DE1567793A1 - Verfahren zum Destillieren von Flusssaeure - Google Patents

Verfahren zum Destillieren von Flusssaeure

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Publication number
DE1567793A1
DE1567793A1 DE19651567793 DE1567793A DE1567793A1 DE 1567793 A1 DE1567793 A1 DE 1567793A1 DE 19651567793 DE19651567793 DE 19651567793 DE 1567793 A DE1567793 A DE 1567793A DE 1567793 A1 DE1567793 A1 DE 1567793A1
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DE
Germany
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hydrofluoric acid
hydrogen fluoride
water
distilling
feed liquid
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Pending
Application number
DE19651567793
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English (en)
Inventor
Dr Norbert Schink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B7/00Halogens; Halogen acids
    • C01B7/19Fluorine; Hydrogen fluoride
    • C01B7/191Hydrogen fluoride
    • C01B7/195Separation; Purification
    • C01B7/196Separation; Purification by distillation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/34Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
    • B01D3/36Azeotropic distillation

Description

  • Verfahren zum Destillieren von Flußsäure In der Halbleitertechnik wird insbesondere für Analysen und Ätzvorgänge Flußsäure verwendet, an deren Reinheit besonders hohe Anforderungen gestellt werden. Selbst beringste Spuren von Fremdstoffen sind schädlich. Es wird deshalb nach Verfahren gesucht, mit denen die benötigte extrem reine Flußsäure hergestellt werden kann.
  • Es ist bekannt, daß bei der Destillation einer beliebigen, beispielsweise aus zwei Komponenten bestehenden Lösung das Destillat zunächst einen größeren Anteil an einer Komponente haben kann als die Einsatzflüssigkeit, deren Zusammensetzung sich bei gleichzeitigem Anstieg der Siedetemperatur daher ändert, und zwar solange, bis ein bestimmtes konstant bleibendes Mischungsverhältnis erreicht ist, das sogenannte azeotropische Gemisch. Zu den Mischungen, die diese Eigenschaften zeigen, gehört auch die wässrige Lösung von Fluorwasserstoff. Der Siedepunkt ihres azectropen Gemisches beträgt ca. 1200 C. Da Flußsäure chemisch sehr aggressiv ist, bereitet ihre Destillation große Schwierigkeiten. Zwar kann sie in Kunststoffflaschen, wie z.B.
  • Polyaethylen, bei Zimmertemperatur aufbewahrt werden. Diese Kunststoffe sind aber thermoplastisch, d.h. schon bei Temperaturen von weniger als 1200 C verlieren sie ihre mechanische Festigkeit. Es wurde daher vorgeschlagen (Deutsche Patentschrift 1 097 418), Flußsäure in einem aus Polyaethylen gefertigten Gefäß bei einem solchen Unterdruck zu destillieren, daß die Flußsäure in ausreichenden Mengen bei einer Temperatur verdampft, die unter der Temperatur liegt, bei der Polyaethylen seine mechanische Festigkeit verliert.
  • Da das Gefäß zwecks guter Beheizung der Einsatzflüssigkeit dünnwandig ausgeführt ist, wird es in einem zweiten dickwandigeren Gefäß untergebracht, in welchem etwa derselbe Unterdruck herrscht, wie in dem ersten Gefäß. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die verhältnismäßig komplizierte Destillieranlage. Ein anderes bekanntes Verfahren sucht diesen Nachteil dadurch zu vermeiden, daß wasserfreier Fluorwasserstoff destilliert wird, dessen Siedetemperatur etwa 19,5O C beträgt. Das Arbeiten mit Unterdruck ist daher nicht erforderlich.
  • Es zeigt sich aber, daß mit diesem Verfahren keine hochreine Flußsäure erhalten werden kann. Auch nach mehrfacher Destillation enthält das Destillat immer noch einen spektralanalytisch nachweisbaren Anteil an Phosphor und auch Eisen.
  • Es ist ein Hauptziel der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem hochreine Flußsäure hergestellt werden kann, die den von der Halbleitertechnik gestellten Anforderungen genügt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die obengenannten Verunreinigungen als Phosphor- bzw. Eisenfluoride in das Destillat übergehen. Durch Zusatz von Wasser können die Phosphorfluoride nach folgenden Xeaktionsgleichungen in Verbindungen umUewandelt werden, die durch Destillieren von Flußsäure getrennt werden können: Das in Form von Eisen (III)-Fluorid (FeF3) vorliegende Eisen wird nach Wasserzusatz in dem Komplex-Ion FeF6 gebunden.
  • Selbstverständlich ist nur hochreines, beispielsweise mindestens doppelt destilliertes Wasser zuzusetzen. Infolge des Wasserzusatzes wird zwar die Siedetemperatur der Einsatzflüssigkeit erhöht, jedoch bleibt sie bei Normalbedingungen bis zu einem Wasseranteil von etwa 45 % unter 100° C, einer Temperatur, bei der noch einige nicht von Flußsäure angreifbare Kunststoffe, wie z.B. auch Polypropylen, die für die Herstellung einer Destillieranlage genügende Festigkeit besitzen. Jedoch ist es bei Verwenden von Polyäthylen vorteilhaft, eine Mischung zu wählen, deren Siedetemperatur weniger als 50° C beträgt, beispielsweise mit einem Fluorwasserstoffanteil von 70 bis 90 Gewichtsprozenten. Man erreicht damit einen weiteren Vorteil der Erfindung, nicht mit Unterdruck arbeiten zu müssen und daher eine einfache Destillieranlage verwenden zu können Äie schon beschrieben 9 ändert sich während des Destilliervorganges die Zusammens @ung der Einsatzflüssigkeit. Um dies zu vermeiden, kann man der Einsatz@lüssoigkeit ein Gemisch von Wasser und Fluorwasserstoff zuführen, das einer größeren Anteil an Fluorwasserstoff als dis Einsatzfl@szigkeit hat, so daß diese in dem überazeotropen Bereich mit einem @iedepunkt unter 100° C gehalten wird, Für Dauer-Lstri eb is tt e vorveilnaft, das Mischungsverhältnis der Einsatzflüssigkeit kensiant zu halten. Insbesondere zur Herstellung von @@@ßeren Mengen hoeine @@@@ Flßnäure wird vorteilhaft die Menge und das Mischungsverhältnis der zugeführten Ersatzflüssigkeit entsprechend dem jeweils herrschenden Betriebszustand gewählt.
  • Beispielsweise können Fluorwasserstoff und Wasser in getrennten Leitungen zugeführt werden und ihre Durchflußmengen pro Zeiteinheit durch Steuermittel in Abhängigkeit von der noch vorhandenen Menge der Einsatzflüssigkeit, deren Temperatur und der pro Zeiteinheit überdestillierenden Flüssigkeit gesteuert werden. Wegen der heftigen Reaktion von Fluorwasserstoff mit Wasser empfiehlt es sich, nicht reinen Fluorwasserstoff, sondern eine wässrige Lösung mit z.B.
  • 95 % HF der Einsatzflüssigkeit zuzuführen.
  • Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zum Destillieren einer wässrigen Flußsäurelösung und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine überazeotrope Mischung von Flußsäure und mindestens doppelt destilliertem Wasser mit einem solchen Mengenverhältnis, daß ihr Kcchpunkt unter 1000 C liegt, als Einsatzflüssigkeit verwendet wird.
  • An Hand der Figur werde eine beispielhafte Destilliervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben: In dem Kolben w, der beispielsweise aus Silber gefertigt sein kann, befindet sich als Einsatzflüssigkeit 3 eine wässrige Flußsäurelösung mit einem Anteil von 70 bis 90 ffi Fluorwasserstoff. Uber die Zuleitungen 4 und 5 werden Fluorwasserstoff und Wasser in einem Verhältnis zugeführt, das größer als das Mischungsverhältnis der Sinsatzflüssigkeit ist. Infolgedessen wird die Einsatzflüssigkeit immer aus einem überazeotropen Gemisch bestehen, dessen Giedetemperatur unter 100°C liegt. Aus dem Kolben 2 steigt die verdampfte Flußsäure in ein Rohr 7, das Füllkörper 8 aus Polyäthylen enthalt. Nach Duichgang durch einen Krümmer 9 kondensiert die verdpfte Flußsäure in einem Kühler 10, an den ein Ausfluß li angeschlossen ist.
  • Rohr 7, Krümmer, Kühler und Ausfluß bestehen aus einem nicht von Flußsäure angreifbaren Material, wie z. B. Polyaethylen.
  • Die aus der vorstehenden Beschreibung - oder/und die aus der zugehörigen Zeichnung- entnehmbaren Merkmale, Arbeitsvorgänge und Anweisungen sind, soweit nicht vorbekannt, im einzelnen, ebenso wie ihre hier erstmals offenbarten Kombinationen untereinander, als wertvolle erfinderische Verbesserungen anzusehen.
  • 1 Figur 4 Patentansprüche

