一种超纯硫酸的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超纯化学品制备技术领域，特别是涉及一种超低二氧化硫含量的超纯 硫酸的制备方法。
【背景技术】
[0002] 超纯硫酸又称高纯硫酸、电子级硫酸，属于超净高纯试剂，是半导体行业常用的八 大超纯化学材料之一，也是微电子技术发展过程中不可缺少的关键基础化学试剂之一。超 纯硫酸的消耗量位居1C行业第一，广泛应用于半导体、超大规模集成电路的装配和加工过 程，主要用于硅晶片的扩散、腐蚀、清洗等工艺，可有效除去晶片上的杂质颗粒、无机残留物 和碳沉积物。电子级硫酸的纯度和洁净度对电子元件的成品率、电性能及可靠性有着重要 的影响。
[0003] 现有技术中，超纯硫酸的制备方法主要由精馏法和气体吸收法。其中，精馏法能耗 大，成本高，有些杂质难以除去，产生的废气、酸雾对人体有害，不利于环境保护，只适合于 小规模生产。而气体吸收法是提纯三氧化硫气体，然后再用超纯水或洗硫酸吸收制得超纯 硫酸，该法可以有效避免精馏法存在的上述缺点，但现有气体吸收法不能有效去除二氧化 硫气体，使制备的硫酸中含有一定量的微量二氧化硫杂质，影响硫酸的性能。
【发明内容】
[0004] 本发明主要解决的技术问题是提供一种超纯硫酸的制备方法，能够有效去除微量 二氧化硫杂质，解决现有超纯硫酸制备中存在的上述问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种超纯硫酸的制备 方法，以发烟硫酸为原料，包括如下步骤： (1) 蒸馏:将发烟硫酸在一定压力下通入热交换器中，加热蒸馏，得到气化的三氧化硫 气体和发烟硫酸回收液； (2) 净化过滤:将步骤(1)中得到的三氧化硫气体通入分离器中去除颗粒杂质； (3) 分离三氧化硫液体:将步骤（2)中过滤除杂后的三氧化硫气体依次经冷却和冷凝 后，得到三氧化硫液体和气体杂质； (4) 二次蒸发:将步骤(3)中得到的三氧化硫液体通入蒸发器中进行二次蒸发气化，得 到三氧化硫气体； (5) 多级吸收:经步骤(4)中得到的三氧化硫气体通入吸收塔，并用超纯水进行多级吸 收，得到硫酸溶液； (6) 汽提塔除杂:将步骤(5)中得到的硫酸溶液栗入汽提塔内，以洁净的空气为汽提介 质，去除硫酸溶液中的二氧化硫； (7) 成品：将步骤(6)中经汽提塔除杂后的硫酸溶液经冷凝器冷却后得到所述超纯硫 酸;所述超纯硫酸中，大于等于〇. 5μπι颗粒浓度小于5p/ml，大于等于0.2μπι颗粒浓度小于100 p/ml，单项金属离子含量小于0. lppb，二氧化硫含量小于3ppm。
[0006] 在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1)中，所述压力为0.15~0.2MPa;所述加 热蒸馏的温度为45~50°C ;所述加热蒸馏的热源为水蒸气。
[0007] 在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1)中，所述发烟硫酸中三氧化硫的质量浓 度为30%，所述发烟硫酸回收液中，三氧化硫的质量浓度为20%。
[0008] 在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(4)中，所述二次蒸发的温度为55~65°C; 所述二次蒸发的热源为热酸溶液。
[0009] 在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(5)中，所述多级吸收的温度为0~5°C，所 述吸收塔为单塔多级吸收塔，其内衬均为PFA材质。
