CN114477115B - 一种从磷矿直接生产电子级磷酸溶液的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从磷矿直接生产电子级磷酸溶液的方法，属于电子化学品生产技术领域。包括：步骤1、对含有磷矿石、硅石粉和碳的原料，进行加热还原，得到磷气体；步骤2、对所述磷气体进行净化处理后，在高纯氧气条件下，进行燃烧反应，得到高纯五氧化二磷；步骤3、对所述高纯五氧化二磷进行吸附处理，脱除重金属离子后，用超纯水得到所述电子级磷酸溶液。本方案直接从原料生产电子级磷酸溶液，节约了过程中能量的重复消耗，保证生成的气体纯度，且对每个过程的温度严格控制，保证了气体的每个阶段纯度。

Description

一种从磷矿直接生产电子级磷酸溶液的方法
技术领域
本发明涉及电子化学品生产技术领域，具体涉及一种从磷矿直接生产电子级磷酸溶液的方法。
背景技术
近年来随着电子工业的迅速发展，特别是伴随着集成电路等行业的快速发展，电子级磷酸的需求量呈急剧增长态势。电子级磷酸广泛应用于电子工业领域，是集成电路生产所必需的电子化学品之一，主要用做半导体晶片的清洗和蚀刻阶段，随着各类高精度电子元器件的更新换代速度加快，对电子级磷酸的微粒、重金属要求越来越高，目前主要靠进口。
现有技术中，电子级磷酸生产的主流工艺是黄磷热法工艺，主要从工业废料和制备得到磷，但是工业给料中含有的杂质较多，制备得到的电子级磷酸品质不高。
有鉴于此，本发明提供一种可以得到纯度更高的电子级磷酸制备方法。
发明内容
本发明采用的技术方案为：一种生产电子级磷酸溶液的方法，包括如下步骤：
步骤1、对含有磷矿石、硅石粉和碳的原料，进行加热还原，得到磷气体；
步骤2、对所述磷气体进行净化处理后，在高纯氧气条件下，进行燃烧反应，得到高纯五氧化二磷；
步骤3、对所述高纯五氧化二磷进行吸附处理，脱除重金属离子后，用超纯水得到所述电子级磷酸溶液。
进一步地，所述步骤1中，所述原料中，磷矿石和硅石粉的加入量分别按照氧化钙和二氧化硅的含量计算，
氧化钙与二氧化硅的质量比为0.2-0.3：0.3-0.4，磷矿石与碳的质量比为4-6:1-3。
更进一步地，所述步骤1还包括：在进行加热还原反应前，对所述原料进行预热；预热温度在200℃-400℃。
更进一步地，步骤1中，所述加热还原反应的条件为：
加热还原反应温度为1600℃-1800℃；
步骤2中，所述燃烧反应温度在450℃-650℃。
更进一步地，步骤2中，所述净化处理包括：对所述磷气体进行膜过滤和活性炭吸附；
所述膜过滤采用金属膜。
更进一步地，吸附处理步骤3中，所述吸附处理采用树脂床，所述吸附要求为磷气体中金属杂质小于10ppt。
更进一步地，所述步骤3中，电子级磷酸溶液的浓度在85wt％-88wt％。
更进一步地，所述步骤3中，所述超纯水是水质要求达到18.24兆欧以上。
更进一步地，所述方法还包括步骤4；
步骤4、对所述电子级磷酸溶液进行精密过滤。
更进一步地，所述燃烧反应在高纯石英材质的反应装置中进行，管线和容器内衬用聚四氟乙烯
本发明的有益效果：
1、对制备的单质磷通过活性炭吸附和精密过滤器进行过滤，得到纯度较高的磷。
2、燃烧塔使用高纯石英和高纯氧气进行燃烧，得到高纯五氧化二磷，且将燃烧温度严格控制，避免了亚磷的生成。
3、本方案采用超纯水对五氧化二磷进行循环吸收，有效地保证了五氧化二磷的的高纯度。
4、本方案直接从原料生产电子级磷酸溶液，节约了过程中能量的重复消耗，保证生成的气体纯度，且对每个过程的温度严格控制，保证了气体的每个阶段纯度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是：本发明的主要发明点在于，通过从磷矿进行生产电子级磷酸溶液的方法，节约成本，产品品质好。
本发明主要以磷矿、硅石粉、碳粉为原料，通过进料密封装置进料口进料，在预热罐进行预热，在进入旋转反应窑进行升温还原，元素磷和一氧化碳挥发，经过高效二级过滤器对气体进行过滤净化和活性炭吸附过滤完后气体进入燃烧室，燃烧室通入高纯氧气进行燃烧，燃烧室用石英材质，得到五氧化二磷气体，经过多级冷却后，通过过超滤膜进行二级过滤，进入水合塔，使用超纯水吸收，调整好浓度后经过三级过滤后进入成品罐。
最终得到的产品技术指标:产品含量在85％-88％，各种金属杂质小于 10ppb,各种阴离子小于100ppb，尘埃颗粒小于0.1UM的小于2个/毫升。
实施例一
一种生产电子级磷酸溶液的方法，包括如下步骤：
步骤1：称取适量磷矿石、硅石粉和碳压制成团料：
其中，磷矿石和硅石粉的加入量分别按照氧化钙和二氧化硅的含量计算，
氧化钙与硅二氧化硅的质量比为0.2：0.3，磷矿石与碳的质量比为4:1；
步骤2：经过进料装置自预热的进料口，将团料加入预热罐，预热至 200℃，然后进入旋转还原反应窑，将温度升高至1600℃，进行升温还原反应得到磷气体；
其中，在反应窑底部进行排灰处理；
步骤3：将得到磷气体过活性炭吸附塔进行吸附，使用过滤器过滤净化后，将磷气体通入燃烧塔，将燃烧塔内的温度控制在450℃，同时通入高纯氧气进行燃烧反应，得到高纯五氧化二磷；
