高纯度硫酸溶液的制备方法及制备系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高纯度硫酸溶液的制备方法，其是将混合溶液依序进行第一预热步骤、第二预热步骤、蒸馏步骤、蒸发步骤去除过氧化氢、水、氧气以及不溶性不纯物后，以获得含有三氧化硫、硫酸以及水的第一气体，并利用硫酸溶液吸收第一气体，以形成浓度至少96重量百分比的高纯度硫酸溶液。本发明还涉及一种用于制备高纯度硫酸溶液的系统，包含原料槽、第一硫酸纯化装置、第二硫酸纯化装置以及收集槽。应用本发明的高纯度硫酸溶液的制备方法不仅减少废液排放，大幅降低硫酸废液处理成本，而且纯化所得的高纯度硫酸溶液又可再利用于半导体产业与其他工业制程中。
【专利说明】高纯度硫酸溶液的制备方法及制备系统
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种硫酸溶液的制备方法，且特别是有关于一种高纯度硫酸溶液的制备方法。本发明还有关于一种用于制备硫酸溶液的系统，且特别是有关于一种用于制备高纯度硫酸溶液的系统。
【背景技术】
[0002]一般半导体产业、液晶显示器、太阳能产业等电子业的基材蚀刻废料中，除了未耗尽的强酸强碱蚀刻液(如硫酸)外，还有从半导体或液晶显示器玻璃基材或太阳能电池元件所蚀刻下来的等不纯污染物质。目前上述产业所产生的蚀刻废液亦常作为废弃物处理，不仅造成环境的严重负担，也不符合经济效益。
[0003]半导体产业制程作业中，是以至少96重量百分比(wt%)的硫酸溶液与30重量百分比的过氧化氢经适当比例混合配置的清洁液，进行晶片清洁的步骤。由于晶片清洁的步骤是于80°C至120°C的温度下进行，会导致清洁液中部分过氧化氢裂解成氧气与水。
[0004]进行晶片清洁的步骤后的硫酸废液，除了由过氧化氢所裂解成的水导致清洁液中硫酸浓度下降之外，还有经过多次清洁步骤后，上述晶片中所含的部份物质会被蚀刻出来并留在硫酸废液中，形成不溶性不纯物。
[0005]目前业界尝试找出处理硫酸废液的方法，然而硫酸废液处理成本过高，所含的杂质甚多，难以回收成符合半导体等电子产业制程需求的高纯度硫酸溶液。
[0006]因此，目前业界尝试找出由硫酸废液制备高纯度硫酸溶液的方法，已知的制备方法是利用真空或减压(低于一大气压)进行蒸馏，由于在气压较低的蒸馏条件下，硫酸的沸点会降低，蒸馏所需温度随的降低，而无法有效完全去除沸点低于硫酸的化合物，以致无法获得纯度较高的硫酸。
[0007]再者，加热至硫酸沸点所产生的硫酸气体，接续利用冷凝装置进行硫酸气体的冷凝作业，由于高温的硫酸气体与冷凝装置的材质接触，硫酸气体易蚀刻冷凝装置的材质，使冷凝装置的材质崩解而污染硫酸气体，以致影响产出的硫酸溶液的纯度。
[0008]有鉴于此，亟需提供一种高纯度硫酸溶液的制备方法，以克服硫酸废液的再利用的问题。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的一个方面在于提供一种高纯度硫酸溶液的制备方法，其是依序进行第一预热步骤、第二预热步骤、蒸馏步骤、蒸发步骤以获得含有三氧化硫(SO3)、硫酸以及水的第一气体，并利用硫酸溶液吸收第一气体，以形成浓度至少96重量百分比的高纯度硫酸溶液，且高纯度硫酸溶液的杂质是不大于0.1十亿分之一摩尔浓度(ppb)。
[0010]其次，本发明的另一方面在于提供一种用于制备高纯度硫酸溶液的系统，其是藉于一大气压下进行加热以获得含有三氧化硫、硫酸以及水的第一气体，并利用硫酸溶液吸收第一气体，以形成浓度至少96重量百分比的高纯度硫酸溶液，且上述的高纯度硫酸溶液的杂质是不大于0.lppb。
