一種電子級高純硝酸提純方法

趙云翰（蘇州市晶協(xié)高新電子材料有限公司，江蘇蘇州 215151）

一種電子級高純硝酸提純方法

趙云翰（蘇州市晶協(xié)高新電子材料有限公司，江蘇蘇州 215151）

簡述了高純試劑的用途及我司高純硝酸提純的方法，對比了傳統(tǒng)工藝。

高純電子試劑硝酸生產(chǎn)應(yīng)用

1 緒論

1.1 硝酸的性質(zhì)

硝酸是一種強(qiáng)氧化性、腐蝕性的強(qiáng)酸。硝酸易溶于水，常溫下其溶液無色透明。其不同濃度水溶液性質(zhì)有別，市售濃硝酸為恒沸混合物，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65-68%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)足夠大（市售濃度為95%以上）的，稱為發(fā)煙硝酸。硝酸易見光分解，應(yīng)在棕色瓶中于陰暗處避光保存，嚴(yán)禁與還原劑接觸。硝酸在工業(yè)上主要以氨氧化法生產(chǎn)，用以制造化肥、炸藥、硝酸鹽等；在有機(jī)化學(xué)中，濃硝酸與濃硫酸的混合液是重要的硝化試劑?；瘜W(xué)式是HNO3，硝酸與鹽酸的體積1：3混合可以制成具有強(qiáng)腐蝕性的王水。硝酸的用途非常廣泛，在有機(jī)合成中進(jìn)行硝化反應(yīng)，制備硝酸銨（既是化肥，又是炸藥），硝酸在醫(yī)藥化工，化纖行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。是化工重要基礎(chǔ)原料三酸兩堿之一。

1.2 我國超純試劑的發(fā)展現(xiàn)狀

“十五”期間國內(nèi)集成電路用超純試劑的需求量接近1萬噸，而國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)實際能提供的量僅10%。據(jù)有關(guān)方面預(yù)測到2010年中國市場需求量將達(dá)到15-16萬噸/年化學(xué)試劑。其中，國內(nèi)通用型試劑市場今后的年增長率仍將維持在5%-8%左右，電子化學(xué)品市場預(yù)計超過80億美元。雖然我國電子化學(xué)品產(chǎn)業(yè)通過近幾年技術(shù)改造和結(jié)構(gòu)調(diào)整，已經(jīng)具備一定基礎(chǔ)，但與飛速發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)相比，還存在產(chǎn)品品種少，尤其是高品質(zhì)產(chǎn)品較少等不足。因此基于電子產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，而國產(chǎn)高純試劑嚴(yán)重短缺的現(xiàn)狀，我廠投入大量人力物力，選擇在半導(dǎo)體工業(yè)中的消耗比例最大的過氧化氫進(jìn)行研制，并取得一定成果。

1.3 目前國內(nèi)高純硝酸的提純工藝

目前我國高純硝酸提純一般采用試劑級的硝酸作為原料，通過電加熱的方法二次提純得到電子硝酸成品。該方法的缺點是1.能耗大。試劑級硝酸本來就是由工業(yè)級硝酸蒸餾而成，因此二次蒸餾必然導(dǎo)致能耗增加。2.環(huán)境污染。硝酸受熱后有部分分解為NO2，為保證色度達(dá)標(biāo)，必須對硝酸進(jìn)行脫色。而重復(fù)脫色將造成NO2重復(fù)排放，造成大氣、或者吸收塔內(nèi)水體的污染。3.產(chǎn)能、得率低。由于蒸餾是一個將液體由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，讓后再通過冷凝變?yōu)橐簯B(tài)的過程。因此在蒸餾過程中必將有部分不凝產(chǎn)生，而這部分不凝氣體只能以氣態(tài)形式存在，一般條件下不會再凝結(jié)成液體，因此必將造成原物料損失。綜上所述，研究一種應(yīng)用于大生產(chǎn)的，使用新型加熱方法一次蒸餾得到電子級硝酸成品的方法就十分必要。

圖2 -1硝酸蒸餾流程圖

2 成果展示

2.1 工藝流程

如圖2-1所示用98%工業(yè)級硝酸稀釋后的68%硝酸加入換熱器E101中，使用蒸汽加熱至沸點氣化，硝酸蒸汽通過填料塔T101后進(jìn)入冷凝器E102、E103控制溫度后在E103內(nèi)，使用氮?dú)膺M(jìn)行脫水?？刂瞥隽狭髁繛?00L/h，脫色后檢測合格的成品進(jìn)入TA101中待用，不合格產(chǎn)品進(jìn)入E101中重新蒸餾。（如圖1）

