WO1990001365A1

WO1990001365A1 - Zweistufiges oxydierendes gaswaschsystem für kovalente hydride

Info

Publication number: WO1990001365A1
Application number: PCT/DE1989/000529
Authority: WO
Inventors: Werner Fabian
Original assignee: Werner Fabian
Priority date: 1988-08-15
Filing date: 1989-08-10
Publication date: 1990-02-22
Also published as: DE3827996C2; DE3827996A1

Abstract

Bei chemischen Prozessen, insbesondere bei der Herstellung von Bauelementen in der Halbleitertechnologie, basierend auf den Materialsystemen der III-V- und II-VI-Verbindungshalbleiter werden die höchst toxischen Prozeßgase Arsin, Phosphin und Schwefelwasserstoff als Ausgangsprodukte eingesetzt. Diese Gase, allgemein als kovalente Hydride der Pniktide (Pnik. = N, P, As, Sb und Bi) bzw. Chalkogenide (Chal. = O, S, Se, Te und Po) bezeichnet, lassen sich mit dem vorliegenden Verfahren quantitativ und aus reaktions-kinetischer Sicht äußerst rasch aus den verbleibenden Prozeßabgasen entfernen. Die Schadstoffe werden hierbei mittels Periodsäure als Oxidationsmittel in ihre korrespondierenden Oxosäuren überführt. Das Verfahren kann auch bei der Produktion von Bauelementen, basierend in den Materialsystemen der Elementhalbleiter Silizium und Germanium angewandt werden, wo die genannten Gase als Dotierstoffe Verwendung finden. Das sich bei der Entsorgung bildende Iod wird in einer zweiten Gaswaschstufe mittels einer Komproportionierungs-Reaktion mit Lithiumhydroxid in schwerflüchtiges Iodid und Iodat überführt. Lithiumiodat besitzt von allen Iodatsalzen die größte Wasserlöslichkeit und vermeidet somit eine Berstgefahr der eingesetzten Absorbereinheiten.

Description

Zweistufiges oxydierendes Gaswaschsystem

für kovalente Hydride

Beschreibung

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Abgasentgiftung und bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfernung von SchadStoffen aus Prozeßabgasen, insbesonderes von kovalenten Hydriden und Element-organischer Verbindungen, durch deren vollständige Oxidation und Absorption der entstehenden Oxosäuren.

Anwendung findet das Verfahren vorwiegend in der Halblei-tertechnologie. Der Stand der Technik über das Verfahren ist ausführlich im HHI-Patent DE 3342816 C2 beschrieben. Bei dem Verfahren handelt es sich um ein zweistufiges, in Serie geschaltetes Waschsystem, in dessen erster Stufe eine saure Lösung von Bromat oder Iodat bzw elementares Brom oder Iod enthalten ist, wobei letzteren beiden bis jetzt noch nicht zur Anuwendung kamen.

Die zweite Stufe enthält eine Hydroxid-Lösung, wobei in der Regel Natriumhydroxid eingesetzt wird. Entsorgt werden können mit diesem System die kovalenten Hydride der

Elemente der III, IV, V und VI-Hauptgruppe des Periodensystems, sowie Trialkyl-Pniktide (Pnik.= N, P As, Sb, Bi ) sowie die entsprechenden Dialkyl-Chalkogenide (Chal.=0, S, Se, Te, Po).

Die Gase werden hierbei vollständig zu ihren entsprechenden Oxosäuren überführt, wobei sich durch die Oxidation freies flüchtiges Halogen bildet, welches sich in der zweiten Stufe,- gefüllt mit Natron- ouer Kalilauge - durch eine Disproportionierungs-Reaktion in Halogenid und Halogenat der eingesetzten Alkalilauge umbildet. H. keckleben und G. Lockemann "Zeitschrift der anorganischen Chemie, (47), Berlin 1908, Seiten 117 bis 118 berichteten, daß Periodsäure (HIO₄ ) ebenfalls Arsin zu Arsensäure oxidert. Die Reaktion erfolgte jedoch mit geringer Reaktionsgesch-windigkeit als mit Iodsäure, da die beiden Autoren neutrale Kaliumperiodati ösung einsetzten. Da Periodat ebenso den pH-Wert abhängigen Verhältnis des Disproportionie-rungs-Komproportionierungs-Gleichgewicht wie die Iodsäure angehört, liegt für beide der gleiche Reaktionsmechanismus vor und man erhält im sauren Medium die gleichen Reaktionsverhältnisesse sowohl für Iodsäure als auch für

Periodsäure!

