专利名称：超高纯磷酸的生产方法
技术领域：
本发明涉及磷酸的生产方法，特别是用于微电子工业的超高纯磷酸的生产方法。
背景技术：
超高纯磷酸大量用于集成电路制造和TFT-LCD液晶显示器的生产。纯度要求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，Fe≤100ppb，Pb≤50ppb，Li≤50ppb，Mg≤50ppb，Mn≤30ppb，Ni≤50ppb，K≤100ppb，Ag≤30ppb，Na≤200ppb，Sr≤50ppb，Zn≤20ppb。目前，在国内还没有制取超高纯磷酸的生产工艺，较多的是食品级磷酸的生产工艺，制取食品级高纯磷酸的方法如湿法磷酸净化精制法、热法磷酸净化法、结晶法制纯磷酸、电解净化法和离子交换及电渗法等，以上方法皆以工业热法磷酸或湿法磷酸为原料，制成的磷酸质量指标为SO4-2≤50ppm，Fe≤20000pp，As≤100ppb，Pb≤3000ppb，Cu≤100ppb，Cr≤500ppb，Ni≤200ppb。所以均不能达到微电子工业用的要求，特别是超大规模集成电路和TFT-LCD的要求；在国外也有用磷酸制备超高纯磷酸的技术，但是均采用多道工序提纯的方法进行，不是直接生产获得，这样的问题是生产工艺过多、产品成本增加、产品昂贵，质量难于得到有效控制。
发明内容
本发明的目的是，提供一种超高纯磷酸的生产方法，特别是用于微电子工业的超高纯磷酸的生产方法，这种方法直接就用磷酸制备，工艺简单、操作方便、质量便于控制、成品价格低廉；其制得的超高纯磷酸单项非金属杂质最高含量不大于10ppm，单项金属杂质最高含量不大于100ppb，质量符合超大规模集成电路和TFT-LCD等制造过程的品质要求。
本发明是这样实现的它采用电子级黄磷或红磷作为原料，将电子级黄磷或红磷送入燃烧炉，同时通入经化学处理和过滤器过滤的过量空气，使其充分燃烧，将产生的气态P2O5通入吸收塔中，在吸收塔中采用纯净水进行循环吸收，当循环吸收的磷酸浓度达到85.0％-87.0％后送入成品槽，在整体不大于千级、局部不大于百级的净化环境下过滤、检测、包装。
所采用的电子级黄磷或红磷其纯度不小于99.999％(5N)。包装容器、设备和管道的材料采用纯聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或石英玻璃。吸收塔是用高纯石英玻璃制作的。通入的空气经过酸溶液和碱溶液的洗涤并用微米过滤器过滤。所采用的吸收用水达到GB6682-92标准规定的一级或二级标准。循环池、过滤和灌装在百级净化环境下操作。洗涤空气用的酸溶液是硫酸溶液，碱溶液是氢氧化钠或氢氧化钾溶液。微米过滤器是0.1-1微米的过滤器。上述技术方案，由于原料采用电子级黄磷或红磷、高纯水和空气，过程又严格控制。所以生产的产品质量好、稳定性好、且容易实现产品升级，易实现规模化生产。该工艺与用工业湿法磷酸或热法磷酸为原料通过化学和物理方法净化工艺相比较，减少了许多净化过程，解决了浓磷酸粘度大不好过滤和磷酸不能精馏提纯的难题；本发明工艺简单、操作方便、质量便于控制、成品价格大大低于国外同类产品的价格，目前已经开始工业化生产，解决了我国长期以来该产品一直要依赖进口的情况。
本发明的创造性在于本发明是直接就生产出最终产品的技术；发明人大量的实验证明假如原料选用99.999％(5N)以下的则不能直接生产出满足要求的产品；假如不用酸碱对其进行洗涤则空气中的杂质会严重影响产品质量；由于本产品具有腐蚀性，所以设备、管道、泵和包装容器材质使用的材料如果不按照选定的使用则会造成二次污染同时影响成品质量！对于具体指标的确定，发明人通过实验得到低于选定的技术参数则难于生产出合格产品，假如高于选定的技术参数，尽管能够生产出合格产品，但是从经济上计算并不合理。
具体实施例方式本发明的实施例1将1000公斤电子级黄磷，纯度为6N级99.9999％(其中As≤60ppb，S≤100ppb，Fe≤80ppb，Cu≤60ppb，Cr≤60ppb，Mn≤60ppb，Zn≤50ppb)用泵送入燃烧炉，同时通入经酸碱洗涤(用硫酸和氢氧化钠溶液进行洗涤、酸碱浓度没有特别的要求)和市售0.1微米过滤器过滤的过量空气，使黄磷充分燃烧，产生的气态P2O5在用石英玻璃制作的吸收塔中用达到GB6682-92标准规定的一级纯净水循环吸收(循环池须在百级超净室内)，直至磷酸浓度达到85.0％-87.0％后，泵入成品槽，在整体千级，局部百级的净化环境下，进行灌装，产品用纯聚丙烯容器包装，可得超高纯磷酸3510公斤。产品用ICP-MS检测其中的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检测其中S的含量。结果如下NO3≤4ppm，SO4≤6ppb，Fe≤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。