與傳統(tǒng)工藝相比該套硝酸蒸餾裝置的特點在于：1.使用98%硝酸通過簡單調(diào)配后得到的68%硝酸作為進(jìn)料原料，因此改變了原來制備電子級高純68%硝酸需要兩次蒸餾，即第一次蒸餾由工業(yè)級至試劑級，第二次蒸餾由試劑級至電子級的過程，減少了中間步驟和脫色次數(shù)，降低了由此而引起的氮氧化合物排放而造成的污染。2.采用金屬鉭材質(zhì)作為加熱導(dǎo)體，解決了原有玻璃設(shè)備導(dǎo)熱系數(shù)低而造成的能耗較高的問題。3.采用連續(xù)吹白的工藝，因而大大降低了氮?dú)獾氖褂昧?，減少了脫色時間。

表2 -2我廠超高純硝酸與SEMI C8標(biāo)準(zhǔn)的對比

2.2 實驗儀器

主要實驗檢測儀器有：LS-60型顆粒儀廠家為Light house，上海博迅實業(yè)有限公司HHS型水浴鍋，50mL堿式滴定管，賽多斯科學(xué)儀器（北京）有限公司型號為CP225D的電子天平，以及安捷倫公司型號為7500CS的ICP-MS等。使用上述儀器測定我司制備的高純硝酸結(jié)果如表1。

由表1可知，按照我司工藝制備得到的硝酸，完全達(dá)到SEMI C8標(biāo)準(zhǔn)，符合半導(dǎo)體8英寸線使用標(biāo)準(zhǔn)。因此工業(yè)級98%硝酸通過一次蒸餾，完全可以達(dá)到半導(dǎo)體工業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)，大大提高了原料硝酸的純度。

3 結(jié)語

我司新型硝酸提純工藝本著節(jié)省成本，保護(hù)環(huán)境的宗旨，通過一次蒸餾將工業(yè)級98%硝酸，提純?yōu)闈M足半導(dǎo)體需要的高純電子級硝酸，節(jié)省了能源，減少了氮氧化合物的排放，提高了生產(chǎn)效率，并取得了一種硝酸連續(xù)脫水裝置以及由98%工業(yè)級硝酸制得電子級68%硝酸的設(shè)備及工藝兩份專利。

圖2 AC-6聚乙烯加入量對針入度的影響Fig.2 AC-6's influence on the penetration for the amount of polyethylene

由圖2可以看出，隨著AC-6聚乙烯加入量的增大，針入度的變化呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。同樣將酯化蠟中加入3.0%-4.0%的AC-6聚乙烯就可以使酯化蠟的針入度有效的降低，而當(dāng)其加入量達(dá)到6.0%以上時，針入度的降低趨勢變緩。這說明用AC-6聚乙烯調(diào)和的方法來降低蠟樣的針入度是可行的［5-6］。

3 結(jié)語

向經(jīng)氧化、酯化改性得到的蠟樣中加入3.0%-4.0%的AC-6聚乙烯，使其針入度和滴熔點都能得到相應(yīng)的改善。

綜上所述，通過對石蠟的化學(xué)改性和物理改性工藝條件的研究，控制反應(yīng)條件，可以得到不同類型的硬質(zhì)改性蠟。從而使石蠟產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用，增加了產(chǎn)品的附加值，這對指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)和優(yōu)化工藝條件具有重要的意義

［1］薛白，楊基和.石蠟改性—純氧法合成巴西棕櫚蠟替代品［J］.江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2009，21（4）：33-37.

［2］楊基和，李肖，陳敏.石蠟改性制人造蜂蠟［J］.石油化工，2002，31（4）：283-285.

［3］張玲，廖克儉，叢玉鳳等.皂化蠟催化氧化制備天然蜂蠟替代品［J］.化學(xué)工業(yè)與工程，2009，9：433-436.

［4］Shu Z，Wang L.Heat resistance of paraffin and its mecha?nism［J］.Petroleum Science and Technology，2010.28：42.

［5］張玲，孫鳳嬌，于洪波等.高硬度蠟制備方法的研究進(jìn)展［J］.石化技術(shù)與應(yīng)用，2008，26（4）：370-374.

［6］鄧秀琴，康蕾，廖克儉等.氧化蠟的酯化改性［J］.精細(xì)與專用化學(xué)品，2007，15（8）：20-25.

楊嶸晟（1983-），漢族，男，籍貫甘肅，講師，研究生在讀，研究方向化學(xué)工程。