[发明专利]一种超高纯硝酸的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高纯硝酸的制备工艺，特别是涉及一种电子级超高纯硝酸的制备工艺。

背景技术

电子级试剂又称微电子化学品，是微电子精细加工过程中不可缺少的关键基础化工材料之一，主要品种有超高纯硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、醋酸、氢氧化铵、过氧化氢、无水乙醇、异丙醇、丙酮、二甲苯等。主要用于芯片的清洗和腐蚀，其清洁度和纯度对IC产品的成品率、电性能及可靠性等都有着十分重要的影响。

超高纯硝酸常用于硅的湿法腐蚀中，如某些金属化学-机械刨光、贵金属腐蚀及用于缺陷腐蚀等。HNO₃-H₂O体系具有高沸点恒沸物(68.5％，恒沸点为122℃)，超高纯硝酸的制备可以高于恒沸浓度的硝酸为原料，通过可冷凝回流的精馏塔来实现，也可以通过亚沸蒸馏得到高纯度硝酸，但亚沸蒸馏生产速度慢，一次投资成本较高，难于实现工业规模生产。

目前，国内外超高纯硝酸的制备主要采用精馏法。美国专利US6214173B1公开了一种现场制备超高纯硝酸的方法，该方法采用对硝酸进行提纯，然后通过管道直接将硝酸输送到使用点。中国专利CN101264869A公开了一种超高纯硝酸连续生产工艺，将硝酸原料与双烯丙基18-冠-6醚有机硅高分子络合剂在预处器里混合，再经微滤膜过滤，滤液进入到精馏塔，从精馏塔塔顶收集得到的馏分在稀释装置中用超纯水进行稀释，待稀释结束后，在吹白装置中用高纯氮气赶除游离的二氧化氮，所得吹白液再经纳滤膜过滤后进入成品接受器，得到超高纯硝酸。中国专利CN201010232449.2公开了一种超纯硝酸的制备方法。将硝酸原料经二苯骈-18-冠-6与固相载体复合膜组成的膜过滤器进行第一级过滤，滤液经二级串联连续化精馏，分别收集重质废酸和轻质废酸，再用膜过滤器进行第二级过滤，即得到目标产物超纯硝酸。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种分离效果好、杂质含量低、产品质量稳定的超高纯硝酸的制备工艺，以克服现有技术中能耗大，成本高，产品质量不稳定，纯度波动较大的不足。

本发明的技术构思是这样的：以工业硝酸为原料，加入硝酸金属盐，与工业硝酸中杂质阴离子Cl^-和SO₄^2-反应，析出沉淀，膜过滤净化，精馏去除无机盐，精馏液用超纯水调配到浓度为69-70wt％硝酸，在吹白塔中用净化空气吹白，用饱和氢氧化钠水溶液吸收吹脱的氮氧化物，吹白液进入粗品槽，经膜过滤得到符合SEMI C8标准的超高纯硝酸。

本发明所述的超高纯硝酸的制备工艺，具体包括如下步骤：

将工业硝酸与硝酸金属盐在室温下搅拌、沉淀、全氟膜过滤器过滤去除工业硝酸中的杂质阴离子Cl^-和SO4^2-，得到的预处理液以1.0-3.0kg/h的流量进入精馏塔，在塔釜温度125-127℃，回流比为1-3的条件下进行精馏，经精馏塔顶设置的全氟磺酸树脂组成的亲水微孔膜除雾器去除气相中的雾状杂质颗粒，然后经塔顶冷凝器进行热交换，冷凝后进入中间槽，用超纯水稀释调配到含量为69-70wt％的硝酸，用净化空气吹白，产生的氮氧化物经吹扫后被饱和氢氧化钠水溶液吸收，吹白液进入粗品槽，通过全氟膜过滤器过滤，得到目标产物。

按照本发明，所述的硝酸金属盐为硝酸银和硝酸钡，其溶液通过以下步骤实现：用电阻率大于16MΩ·CM的超纯水分别配制浓度为1-10wt％的硝酸银和浓度为1-10wt％的硝酸钡溶液，使用时将硝酸银和硝酸钡溶液加入工业硝酸中，与杂质阴离子Cl^-和SO₄^2-发生化学反应，沉淀出氯化银和硫酸钡，然后用全氟膜过滤器进行膜过滤，即得到预处理液。

本发明所述的全氟膜器过滤的全氟膜由全氟磺酸离子交换树脂组成，孔径0.1-0.2μm。

本发明在精馏制备超高纯硝酸前，先将精馏装置用超纯水、预处理液进行清洗，清洗完成后将预处理液送入精馏塔进行精馏。

本发明所述的净化空气是分别经全氟磺酸树脂亲水微孔膜过滤器和聚醚砜中空纤维气体分离膜过滤器净化的空气。以此净化空气作为吹白的吹扫气体，即将精馏过程中产生的氮氧化物经吹扫、汇集后由饱和氢氧化钠水溶液吸收。

本发明对精馏过程中产生的废酸进行收集，回收再利用，与工业硝酸、超高纯硝酸接触的容器管壁均为高纯石英玻璃材料，储槽均为高纯全氟材料。