[发明专利]电子级红磷的生产工艺

说明书

技术领域：本发明是一种电子级红磷的生产工艺，它有效解决了由工业黄磷进行除As、Fe、S、Si、Mn、Cu、Zn、Ca、Mg、Au等杂质所不能达到的生产电子级红磷的工艺要求。同时解决了由于转化设备和环境造成As、Fe、S、Si、Mn、Cu、Zn、Ca、Mg、Au等对产品污染问题，将黄磷杂质从20～500ppm降到0.01-0.1ppm并进一步生产成6N或7N级红磷的生产工艺。

技术背景：电子级红磷是半导体的掺杂、扩散剂，是化合物半导体GAP、INP的主要原料，电子级红磷的纯度要求达到99.9999％，尤其As的含量达到0.2ppm以下，甚至0.05ppm。目前，黄磷净化的方法报道很多，但能将杂质含量降到0.01～0.1ppm的报道仅有两种：1、色谱法：是用固体吸附剂或涂有金属的载体做成特殊色谱柱，使气体黄磷和惰性气体通过该柱进行分离制得半导体工业级黄磷，该法在英国专利Brit 942831上有报道；2、磷化氢的还原法：它是将磷化氢送入真空系统，以冷却去气体中杂质，纯的磷化氢进入加热至900摄氏度的热解炉内分解，加料速度为500cm3/h，未分解的磷化氢在用液氮冷却的凝气管中凝结，氢气随其积累送入中间容器，元素磷收集于石英瓶中，这种方法在日本公开特许公报59-217609中的记载。以上两种方法，生产条件要求非常苛刻，而且稍有疏忽就有爆炸的危险。

发明内容：目的在于提供一种全新的电子级红磷的生产工艺；与现有技术相比工艺简单，生产的产品能完全满足半导体工业的质量要求，只需严格控制工艺参数，保证物料畅通，生产较为安全。本发明工艺步骤依次为：(1)高纯三氯化磷的制备：将分析纯三氯化磷进行蒸馏，然后取蒸馏品进行精馏后，得到高纯三氯化磷；(2)高纯电子级黄磷的制备：在惰性气体保护情况下，用高纯氢还原剂通入到盛有高纯三氯化磷的扩散炉中，并以氢气为载体，将高纯三氯化磷载入还原炉中，并在800～950℃加热状况下进行还原，用50-65℃的纯水喷淋回收还原产生的磷蒸汽，收集黄磷并用50～65℃热水洗涤后冷却得白色或浅黄半透明液体的黄磷，再经过滤洗涤得到高纯电子级黄磷；(3)将高纯电子级黄磷转化为高纯电子级红磷：将高纯电子级黄磷放入转化锅中，在加温过程中加入惰性气体5-10千克，逐步升温至300摄氏度后降到常温，将产品取出，经破碎、筛分、洗涤、干燥后得到高纯电子级红磷产品。

本发明高纯三氯化磷的具体的制备工艺条件是：将分析纯三氯化磷放入已洗净干燥的蒸馏釜中进行蒸馏，收集71-78摄氏度蒸馏品，然后将蒸馏品三氯化磷转入精馏塔中进行精馏，收集71-76摄氏度精馏品，得到高纯三氯化磷。本发明高纯电子级黄磷的具体的制备工艺条件是：将高纯三氯化磷放入已洗净干燥的三口石英烧瓶或扩散炉中，经惰性气体吹扫后通入高纯氢气，加热到35-55摄氏度，在还原剂氢气载体作用下三氯化磷进入还原炉，还原炉温度控制在800-950摄氏度，氢气需进行计量，还原产生的磷蒸汽用50-65摄氏度纯水喷淋吸收，收集黄磷用50～65℃热的纯水洗涤三次得产品为白色或浅黄色半透明体黄磷，再经过滤热水洗涤，得到高纯电子级黄磷。本发明高纯电子级黄磷转化为高纯电子级红磷的具体的制备工艺条件为：直接将高纯氢气还原高纯三氯化磷得的高纯黄磷转入转化锅，按以下时间控制升温过程并充惰性气体，20-80℃、充惰性气体1-2千克、3-5小时，80-200摄氏度、充惰性气体2-4千克、18-22小时，200-250摄氏度、不充惰性气体、55-62小时，250-280摄氏度、充惰性气体1-2千克、15-18小时，280-300摄氏度、充惰性气体1-2千克、2-3小时，自然冷却至常温，历时93-110小时，得到99.9999％高纯红磷产品。