[0010] 本发明的有益效果是:本发明一种超纯硫酸的制备方法，工艺简单，能耗低，其先 通过合理的提纯除杂工艺，得到纯净的三氧化硫气体，再通过多级吸收和气提，得到ppt级 超纯硫酸，有效控制了超纯硫酸中微量二氧化硫杂质的含量，为新一代超纯硫酸的生产奠 定了基础。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明一种超纯硫酸的制备方法所用生产设备的连接示意图； 附图中各部件的标记如下：1.原料罐，2.热交换器，3.汽化器，4.回收罐，5.分离器，6. 冷却器，7.冷凝器，8.液态三氧化硫容置槽，9.混合酸槽，10.蒸发器，11.酸加热器，12.热酸 槽，13.吸收塔，14.汽提塔，15.存储槽。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0013 ]请参阅图1和图2，本发明实施例包括： 本发明以发烟硫酸厂吸收熔融硫制备的三氧化硫质量浓度为30%的发烟硫酸为原料， 经分离提纯出纯净的三氧化硫气体，再用超纯水吸收，制备出电子级超纯硫酸溶液。具体实 施步骤及所用设备如下。
[0014] 实施例1 (1) 蒸馏:将发烟硫酸在〇.15MPa的压力下从原料罐1通入热交换器2中，该热交换器2与 汽化器3连通，并以汽化器3内产生的水蒸气为加热介质，调整汽化器3中水蒸气的流量，使 热交换器2中的加热蒸馏温度为45°C，在热作用下，三氧化硫部分气化，剩余的发烟硫酸回 流至回收罐4中，其中三氧化硫的质量浓度为20%; (2) 净化过滤:步骤(1)中得到的三氧化硫气体通入分离器5中去除颗粒杂质； (3 )分离三氧化硫液体:将步骤(2 )中过滤除杂后的三氧化硫气体依次通过温度为20~ 40 °C的冷却器6和温度为5~15 °C的冷凝器7中进行两级冷却，使三氧化硫冷却为液体并流 入液态三氧化硫容置槽8内，余下的气体部分通入混合酸槽9吸收;该过程的主要目的是去 除三氧化硫气体中混入的微量二氧化硫气体杂质； (4)二次蒸发:将步骤(3)中得到的三氧化硫液体通入蒸发器10中，并以酸加热器11和 热酸槽12形成循环加热回路，通过酸加热器11控制热源(酸溶液）的温度为55°C，从而使液 态三氧化硫气化，实现陈杂分离，得到纯净的三氧化硫气体； (5) 多级吸收:将步骤(4)二次蒸发得到的三氧化硫气体通入吸收塔13内，用冰盐水控 制吸收温度，在〇 °C下，用超纯水进行多级吸收，得到硫酸溶液； (6) 汽提塔除杂:将步骤(5)中得到的硫酸溶液栗入汽提塔14内，以洁净的空气为汽提 介质，去除硫酸溶液中的二氧化硫； (7) 成品：将步骤(6)中经汽提塔14除杂后的硫酸溶液经冷凝器冷却后流入存储槽15 内，得到所述超纯硫酸。
[0015] 实施例2 (1) 蒸馏:将发烟硫酸在〇.2MPa的压力下从原料罐1通入热交换器2中，该热交换器2与 汽化器3连通，并以汽化器3内产生的水蒸气为加热介质，调整汽化器3中水蒸气的流量，使 热交换器2中的加热蒸馏温度为50°C，在热作用下，三氧化硫部分气化，剩余的发烟硫酸回 流至回收罐4中，其中三氧化硫的质量浓度为20%; (2) 净化过滤:步骤(1)中得到的三氧化硫气体通入分离器5中去除颗粒杂质； (3) 分离三氧化硫液体:将步骤(2)中过滤除杂后的三氧化硫气体先通入温度为20~40 °(：的冷却器6,再通入5~15°C的冷凝器7中进行两级冷却，使三氧化硫冷却为液体并流入液 态三氧化硫容置槽8内，余下的气体部分通入混合酸槽9吸收；该过程的主要目的是去除三 氧化硫气体中混入的微量二氧化硫气体杂质； (4) 二次蒸发:将步骤(3)中得到的三氧化硫液体通入蒸发器10中，并以酸加热器11和 热酸槽12形成循环加热回路，通过酸加热器11控制热源(酸溶液）的温度为65°C，从而使液 态三氧化硫气化，实现陈杂分离，得到纯净的三氧化硫气体； (5) 多级吸收:将步骤(4)二次蒸发得到的三氧化硫气体通入吸收塔13内，用冰盐水控 制吸收温度，在5 °C下，用超纯水进行多级吸收，得到硫酸溶液； (6) 汽提塔除杂:将步骤(5)中得到的硫酸溶液栗入汽提塔14内，以洁净的空气为汽提 介质，去除硫酸溶液中的二氧化硫； (7) 成品:将步骤(6)中经汽提塔14除杂后的硫酸溶液经冷凝器15冷却后流入存储槽16 内，得到所述超纯硫酸。
