一種超純硫酸的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及超純化學品制備技術領域，特別是涉及一種超低二氧化硫含量的超純 硫酸的制備方法。
【背景技術】
[0002] 超純硫酸又稱高純硫酸、電子級硫酸，屬于超凈高純試劑，是半導體行業(yè)常用的八 大超純化學材料之一，也是微電子技術發(fā)展過程中不可缺少的關鍵基礎化學試劑之一。超 純硫酸的消耗量位居1C行業(yè)第一，廣泛應用于半導體、超大規(guī)模集成電路的裝配和加工過 程，主要用于硅晶片的擴散、腐蝕、清洗等工藝，可有效除去晶片上的雜質(zhì)顆粒、無機殘留物 和碳沉積物。電子級硫酸的純度和潔凈度對電子元件的成品率、電性能及可靠性有著重要 的影響。
[0003] 現(xiàn)有技術中，超純硫酸的制備方法主要由精餾法和氣體吸收法。其中，精餾法能耗 大，成本高，有些雜質(zhì)難以除去，產(chǎn)生的廢氣、酸霧對人體有害，不利于環(huán)境保護，只適合于 小規(guī)模生產(chǎn)。而氣體吸收法是提純?nèi)趸驓怏w，然后再用超純水或洗硫酸吸收制得超純 硫酸，該法可以有效避免精餾法存在的上述缺點，但現(xiàn)有氣體吸收法不能有效去除二氧化 硫氣體，使制備的硫酸中含有一定量的微量二氧化硫雜質(zhì)，影響硫酸的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種超純硫酸的制備方法，能夠有效去除微量 二氧化硫雜質(zhì)，解決現(xiàn)有超純硫酸制備中存在的上述問題。
[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是：提供一種超純硫酸的制備 方法，以發(fā)煙硫酸為原料，包括如下步驟： (1) 蒸餾:將發(fā)煙硫酸在一定壓力下通入熱交換器中，加熱蒸餾，得到氣化的三氧化硫 氣體和發(fā)煙硫酸回收液； (2) 凈化過濾:將步驟(1)中得到的三氧化硫氣體通入分離器中去除顆粒雜質(zhì)； (3) 分離三氧化硫液體:將步驟（2)中過濾除雜后的三氧化硫氣體依次經(jīng)冷卻和冷凝 后，得到三氧化硫液體和氣體雜質(zhì)； (4) 二次蒸發(fā):將步驟(3)中得到的三氧化硫液體通入蒸發(fā)器中進行二次蒸發(fā)氣化，得 到三氧化硫氣體； (5) 多級吸收:經(jīng)步驟(4)中得到的三氧化硫氣體通入吸收塔，并用超純水進行多級吸 收，得到硫酸溶液； (6) 汽提塔除雜:將步驟(5)中得到的硫酸溶液栗入汽提塔內(nèi)，以潔凈的空氣為汽提介 質(zhì)，去除硫酸溶液中的二氧化硫； (7) 成品：將步驟(6)中經(jīng)汽提塔除雜后的硫酸溶液經(jīng)冷凝器冷卻后得到所述超純硫 酸;所述超純硫酸中，大于等于〇. 5μπι顆粒濃度小于5p/ml，大于等于0.2μπι顆粒濃度小于100 p/ml，單項金屬離子含量小于0. lppb，二氧化硫含量小于3ppm。
[0006] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述步驟（1)中，所述壓力為0.15~0.2MPa;所述加 熱蒸餾的溫度為45~50°C ;所述加熱蒸餾的熱源為水蒸氣。
[0007] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述步驟（1)中，所述發(fā)煙硫酸中三氧化硫的質(zhì)量濃 度為30%，所述發(fā)煙硫酸回收液中，三氧化硫的質(zhì)量濃度為20%。
[0008] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述步驟(4)中，所述二次蒸發(fā)的溫度為55~65°C; 所述二次蒸發(fā)的熱源為熱酸溶液。
[0009] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述步驟(5)中，所述多級吸收的溫度為0~5°C，所 述吸收塔為單塔多級吸收塔，其內(nèi)襯均為PFA材質(zhì)。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明一種超純硫酸的制備方法，工藝簡單，能耗低，其先 通過合理的提純除雜工藝，得到純凈的三氧化硫氣體，再通過多級吸收和氣提，得到ppt級 超純硫酸，有效控制了超純硫酸中微量二氧化硫雜質(zhì)的含量，為新一代超純硫酸的生產(chǎn)奠 定了基礎。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明一種超純硫酸的制備方法所用生產(chǎn)設備的連接示意圖； 附圖中各部件的標記如下：1.原料罐，2.熱交換器，3.汽化器，4.回收罐，5.分離器，6. 冷卻器，7.冷凝器，8.液態(tài)三氧化硫容置槽，9.混合酸槽，10.蒸發(fā)器，11.酸加熱器，12.熱酸 槽，13.吸收塔，14.汽提塔，15.存儲槽。
