專利名稱：超高純磷酸的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磷酸的生產(chǎn)方法，特別是用于微電子工業(yè)的超高純磷酸的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
超高純磷酸大量用于集成電路制造和TFT-LCD液晶顯示器的生產(chǎn)。純度要求SO4-2≤10ppm，NO3-2≤5Pppm，Cl≤0.5ppm，Al≤50ppb，As20ppb，Sb≤200ppb，Ba≤20ppb，Cr≤50ppb，Cd≤50ppb，Ca≤50ppb，Co≤50ppb，Cu≤50ppb，Au≤20ppb，F(xiàn)e≤100ppb，Pb≤50ppb，Li≤50ppb，Mg≤50ppb，Mn≤30ppb，Ni≤50ppb，K≤100ppb，Ag≤30ppb，Na≤200ppb，Sr≤50ppb，Zn≤20ppb。目前，在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有制取超高純磷酸的生產(chǎn)工藝，較多的是食品級(jí)磷酸的生產(chǎn)工藝，制取食品級(jí)高純磷酸的方法如濕法磷酸凈化精制法、熱法磷酸凈化法、結(jié)晶法制純磷酸、電解凈化法和離子交換及電滲法等，以上方法皆以工業(yè)熱法磷酸或濕法磷酸為原料，制成的磷酸質(zhì)量指標(biāo)為SO4-2≤50ppm，F(xiàn)e≤20000pp，As≤100ppb，Pb≤3000ppb，Cu≤100ppb，Cr≤500ppb，Ni≤200ppb。所以均不能達(dá)到微電子工業(yè)用的要求，特別是超大規(guī)模集成電路和TFT-LCD的要求；在國(guó)外也有用磷酸制備超高純磷酸的技術(shù)，但是均采用多道工序提純的方法進(jìn)行，不是直接生產(chǎn)獲得，這樣的問(wèn)題是生產(chǎn)工藝過(guò)多、產(chǎn)品成本增加、產(chǎn)品昂貴，質(zhì)量難于得到有效控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種超高純磷酸的生產(chǎn)方法，特別是用于微電子工業(yè)的超高純磷酸的生產(chǎn)方法，這種方法直接就用磷酸制備，工藝簡(jiǎn)單、操作方便、質(zhì)量便于控制、成品價(jià)格低廉；其制得的超高純磷酸單項(xiàng)非金屬雜質(zhì)最高含量不大于10ppm，單項(xiàng)金屬雜質(zhì)最高含量不大于100ppb，質(zhì)量符合超大規(guī)模集成電路和TFT-LCD等制造過(guò)程的品質(zhì)要求。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的它采用電子級(jí)黃磷或紅磷作為原料，將電子級(jí)黃磷或紅磷送入燃燒爐，同時(shí)通入經(jīng)化學(xué)處理和過(guò)濾器過(guò)濾的過(guò)量空氣，使其充分燃燒，將產(chǎn)生的氣態(tài)P2O5通入吸收塔中，在吸收塔中采用純凈水進(jìn)行循環(huán)吸收，當(dāng)循環(huán)吸收的磷酸濃度達(dá)到85.0％-87.0％后送入成品槽，在整體不大于千級(jí)、局部不大于百級(jí)的凈化環(huán)境下過(guò)濾、檢測(cè)、包裝。
所采用的電子級(jí)黃磷或紅磷其純度不小于99.999％(5N)。包裝容器、設(shè)備和管道的材料采用純聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或石英玻璃。吸收塔是用高純石英玻璃制作的。通入的空氣經(jīng)過(guò)酸溶液和堿溶液的洗滌并用微米過(guò)濾器過(guò)濾。所采用的吸收用水達(dá)到GB6682-92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一級(jí)或二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。循環(huán)池、過(guò)濾和灌裝在百級(jí)凈化環(huán)境下操作。洗滌空氣用的酸溶液是硫酸溶液，堿溶液是氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。微米過(guò)濾器是0.1-1微米的過(guò)濾器。上述技術(shù)方案，由于原料采用電子級(jí)黃磷或紅磷、高純水和空氣，過(guò)程又嚴(yán)格控制。所以生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量好、穩(wěn)定性好、且容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品升級(jí)，易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。該工藝與用工業(yè)濕法磷酸或熱法磷酸為原料通過(guò)化學(xué)和物理方法凈化工藝相比較，減少了許多凈化過(guò)程，解決了濃磷酸粘度大不好過(guò)濾和磷酸不能精餾提純的難題；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作方便、質(zhì)量便于控制、成品價(jià)格大大低于國(guó)外同類產(chǎn)品的價(jià)格，目前已經(jīng)開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)，解決了我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)該產(chǎn)品一直要依賴進(jìn)口的情況。
