CN114408887A - 一种制备电子级磷酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备电子级磷酸的方法，其主要用于磷酸废液处理回收产物工业级磷酸的进一步处理，提高磷酸废液的资源回收利用效果、并满足电子级磷酸的生产需要；其包括以下步骤，S1：常温搅拌下，在萃取釜中加入丙酮，混合后静置得到萃取相和萃余酸；S2：萃取相进入第一蒸发器，进行减压蒸馏，得到第一母液和第一馏分；萃余酸进入电渗析槽，进行电渗析处理然后回用于萃取釜；S3：第一母液通过树脂罐组的离子交换处理得到电子级磷酸并进入成品罐。
Description
技术领域
本发明涉及工业废水处理技术领域，特别涉及半导体行业磷酸废液处理技术领域，具体为一种制备电子级磷酸的方法。
背景技术
电子化学品是半导体行业的重要材料，指主体成分纯度高，杂质离子和微粒数符合严格要求的化学试剂，是大规模集成电路(IC)及高档半导体器件制造过程的专用化学品，主要用于硅单晶片的清洗、光刻、腐蚀工序中，它的纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能、可靠性都有着重要的影响，如电子级磷酸即在大规模集成电路 （IC）、薄膜液晶显示器 （TFT-LCD）、半导体等微电子工业中常常用作清洗剂和蚀刻剂。
随着我国集成电路行业的发展，对于电子级磷酸的需求进一步加大，目前我国的电子级磷酸主要依靠进口，而对半导体行业磷酸废液的回收则主要形成的是工业级磷酸产品，如公开号为CN112499606A的“一种磷酸废液的提纯方法”通过电渗析、蒸馏和熔融结晶方式回收得到工业级磷酸，其可回用于一般工业生产中，但难以用于半导体微电子行业，因此如何将工业级磷酸提纯至电子级磷酸既是应对电子化学品高纯要求的需要，也是提高当前磷酸废液资源回收利用效果急需解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种制备电子级磷酸的方法，其主要用于磷酸废液处理回收产物工业级磷酸的进一步处理，提高磷酸废液的资源回收利用效果、并满足电子级磷酸的生产需要。
本发明采用如下技术方案：其特征在于，其包括以下步骤，
S1：常温搅拌下，在萃取釜中加入工业级磷酸体积4～6倍的丙酮，混合后静置1h～2h，得到萃取相和萃余酸；
S2：所述萃取相进入第一蒸发器，在80～100℃、-0.08Mpa下进行减压蒸馏，得到第一母液和第一馏分；所述萃余酸进入电渗析槽，控制电流密度为2～10mA/cm2的恒定电流反应1～2h，然后回用于所述萃取釜；
S3：所述第一母液以1～2L/h的速率通过树脂罐组，所述树脂罐组包括串联的第一树脂罐和第二树脂罐，所述第一树脂罐、所述第二树脂罐内分别填充有H+型阳离子交换树脂、OH-型阴离子交换树脂，得到电子级磷酸进入成品罐。
其进一步特征在于：
所述第一馏分经第一冷凝器冷凝后回用于所述萃取釜；
S2中，电渗析处理得到的电渗析液进入第二蒸发器，在80～100℃、-0.08Mpa下进行减压蒸馏，得到的第二母液回用于所述萃取釜、第二馏分通过第二冷凝器接入废水罐；
所述H+型阳离子交换树脂、所述OH-型阴离子交换树脂分别为直径是0.5mm的再生高转型阳离子交换树脂、再生高转型阴离子交换树脂；
所述H+型阳离子交换树脂的填充体积为所述第一树脂罐的四分之三；
所述OH-型阴离子交换树脂的填充体积为所述第二树脂罐的四分之三。