[0011]根据本发明的上述方面，提出一种高纯度硫酸溶液的制备方法。在一实施例中，首先，提供混合溶液，其中混合溶液包含硫酸、第一溶液、过氧化氢、水、氧气以及不溶性不纯物，且第一溶液的沸点高于硫酸。
[0012]接着，将混合溶液利用重力流于一大气压下依序进行第一预热步骤、第二预热步骤以及蒸馏步骤，以形成第二溶液，其中第一预热步骤去除过氧化氢、水与氧气，第二预热步骤与蒸馏步骤去除水，第一预热步骤的温度是低于第二预热步骤的温度，且第二预热步骤的温度是低于蒸馏步骤的温度。
[0013]然后，第二溶液进行蒸发步骤，以于高于硫酸的沸点且低于第一溶液的沸点的温度下，去除不溶性不纯物以及第一溶液，并获得第一气体，其中第一气体包含三氧化硫、硫酸以及水。
[0014]随后，利用硫酸溶液吸收第一气体，以形成高纯度硫酸溶液，其中高纯度硫酸溶液的浓度是至少96重量百分比，且上述的高纯度硫酸溶液的杂质是不大于0.lppb。
[0015]根据本发明的其他方面，提供一种用于制备高纯度硫酸溶液的系统，包含原料槽、第一硫酸纯化装置、第二硫酸纯化装置以及收集槽。
[0016]上述的原料槽是用以容置混合溶液，其中原料槽的顶部设有进料口，原料槽的底部设有出料口，出料口是与第一管线连接。
[0017]上述的第一硫酸纯化装置是藉由第一管线与原料槽连接，使混合溶液输入第一硫酸纯化装置，其中第一硫酸纯化装置包含第一预热槽、第二预热槽以及蒸馏塔。第一预热槽是藉由第一管线与原料槽连接。第二预热槽是藉由第二管线与第一预热槽连接，且设于低于第一预热槽的第一高度。蒸馏塔是藉由第三管线与第二预热槽连接，且设于低于第二预热槽的第二高度。
[0018]上述的第二硫酸纯化装置是藉由第四管线与蒸馏塔连接，且设于低于蒸馏塔的第三高度，其中第二硫酸纯化装置包含蒸发塔与吸收塔。蒸发塔是藉由第四管线与蒸馏塔连接，以将第一溶液进行蒸发步骤，而形成第一气体，且第一气体包含三氧化硫、硫酸以及水。吸收塔是藉由第五管线连接至蒸发塔，其中吸收塔包含吸收剂，且吸收剂为硫酸溶液，用以吸收第一气体，并形成浓度是至少96重量百分比的高纯度硫酸溶液，且上述的高纯度硫酸溶液的杂质是不大于0.lppb。
[0019]上述的收集槽是藉由第六管线与吸收塔连接，以收集高纯度硫酸溶液。
[0020]应用本发明的高纯度硫酸溶液的制备方法，其是于一大气压下进行加热以获得含有三氧化硫、硫酸以及水的第一气体，并利用硫酸溶液吸收第一气体，以形成高纯度硫酸溶液。不仅减少废液排放，大幅降低硫酸废液处理成本，而且纯化所得的高纯度硫酸溶液又可再利用于半导体产业与其他工业制程中。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下:
[0022]图1是绘示依照本发明的一实施例的一种高纯度硫酸溶液的制备方法的流程图；
[0023]图2是绘示依照本发明的一实施例的一种用于制备高纯度硫酸溶液的系统的部分示意图；
[0024]其中，符号说明:
[0025]100高纯度硫酸溶液的制备方法110提供一混合溶液
[0026]120进行第一预热步骤130进行第二预热步骤
[0027]140进行蒸馏步骤150进行蒸发步骤形成第一气体
[0028]160利用硫酸溶液吸收第一气体170形成高纯度硫酸溶液
[0029]200系统210原料槽
[0030]210a 进料口210b 出料口
[0031]212出料泵220第一硫酸纯化装置
[0032]222第一预热槽222a第一管线
[0033]224第二预热槽224a第二管线
[0034]226蒸馏塔226a第三管线
[0035]228冷凝装置228a第七管线