其中，燃烧塔使用高纯石英材质，吸附塔使用内衬石英，过滤器使用多级金属膜过滤器；
步骤4：将得到的高纯五氧化二磷经过多级循环降温，再通过树脂床对其进行吸附，脱除重金属离子，经过过滤进入水合塔；
其中，水合塔材料使用内衬高纯聚四氟乙烯；
所选树脂精度要求金属杂质小于10ppt；
步骤5：向水合塔内通入电子级超纯水进行吸收，得到半成品；
其中，通入超纯水进行吸收，在吸收高纯无氧化二磷后溶液的浓度控制在85％；
所用超纯水必须使用EDI加抛光树脂，保证水质达到18.24兆欧；
步骤6：对半成品进行三级超精密过滤，测试达标后得到电子级磷酸成品，并将其送入成品储罐；
其中，成品储罐使用高纯聚四氟乙烯材质，成品储罐高纯度聚四氟乙烯储罐，灌装必须在千级洁净厂房进行灌装。
实施例二
一种生产电子级磷酸溶液的方法，包括如下步骤：
步骤1：称取适量磷矿石、硅石粉和碳压制成团料：
其中，磷矿石和硅石粉的加入量分别按照氧化钙和二氧化硅的含量计算，
氧化钙与硅二氧化硅的质量比为0.25：0.35，磷矿石与碳的质量比为 4.5:1.5。
步骤2:经过进料装置自预热的进料口，将团料加入预热罐，预热至 300℃，然后进入旋转还原反应窑，将温度升高至1700℃，进行升温还原反应得到磷气体；
步骤3：将得到磷气体过活性炭吸附塔进行吸附，使用过滤器过滤净化后，将磷气体通入燃烧塔，将燃烧塔内的温度控制在550℃，同时通入高纯氧气进行燃烧反应，得到高纯五氧化二磷；
步骤4：将得到的高纯五氧化二磷经过多级循环降温，再通过树脂床对其进行吸附，脱除重金属离子，经过过滤进入水合塔；
步骤5：向水合塔内通入电子级超纯水进行吸收，得到半成品；
其中，通入电子级超纯水进行吸收，在吸收高纯无氧化二磷后溶液的浓度控制在86.5％；
步骤6：对半成品进行三级超精密过滤，测试达标后得到电子级磷酸成品，并将其送入成品储罐。
实施例三
一种生产电子级磷酸溶液的方法，包括如下步骤：
步骤1：称取适量磷矿石、硅石粉和碳压制成团料：
其中，磷矿石和硅石粉的加入量分别按照氧化钙和二氧化硅的含量计算，
氧化钙与硅二氧化硅的质量比为0.3：0.4，磷矿石与碳的质量比为5:2。
步骤2:经过进料装置自预热的进料口，将团料加入预热罐，预热至 400℃，然后进入旋转还原反应窑，将温度升高至1800℃，进行升温还原反应得到磷气体；
步骤3：将得到磷气体过活性炭吸附塔进行吸附，使用过滤器过滤净化后，将磷气体通入燃烧塔，将燃烧塔内的温度控制在650℃，同时通入高纯氧气进行燃烧反应，得到高纯五氧化二磷；
步骤4：将得到的高纯五氧化二磷经过多级循环降温，再通过树脂床对其进行吸附，脱除重金属离子，经过过滤进入水合塔；
步骤5：向水合塔内通入电子级超纯水进行吸收，得到半成品；
其中，通入电子级超纯水进行吸收，在吸收高纯无氧化二磷后溶液的浓度控制在88％；
步骤6：对半成品进行三级超精密过滤，测试达标后得到电子级磷酸成品，并将其送入成品储罐。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种从磷矿直接生产电子级磷酸溶液的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、对含有磷矿石、硅石粉和碳的原料，进行加热还原，得到磷气体；
其中，所述加热还原反应的条件为：加热还原反应温度为1600-1800℃；
步骤2、对所述磷气体进行净化处理后，在高纯氧气条件下，进行燃烧反应，得到高纯五氧化二磷；
其中，所述净化处理包括：对所述磷气体进行膜过滤和活性炭吸附，所述膜过滤采用金属膜；
所述燃烧反应温度在450℃-650℃；
所述燃烧反应在高纯石英材质的反应装置中进行，管线和容器内衬用聚四氟乙烯；
步骤3、对所述高纯五氧化二磷进行吸附处理，脱除重金属离子后，用超纯水，得到所述电子级磷酸溶液；
其中，所述吸附处理采用树脂床，所述吸附要求为磷气体中金属杂质小于10ppt。
2.根据权利要求1所述的从磷矿直接生产电子级磷酸溶液的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述原料中，磷矿石和硅石粉的加入量分别按照氧化钙和二氧化硅的含量计算，
氧化钙与二氧化硅的质量比为0.2-0.3：0.3-0.4，磷矿石与碳的质量比为4-6:1-3。
3.根据权利要求1所述的从磷矿直接生产电子级磷酸溶液的方法，其特征在于，所述步骤1还包括：在进行加热还原反应前，对所述原料进行预热；预热温度在200℃-400℃。
4.根据权利要求1所述的从磷矿直接生产电子级磷酸溶液的方法，其特征在于，所述步骤3中，电子级磷酸溶液的浓度在85wt%-88wt%。
5.根据权利要求1所述的从磷矿直接生产电子级磷酸溶液的方法，其特征在于，所述步骤3中，所述超纯水是水质要求达到18.24兆欧以上。
6.根据权利要求1所述的从磷矿直接生产电子级磷酸溶液的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤4；
步骤4、对所述电子级磷酸溶液进行精密过滤。
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