[实用新型]电解制砷烷装置

说明书

本实用新型提供了一种电解制砷烷装置。该电解制砷烷装置包括：阴极室，阴极室的阴极电解液为三氧化二砷饱和水溶液，阴极室的阴极为非牺牲性金属，阴极室电解产生包含砷烷和氢气的混合气；阳极室，阳极室的阳极为非牺牲性金属，阳极室电解产生氧气；电解制砷烷装置还包括：三氧化二砷饱和水溶液供应单元，与阴极室相连，反冲气源，与三氧化二砷饱和水溶液供应单元相连以对三氧化二砷饱和水溶液供应单元中的三氧化二砷饱和水溶液进行反吹。持续向阴极室提供饱和的三氧化二砷饱和水溶液，以维持电解过程中电解液浓度稳定，同时利用反冲气源反吹，避免了其中夹带的砷烷等气体对电解液成分的影响，控制电解所得到的氢气和砷烷的比例。

技术领域

本实用新型涉及砷烷制备领域，具体而言，涉及一种电解制砷烷装置。

背景技术

砷烷电子气体在半导体行业、太阳能行业、LED行业、平板显示行业和光纤行业广泛使用，是一种剧毒气体、易燃易爆气体的气体。生产、储存、运输和使用砷烷电子气体过程都存在很大的风险。例如，LED行业使用的44L砷烷钢瓶，可以充装砷烷电子气体为23.5kg，若这些气体泄露可以形成方圆为一平方公里高为3米毒云，在这范围内接触本毒云的人类在14天之内的死亡率为50％。尽量减少使用和储存液态砷烷钢瓶气是减少危险途径。

电解制法砷烷可以避免大量的砷烷气体钢瓶的使用和储存，可以实现砷烷的在线式生产和使用，需要使用多少砷烷就现场电解生产多少砷烷，在使用现场基本上没有砷烷的储存问题，未电解的砷烷原材料是固体或液体，没有在大气中扩散的风险。

公开号为CN 101463485A的专利申请公开了一种分隔式电化学电池和低成本高纯度氢化物气体生产方法，提出了采用U型管链接阴极电解池和阳极电解池，简图如图1所示。

阴极室外壳61’和阳极室外壳71’是高纯不锈钢，阳极室外壳71’兼作电解池的阳极使用。阴极室外壳61’和阳极室外壳71’由不导电的非金属U形软管72’连接，确保阴极外壳61’和阳极室外壳71’不会联通导电，这样设计电解电源66’，只能通过阴极电解液63’和阳极电解液69’才能导通。在该发明专利中，实际上阴极电解液63’和阳极电解液69’实际上是同一种混合物，即KOH的水溶液。在该发明专利的阴极62’是99％砷单质。通电开始电解后，在电解池阴极62’表面会产生氢气和砷烷的混合物，在阴极的电解池顶部64’集中后，由阴极的电解池气体控制管道65’排出；阳极室外壳71’的内表面就是电解阳极，氧气在此表面产生，然后汇聚到阳极的电解池顶部68’集中后，由阳极的电解池气体控制管道67’排出。非金属U形软管72’的设计是为了分割阴极室和阳极室，在阴极室和阳极室产生气体气泡会利用浮力各自上升到阴极的电解池顶部64’和阳极的电解池顶部68’，而不会相互混合，而起到隔离阴极室和阳极室产生气体。

该发明中电解制砷烷的原材料是单质砷和水，并且使用单质砷作为电解的阴极，是牺牲阴极的电解法。该发明专利存在以下缺点：

1、需要频繁停机更换阴极砷电极。由于采用的牺牲阴极电解法，会在电解的过程中需要消耗单质砷阴极，因此需要定期更换阴极电极。

2、电解过程和砷烷气体浓度很难控制。随着阴极电极的消耗，阴极的电解面积(阴极电解和电解液的接触面积)越来越小，电解的效率下降，这就造成电解控制参数和砷烷气体的产率不是线性关系，很难精确控制电解过程，也很难控制阴极电解气体中氢气和砷烷的比例关系。

3、单质砷的使用效率低。当单质砷电解电解效率低于某个数值，就要停机更换电极。造成单质砷浪费和增加危险废弃物的处理费用。

4、单质砷电极价格昂贵。单质砷电极必须是单晶单质砷才能做成有固定的结构和表面积，单晶的单质砷需要专用长晶炉才能长成晶体，需要专门的设备和消耗大量的电能。