本发明的实施例2将100公斤电子级红磷(纯度为5N级99.999％，其中As≤150ppb，S≤200ppb，Fe≤500ppb，Cu≤200ppb，Cr≤150ppb，Mn≤150ppb，Zn≤50ppb)送入燃烧炉，然后通入经化学吸收和市售的1微米过滤器过滤的过量空气，使红磷充分燃烧，产生的气态P2O5在吸收塔中用达到GB6682-92标准规定的二级纯净水循环吸收(循环池须在百级超净室内)，直至磷酸浓度达到85.0％-87.0％后，泵入成品槽，在整体千级，局部百级的净化环境下进行灌装，成品用纯聚乙烯容器包装，可得超高纯磷酸347公斤。其产品质量如下产品用ICP-MS检测其中的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检测其中S的含量。结果如下NO3≤5ppm，SO4≤12ppm，Fe≤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。
本发明的实施例3将纯度为99.999％的电子级黄磷1000公斤送入燃烧炉，同时通入经过酸溶液和碱溶液洗涤并用0。1微米过滤器过滤的过量空气，使其充分燃烧，将产生的气态P2O5通入吸收塔中，在吸收塔中采用纯净水进行循环吸收，当循环吸收的磷酸浓度达到85.0％就可以送入成品槽，在整体不大于千级、局部不大于百级的净化环境下过滤、检测、包装；本实施例中包装容器、设备和管道的材料采用纯聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或石英玻璃；吸收塔是用高纯石英玻璃制作的。所采用的吸收用水达到GB6682-92标准规定的一级标准。循环池、过滤和灌装在百级净化环境下操作。洗涤空气用的酸溶液是硫酸溶液，碱溶液是氢氧化钠溶液。洗涤的顺序没有影响，可以先酸洗后碱洗，也可以反过来。微米过滤器是市售产品。本工艺中所有使用的设备、材料均可以在市场上购买得到。
本发明的实施例4将纯度为99.99999％的电子级红磷10000公斤送入燃烧炉，同时通入经化学处理和过滤器过滤的过量空气，使其充分燃烧，将产生的气态P2O5通入吸收塔中，在吸收塔中采用纯净水进行循环吸收，当循环吸收的磷酸浓度达到87.0％后送入成品槽，在整体不大于千级、局部不大于百级的净化环境下过滤、检测、包装。吸收塔、包装容器、设备和管道的材料采用石英玻璃制作。通入的空气经过酸溶液和碱溶液的洗涤并用微米过滤器过滤。所采用的吸收用水达到GB6682-92标准规定的二级标准。循环池、过滤和灌装在百级净化环境下操作。洗涤空气用的酸溶液是硫酸溶液，碱溶液是氢氧化钾溶液。微米过滤器是0.5微米的过滤器。
权利要求
1.一种超高纯磷酸的生产方法，其特征在于它采用电子级黄磷或红磷作为原料，将电子级黄磷或红磷送入燃烧炉，同时通入经化学处理和过滤器过滤的过量空气，使其充分燃烧，将产生的气态P2O5通入吸收塔中，在吸收塔中采用纯净水进行循环吸收，当循环吸收的磷酸浓度达到85.0％-87.0％后送入成品槽，在整体不大于千级、局部不大于百级的净化环境下过滤、检测、包装。
2.根据权利要求1所述的超高纯磷酸的生产方法，其特征在于所采用的电子级黄磷或红磷其纯度不小于99.999％。
3.根据权利要求1所述的超高纯磷酸的生产方法，其特征在于包装容器、设备和管道的材料采用纯聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或石英玻璃。
4.根据权利要求1所述的超高纯磷酸的生产方法，其特征在于吸收塔是用高纯石英玻璃制作的。
5.根据权利要求1所述的超高纯磷酸的生产方法，其特征在于通入的空气经过酸溶液和碱溶液的洗涤并用微米过滤器过滤。
6.根据权利要求1所述的超高纯磷酸的生产方法，其特征在于所采用的吸收用水达到GB6682-92标准规定的一级或二级标准。
7.根据权利要求1所述的超高纯磷酸的生产方法，其特征在于循环池、过滤和灌装在百级净化环境下操作。
8.根据权利要求5所述的超高纯磷酸的生产方法，其特征在于洗涤空气用的酸溶液是硫酸溶液，碱溶液是氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
9.根据权利要求5所述的超高纯磷酸的生产方法，其特征在于微米过滤器是0.1-1微米的过滤器。
全文摘要
本发明是一种超高纯磷酸的生产工艺，该工艺将电子级黄磷或红磷(纯度≥5N)进经过燃烧、吸收、一次性合成微电子工业用超高纯磷酸，其单项金属杂质最高含量不大于100ppb，非金属杂质不大于10ppm；本发明工艺简单、操作方便、质量便于控制、成品价格大大低于国外同类产品的价格，目前已经开始工业化生产，解决了我国长期以来该产品一直要依赖进口的情况。
文档编号C01B25/00GK1724341SQ20051000311
公开日2006年1月25日 申请日期2005年6月23日 优先权日2005年6月23日
发明者吴展平 申请人:吴展平