本發(fā)明的創(chuàng)造性在于本發(fā)明是直接就生產(chǎn)出最終產(chǎn)品的技術(shù)；發(fā)明人大量的實(shí)驗(yàn)證明假如原料選用99.999％(5N)以下的則不能直接生產(chǎn)出滿足要求的產(chǎn)品；假如不用酸堿對(duì)其進(jìn)行洗滌則空氣中的雜質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量；由于本產(chǎn)品具有腐蝕性，所以設(shè)備、管道、泵和包裝容器材質(zhì)使用的材料如果不按照選定的使用則會(huì)造成二次污染同時(shí)影響成品質(zhì)量！對(duì)于具體指標(biāo)的確定，發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到低于選定的技術(shù)參數(shù)則難于生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，假如高于選定的技術(shù)參數(shù)，盡管能夠生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，但是從經(jīng)濟(jì)上計(jì)算并不合理。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例1將1000公斤電子級(jí)黃磷，純度為6N級(jí)99.9999％(其中As≤60ppb，S≤100ppb，F(xiàn)e≤80ppb，Cu≤60ppb，Cr≤60ppb，Mn≤60ppb，Zn≤50ppb)用泵送入燃燒爐，同時(shí)通入經(jīng)酸堿洗滌(用硫酸和氫氧化鈉溶液進(jìn)行洗滌、酸堿濃度沒(méi)有特別的要求)和市售0.1微米過(guò)濾器過(guò)濾的過(guò)量空氣，使黃磷充分燃燒，產(chǎn)生的氣態(tài)P2O5在用石英玻璃制作的吸收塔中用達(dá)到GB6682-92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一級(jí)純凈水循環(huán)吸收(循環(huán)池須在百級(jí)超凈室內(nèi))，直至磷酸濃度達(dá)到85.0％-87.0％后，泵入成品槽，在整體千級(jí)，局部百級(jí)的凈化環(huán)境下，進(jìn)行灌裝，產(chǎn)品用純聚丙烯容器包裝，可得超高純磷酸3510公斤。產(chǎn)品用ICP-MS檢測(cè)其中的Cl、Al、Sb、As、Ba、B、Cd、Ca、Cr、Co、Cu、Au、Fe、Pb、Li、Mg、Mn、Ni、K、Si、Te、Zn含量，用CS-444檢測(cè)其中S的含量。結(jié)果如下NO3≤4ppm，SO4≤6ppb，F(xiàn)e≤37ppb，Cu≤21ppb，Cr≤19ppb，Mn≤32ppb，Zn≤11，Al≤34ppb，Au≤9ppb，As≤19ppb，Ba≤33ppb，Ca≤100ppb，Co≤27ppb，Pb≤41，Mg≤28ppb，Ni≤30ppb，Li≤29ppb，Sb≤65ppb，Cd≤48ppb，k≤147ppb，Na≤160ppb，Sr≤5ppb，Ti≤40ppb。
本發(fā)明的實(shí)施例2將100公斤電子級(jí)紅磷(純度為5N級(jí)99.999％，其中As≤150ppb，S≤200ppb，F(xiàn)e≤500ppb，Cu≤200ppb，Cr≤150ppb，Mn≤150ppb，Zn≤50ppb)送入燃燒爐，然后通入經(jīng)化學(xué)吸收和市售的1微米過(guò)濾器過(guò)濾的過(guò)量空氣，使紅磷充分燃燒，產(chǎn)生的氣態(tài)P2O5在吸收塔中用達(dá)到GB6682-92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二級(jí)純凈水循環(huán)吸收(循環(huán)池須在百級(jí)超凈室內(nèi))，直至磷酸濃度達(dá)到85.0％-87.0％后，泵入成品槽，在整體千級(jí)，局部百級(jí)的凈化環(huán)境下進(jìn)行灌裝，成品用純聚乙烯容器包裝，可得超高純磷酸347公斤。其產(chǎn)品質(zhì)量如下產(chǎn)品用ICP-MS檢測(cè)其中的Cl、Al、Sb、As、Ba、B、Cd、Ca、Cr、Co、Cu、Au、Fe、Pb、Li、Mg、Mn、Ni、K、Si、Te、Zn含量，用CS-444檢測(cè)其中S的含量。結(jié)果如下NO3≤5ppm，SO4≤12ppm，F(xiàn)e≤500ppb，Cu≤50ppb，Cr≤100ppb，Mn≤100ppb，Zn≤50，Al≤140ppb，Au≤45ppb，As≤89ppb，Ba≤97ppb，Ca≤600ppb，Co≤46ppb，Pb≤174ppb，Mg≤138ppb，Ni≤140ppb，Li≤29ppb，Sb≤65ppb，Cd≤98ppb，k≤347ppb，Na≤560ppb，Sr≤100ppb，Ti≤122pp。
本發(fā)明的實(shí)施例3將純度為99.999％的電子級(jí)黃磷1000公斤送入燃燒爐，同時(shí)通入經(jīng)過(guò)酸溶液和堿溶液洗滌并用0。1微米過(guò)濾器過(guò)濾的過(guò)量空氣，使其充分燃燒，將產(chǎn)生的氣態(tài)P2O5通入吸收塔中，在吸收塔中采用純凈水進(jìn)行循環(huán)吸收，當(dāng)循環(huán)吸收的磷酸濃度達(dá)到85.0％就可以送入成品槽，在整體不大于千級(jí)、局部不大于百級(jí)的凈化環(huán)境下過(guò)濾、檢測(cè)、包裝；本實(shí)施例中包裝容器、設(shè)備和管道的材料采用純聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或石英玻璃；吸收塔是用高純石英玻璃制作的。所采用的吸收用水達(dá)到GB6682-92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。循環(huán)池、過(guò)濾和灌裝在百級(jí)凈化環(huán)境下操作。洗滌空氣用的酸溶液是硫酸溶液，堿溶液是氫氧化鈉溶液。洗滌的順序沒(méi)有影響，可以先酸洗后堿洗，也可以反過(guò)來(lái)。微米過(guò)濾器是市售產(chǎn)品。本工藝中所有使用的設(shè)備、材料均可以在市場(chǎng)上購(gòu)買得到。