[0036]228b第一废液槽228c第二冷却器
[0037]230第二硫酸纯化装置232蒸发塔
[0038]232a第四管线233第二冷却器
[0039]233a第八管线233b第二废液槽
[0040]234吸收塔234a第五管线
[0041]234b热交换器234c浓度控制器
[0042]235循环泵236除气塔
[0043]238第一冷却器240收集槽
[0044]240a第六管线。
【具体实施方式】
[0045]承前所述，本发明提供一种高纯度硫酸溶液的制备方法，其是于一大气压下进行加热以获得含有三氧化硫、硫酸以及水的第一气体，并利用硫酸溶液吸收第一气体，以形成浓度至少96重量百分比的高纯度硫酸溶液。以下配合图1说明本发明一实施例的高纯度硫酸溶液的制备方法。
[0046]高纯度硫酸溶液的制备方法
[0047]请参照图1，其是绘示依照本发明的一实施例的高纯度硫酸溶液的制备方法的流程不意图。
[0048]1.提供混合溶液
[0049]首先，如步骤110所示，提供混合溶液，其中此混合溶液包含硫酸、第一溶液、过氧化氢、水、氧气以及不溶性不纯物，且此第一溶液的沸点高于硫酸的沸点。
[0050]在一实施例中，上述的混合溶液是选自于半导体制程中所产生的硫酸废液。在一例示中，上述的混合溶液是选自于进行晶片清洁的步骤后，含有浓度约60重量百分比的硫酸的清洁废液。在另一例示中，上述的混合溶液是选自于半导体产业、液晶显示器、太阳能产业等电子业的基材蚀刻废料。
[0051 ] 在一实施例中，前述的混合溶液可选择性地加入催化剂材料，以分解过氧化氢，而提升混合溶液中的硫酸浓度，进而可降低后续纯化步骤的能源成本及时间成本。此催化剂材料可抵抗混合溶液中的酸液的腐蚀。此催化剂材料的具体例，如:金属钼催化剂、金属镍催化剂、金属锆催化剂、其他适当的催化剂材料或上述材料的任意组合。
[0052]当上述的混合溶液加入催化剂材料时，催化剂材料分解过氧化氢所产生的氧气须藉由除气装置排出，以避免产生压力，而影响硫酸纯化。
[0053]2.进行第一硫酸纯化步骤
[0054]接着，将上述的混合溶液利用重力流于一大气压下依序进行第一预热步骤、第二预热步骤以及蒸馏步骤，以去除沸点低于硫酸的物质，并形成第二溶液，其中第一预热步骤的温度是低于第二预热步骤的温度，且第二预热步骤的温度是低于蒸馏步骤的温度。
[0055]2.1进行第一预热步骤
[0056]如步骤120所示，进行第一预热步骤，其是将混合溶液于一大气压下加热至少120°C，不仅将过氧化氢裂解成水与氧气，更去除混合溶液中的过氧化氢、水与氧气。
[0057]在一实施例中，于进行第一硫酸纯化步骤前，若混合溶液未加入催化剂材料时，上述的第一预热步骤可选择性地包含添加催化剂材料至混合溶液中的步骤，以分解过氧化氢，而提升混合溶液中硫酸的浓度。此催化剂材料可抵抗混合溶液中的酸液的腐蚀，且于高温环境(即第一预热步骤的温度)中仍可有效分解过氧化氢。此催化剂材料的具体例，如:金属钼催化剂、金属镍催化剂、金属锆催化剂、其他适当的催化剂材料或上述材料的任意组口 ο
[0058]在一例示中，当混合溶液加入催化剂材料时，于120°C下，经过I分钟后，混合溶液中的过氧化氢的残留浓度为9.7%，而硫酸浓度为67%。
[0059]若混合溶液不加入催化剂材料时，于120°C下进行第一预热步骤，经过15分钟后，混合溶液中的过氧化氢的残留浓度约为60%，而硫酸浓度约为67.58%。
[0060]2.2进行第二预热步骤
[0061]然后，如步骤130所示，将上述经第一预热步骤处理的混合溶液进行第二预热步骤。其是将混合溶液于一大气压下加热至160°C至200°C之间，以去除混合溶液中的水，以形成第三溶液，其中第三溶液含有60重量百分比至80重量百分比之间的硫酸。
