。

7.根据权利要求1所述的一种利用有色冶炼烟气制取电子级硫酸的生产方法，其特征在于，所述步骤(4)中，吹脱处理过程为所述高纯硫酸与高纯洁净的空气逆向接触，脱除硫酸内残留的SO₂后，空气经过尾气处理系统处理返回制酸系统。