本發(fā)明的實(shí)施例4將純度為99.99999％的電子級(jí)紅磷10000公斤送入燃燒爐，同時(shí)通入經(jīng)化學(xué)處理和過(guò)濾器過(guò)濾的過(guò)量空氣，使其充分燃燒，將產(chǎn)生的氣態(tài)P2O5通入吸收塔中，在吸收塔中采用純凈水進(jìn)行循環(huán)吸收，當(dāng)循環(huán)吸收的磷酸濃度達(dá)到87.0％后送入成品槽，在整體不大于千級(jí)、局部不大于百級(jí)的凈化環(huán)境下過(guò)濾、檢測(cè)、包裝。吸收塔、包裝容器、設(shè)備和管道的材料采用石英玻璃制作。通入的空氣經(jīng)過(guò)酸溶液和堿溶液的洗滌并用微米過(guò)濾器過(guò)濾。所采用的吸收用水達(dá)到GB6682-92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。循環(huán)池、過(guò)濾和灌裝在百級(jí)凈化環(huán)境下操作。洗滌空氣用的酸溶液是硫酸溶液，堿溶液是氫氧化鉀溶液。微米過(guò)濾器是0.5微米的過(guò)濾器。
權(quán)利要求
1.一種超高純磷酸的生產(chǎn)方法，其特征在于它采用電子級(jí)黃磷或紅磷作為原料，將電子級(jí)黃磷或紅磷送入燃燒爐，同時(shí)通入經(jīng)化學(xué)處理和過(guò)濾器過(guò)濾的過(guò)量空氣，使其充分燃燒，將產(chǎn)生的氣態(tài)P2O5通入吸收塔中，在吸收塔中采用純凈水進(jìn)行循環(huán)吸收，當(dāng)循環(huán)吸收的磷酸濃度達(dá)到85.0％-87.0％后送入成品槽，在整體不大于千級(jí)、局部不大于百級(jí)的凈化環(huán)境下過(guò)濾、檢測(cè)、包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高純磷酸的生產(chǎn)方法，其特征在于所采用的電子級(jí)黃磷或紅磷其純度不小于99.999％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高純磷酸的生產(chǎn)方法，其特征在于包裝容器、設(shè)備和管道的材料采用純聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或石英玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高純磷酸的生產(chǎn)方法，其特征在于吸收塔是用高純石英玻璃制作的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高純磷酸的生產(chǎn)方法，其特征在于通入的空氣經(jīng)過(guò)酸溶液和堿溶液的洗滌并用微米過(guò)濾器過(guò)濾。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高純磷酸的生產(chǎn)方法，其特征在于所采用的吸收用水達(dá)到GB6682-92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一級(jí)或二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高純磷酸的生產(chǎn)方法，其特征在于循環(huán)池、過(guò)濾和灌裝在百級(jí)凈化環(huán)境下操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超高純磷酸的生產(chǎn)方法，其特征在于洗滌空氣用的酸溶液是硫酸溶液，堿溶液是氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超高純磷酸的生產(chǎn)方法，其特征在于微米過(guò)濾器是0.1-1微米的過(guò)濾器。
全文摘要
本發(fā)明是一種超高純磷酸的生產(chǎn)工藝，該工藝將電子級(jí)黃磷或紅磷(純度≥5N)進(jìn)經(jīng)過(guò)燃燒、吸收、一次性合成微電子工業(yè)用超高純磷酸，其單項(xiàng)金屬雜質(zhì)最高含量不大于100ppb，非金屬雜質(zhì)不大于10ppm；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作方便、質(zhì)量便于控制、成品價(jià)格大大低于國(guó)外同類產(chǎn)品的價(jià)格，目前已經(jīng)開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)，解決了我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)該產(chǎn)品一直要依賴進(jìn)口的情況。
文檔編號(hào)C01B25/00GK1724341SQ20051000311
公開(kāi)日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月23日
發(fā)明者吳展平 申請(qǐng)人:吳展平