[0062]在一实施例中，若前述各步骤中的混合溶液不加入催化剂材料时，上述的第二预热步骤可选择性地包含添加催化剂材料至混合溶液中的步骤，以进一步分解混合溶液中残留的过氧化氢，而可提升混合溶液中的硫酸浓度，进而降低下述蒸馏步骤的能源成本及时间成本。
[0063]此催化剂材料可抵抗酸液的腐蚀，且于高温环境(即第二预热步骤的温度)中，此催化剂材料仍可分解过氧化氢。此催化剂材料的具体例如前所述，在此不另赘述。
[0064]2.3进行蒸馏步骤
[0065]之后，如步骤140所示，将上述的第三溶液进行蒸馏步骤。其是将第三溶液于一大气压下加热至340°C至350°C之间，以去除第三溶液中的水，以形成第二溶液，其中第二溶液是含有98重量百分比的硫酸的混合溶液。
[0066]3.进行第二硫酸纯化步骤
[0067]随后，将上述的第二溶液进行第二硫酸纯化步骤，以去除沸点高于硫酸的物质，并以硫酸溶液吸收，以形成浓度至少96重量百分比的高纯度硫酸溶液。
[0068]3.1进行蒸发步骤
[0069]如步骤150所示，将上述的第二溶液进行蒸发步骤。是将第二溶液中的硫酸挥发成第一气体，其中第一气体包含三氧化硫、硫酸以及水，收集第一气体以待后续处理，并去除第二溶液中沸点高于硫酸的第一溶液与不溶性不纯物。
[0070]在一实施例中，上述的第一气体包含28重量百分比的三氧化硫。在另一实施例中、上述的第一气体包含52重量百分比的硫酸。在又一实施例中，上述的第一气体包含20重量百分比的水。
[0071]在一实施例中，蒸发步骤是使硫酸分解成三氧化硫(SO3)与水。在一例示中，上述的蒸发步骤是于一大气压下加热至340°C至350°C之间。在另一例示中，上述的蒸发步骤是于一大气压下加热至340°C至345°C之间。在又一例示中，上述的蒸发步骤是于一大气压下加热至345°C至350°C之间。
[0072]在一实施例中，上述的不溶性不纯物是源自半导体制程中，在清洗晶片步骤，晶片所含的部份物质，例如重金属，有机物等物质会被蚀刻出来并留在硫酸废液中。
[0073]3.2利用硫酸溶液吸收第一气体。
[0074]随即，如步骤160所示，利用浓度是大于96重量百分比的硫酸溶液吸收第一气体，以形成高纯度硫酸溶液。
[0075]在一实施例中，上述的高纯度硫酸溶液的浓度是至少96重量百分比。在一例示中，上述的高纯度硫酸溶液的浓度是96重量百分比至98重量百分比之间。
[0076]在一实施例中，上述的高纯度硫酸溶液所含的杂质是不大于0.1十亿分之一摩尔浓度(ppb)。端视实际需求而异，可为电子级的品质，例如200ppb或其他数值。端视客户需求或不同产品而异，在其他例示中，前述的高纯度硫酸溶液所含的杂质亦可为0.1ppb至100ppb、0.1ppb 至 lppb、Ippb 至 lOppb、1ppb 至 10ppb0
[0077]在一实施例中，上述的杂质可为金属不纯物。在一例示中，上述的金属不纯物可包括但不限于银、招、金、钡、铍、秘、?丐、镉、钴、铬、铜、铁、镓、锗、萊、钾、锂、镁、猛、钥、钠、银、镍、铅、铺、锡、银、钽、钛、I它、f凡、锌、错及其任意组合。
[0078]另外，前述所得高纯度硫酸溶液可视情况选择性进行除气步骤，以去除未被吸收的第一气体。接着，在除气步骤后亦可视情况选择性更进行冷却步骤，以冷却高纯度硫酸溶液。
[0079]值得一提的是，前述所得高纯度硫酸溶液更可选择性进行后处理，以提供半导体产业、液晶显示器、太阳能产业等工业制程所需的硫酸或硫酸系混酸产品。关于硫酸或硫酸系混酸产品可使用已知制程进行，此为本发明所属【技术领域】中任何具有通常知识者所熟知，在此不另赘述。