[0016] 上述实施例中所用设备，如与硫酸溶液直接接触的存储槽、热交换器、蒸发器、吸 收塔和汽提塔，其内衬均为PFA材质。
[0017] 上述实施例得到的超纯硫酸中，经检测分析:大于等于0.5μπι颗粒浓度小于5p/ml， 大于等于〇. 2μηι颗粒浓度小于100 p/ml，单项金属离子含量小于0. lppb，二氧化硫含量小于 3ppm〇
[0018] 具体各杂质元素含量如下表：
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说 明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领 域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种超纯硫酸的制备方法，以发烟硫酸为原料，其特征在于，包括如下步骤： (1) 蒸馏:将发烟硫酸在一定压力下通入热交换器中，加热蒸馏，得到气化的三氧化硫 气体和发烟硫酸回收液； (2) 净化过滤:将步骤(1)中得到的三氧化硫气体通入分离器中去除颗粒杂质； (3) 分离三氧化硫液体：将步骤（2)中过滤除杂后的三氧化硫气体依次经冷却和冷凝 后，得到三氧化硫液体和气体杂质； (4) 二次蒸发:将步骤(3)中得到的三氧化硫液体通入蒸发器中进行二次蒸发气化，得 到三氧化硫气体； (5) 多级吸收:经步骤(4)中得到的三氧化硫气体通入吸收塔，并用超纯水进行多级吸 收，得到硫酸溶液； (6) 汽提塔除杂:将步骤(5)中得到的硫酸溶液栗入汽提塔内，以洁净的空气为汽提介 质，去除硫酸溶液中的二氧化硫； (7) 成品：将步骤(6)中经汽提塔除杂后的硫酸溶液经冷凝器冷却后得到所述超纯硫 酸;所述超纯硫酸中，大于等于〇. 5μπι颗粒浓度小于5p/ml，大于等于0.2μπι颗粒浓度小于100 p/ml，单项金属离子含量小于0. lppb，二氧化硫含量小于3ppm。2. 根据权利要求1所述的超纯硫酸的制备方法，其特征在于，所述步骤（1)中，所述压力 为0.15~0.2MPa;所述加热蒸馏的温度为45~50°C ;所述加热蒸馏的热源为水蒸气。3. 根据权利要求1所述的超纯硫酸的制备方法，其特征在于，所述步骤（1)中，所述发烟 硫酸中三氧化硫的质量浓度为30%，所述发烟硫酸回收液中，三氧化硫的质量浓度为20%。4. 根据权利要求1所述的超纯硫酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述二次 蒸发的温度为55~65°C ;所述二次蒸发的热源为热酸溶液。5. 根据权利要求1所述的超纯硫酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述多级 吸收的温度为〇~5°C，所述吸收塔为单塔多级吸收塔，其内衬均为PFA材质。
【专利摘要】本发明公开了一种超纯硫酸的制备方法，以发烟硫酸为原料，包括如下步骤：（1）蒸馏；（2）净化过滤；（3）分离三氧化硫液体；（4）二次蒸发；（5）多级吸收；（6）汽提塔除杂；（7）成品。本发明的超纯硫酸中，大于等于0.5μm颗粒浓度小于5p/ml，大于等于0.2μm颗粒浓度小于100？p/ml，单项金属离子含量小于0.1ppb，二氧化硫含量小于3ppm。本发明一种超纯硫酸的制备方法，工艺简单，能耗低，其先通过合理的提纯除杂工艺，得到纯净的三氧化硫气体，再通过多级吸收和气提，得到ppt级超纯硫酸，有效控制了超纯硫酸中微量二氧化硫杂质的含量，为新一代超纯硫酸的生产奠定了基础。
【IPC分类】C01B17/765
【公开号】CN105621374
【申请号】CN201610086185
【发明人】阮汝明, 吴国新, 徐驰
【申请人】江苏达诺尔科技股份有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年2月16日