Folglich erhält man auch den gleichen Reinigungseffekt: Seit der Inbetriebnahme von Abgasreinigungs—Anlagen welche mit Iodsäure betrieben werden, sind mehrere Störfälle in der Form eingetreten, daß die Gaswäscher Überdruck bekamen und zerbarsten.

Eine Erklärung besteht darin, daß diese Anlagen in ihrer zweiten Stufe mit Kalilauge oder Natronlauge betrieben wurden. Die Löslichkeiten der korrospondierenden Iodate sind 9.2 g/100ml für NaIO₃ und 4,74 g/100ml für KIO₃.

Einige Anlagen wurden lange Zeit ohne Lösungswechsel in Betrieb gehalten, so daß sich gesättigte Lösungen bildeten.

Nach Überschreitung der Löslichkeits-Gleichgewichts-Linie, entstanden Kristallite von KIOs bzw. NaIO₃ am Eintauchrohr bedingt durch durch die dort ablaufende Disproportionie-rungs-Reaktion im alkalischen Medium. Dies erhielten laufend neue Nährlösung durch einströmenden Iod-Dampf. Durch die Kristallbildung wurde das Eintauchrohr

verschlossen, es kam zum Überdruck und der Waschtank wurde zerstört!

Lithiumiodat hat eine Löslichkeit von 80,3 g/100ml und somit ist Lithiumhydroxid das höchstlöslichste Hydroxid im ganzen Periodensystem.

Daraus folgt, daß es die beste Lauge für Abgasreinigungs-Systeme, basiernd auf dem lodat— und Periodat—System ist.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen aus Prozeßabgasen, insbesondere von kovalenten Hydriden und Element- organischer Verbindungen, durch vollständige Oxidation und Absorption der entstehenden Verbindungen

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in einer ersten Stufe kovalente Hydride oder Element-organische Verbindungen mittels Periodsäure, eingesetzt in der

Parabzw. Orthoform, in wässriger oder nicht wässriger Lösung, die zu entsorgenden Gase, in einer spontan erfolgenden Reaktion aufoxidiert und vollständig in wasserlösliche Säuren umgesetzt werden und in einer zweiten Waschstufe mittels einer basischen Lösung das in der ersten Stufe entstandene Iod, über eine Disproportionierungs-Reaktion zu lodid und lodat überführt, wobei gelöst saure Gase wie Halogenwasserstoffe, Pseudohalogenwasserstoffe, oder sonstige saure kovalent gebundene Verbindungen, in dieser basischen Stufe ebenfalls über Salzbildung aus dem Prozeßgas unter Bildung schwerflüchtiger Verbindungen entfernt werden.

2. Verfahren zur Vermeidung der Berstgefahr, wenn Iod oder lodat als Oxidationsmittel bei der Entsorgung kovalenter Hydride oder Element-organischer Verbindungen, mittels Gaswäschern eingesetzt werden

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Hydroxid Lithiumhydroxid eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die

Prozeßabgase Hydride der Pniktide oder Chalkogenide enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die

Prozeßabgase Trialkyl-Pniktide oder Dialkyl-Chalkogenide enthalten.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Prozeßabgase saure, chemisch kovalente gebundene Verbindungen, die nicht oxidierbar sind bevorzugt HalogenwasserStoffe enthalten, welche in der zweiten Stufe neutralisiert werden, und somit schwerfluchtige umweltunbedenkliche Salze gebildet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der zweiten Stufe ein Hydroxid eingesetzt wird, wobei bevorzugt Lithiumhydroxid verwandt wird, da dessen lodat die größte Wasserlöslichkeit besitzt, und damit eine Berstgefahr der Gaswäscher vermieden wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere erste Stufen, die jeweils von anderen unabhängigen Prozeßanlagen kommen, auf eine gemeinsame zweite Stufe geleitet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abgase, die die zweite Stufe verlassen, durch einen Kohlefilter gehen.