TW201708100A - 一種廢酸液循環使用之製程 - Google Patents

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Abstract

一種廢酸液循環使用之製程，係將無法達到半導體工業要求之一廢酸液經過以下新製程產生符合半導體工業需求之高純度硫酸，供半導體工業使用，步驟包括：將該廢酸液導入一分解爐中，產生SO2氣體；接著將SO2氣體通過一含有一催化劑之轉換塔，使SO2氣體轉換成SO3氣體；接著將SO3氣體移至一吸收塔中與硫酸及水混合，產生一發煙硫酸，再將該發煙硫酸透過薄膜蒸餾法，產生高純度且無金屬之SO3氣體，再加入一惰性氣體，接著將稀釋之SO3氣體與高純度稀硫酸混合，並過濾除去其固體雜質，即得一半導體級硫酸。

Description

一種廢酸液循環使用之製程
本發明係關於一種將半導體工業之廢酸液，回收並重新製成可使用之半導體級硫酸之製程。
硫酸(H2SO4)，係為一種具有高腐蝕性的強礦物酸，對金屬、生物組織及岩石等物質具有腐蝕性。
硫酸之製造為，先於空氣中燃燒硫磺產生二氧化硫(SO2)氣體，經過純化和除去雜質後，讓二氧化硫與氧氣於以五氧化二釩(V2O5)為催化劑的高溫環境中，氧化成三氧化硫(SO3)，之後再用濃硫酸吸收三氧化硫，形成發煙硫酸(H2S2O7，亦寫作H2SO4‧SO3)，最後把發煙硫酸以水稀釋，形成98%的硫酸。
而現今半導體工業在製程中，如晶圓表面處理，會使用大量半導體級硫酸，因而產生大量的廢硫酸液，然而這些廢硫酸液中仍含有50%以上的硫酸、金屬以及其他雜質，若未經處理而直接排放到環境中，不僅對水、土壤以及環境生態造成危害，也形成資源的浪費。
習知廢硫酸液之處理方式有以下幾種：1.中和處理：廢硫酸液經酸鹼中和後以廢水形式排出、2.回收再利用：將廢硫酸液濃縮成工業級硫酸使用、3.衍生利用：將廢硫酸液製成肥料或農藥，如硫酸銨與硫酸銅等。
上述之處理方法，雖可解決部分廢硫酸液問題，然而半導體工業 對半導體級硫酸之需求龐大且源源不絕，因此龐大之廢硫酸液仍會不斷產生，在全球環保意識高漲且認知到地球資源有限的情況下，資源回收循環經濟已成為全世界的潮流趨勢，如何有效利用資源以及循環利用資源，將廢棄物進行資源化再生使用，以解決資源短缺及環境污染之問題，並達到資源永續且符合經濟效益，為當今亟待結解決之重要課題。
本發明之目的在提供一種廢酸液循環使用之製程，係將半導體工業產生之大量一廢酸液經過回收處理後再製得一半導體級硫酸，該半導體級硫酸可直接循環使用於半導體製程，如晶圓表面之處理，故可降低業界對半導體級硫酸之龐大的需求，以及處理該廢酸液之成本，亦減少因廢酸液排放而對環境造成之危害。
該廢酸液係選自廢硫酸、硫化氫、可燃氣體或廢有機溶劑等。
為達上述之目的，本發明之技術手段在於：將該廢酸液導入一分解爐中，加熱後產生SO2，接著透過降溫及純化產生純SO2氣體，並將純SO2氣體通過一轉換塔，該轉換塔中填有一催化劑，使純SO2氣體轉換成SO3氣體；接著將SO3氣體導入一吸收塔中，被該吸收塔中既有之硫酸及水吸收，即得一發煙硫酸，將該發煙硫酸導入薄膜蒸餾器中製得無金屬之高純度SO3氣體，此高純度SO3氣體經一除霧器除去液態硫酸及固體雜質後，再以一惰性氣體稀釋此無金屬之高純度SO3氣體，此稀釋有助於降低殘留在SO3氣體中之SO2氣體，亦可降低後續製程中SO2氣體被高純度稀硫酸溶液吸收之可能性，接著將此SO3氣體導入高純度稀硫酸中，當SO3氣體被高純度稀硫酸吸收後，即產生一高純度硫酸，再將該高純度硫酸過濾並去除其殘留之固體雜質，除去雜質後之該高純度硫酸即成為一 半導體級硫酸，再將該半導體級硫酸導入一產物塔中，於該產物塔中透過一高純度去離子水調整該半導體級硫酸之濃度，調整至符合半導體工業製程所需之濃度。
S1~S8‧‧‧步驟
1‧‧‧廢酸液