[0080]用于制备高纯度硫酸溶液的系统
[0081]在一实施例中，上述高纯度硫酸溶液的制备方法可于已知的反应系统或于图2的反应系统200中进行的。以下藉由图2的用于制备高纯度硫酸溶液的系统200为例来说明之。
[0082]请参照图2，其是绘示根据本发明一实施例的用于制备高纯度硫酸溶液的系统示意图。
[0083]本发明此处所称的「混合溶液」主要指进行晶片清洁的步骤后的硫酸废液，或半导体产业、液晶显示器、太阳能产业等电子业的基材蚀刻废料，包含硫酸、沸点高于硫酸的第一溶液、过氧化氢、水、氧气以及不溶性不纯物。
[0084]在一实施例中，图2的反应系统200可包括原料槽210、第一硫酸纯化装置220、第二硫酸纯化装置230以及收集槽240。
[0085]在一实施例中，上述的原料槽210是用以容置混合溶液，其中原料槽210的顶部设有进料口 210a，原料槽的底部设有出料口 210b，出料口 210b是与第一管线222a连接。
[0086]在一实施例中，前述原料槽210中的混合溶液可选择性地加入催化剂材料。当前述的混合溶液加入催化剂材料时，原料槽210须连通一除气装置(图未绘示)，以泄除催化剂材料分解过氧化氢所产生的氧气，而可避免装置中的压力变化，进而影响硫酸纯化的效果O
[0087]在一实施例中，上述原料槽210中的混合溶液的催化剂材料可抵抗酸液的腐蚀。此催化剂材料的具体例，如:金属钼催化剂、金属镍催化剂、金属锆催化剂、其他适当的催化剂材料或上述材料的任意组合。
[0088]在一例示中，原料槽210另设有管路连通，使混合溶液得以注入原料槽210。在另一例示中，原料槽210可设有搅拌设备(图未绘示)。在又一例示中，出料口 210b是设置原料槽210的底部 ，或例如于底部的中央或底部的一侧，以利于混合溶液的排出。
[0089]在一实施例中，上述的第一硫酸纯化装置220是藉由第一管线222a与原料槽210连接，使混合溶液输入第一硫酸纯化装置220。在一例示中，原料槽210与第一硫酸纯化装置220之间另设有出料泵212，使混合溶液输入第一硫酸纯化装置220。在另一例示中，出料泵212可控制混合溶液的流速。
[0090]在一实施例中，上述的第一硫酸纯化装置220包含第一预热槽222、第二预热槽224以及蒸馏塔226。其中第一硫酸纯化装置220的高度由高至低依序为第一预热槽222、第二预热槽224以及蒸馏塔226，以使混合溶液利用重力流通过第一硫酸纯化装置220。并且，第一预热槽222的温度是低于第二预热槽224的温度，以及第二预热槽224的温度是低于蒸懼塔226的温度。
[0091]在一实施例中，上述的第一预热槽222、第二预热槽224以及蒸馏塔226的材料可包括但不限于硼硅玻璃、人工合成石英及其任意组合。
[0092]在一实施例中，上述的第一预热槽222是藉由第一管线222a与原料槽210连接。在一例示中，第一预热槽222的温度是大于120°C，以去除过氧化氢、水与氧气。
[0093]在一实施例中，若原料槽210中的混合溶液不加入催化剂材料时，第一预热槽222中的混合溶液可选择性地加入催化剂材料，以分解过氧化氢，而可提升混合溶液中硫酸的浓度，进而降低纯化制程的能源成本及时间成本。
[0094]前述第一预热槽222中的混合溶液的催化剂材料可抵抗酸液的腐蚀，且于高温(即第一预热槽的设定温度)下，此催化剂材料仍可有效分解混合溶液中的过氧化氢。此催化剂材料的具体例，如:金属钼催化剂、金属镍催化剂、金属锆催化剂、其他适当的催化剂材料或上述材料的任意组合。