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Destillieren einer wässrigen Flußsäurelösung dadurch gekennzeichnet, daß eine überazeotrope Mischung von Fluorwasserstoff und mindestens doppelt destilliertem Wasser mit einem solchen Mengenverhältnis, daß ihr Kochpunkt unter i000 C liegt, als Einsatzflüssigkeit verwendet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischungsverhältnis im Bereich von 70 bis 90 Gewichtsprozent Fluorwasserstoff gewählt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis der Einsatzflüssigkeit während des Prozesses durch Wahl eines relativ dazu größeren Verhältnisses der pro Zeiteinheit zugeführten Ergänzungsmengen von Fluorwasserstoff und Wasser vorzugsweise annähernd konstant aufrechterhalten wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Flußsäure und Wasser mittels getrennter Leitungen zugeführt und deren Durchflußmengen pro Zeiteinheit durch miteinander gekoppelte Steuermittel gemeinsam gesteuert werden.
DE19651567793 1965-08-07 1965-08-07 Verfahren zum Destillieren von Flusssaeure Pending DE1567793A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2473898A1 (fr) * 1980-01-23 1981-07-24 Bljum Grigory Procede d'epuration des impuretes contenues dans une solution aqueuse d'un corps gazeux
DE10221113B4 (de) * 2002-05-06 2013-04-04 Fluorchemie Gmbh Frankfurt Verfahren zur Herstellung hochreiner Flusssäure

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2473898A1 (fr) * 1980-01-23 1981-07-24 Bljum Grigory Procede d'epuration des impuretes contenues dans une solution aqueuse d'un corps gazeux
DE10221113B4 (de) * 2002-05-06 2013-04-04 Fluorchemie Gmbh Frankfurt Verfahren zur Herstellung hochreiner Flusssäure

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