2‧‧‧分解爐
3‧‧‧轉換塔
4‧‧‧催化劑
5‧‧‧吸收塔
6‧‧‧水
7‧‧‧發煙硫酸
8‧‧‧惰性氣體
9‧‧‧薄膜蒸餾器
91‧‧‧除霧器
10‧‧‧濾器
11‧‧‧導管
12‧‧‧高純度去離子水
13‧‧‧高純度硫酸
14‧‧‧反應塔
15‧‧‧過濾管
151‧‧‧過濾膜
16‧‧‧產物塔
17‧‧‧半導體級硫酸
第1圖係為本發明之方塊流程圖。
第2圖係為本發明之裝置示意圖。
第3圖係為本發明之裝置部分放大說明示意圖。
為便於 貴審查委員能對本新型之技術手段及運作過程有更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下。
請參閱第1至3圖所示，本發明提供之一種廢酸液循環使用之製程，依據下列步驟流程進行：首先，將一廢酸液1導入一分解爐2中，進行步驟S1，將該廢酸液1加熱至溫度600℃到700℃之間，此時該廢酸液1會生成SO2氣體、氧氣(O2)及水蒸氣(H2O)等；接著進行步驟S2，將步驟S1所產生之SO2氣體降溫至250℃至350℃間，並經過一純化過程除去灰燼微粒及微量之SO3，即得純化之純SO2氣體；接著進行步驟S3，將純SO2氣體通過一轉換塔4，該轉換塔4中填有一催化劑8，當純SO2氣體通過該轉換塔4時會被轉換成SO3氣體；接著進行步驟S4，將步驟S3所產生之SO3氣體移至一吸收塔5中，該SO3氣體會被該吸收塔5中既有之硫酸吸收，產生一發煙硫酸7(Oleum)；接著進行步驟S5，將該發煙硫酸7導入一薄膜蒸餾器9中，利用薄膜蒸餾法於溫度60℃到140℃間再次產生SO3氣體，透過薄膜蒸餾法可產生無金屬之高純度SO3氣體；接著進行步驟S6將該SO3氣體導入一濾器10中，除去殘餘 之液態硫酸及固體雜質；接著進行步驟S8，將SO3氣體透過一導管11導入一反應塔14中，導入該反應塔14中SO3氣體會被該反應塔14中既有之高純度稀硫酸所吸收，即產生一高純度硫酸13，當SO3氣體流經該導管11時，於該導管11中添加1%至50%之一惰性氣體8(步驟S7)，該惰性氣體8則會稀釋SO3氣體中微量之SO2氣體，如此可降低SO2氣體於後續製程中被高純度稀硫酸溶液吸收之可能性；接著於步驟S8中將該高純度硫酸13通過一過濾管15流入一產物塔16中，該過濾管15內設有一過濾膜151，當該高純度硫酸13通過該過濾膜151導入該產物塔16時，即過濾該高純度硫酸13中殘留之固體雜質，去除雜質之該高純度硫酸13即成為一半導體級硫酸17。
透過上述之步驟，可將該廢酸液1製成該半導體級硫酸17，並可重新使用於半導體製程上，如此達到將該半導體級硫酸17循環再使用之目的，而本發明所產生之該半導體級硫酸17之規格詳如附件。
請再參閱第3圖所示，該半導體級硫酸17，可再藉由於該產物塔16中添加1%至50%之一高純度去離子水12，調整該半導體級硫酸17之濃度，以符合半導體工業製程之所需。
其中該廢酸液1係選自廢硫酸、硫化氫、可燃氣體或廢有機溶劑等。
其中，步驟S3中所添加之該催化劑4可為五氧化二釩(Vanadium(V)oxide，V2O5)。
步驟S5係將步驟S4所產生之該發煙硫酸7導入具有一除霧器91之該薄膜蒸餾器9中，藉由薄膜蒸餾法，在60℃到140℃之溫度下將SO3氣體從該發煙硫酸7中分離出來，得到無金屬之高純度SO3氣體，接著於步驟S6中，再將SO3 氣體導入該濾器10中，除去殘餘之液態硫酸及固體雜質。
上述步驟S7中所添加之該惰性氣體8，亦可用高純度的氮氣或空氣取代之。
步驟S8中所產生之該高純度硫酸13，透過該過濾管15導入該產物塔16中，而該過濾管15內所設有之該過濾膜151其孔徑需小於1μm，且其材質可為全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)或是氟化聚烯烴(fluorinated polyolefin)等。