[0095]在一例示中，当第一预热槽222中的混合溶液加入催化剂材料时，于120°C下，经过I分钟后，混合溶液中的过氧化氢的残留浓度为9.7%，而硫酸浓度为67%。
[0096]若前述第一预热槽222中的混合溶液未加入催化剂材料时，于120°C下，经过15分钟后，混合溶液中的过氧化氢的残留浓度约为60%，而硫酸浓度约为67.58%。
[0097]在一实施例中，上述的第二预热槽224是藉由第二管线224a与第一预热槽222连接，且设于低于第一预热槽222的第一高度。在一例示中，第二预热槽224的温度是160°C至200°C之间，以去除水，以形成第三溶液，其中第三溶液含有60重量百分比至80重量百分比之间的硫酸。
[0098]在一实施例中，若前述原料槽210或第一预热槽222中的混合溶液不加入催化剂材料时，第二预热槽224中的混合溶液可选择性地加入催化剂材料，以进一步分解混合溶液中残留的过氧化氢，而可提升硫酸的浓度。
[0099]前述第二预热槽224的混合溶液所添加的催化剂材料可抵抗酸液的腐蚀，且于高温(即第二预热槽224的设定温度)下，催化剂材料仍可分解混合溶液中残留的过氧化氢。此催化剂材料的具体例如前所述，在此不另赘述。
[0100]在一实施例中，上述的蒸馏塔226是藉由第三管线226a与第二预热槽224连接，且设于低于第二预热槽224的第二高度。在一例示中，蒸馏塔226的温度是340°C至350°C之间，以去除混合溶液中的水，以形成第二溶液，其中第二溶液是含有98重量百分比硫酸的混合溶液。
[0101]在一实施例中，上述的第一硫酸纯化装置220更包含冷凝装置228，冷凝装置228藉由第七管线228a与第一预热槽222、第二预热槽224以及蒸馏塔226连接，以收集第一预热槽222、第二预热槽224与蒸馏塔226所去除的废气，例如过氧化氢、水、氧气以及沸点低于硫酸的物质等。在一例示中，上述的冷凝装置228可设有第二冷却器228c与第一废液槽228b，以利用第二冷却器228c将废气冷却或形成废液，且储存于第一废液槽228b。
[0102]在一实施例中，上述的第二硫酸纯化装置230是藉由第四管线232a与蒸馏塔226连接，且设于低于蒸馏塔226的第三高度，其中第二硫酸纯化装置230包含蒸发塔232与吸收塔234。
[0103]在一实施例中，上述的蒸发塔232是加热使硫酸气化，部份分解成三氧化硫与水，以去除混合溶液的不溶性不纯物以及沸点高于硫酸的第一溶液。在一例示中，上述的蒸发塔232是于一大气压下加热至340°C至350°C之间。在另一例示中，上述的蒸发塔232是于一大气压下加热至340°C至345°C之间。在另一例示中，上述的蒸发塔232是于一大气压下加热至345°C至350°C之间。
[0104]在一实施例中，上述的蒸发塔232是藉由第四管线232a与蒸馏塔226连接，以将第一溶液进行蒸发步骤，以形成第一气体，且第一气体包含的三氧化硫、硫酸以及水。
[0105]在一实施例中，上述的蒸发塔232可设有第二冷却器233，其中第二冷却器233是藉由第八管线233a与蒸发塔232连接，以收集蒸发塔232所残余的液体，包含不溶性不纯物与第一溶液。在一例示中，上述的第二冷却器233可设有第二废液槽233b，以储存上述的不溶性不纯物与第一溶液。
[0106]在一实施例中，上述的吸收塔234藉由第五管线234a连接至蒸发塔232，其中吸收塔234包含吸收剂，且吸收剂为浓度是大于96重量百分比的硫酸溶液，用以吸收第一气体，并形成浓度是至少96重量百分比的高纯度硫酸溶液。在一例示中，高纯度硫酸溶液的浓度是96重量百分比至98重量百分比之间。
