CN112225229A

CN112225229A - 微波加热浓缩制备高纯氢氧化钾溶液的方法

Info

Publication number: CN112225229A
Application number: CN202011131890.1A
Authority: CN
Inventors: 刘鹏程; 罗小容
Original assignee: Huarong Chemical Co Ltd
Current assignee: Huarong Chemical Co Ltd
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2021-01-15
Anticipated expiration: 2040-10-21
Also published as: CN112225229B

Abstract

本发明公开了微波加热浓缩制备高纯氢氧化钾溶液的方法，将稀碱溶液在真空下通过降膜蒸发器加热，再经过闪蒸后得到48％高纯氢氧化钾；所述降膜蒸发器及闪蒸罐通过微波加热，所述降膜蒸发器的降膜列管内衬有高分子材料或者直接采用碳化硅材质列管。得到的产品中Fe w/％≤0.006％，Ni w/％≤0.0001％，氯化物w/％≤0.002％，重金属w/％≤0.0005％，符合目前电子行业中严格低含量重金属的要求。本发明方法利用微波从内到外快速加热，在真空下蒸发温度降低，降膜蒸发列管内衬四氟或者采用碳化硅材质，蒸发后无重金属离子引入，可高效、稳定得到高纯度氢氧化钾溶液；本工艺操作简单，可实现大规模化工业生产，对行业的发展具有重要意义。

Description

微波加热浓缩制备高纯氢氧化钾溶液的方法

技术领域

本发明属于化工制造技术领域，特别是涉及微波加热浓缩高纯氢氧化钾溶液的方法。

背景技术

电子信息制造业(电子产业)是研制和生产电子设备及各种电子元件、器件、仪器、仪表的工业。是军民结合型工业。由广播电视设备、通信导航设备、雷达设备、电子计算机、电子元器件、电子仪器仪表和其他电子专用设备等生产行业组成。电子信息产业是在电子科学技术发展和应用的基础上发展起来的。电子信息产业的发展由于生产技术的提高和加工工艺的改进，集成电路差不多每三年就更新一代；大规模集成电路和计算机的大量生产和使用，光纤通信、数字化通信、卫星通信技术的兴起，使电子工业成为一个迅速崛起的高技术产业。

随着国内电子行业的兴起，对高纯化学品的需求越来越多，对纯度的要求也越来越高。48％～50％的氢氧化钾溶液是光伏，面板，半导体中剥离液、显影剂等复配液的主要原料，其对重金属的含量要求越来越严格，从1ppb～100ppb不等，目前市面上并无重金属含量符合该要求的产品，因此，开发出合格的液体氢氧化钾溶液迫在眉睫。

但是，目前制备高浓度的氢氧化钾溶液的工艺和产品存在着如下问题：1、将高纯的低浓度氢氧化钾溶液浓缩后，其中的金属离子等杂质的含量会明显增大，很容易导致产品重金属含量超过100ppb，无法达到电子级氢氧化钾溶液的标准。2、现有制备工艺需要水蒸气加热，且加热温度较高，能耗较大。

因此，开发能耗更低、得到的产品重金属杂质含量更低的氢氧化钾溶液浓缩方法具有重要意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种微波加热浓缩高纯氢氧化钾溶液的方法，能够保证浓缩后氢氧化钾溶液中重金属含量的增量低，符合电子级产品的要求。

在生产过程中，发明人发现，即使严格地控制氢氧化钾浓缩过程的仪器、环境的清洁程度和工艺参数等，对氢氧化钾溶液进行浓缩后，其中的重金属含量仍然很容易超标，其它金属或盐类物质的含量也显著增大，在进行大量的文献调研后，未能找到出现该问题的原因和可解决该问题的有效方法。

经历长时间的探索后，发明人意外地发现，导致浓缩后溶液中重金属含量增大的原因，可能是由于降膜蒸发器的降膜列管材质为镍管，在浓缩过程中与氢氧化钾溶液充分接触，且温度较高，引入了微量的金属杂质。

发明人将降膜列管内衬上聚四氟乙烯或者更换为碳化硅列管后，再进行生产，发现浓缩液中的重金属含量的增长得到了有效控制，但氟化物的含量增大，这是由于氢氧化钾带有腐蚀性，经过蒸汽高温加热后会造成聚四氟乙烯材料变形和裂解，面对新的技术问题的出现，需对工艺进行进一步地改进，降低加热的温度。

