[发明专利]一种超纯硝酸的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超纯硝酸的制备方法，特别是涉及一种达到国际半导体设备和材料组织制定的化学材料部分8级-SEMI C8标准(简称SEMI C8标准)超纯硝酸的制备方法。

背景技术

超纯硝酸又称电子级超净高纯硝酸，是微电子化学试剂中很重要的品种之一，广泛用于半导体元件生产、超大规模集成电路装配和加工过程中的清洗和腐蚀等方面。随着电子工业的迅猛发展，对硝酸纯度的要求越来越高，由高纯硝酸(单个阳离子含量为ppm级)发展到超纯硝酸(单个阳离子含量为ppb级)，各项指标要求达到国际半导体制定的化学材料部分8级--SEMI C8标准或SEMIC8以上标准，用于控制超纯硝酸制备中金属离子杂质、非金属离子杂质以及硝酸原料中的废酸杂质。

现有技术中，传统高纯度硝酸的制备方法主要分为亚沸蒸馏法和精馏法，目前未有成熟的规模化生产方法。美国专利US2005/0074389A1披露了用循环蒸馏的方法制备得到超纯硝酸，该方法能耗大，成本高，没有工业化生产的前景。中国专利200810023538.9公开了一种超高纯硝酸连续生产的工艺，将硝酸原料与双烯丙基18-冠-6-醚有机硅高分子络合剂混合，用微过滤方法过滤后精馏，制备得到超高纯硝酸。由于该方法采用传统一级精馏条件，因而导致产品质量不稳定，产品纯度波动较大，应用受到一定限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种超纯硝酸的制备方法，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：工业硝酸经二次膜过滤，滤液经二级串联精馏，排除重质、轻质二级废酸，得到目标产物超纯硝酸。即以工业硝酸为原料，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，最终得到本发明的目标产物超纯硝酸。

所述超纯硝酸的制备方法，包括如下步骤：

将70-71wt％工业级硝酸在室温，0.1-0.5MPa的条件下通过二苯骈-18-冠-6与固相载体复合膜组成的膜过滤器进行一级过滤，滤液在120-140℃条件下进行二级串联精馏，同时收集重质废酸和轻质废酸，再用膜过滤器进行二级过滤，最后收集目标产物超纯硝酸

上述制备方法中，所述固相载体为硅胶、分子筛或高岭土中的一种，优选高岭土；所述二苯骈-18-冠-6与固相载体的质量比为1∶3-10，所述复合膜的孔径为0.1-0.2μm。

本发明制备过程中，工业级硝酸、超纯硝酸接触的容器或管壁以高纯石英材料制作，储槽以高纯全氟材料制作。

本发明所述的二苯骈-18-冠-6可按照文献：王海荣，张平，李传博，王建晨，陈靖，《二环己基并-18-冠-6合成工艺的改进》，化学试剂，2007，29(3)，184-186的方法制备得到，固相载体的原料硅胶、分子筛或高岭土可由市场上采购得到。

本发明所述的二苯骈-18-冠-6与固相载体复合膜的制备过程是将双苯骈-18-冠-6与硅胶、分子筛或高岭土(主要成分是二氧化硅、三氧化二铝以及水)按质量配比混合，研磨成200-300目的细粉粒，然后与粘结剂(聚乙烯醇)混合均匀，成坯，低温干燥，在800-900℃高温下烧结制备得到所需孔径二苯骈-18-冠-6与固相载体的复合膜。

用本发明方法得到的超纯硝酸，其含量达到(70.0±1.0)wt％，经分析检测，其中金属离子杂质的含量均低于1ppb，大于0.5μm的尘埃颗粒低于5个/毫升，符合SEMI C8标准。

本发明与现有技术相比较，具有如下优点：

本发明采用二苯骈-18-冠-6与固相载体复合膜组成的膜过滤器进行一级过滤，可有效除去硝酸原料中的杂质离子，解决了超纯硝酸产品中杂质离子含量偏高的不足。

本发明采用二级串联连续化精馏技术，有效地提高了超纯硝酸产品的纯度，克服了现有方法中产品质量不稳定的难题。

本发明二级精馏的同时分别收集重质废酸和轻质废酸，并对废酸进行处理和回收再利用，提高了产品的质量和产能。

用本发明方法获得的超纯硝酸产品质量稳定，纯度高，适于大规模连续化生产。

附图说明

图1为本发明的生产工艺流程图，其中：1为工业硝酸原料槽，2为一级膜过滤器，3为一级精馏塔，4为重质废酸槽，5为二级串联精馏塔，6为轻质废酸槽，7为二级膜过滤器，8为成品槽。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但实施例并不限制本发明的保护范围。

实施例1