[0107]在一实施例中，上述的吸收塔的材料可包括但不限于铁氟龙(Teflon)。
[0108]在一实施例中，上述的吸收塔234另设有循环泵235、热交换器234b与浓度控制器234c。在一例示中，上述的循环泵235，是用以驱使吸收塔234内的硫酸溶液流动，以吸收第一气体。在又一例示中，热交换器234b是用以调控吸收塔234的温度，以避免吸收塔234温度过高。在另一例示中，浓度控制器234c是用以调控吸收塔234内部的硫酸溶液的液面高度，并且端视客户需求或不同产品而异，输入纯水以调整高纯度硫酸溶液的浓度。
[0109]在一实施例中，上述的收集槽240是藉由第六管线240a与吸收塔234连接，以收集高纯度硫酸溶液。
[0110]在一实施例中，上述的收集槽240与吸收塔234之间更连接除气塔236，以去除未被吸收的第一气体。在一例示中，上述的除气塔236与收集槽240之间更连接第一冷却器238，以冷却高纯度硫酸溶液。
[0111]综言之，本发明的高纯度硫酸溶液的制备方法与其纯化所得的高纯度硫酸溶液具有电子级的品质，可进行后处理，以提供半导体产业、液晶显示器、太阳能产业等工业制程所需的硫酸或硫酸混酸产品。
[0112]惟在此需补充的是，本发明虽以特定化合物、特定制程、特定反应条件、特定应用方式或特定设备等作为例示，说明本发明的高纯度硫酸溶液的制备方法与用于制备高纯度硫酸溶液的系统，惟本发明所属【技术领域】中任何具有通常知识者可知，本发明并不限于此，在不脱离本发明的精神和范围内，本发明的高纯度硫酸溶液的制备方法亦可使用其他的化合物、其他制程、其他反应条件、其他应用方式、其他等级相当的设备等进行。
[0113]综言之，由上述本发明实施方式可知，应用本发明的高纯度硫酸溶液的制备方法，其优点在于藉由于一大气压下进行加热，以获得含有三氧化硫、硫酸以及水的第一气体，并利用硫酸溶液吸收第一气体 ，以形成高纯度硫酸溶液。不仅减少废液排放，大幅降低硫酸废液处理成本，而且纯化所得的高纯度硫酸溶液又可再利用于半导体产业与其他工业制程中。
[0114]其次，于进行蒸馏步骤前，本发明的混合溶液可选择性地加入催化剂材料，以分解过氧化氢，而可提升混合溶液中的硫酸浓度，进而降低后续纯化步骤的能源成本及时间成本。
[0115]虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何在此【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种高纯度硫酸溶液的制备方法，至少包含: 提供一混合溶液，其中所述混合溶液包含硫酸、第一溶液、过氧化氢、水、氧气以及不溶性不纯物，且所述第一溶液的沸点高于硫酸的沸点； 将所述混合溶液利用重力流于一大气压下依序进行第一预热步骤、第二预热步骤以及蒸馏步骤，以形成第二溶液，其中第一预热步骤去除过氧化氢、水与氧气，第二预热步骤与蒸馏步骤去除水，第一预热步骤的温度是低于第二预热步骤的温度，且第二预热步骤的温度是低于蒸馏步骤的温度； 将所述第二溶液进行蒸发步骤，以于高于硫酸的沸点且低于所述第一溶液的沸点的温度下，去除不溶性不纯物以及第一溶液，并获得第一气体，其中所述第一气体包含三氧化硫、硫Ife以及水；以及 利用硫酸溶液吸收所述第一气体，以形成一高纯度硫酸溶液，其中所述硫酸溶液的浓度是大于96重量百分比，所述高纯度硫酸溶液的浓度是至少96重量百分比，且所述高纯度硫酸溶液的杂质是不大于0.1ppb。
2.如权利要求1所述的高纯度硫酸溶液的制备方法，其中所述第一预热步骤的温度是大于120°C，所述第二预热步骤的温度是160°C至200°C之间，所述蒸馏步骤的温度是340°C至350°C之间，且所述蒸发步骤的温度是340°C至350°C之间。