【具體實施方式】
[0012] 下面結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能 更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0013 ]請參閱圖1和圖2，本發(fā)明實施例包括： 本發(fā)明以發(fā)煙硫酸廠吸收熔融硫制備的三氧化硫質(zhì)量濃度為30%的發(fā)煙硫酸為原料， 經(jīng)分離提純出純凈的三氧化硫氣體，再用超純水吸收，制備出電子級超純硫酸溶液。具體實 施步驟及所用設備如下。
[0014] 實施例1 (1) 蒸餾:將發(fā)煙硫酸在〇.15MPa的壓力下從原料罐1通入熱交換器2中，該熱交換器2與 汽化器3連通，并以汽化器3內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣為加熱介質(zhì)，調(diào)整汽化器3中水蒸氣的流量，使 熱交換器2中的加熱蒸餾溫度為45°C，在熱作用下，三氧化硫部分氣化，剩余的發(fā)煙硫酸回 流至回收罐4中，其中三氧化硫的質(zhì)量濃度為20%; (2) 凈化過濾:步驟(1)中得到的三氧化硫氣體通入分離器5中去除顆粒雜質(zhì)； (3 )分離三氧化硫液體:將步驟(2 )中過濾除雜后的三氧化硫氣體依次通過溫度為20~ 40 °C的冷卻器6和溫度為5~15 °C的冷凝器7中進行兩級冷卻，使三氧化硫冷卻為液體并流 入液態(tài)三氧化硫容置槽8內(nèi)，余下的氣體部分通入混合酸槽9吸收;該過程的主要目的是去 除三氧化硫氣體中混入的微量二氧化硫氣體雜質(zhì)； (4)二次蒸發(fā):將步驟(3)中得到的三氧化硫液體通入蒸發(fā)器10中，并以酸加熱器11和 熱酸槽12形成循環(huán)加熱回路，通過酸加熱器11控制熱源(酸溶液）的溫度為55°C，從而使液 態(tài)三氧化硫氣化，實現(xiàn)陳雜分離，得到純凈的三氧化硫氣體； (5) 多級吸收:將步驟(4)二次蒸發(fā)得到的三氧化硫氣體通入吸收塔13內(nèi)，用冰鹽水控 制吸收溫度，在〇 °C下，用超純水進行多級吸收，得到硫酸溶液； (6) 汽提塔除雜:將步驟(5)中得到的硫酸溶液栗入汽提塔14內(nèi)，以潔凈的空氣為汽提 介質(zhì)，去除硫酸溶液中的二氧化硫； (7) 成品：將步驟(6)中經(jīng)汽提塔14除雜后的硫酸溶液經(jīng)冷凝器冷卻后流入存儲槽15 內(nèi)，得到所述超純硫酸。
[0015] 實施例2 (1) 蒸餾:將發(fā)煙硫酸在〇.2MPa的壓力下從原料罐1通入熱交換器2中，該熱交換器2與 汽化器3連通，并以汽化器3內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣為加熱介質(zhì)，調(diào)整汽化器3中水蒸氣的流量，使 熱交換器2中的加熱蒸餾溫度為50°C，在熱作用下，三氧化硫部分氣化，剩余的發(fā)煙硫酸回 流至回收罐4中，其中三氧化硫的質(zhì)量濃度為20%; (2) 凈化過濾:步驟(1)中得到的三氧化硫氣體通入分離器5中去除顆粒雜質(zhì)； (3) 分離三氧化硫液體:將步驟(2)中過濾除雜后的三氧化硫氣體先通入溫度為20~40 °(：的冷卻器6,再通入5~15°C的冷凝器7中進行兩級冷卻，使三氧化硫冷卻為液體并流入液 態(tài)三氧化硫容置槽8內(nèi)，余下的氣體部分通入混合酸槽9吸收；該過程的主要目的是去除三 氧化硫氣體中混入的微量二氧化硫氣體雜質(zhì)； (4) 二次蒸發(fā):將步驟(3)中得到的三氧化硫液體通入蒸發(fā)器10中，并以酸加熱器11和 熱酸槽12形成循環(huán)加熱回路，通過酸加熱器11控制熱源(酸溶液）的溫度為65°C，從而使液 態(tài)三氧化硫氣化，實現(xiàn)陳雜分離，得到純凈的三氧化硫氣體； (5) 多級吸收:將步驟(4)二次蒸發(fā)得到的三氧化硫氣體通入吸收塔13內(nèi)，用冰鹽水控 制吸收溫度，在5 °C下，用超純水進行多級吸收，得到硫酸溶液； (6) 汽提塔除雜:將步驟(5)中得到的硫酸溶液栗入汽提塔14內(nèi)，以潔凈的空氣為汽提 介質(zhì)，去除硫酸溶液中的二氧化硫； (7) 成品:將步驟(6)中經(jīng)汽提塔14除雜后的硫酸溶液經(jīng)冷凝器15冷卻后流入存儲槽16 內(nèi)，得到所述超純硫酸。
