[发明专利]一种工业黄磷生产电子级磷酸的方法

说明书

本发明公开了一种工业黄磷生产电子级磷酸的方法：包括工业黄磷净化、燃磷、水合吸收、调整浓度等工序，其特征在于：首先将工业黄磷采用活性炭吸附‑硝酸氧化、减压精馏的逐级净化工艺技术生产高纯黄磷，再将高纯黄磷在燃磷塔中进行氧化燃烧生成高温五氧化二磷气体，然后在燃磷塔的导气管和水合塔之间设计多级冷却水喷淋系统，对高温五氧化二磷气体进行喷淋降温，然后进入水合塔水合吸收形成磷酸，最后吸收生成的磷酸进行循环吸收，并调整浓度为85%‑86%、金属离子含量和砷含量均＜10μg/kg的电子级磷酸产品。本发明生产成本低、工艺简单易控、产品质量稳定，具有推广意义。

技术领域

本发明属于精细化工领域中的电子化学品及材料，特别涉及一种工业黄磷生产电子级磷酸的关键方法。

背景技术

电子级磷酸是磷化学品行业技术水平最高的产品之一，具有高纯度、高技术、高附加值等特点，广泛应用于大规模集成电路、薄膜液晶显示器等微电子工业，主要用于芯片制造中氮化硅的蚀刻，其纯度和洁净度对芯片的良率、电性能及可靠性有着重要影响。

我国作为年产量800万吨的磷化工大国，精细磷化工产业规模庞大，多种产品产量世界第一。但是电子级磷酸工艺研究、工业化应用发展缓慢，加上长期受欧美、日韩等国家的国际跨国化工企业的垄断和封锁，我国生产的电子级磷酸主要为低端产品，仅能满足要求不高的面板行业，而集成电路用的高端电子级磷酸完全依赖进口。因此，开发电子级磷酸生产关键技术实现国产化是发展的必然趋势。电子级磷酸生产的主流工艺是黄磷热法工艺，其品质主要取决于黄磷原料以及生产中设备腐蚀所带来的多种杂质，包括As、Sb、Cu、Al、Fe、Cr、Ni、Ca、Mg、K、Na等金属和非金属离子，这些杂质严重影响电子级磷酸产品的质量。由于缺乏工业黄磷纯化生产高纯黄磷的技术和装备，国内生产电子级磷酸的报道和专利主要采用普通的工业黄磷或者经过简单处理的工业黄磷直接生产电子级磷酸，含量较高的As等杂质，在后续燃烧和水合过程中，仍旧存在于磷酸中难以去除，导致最终电子级磷酸的品质还不能满足集成电路制造的要求。本发明重点在于控制黄磷原料以及生产过程中设备腐蚀所带来的杂质污染等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产成本低、工艺简单易控、产品质量稳定的方法制备半导体行业用电子级磷酸，使用工业黄磷作为原料，突破电子级磷酸生产过程中金属离子杂质含量控制的关键技术，解决由原料品质、设备腐蚀带来的杂质污染问题。本发明的简要工艺流程见附图1。

为实现上述目的，本发明采用如下方法：

(1)将工业黄磷采用活性炭吸附-硝酸氧化、减压精馏的逐级净化工艺技术提纯为高纯黄磷；

(2)将经净化提纯得到的高纯黄磷打入燃磷塔中，与空气充分氧化燃烧生成高温五氧化二磷气体；

(3)在燃磷塔的导气管和水合塔之间设计2-5级冷却水喷淋系统，使用冷却超纯水对经燃磷塔导气管过来的高温五氧化二磷气体进行喷淋降温；

(4)喷淋降温后的产物进入水合塔，使用超纯水进行水合吸收形成磷酸，然后将吸收产生的磷酸进行循环吸收，调整浓度为85-86％的磷酸成品；

所述的工业黄磷的纯度为98-99.9％，杂质含量超过100μg/g。

所述的工业黄磷的杂质主要包括有机物、泥磷、砷以及金属元素等杂质。

所述的活性炭吸附分离工业黄磷中的泥磷和有机物等杂质，硝酸将工业黄磷中的砷、硫和金属元素氧化为可溶物后经纯水洗涤除去；再利用磷、砷等元素在沸点上的差异，利用惰性气体保护的减压精馏技术进一步净化提纯。

优选地，减压精馏中所用的惰性气体为氮气。

所述的提纯得到的高纯黄磷纯度为99.9999％，总杂质含量控制在20μg/g以内，优选为4μg/g以内。