3.如权利要求1所述的高纯度硫酸溶液的制备方法，其中所述混合溶液包含催化剂材料。
4.如权利要求1所述的高纯度硫酸溶液的制备方法，其中所述第一预热步骤包含添加催化剂材料至所述混合溶液中。
5.如权利要求1所述的高纯度硫酸溶液的制备方法，其中所述高纯度硫酸溶液的浓度是96重量百分比至98重量百分比之间。
6.如权利要求1所述的高纯度硫酸溶液的制备方法，在所述硫酸溶液吸收第一气体后，还至少包含除气步骤及冷却步骤，以去除未被吸收的第一气体，并冷却所述高纯度硫酸溶液。
7.一种用于制备高纯度硫酸溶液的系统,包含: 原料槽，以容置一混合溶液，其中所述原料槽的顶部设有进料口，所述原料槽的底部设有出料口，所述出料口是与第一管线连接； 第一硫酸纯化装置，所述第一硫酸纯化装置是藉由第一管线与原料槽连接，使所述混合溶液输入该第一硫酸纯化装置，其中所述第一硫酸纯化装置包含: 第一预热槽，是藉由所述第一管线与所述原料槽连接； 第二预热槽，是藉由第二管线与所述第一预热槽连接，且设于低于第一预热槽的第一高度；以及 蒸馏塔，是藉由第三管线与所述第二预热槽连接，且设于低于第二预热槽的第二高度； 第二硫酸纯化装置，是藉由第四管线与所述蒸馏塔连接，且设于低于蒸馏塔的第三高度，其中所述第二硫酸纯化装置，包含: 蒸发塔，是藉由所述第四管线与所述蒸馏塔连接，以将所述第一溶液进行蒸发步骤，而形成第一气体，所述第一气体包含三氧化硫、硫酸以及水；吸收塔，是藉由第五管线连接至所述蒸发塔，其中所述吸收塔包含吸收剂，且所述吸收剂为硫酸溶液，以吸收所述第一气体，并形成高纯度硫酸溶液，且该高纯度硫酸溶液的浓度是至少96重量百分比；以及 收集槽，藉由第六管线与所述吸收塔连接，以收集所述高纯度硫酸溶液。
8.如权利要求7所述的用于制备高纯度硫酸溶液的系统，其中所述原料槽的混合溶液包含催化剂材料。
9.如权利要求7所述的用于制备高纯度硫酸溶液的系统，其中所述第一预热槽的混合溶液包含催化剂材料。
10.如权利要求7所述的用于制备高纯度硫酸溶液的系统，其中所述第一预热槽的温度是低于所述第二预热槽的温度，且所述第二预热槽的温度是低于所述蒸馏塔的温度。
11.如权利要求7所述的用于制备高纯度硫酸溶液的系统，其中所述混合溶液包含硫酸、第一溶液、过氧化氢、水、氧气以及不溶性不纯物，且所述第一溶液的沸点高于硫酸。
12.如权利要求11所述的用于制备高纯度硫酸溶液的系统，其中所述第一预热槽的温度是大于120°C，所述第二预热槽的温度是160°C至200°C之间，所述蒸馏塔的温度是340°C至350°C之间，且所述蒸发塔的温度是340°C至350°C之间，以去除过氧化氢、水、氧气、所述不溶性不纯物以及第一溶液。
13.如权利要求7所述的用于制备高纯度硫酸溶液的系统，其中所述硫酸溶液的浓度是大于96重量百分比。
14.如权利要求7 所述的用于制备高纯度硫酸溶液的系统，其中所述高纯度硫酸溶液的浓度是96重量百分比至98重量百分比之间。
15.如权利要求7所述的用于制备高纯度硫酸溶液的系统，其中所述吸收塔与所述收集槽之间还连接除气塔，以去除未被吸收的第一气体，且所述除气塔与所述收集槽之间还连接第一冷却器。
【文档编号】C01B17/90GK104129762SQ201410171354
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2013年5月1日
【发明者】窦科帝, 张广诚, 龚月明, 詹宏文, 许韦轩 申请人:联仕电子化学材料股份有限公司