[0016] 上述實施例中所用設備，如與硫酸溶液直接接觸的存儲槽、熱交換器、蒸發(fā)器、吸 收塔和汽提塔，其內(nèi)襯均為PFA材質(zhì)。
[0017] 上述實施例得到的超純硫酸中，經(jīng)檢測分析:大于等于0.5μπι顆粒濃度小于5p/ml， 大于等于〇. 2μηι顆粒濃度小于100 p/ml，單項金屬離子含量小于0. lppb，二氧化硫含量小于 3ppm〇
[0018] 具體各雜質(zhì)元素含量如下表：

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說 明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領 域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1. 一種超純硫酸的制備方法，以發(fā)煙硫酸為原料，其特征在于，包括如下步驟： (1) 蒸餾:將發(fā)煙硫酸在一定壓力下通入熱交換器中，加熱蒸餾，得到氣化的三氧化硫 氣體和發(fā)煙硫酸回收液； (2) 凈化過濾:將步驟(1)中得到的三氧化硫氣體通入分離器中去除顆粒雜質(zhì)； (3) 分離三氧化硫液體：將步驟（2)中過濾除雜后的三氧化硫氣體依次經(jīng)冷卻和冷凝 后，得到三氧化硫液體和氣體雜質(zhì)； (4) 二次蒸發(fā):將步驟(3)中得到的三氧化硫液體通入蒸發(fā)器中進行二次蒸發(fā)氣化，得 到三氧化硫氣體； (5) 多級吸收:經(jīng)步驟(4)中得到的三氧化硫氣體通入吸收塔，并用超純水進行多級吸 收，得到硫酸溶液； (6) 汽提塔除雜:將步驟(5)中得到的硫酸溶液栗入汽提塔內(nèi)，以潔凈的空氣為汽提介 質(zhì)，去除硫酸溶液中的二氧化硫； (7) 成品：將步驟(6)中經(jīng)汽提塔除雜后的硫酸溶液經(jīng)冷凝器冷卻后得到所述超純硫 酸;所述超純硫酸中，大于等于〇. 5μπι顆粒濃度小于5p/ml，大于等于0.2μπι顆粒濃度小于100 p/ml，單項金屬離子含量小于0. lppb，二氧化硫含量小于3ppm。2. 根據(jù)權利要求1所述的超純硫酸的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)中，所述壓力 為0.15~0.2MPa;所述加熱蒸餾的溫度為45~50°C ;所述加熱蒸餾的熱源為水蒸氣。3. 根據(jù)權利要求1所述的超純硫酸的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)中，所述發(fā)煙 硫酸中三氧化硫的質(zhì)量濃度為30%，所述發(fā)煙硫酸回收液中，三氧化硫的質(zhì)量濃度為20%。4. 根據(jù)權利要求1所述的超純硫酸的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，所述二次 蒸發(fā)的溫度為55~65°C ;所述二次蒸發(fā)的熱源為熱酸溶液。5. 根據(jù)權利要求1所述的超純硫酸的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中，所述多級 吸收的溫度為〇~5°C，所述吸收塔為單塔多級吸收塔，其內(nèi)襯均為PFA材質(zhì)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超純硫酸的制備方法，以發(fā)煙硫酸為原料，包括如下步驟：（1）蒸餾；（2）凈化過濾；（3）分離三氧化硫液體；（4）二次蒸發(fā)；（5）多級吸收；（6）汽提塔除雜；（7）成品。本發(fā)明的超純硫酸中，大于等于0.5μm顆粒濃度小于5p/ml，大于等于0.2μm顆粒濃度小于100？p/ml，單項金屬離子含量小于0.1ppb，二氧化硫含量小于3ppm。本發(fā)明一種超純硫酸的制備方法，工藝簡單，能耗低，其先通過合理的提純除雜工藝，得到純凈的三氧化硫氣體，再通過多級吸收和氣提，得到ppt級超純硫酸，有效控制了超純硫酸中微量二氧化硫雜質(zhì)的含量，為新一代超純硫酸的生產(chǎn)奠定了基礎。
【IPC分類】C01B17/765
【公開號】CN105621374
【申請?zhí)枴緾N201610086185
【發(fā)明人】阮汝明, 吳國新, 徐馳
【申請人】江蘇達諾爾科技股份有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年2月16日