本发明的有益效果是，通过丙酮萃取磷酸，可降低磷酸中的金属杂质含量，然后萃余酸通过电渗析回用于萃取釜中，可去除金属杂质，并降低磷酸的损失率，提高电子级磷酸的回收率，萃取相的磷酸经减压蒸馏后进入树脂罐，通过H+型阳离子交换树脂去除磷酸中的少量金属杂质，OH-型阴离子交换树脂去磷酸中硫酸根、硝酸根、氯离子等阴离子杂质，从而降低工业级磷酸中的杂质含量，得到E1级普通电子级磷酸，工艺简单，既可满足电子级磷酸的生产需要，还由于可利用半导体行业磷酸废液处理回收得到的工业级硫酸，降低生产成本的同时提高了磷酸废液的资源回收利用效果。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合应用例以及附图对本发明作进一步的说明：
如图1~2所示，本发明提供一种制备电子级磷酸的方法，其包括以下步骤，
S1：原液罐1中的工业级磷酸通过泵13进入萃取釜2中，常温搅拌下，在萃取釜2中加入工业级磷酸体积4～6倍的丙酮，混合后静置1h～2h，得到萃取相和萃余酸。
S2：萃取相进入第一蒸发器4，在80～100℃、-0.08Mpa下进行减压蒸馏，得到第一母液和第一馏分；萃余酸进入电渗析槽3，控制电流密度为2～10mA/cm2的恒定电流反应1～2h，将萃余酸中的金属离子以沉淀形式去除，通过排渣口排出；如图2所示，电渗析处理得到的电渗析液进入第二蒸发器7，在80～100℃、-0.08Mpa下进行减压蒸馏，得到的第二母液回用于萃取釜2、第二馏分通过第二冷凝器12接入废水罐10。
S3：第一母液以1～2L/h的速率通过树脂罐组，得到电子级磷酸，通过泵13进入成品罐8，树脂罐组包括串联的第一树脂罐5和第二树脂罐6，第一母液由第一树脂罐5的上部进入并从第二树脂罐6的下部出料，第一树脂罐5、第二树脂罐6内分别填充有H+型阳离子交换树脂、OH-型阴离子交换树脂，第一馏分主要成分为丙酮，经第一冷凝器11冷凝后通过萃取剂回收罐9以及泵13回用于萃取釜2中作为萃取剂循环使用。
H+型阳离子交换树脂是直径为0.5mm的再生高转型阳离子交换树脂、填充体积为第一树脂罐5的四分之三；OH-型阴离子交换树脂是直径为0.5mm的再生高转型阴离子交换树脂、填充体积为第二树脂罐6的四分之三。
优选的，第一蒸发器4、第二蒸发器7均为夹套式、搅拌型蒸发器，蒸发器的夹套分别连接有蒸汽管道14和冷凝水出口管道15，蒸发器内分别设有搅拌桨16，夹套内通入蒸汽经换热后形成冷凝水从冷凝水出口管道15流出，可保证反应温度；搅拌桨可使反应充分、均匀地进行。
本发明的有益效果是，通过丙酮萃取磷酸，可降低磷酸中的金属杂质含量，然后萃余酸通过电渗析回用于萃取釜中，可去除金属杂质，并降低磷酸的损失率，提高电子级磷酸的回收率，萃取相的磷酸利用沸点差，经减压蒸馏分离丙酮和磷酸，磷酸进入树脂罐，通过H+型阳离子交换树脂去除磷酸中的少量金属杂质，OH-型阴离子交换树脂去磷酸中硫酸根、硝酸根、氯离子等阴离子杂质，从而降低GB/T 2091-2008标准的工业级磷酸中的杂质含量，得到符合GB/T28159-2011标准的E1级普通电子级磷酸，工艺简单，既可满足电子级磷酸的生产需要，还由于可利用半导体行业磷酸废液处理回收得到的工业级硫酸，降低生产成本的同时提高了磷酸废液的资源回收利用效果。
实施例1：
