[发明专利]高纯砷的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非金属材料的提纯生产方法，尤其涉及一种半导体基础材料超高纯α型砷的生产方法。

背景技术

高纯α型砷是制备光电子、微电子砷化镓；红外光纤、红外透镜As₂Se₃、As₂Te₃等红外透视玻璃；感光鼓膜As-Se合金的必备材料，材料纯度越高越能显示出材料的本征特性，越能发挥材料的应用价值，以高纯α型砷为基础材料的砷化镓、红外透视玻璃和电子工业用含砷合金的民用普及使高纯砷的需求以每年25％—30％的速度递增。

目前，全世界高纯α型砷的生产方法主要以氯化精馏法为主，其次有铅熔池升华法、砷化氢裂解法进行小批量生产，各有其优缺点。

氯化精馏还原法：是生产高纯砷通用经典的方法。其优点：①从原料进料到产品出料都在管道里完成工艺，对生产车间的洁净条件要求不严，只需保证出产品的局部区域空气环境达到超净；②6N产品质量比较稳定。其缺点：①三氯化砷是强腐蚀强氧化剂，制作三氯化砷精馏塔的材料只有石英玻璃能抗三氯化砷的腐蚀，国际上建立一套年产20吨的精馏塔投资不少于2500万美元(仅有德国能加工这样的石英塔，日本古河年产20吨的精馏塔德国制造，投资2500万美元)，国内由于石英加工水平限制，所有产家都使用φ10壁厚5mm左右小塔，产能低、塔容易损坏，产品综合成本高，产品质量不稳定；②国内石英精馏塔不能制做成整体塔，连接部份三氯化砷气体容易泄漏造成污染，并有大量反应釜高组分三氯化砷废料，同时还原尾气有大量盐酸蒸气，处理不好极易对环境产生破坏性影响或人员伤亡；③反应釜中三氯化砷杂质浓度高时容易发生跳沸，使精馏塔产生震动，造成石英塔身破坏性损坏，对操作人员安全及环境带来破坏性影响。

铅熔池法：该方法于1965年上海冶金研究所提出并研制出6N砷，其方法是砷在融熔的铅里升华。其优点：工艺过程为物理过程，工艺在负压真空系统里完成工艺，出料进料均为固体，彻底解决了高纯砷生产的污染问题，是安全无污染的生产方法。其缺点：铅的比重是砷的比重的2倍，当铅熔化时砷快速的浮向铅熔液表面，对砷中的杂质提纯效果不明显，在砷为100～200g范围的试验质量很好，砷>200g的杂质含量达不到质量要求，不能用于产业化生产。

砷化氢裂解法：该方法优点是质量比其它任何方法生产的高纯砷质量都好，成本与氯化精馏相当。其缺点是砷化氢为无色无味的剧烈毒气，一旦发生泄漏对生产工人及环境带来极大的安全隐患。目前仅国外用于小范围生产高纯α型砷，没有实现产业化。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种对操作人员及环境不会有影响，设备投资小，产品纯度高，加工成本低的高纯砷的生产方法。

本发明的技术方案是：采用以下步骤：

1)、按照1比1.5～4的重量比例将原料砷和原料铅在坩埚中加热，加热温度为330～550℃，至充分合成，冷却后制得铅砷合金；

2)、在装有上述合金的坩埚口部连接一锥形筒，将其置入真空罐，调整罐内压力至5～500Pa，对真空罐加热，真空罐对应坩埚部位加热温度为320～500℃，真空罐对应锥形筒部位加热温度为250～350℃，持续约7.5～10小时，砷凝结在筒上部的侧壁上，制得纯度为99.999％的砷，在坩埚内制得铅砷合金；

3)、将上述的砷取出，置入一容器，该容器设进、出气口，往进气口输入氩气，排除容器中的空气，将容器加热至610～650℃，形成砷蒸气及微量杂质蒸气，再由进气口输入压力为0.04～0.05MPa、流量为0.5L/S的氢气，形成混合气体，容器的出气口连接一长石英反应管道A；

4)、上述混合气体进入长石英反应管道A，对石英反应管道A进行加热至温度为750～1100℃，气体通过石英反应管道A进入一与石英反应管道A连接的石英管B；

5)、对石英管B加热至温度为350～400℃，在石英管B内壁凝结纯度为99.99999％的α型砷，在石英管B后连接石英管C；

6)、石英管C不加热，石英管B内的气体继续通过石英管C，上述气体中余留的砷蒸气在石英管C内壁凝结，形成β、γ型砷；

7)、石英管C后连接一排气管，排出尾气；

8)、最后，尾气通入熔碱，处理，排放。

所述的坩埚在加热时密封，并转动。

所述的容器的材质为石英。

所述的石英反应管A内交错设置石英隔板。