本發明利用半導體工業產生之大量該廢酸液1經過回收處理後再製得該半導體級硫酸17，如此之製程不僅建立了新的循環經濟模型將該廢酸液1再生及再利用使得資源可永續利用，也實踐了綠色環保之生產，同時亦創造新的環保產業，又，透過本發明再製得之該半導體級硫酸17可直接循環使用於半導體工業製程，除了可降低業界對該半導體級硫酸17之需求以及處理該廢酸液1之成本，亦可減少因該廢酸液1排放而對環境造成之危害以及能源之耗損。
上列詳細說明係針對本發明之可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
S1~S8‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種廢酸液循環使用之製程，該製程步驟包括：將一廢酸液導入一分解爐中，將該廢酸液加熱，產生SO2氣體、氧氣及水蒸氣，再將SO2氣體降溫產生純SO2氣體；將純SO2氣體通過一轉換塔，該轉換塔中填有一催化劑，可將純SO2氣體轉換成SO3氣體；將SO3氣體導入一吸收塔中，該SO3氣體會被該吸收塔中所具有之硫酸及水吸收，產生一發煙硫酸；將該發煙硫酸導入具有一除霧器之一薄膜蒸餾器中，利用薄膜蒸餾法再次產生SO3氣體，再將該SO3氣體導入一濾器中，產生高純度且無金屬之SO3氣體；將SO3氣體透過一導管導入一反應塔中，被該反應塔中既有之高純度稀硫酸所吸收，即產生一高純度硫酸，並於該導管中添加一惰性氣體；以及將該高純度硫酸通過一過濾管15過濾，即得一半導體級硫酸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之廢酸液循環使用之製程，其中該廢酸液係選自廢硫酸、硫化氫、可燃氣體以及廢有機溶劑。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之廢酸液循環使用之製程，其中可於一產物塔中添加1%至50%之一高純度去離子水，以調整該半導體級硫酸之濃度，以符合半導體工業製程之所需。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之廢酸液循環使用之製程，其中將該廢酸液加熱之溫度範圍為600℃到700℃。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之廢酸液循環使用之製程，其中將SO2降溫之溫度範圍為250℃至350℃。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之廢酸液循環使用之製程，其中該催化劑可為五氧化二釩(Vanadium(V)oxide)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之廢酸液循環使用之製程，其中薄膜蒸餾法反應之溫度範圍為60℃到140℃。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之廢酸液循環使用之製程，其中該惰性氣體可為高純度的氮氣或空氣，且添加量為1%至50%。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之廢酸液循環使用之製程，其中該過濾管內設有一過濾膜，其孔徑小於1μm。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之廢酸液循環使用之製程，其中該過濾膜之材質可為全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)以及服氟化聚烯烴(fluorinated polyolefin)。
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