50kg质量分数为85.5%的工业级磷酸从原液罐1中通过泵13进入萃取釜2，常温搅拌下，在萃取釜2中加入工业级磷酸体积4倍、质量分数为99.99%的丙酮，混合后静置2h，得到萃取相和萃余酸；萃取相进入第一蒸发器4，在80℃、-0.08Mpa下进行减压蒸馏，得到第一母液和第一馏分；第一馏分经第一冷凝器11冷凝后通过萃取剂回收罐9以及泵13回用于萃取釜2中作为萃取剂循环使用，第一母液以2L/h的速率通过树脂罐组可得到质量分数为86.1%、杂质含量符合GB/T28159-2011标准的E1级电子级磷酸45.28kg，通过泵13进入成品罐8，回收率为91.2%。
萃余酸进入电渗析槽3，控制电流密度为5mA/cm2的恒定电流反应2h，然后回用于萃取釜2，如图2所示，电渗析处理得到的电渗析液进入第二蒸发器7，在80℃、-0.08Mpa下进行减压蒸馏，得到的第二母液通过泵13回用于萃取釜2、第二馏分通过第二冷凝器12接入废水罐10。
实施例2：
50kg质量分数为85.5%的工业级磷酸从原液罐1中通过泵13进入萃取釜2，常温搅拌下，在萃取釜2中加入工业级磷酸体积6倍、质量分数为99.99%的丙酮，混合后静置2h，得到萃取相和萃余酸；萃取相进入第一蒸发器4，在100℃、-0.08Mpa下进行减压蒸馏，得到第一母液和第一馏分；第一馏分经第一冷凝器11冷凝后通过萃取剂回收罐9以及泵13回用于萃取釜2中作为萃取剂循环使用，第一母液以2L/h的速率通过树脂罐组可得到质量分数为87.2%、杂质含量符合GB/T28159-2011标准的E1级电子级磷酸45.94kg，通过泵13进入成品罐8，回收率为93.7%。
萃余酸进入电渗析槽3，控制电流密度为10mA/cm2的恒定电流反应2h，然后回用于萃取釜2，如图2所示，电渗析处理得到的电渗析液进入第二蒸发器7，在100℃、-0.08Mpa下进行减压蒸馏，得到的第二母液通过泵13回用于萃取釜2、第二馏分通过第二冷凝器12接入废水罐10。
Claims (6)
1.一种制备电子级磷酸的方法，其特征在于：其包括以下步骤，
S1：常温搅拌下，在萃取釜中加入工业级磷酸体积4～6倍的丙酮，混合后静置1h～2h，得到萃取相和萃余酸；
S2：所述萃取相进入第一蒸发器，在80～100℃、-0.08Mpa下进行减压蒸馏，得到第一母液和第一馏分；所述萃余酸进入电渗析槽，控制电流密度为2～10mA/cm2的恒定电流反应1～2h，然后回用于所述萃取釜；
S3：所述第一母液以1～2L/h的速率通过树脂罐组，所述树脂罐组包括串联的第一树脂罐和第二树脂罐，所述第一树脂罐、所述第二树脂罐内分别填充有H+型阳离子交换树脂、OH-型阴离子交换树脂，得到电子级磷酸进入成品罐。
2.根据权利要求1所述的一种制备电子级磷酸的方法，其特征在于：所述第一馏分经第一冷凝器冷凝后回用于所述萃取釜。
3.根据权利要求1所述的一种制备电子级磷酸的方法，其特征在于：S2中，电渗析处理得到的电渗析液进入第二蒸发器，在80～100℃、-0.08Mpa下进行减压蒸馏，得到的第二母液回用于所述萃取釜、第二馏分通过第二冷凝器接入废水罐。
4.根据权利要求1所述的一种制备电子级磷酸的方法，其特征在于：所述H+型阳离子交换树脂、所述OH-型阴离子交换树脂分别为直径是0.5mm的再生高转型阳离子交换树脂、再生高转型阴离子交换树脂。
5.根据权利要求1所述的一种制备电子级磷酸的方法，其特征在于：所述H+型阳离子交换树脂的填充体积为所述第一树脂罐的四分之三。
6.根据权利要求1所述的一种制备电子级磷酸的方法，其特征在于：所述OH-型阴离子交换树脂的填充体积为所述第二树脂罐的四分之三。
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