经过一系列的尝试、对比，发明人终于发现采用微波加热降膜蒸发器可适用与碱熔液的浓缩，且加热温度可降低，可避免溶液中产生更多的氟化物。

为了解决上述问题，本发明提供一种高纯碱溶液的浓缩方法，将稀碱溶液通过降膜蒸发器浓缩；所述降膜蒸发器通过微波加热，所述降膜蒸发器的降膜列管内衬有高分子材料。

所述稀碱溶液中的“稀”，是指原料溶液的浓度低于最终的产品溶液浓度，相对于产品溶液，原料为稀溶液。

进一步地，所述微波加热的温度为40～150℃。

在本发明的具体实施方式中，所述微波加热的温度为50～100℃，优选70～100℃。

进一步地，所述高分子材料选自聚四氟乙烯和/或聚全氟烷氧基树脂。

在本发明的具体实施方式中，所述高分子材料为聚四氟乙烯。

进一步地，所述列管的材质选自碳化硅。

进一步地，降膜蒸发器和闪蒸罐内真空度为0.05～0.10mpa，进一步为0.07～0.09mpa。

进一步地，所述稀碱溶液的溶质选自氢氧化钠或氢氧化钾。

在本发明的具体实施方式中，所述稀碱溶液的溶质选自氢氧化钾。

进一步地中，所述稀碱溶液中碱的质量分数为25～35％，在本发明的具体实施方式中为30％。

更进一步地，所述稀碱溶液中各杂质的含量：Fe w/％≤0.006％，Ni w/％≤0.0001％，氯化物w/％≤0.002％，重金属w/％≤0.0005％，不含氟化物。

进一步地，浓缩后的碱溶液中碱的质量分数为40～55％，进一步为48～50％，在本发明的具体实施方式中为48％。

进一步地，闪蒸装置中与溶液接触的内壁也内衬有高分子材料。

进一步地，所述闪蒸装置内衬的高分子材料选自聚四氟乙烯和/或聚全氟烷氧基树脂，进一步为聚四氟乙烯。

进一步地，闪蒸罐也采用微波加热；更进一步地，闪蒸罐中温度与降膜蒸发器保持一致。

本发明还提供一种高纯碱溶液产品，是由上述方法浓缩制得。

本发明还提供一种高纯碱溶液产品，溶质为氢氧化钠和/或氢氧化钾，Fe w/％≤0.001％，Ni w/％≤0.0002％，氯化物w/％≤0.004％，重金属w/％≤0.0009％，不含氟化物。

具体的步骤如下：

(1)将氢氧化钾稀溶液物料打入降膜蒸发器，所述降膜蒸发器中设置有降膜列管，所述降膜列管内衬聚四氟乙烯，所述氢氧化钾溶液经过所述降膜列管内部进行预加热；

(2)加热后的氢氧化钾溶液迅速被打入分离釜，所述分离釜内衬聚四氟乙烯，所述分离釜保持加热及真空；

(3)在分离釜中发生闪蒸，气体从上方进入冷却器，浓缩氢氧化钾产品从下方进入成品槽。

本发明的有益效果是：

(1)本发明首次发现了浓缩氢氧化钾溶液中金属离子浓度较高，始终无法进一步降低的原因，针对性地对方案做出了改进，终于实现了符合电子行业的高纯产品的制备，对行业的发展具有重要意义。

(2)本发明利用微波从内到外快速加热，蒸发温度降低，降膜蒸发列管内衬聚四氟乙烯，蒸发后无重金属离子引入，可高效、稳定得到高纯度氢氧化钾溶液。

(3)本发明工艺操作简单，可实现大规模化工业生产。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

实施例1～5使用的降膜蒸发器、分离釜的外壳均设有微波探头加热器。

微波探头加热器为本领域常用的装置，市售的多款商品均可应用于本发明，本发明实施例中具体使用的是三星生产的OM75P(31)ESGN。

实施例1

将电解后的30％氢氧化钾作为原料引入降膜蒸发器，经过聚四氟乙烯内衬的镍材降膜列管，100℃微波加热后，打入聚四氟乙烯内衬分离釜(分离釜采用微波加热，温度与降膜蒸发器保持一致)，系统真空度0.07mpa，闪蒸后，气体进入冷却器，液体进入成品槽，得到48％氢氧化钾溶液。

实施例2

将电解后30％氢氧化钾作为原料引入降膜蒸发器，经过聚四氟乙烯内衬的镍材降膜列管，50℃微波加热后，打入聚四氟乙烯内衬分离釜(分离釜采用微波加热，温度与降膜蒸发器保持一致)，系统真空度0.07mpa，闪蒸后，气体进入冷却器，液体进入成品槽，得到48％氢氧化钾溶液。

