[发明专利]一种高纯硝酸的连续生产方法及生产装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高纯硝酸连续生产方法和装置，所得高纯硝酸主要用于微细加工的IC行业。

背景技术

随着我国电子工业快速发展，芯片制造水平迅猛提升，国际半导体设备材料产业协会制定更苛刻的SEMI C12标准。作为芯片制造的关键性技术材料——超纯高净电子化学品的技术要求逐步提升，电子化学品的纯净度直接影响芯片的电性能、成品率和可靠性。硝酸作为一种具有氧化性的强酸，可以去除大部分金属、金属氧化物以及有机物，大量用于芯片的清洗和蚀刻。

目前，国内生产厂商采用精馏法、树脂过滤、滤膜过滤等工艺降低硝酸原料中金属含量，产品符合SEMI C8标准。采用上述生产工艺，操作工艺复杂难以控制生产质量，获得稳定性产品。随着IC存贮容量逐步增大，作为绝缘层的氧化膜变得更薄，电子化学品种中的碱金属杂质会溶入氧化膜中，从而导致绝缘电压降低；重金属杂质会附着在硅晶片表面上会使P-N结耐电压降低。对不同线宽的IC工艺技术，需配套不同级别的高纯电子化学试剂。

中国专利CN101264869B公开了一种超高纯硝酸连续生产方法，将工业级硝酸与双烯丙基18-冠-6醚有机硅高分子络合剂在预处理器内互混，正压下通过微滤膜过滤，滤液通入精馏塔中进行精馏，收集塔头的馏分，在稀释装置中用超纯水进行稀释，而后在脱色装置中用高纯氮气赶出游离的二氧化氮，脱色后再经纳滤膜过滤后即得到超高纯硝酸。

中国专利CN102001635B公开一种超高纯硝酸制备工艺，将硝酸金属盐加入工业级硝酸中反应去除Cl^-和SO₄^2-，膜过滤后进行精馏提纯，在吹白塔中用净化空气吹白后，吹白液进入粗品槽，经膜过滤后得到高纯硝酸。

综上所述，现有各种技术均没有对高纯硝酸的低成本，大批量，连续生产工艺及设备进行介绍。纵观已有的高纯硝酸的制备工艺，所得高纯硝酸产品中单项金属离子的含量较高（均大于0.1ppb），而且随着高纯硝酸产品生产量的加大，金属离子的含量更高（参见中国专利CN102001635B说明书表2，能够达到SEMI-C8标准要求的高纯硝酸的适宜进塔流量最高不超过2.5kg/h，如此大大限制了生产效率，使生产成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题的克服现有技术的不足，提供一种高纯硝酸的连续生产方法，该方法工艺简单、生产效率高、成本较低、所得高纯硝酸产品质量稳定，且其中单项金属离子的含量可降低至50ppt以下。

本发明同时还提供一种高纯硝酸的连续生产装置，该装置设置简单，利用其可连续稳定的生产出高纯硝酸产品。

为解决以上问题，本发明采取的一种技术方案是：

一种高纯硝酸的连续生产方法，该生产方法包括对硝酸原料进行调压精馏的工序，进行调压精馏时，调压精馏塔釜内的绝对压力在1～200KPa之间，且不为常压，调压精馏塔釜底温度为50～200℃，回流比为1:1～6，所述硝酸原料中≥0.1μm颗粒含量≤25个/mL，单项金属离子含量≤5ppb。

优选地，所述调压精馏塔釜内的绝对压力为1～90KPa或110～150KPa。

根据本发明，进行所述调压精馏时，硝酸原料的进塔流量可以为350～450L/h，优选390～420L/h。

根据本发明的进一步实施方案：所述调压精馏采用的设备包括硝酸原料罐、调压精馏塔釜、调压精馏塔柱、调压精馏冷凝器。硝酸原料罐为内衬四氟塑料材质，调压精馏塔釜、调压精馏塔柱、调压精馏冷凝器的冷凝塔头和成品中间收集罐均为石英材质或钢衬四氟塑料，所述方法还包括将成品中间收集罐和成品包装桶相连通。

根据一个具体方面：所述的调压精馏塔釜、调压精馏塔柱、调压精馏冷凝器的冷凝塔头和成品中间收集罐均为石英材质，所述调压精馏设备还包括真空系统。

优选地，所述的调压精馏塔塔板数为10-20个塔板。在一个具体和优选实施方式中，所述的调压精馏塔理论塔板数为14.2个塔板。

优选地，所述生产方法还包括以质量分数为69～71wt%的工业浓硝酸为原料连续制备所述硝酸原料的步骤，所述硝酸原料的制备包括依次进行的常压精馏工序和循环过滤工序。

根据一个具体和优选方面，进行所述常压精馏时，精馏塔的进料流量为350～450L/h，收集塔头馏分并储存在常压精馏收集罐中，所述常压精馏回流比为1:1～3，采用盘管加热，使用蒸汽作为加热源，蒸汽压力为0.10～0.35MPa，冷却水流量为6～10m³/h。