实施例3

将电解后30％氢氧化钾作为原料引入降膜蒸发器，经过碳化硅降膜列管，100℃微波加热后，打入聚四氟乙烯内衬分离釜(分离釜采用微波加热，温度与降膜蒸发器保持一致)，系统真空度0.09mpa，闪蒸后，气体进入冷却器，液体进入成品槽，得到48％氢氧化钾溶液。

实施例4

将电解后30％氢氧化钾作为原料引入降膜蒸发器，经过碳化硅降膜列管，50℃微波加热后，打入聚四氟乙烯内衬分离釜(分离釜采用微波加热，温度与降膜蒸发器保持一致)，系统真空度0.07mpa，闪蒸后，气体进入冷却器，液体进入成品槽，得到48％氢氧化钾溶液。

对比例1

将电解后30％氢氧化钾作为原料引入降膜蒸发器，经过镍材降膜列管，150℃蒸汽加热后，打入分离釜，闪蒸后，气体进入冷却器，液体进入成品槽，得到48％氢氧化钾溶液。

对比例2

将电解后30％氢氧化钾作为原料引入降膜蒸发器，经过聚四氟乙烯内衬的镍材降膜列管，150℃蒸汽加热后，打入聚四氟乙烯内衬分离釜(分离釜采用微波加热，温度与降膜蒸发器保持一致)，系统真空度0.07mpa，闪蒸后，气体进入冷却器，液体进入成品槽，得到48％氢氧化钾溶液。

对实施例1～5以及对比例1制得的48％氢氧化钾溶液结果见表1所示。

表1

表1的检测结果表明，经浓缩后，本发明实施例1～5制备的重金属、盐的含量增长明显得到控制，而对比例1的方案制备的氢氧化钾溶液重金属含量已超标，对比可体现本发明浓缩工艺具有突出的技术效果，且加热温度更低，显著降低了能耗。

本发明首次发现了浓缩氢氧化钾溶液中金属离子浓度较高，始终无法进一步降低的原因，针对性地对方案做出了改进，终于实现了符合电子行业的高纯产品的制备，对行业的发展具有重要意义。

本发明利用微波从内到外快速加热，蒸发温度降低，降膜蒸发列管内衬聚四氟乙烯，蒸发后无重金属离子引入，可高效、稳定得到高纯度氢氧化钾溶液。

本发明工艺操作简单，可实现大规模化工业生产。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种高纯碱溶液的浓缩方法，其特征在于，将稀碱溶液通过降膜蒸发器加热后进入闪蒸罐进行闪蒸；所述降膜蒸发器通过微波加热，所述降膜蒸发器的降膜列管内衬有高分子材料或者直接选用碳化硅材质列管。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微波加热的温度为40～150℃，进一步为50～100℃，更进一步为70～100℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高分子材料选自聚四氟乙烯和/或聚全氟烷氧基树脂，进一步为聚四氟乙烯；进一步地，所述列管的材质选自碳化硅。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，降膜蒸发器和闪蒸罐内真空度为0.05～0.10mpa，进一步为0.07～0.09mpa。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稀碱溶液的溶质选自氢氧化钠和/或氢氧化钾；进一步地，所述稀碱溶液的溶质选自氢氧化钾。

6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述稀碱溶液中碱的质量分数为25～35％，进一步为30％；更进一步地，所述稀碱溶液中各杂质的含量：Fe w/％≤0.006％，Ni w/％≤0.0001％，氯化物w/％≤0.002％，重金属w/％≤0.0005％，不含氟化物；

进一步地，浓缩后的碱溶液中碱的质量分数为40～55％，进一步为48～50％，更进一步为48％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，闪蒸装置中与溶液接触的内壁也内衬有高分子材料；进一步地，所述闪蒸装置内衬的高分子材料选自聚四氟乙烯和/或聚全氟烷氧基树脂，进一步为聚四氟乙烯。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，闪蒸罐也采用微波加热；进一步地，闪蒸罐中温度与降膜蒸发器保持一致。

9.一种高纯碱溶液，其特征在于，由权利要求1～8任一项方法浓缩制得。

10.一种高纯碱溶液，其特征在于，溶质为氢氧化钠和/或氢氧化钾，Fe w/％≤0.001％，Ni w/％≤0.0002％，氯化物w/％≤0.004％，重金属w/％≤0.0009％，不含氟化物。