超凈高純硝酸純化技術(shù)的研究

陳 林，朱 龍，邵 勇（江陰江化微電子材料股份有限公司，江蘇江陰 214400）

超凈高純硝酸純化技術(shù)的研究

陳 林，朱 龍，邵 勇
（江陰江化微電子材料股份有限公司，江蘇江陰 214400）

高純度硝酸在市場上有了越來越多的需求量，簡述了硝酸的提純工藝及高純度硝酸提純的方法。高純度硝酸的提純工藝主要由：普通蒸餾、精餾、減壓蒸餾、亞沸蒸餾、膜分離等。這些方法均有優(yōu)缺點，需要根據(jù)實際情況進行選擇。如何將幾種提純方式的優(yōu)點進行集合，將超高純度硝酸的提純工藝達到最優(yōu)化是如今研究人員討論的重點。

超凈高純；硝酸；精餾；膜分離

1　超凈高純硝酸純化技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1硝酸的特性

強酸具有強氧化性，有極強的腐蝕性，硝酸屬于幾大常見強酸之一。硝酸不僅易溶于水，且溶液呈透明狀。硝酸還有易被光分解的特性，通常應放在棕色玻璃瓶里面儲存。硝酸在各個行業(yè)都有廣泛的應用。例如：醫(yī)藥化工、化纖、炸藥。硝酸還可以和鹽酸的以1∶3的比例進行混合，這就是我們通常所說的“王水”了。

1.2硝酸純化工藝的現(xiàn)狀

當前高純硝酸的提純方式，主要依靠試劑硝酸進行提純，該方式的技術(shù)含量低，且缺點多。主要有三個方面，首先在制備過程中有較大的浪費，可想而知試劑級硝酸已經(jīng)是通過一次蒸餾而得到的產(chǎn)物，再通過蒸餾的方式進行提純，其所需要的工藝更為復雜，且浪費更多。其次，不管采用什么方式蒸餾都需要對于硝酸進行一定的加熱，硝酸受到溫度升高的影響會產(chǎn)生二氧化氮有害氣體，對于大氣環(huán)境造成一定傷害。最后，耗能如此之大，且有一定環(huán)境污染的提純方式，得到的硝酸純度是多高呢？且高純度的硝酸產(chǎn)量怎樣呢？因為物質(zhì)從液體形態(tài)變?yōu)闅怏w形態(tài)，通過加熱等環(huán)境因素的催化，產(chǎn)生了完整的蒸餾過程。但在這一流程中有著一個不可忽視的問題，總會有部分液體未完全汽化，那這種不凝氣體必然是對原料的浪費，對高純度硝酸產(chǎn)量有較大影響。

根據(jù)以上論述，研究一種應用于大規(guī)模生產(chǎn)的，使用新型加熱方法一次蒸餾得到電子級硝酸成品的方法就十分必要。

2　超凈高純硝酸純化技術(shù)

超凈高純硝酸的純化技術(shù)主要是利用液體混合物具有不同的揮發(fā)點，逐步分離，最后得到較為純正的硝酸產(chǎn)物。當前應用較為廣泛的提純技術(shù)有：普通蒸餾、精餾、減壓蒸餾、亞沸蒸餾、升華、氣體吸收、化學處理、樹脂交換和膜分離等。純化技術(shù)的差異也展現(xiàn)了純化工藝的區(qū)別，每種純化技術(shù)都有自身的缺陷，也有其優(yōu)勢。通常情況會根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求來選擇適當?shù)奶峒兗夹g(shù)。

減壓蒸餾屬于高純硝酸純化重要技術(shù)，通過蒸餾，一些雜質(zhì)受溫度影響會發(fā)生反應或者直接分解。再通過相應的儀器通過調(diào)節(jié)壓力，將硝酸進行提純。進過一系列純化，硝酸中的Pb含量由之前的30μg/L降到0.6μg/L。由此可以看出經(jīng)過提純與未經(jīng)提純有很大的區(qū)別，通過減壓蒸餾高純度硝酸的回收率也有了很大的改善。

亞沸蒸餾也是對高凈純硝酸純化物提純的主要手段。在加熱過程中，會產(chǎn)生大量的氣體，這些氣體一部分是雜質(zhì)的汽化物，一部分是硝酸的反應物，必然會造成硝酸的一部分損耗，其對于純化物的回收率和純度都會有一系列不好的影響。為解決這一系列問題，亞沸蒸餾并不是通過對于原料加熱進行蒸餾，更準確的說是在加熱的方式上有所改善。紅外線本身具有加熱效果，利用這一特性，對原料進行處理，并將液體溫度控制在沸點以下10℃左右，這樣可以使反應速度不那么劇烈，盡量減少出現(xiàn)大量蒸氣。通過分子之間的平衡狀態(tài)也可以讓硝酸的純度更好，不失為一種好的提純技術(shù)。

精餾也是現(xiàn)實硝酸純化技術(shù)的重要方法。在其過程中會有很多回合的蒸發(fā)與氣體冷凝，如此反復，通過層層重復反應去除雜質(zhì)，提純的產(chǎn)品十分優(yōu)良，并在工業(yè)中得到大量推廣。

3　超凈高純硝酸純化技術(shù)大規(guī)模發(fā)展階段

近幾年，微電子一直處于快速發(fā)展的階段，因此超凈高純度試劑的純度也成為了技術(shù)人員的關(guān)注點。強酸作為了電子元件的清洗劑，是其必備工藝，必須要先行發(fā)展，才能與微電子工業(yè)發(fā)展的速度匹配。當前，超純試劑的純度已經(jīng)達到0.2～0.6μm。0.09～0.2μm級別也被一部分企業(yè)生產(chǎn)研發(fā)。小于0.09μm工藝技術(shù)用超凈高純試劑也正在進行規(guī)模試生產(chǎn)。

我國超純凈試劑的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，從2010年至今進入了大規(guī)模發(fā)展階段，如上面簡述的各個級別純度的硝酸都已經(jīng)進入了生產(chǎn)階段。多年以來半導體產(chǎn)業(yè)的主要技術(shù)發(fā)展都依靠國外的技術(shù)，近幾年隨著我國自主研發(fā)水平的不斷提高，IC行業(yè)一片欣欣向榮之景。在這一大環(huán)境下，國內(nèi)關(guān)于超純試劑研發(fā)生產(chǎn)展開了激烈的競爭，通過競爭也使高純硝酸純化產(chǎn)品的等級得到了良好的優(yōu)化，同時企業(yè)的產(chǎn)能也得到了大大的提高。另外一方面，技術(shù)的更新也需要對應設備的不斷同步，這樣才能達到發(fā)展的平衡，否則很容易將技術(shù)的研發(fā)成果流產(chǎn)，或者生產(chǎn)滯待。0.1μm顆粒、ppt級金屬雜質(zhì)及ppb級非金屬雜質(zhì)分析測試方法的研究，以確保超凈高純試劑制備的完整性，為建立完善的質(zhì)量保證體系奠定堅實的基礎。

4　結(jié)束語

通常企業(yè)沒辦法實現(xiàn)標準化的超純硝酸生產(chǎn)環(huán)境。盡管如此對于超純硝酸的提純技術(shù)已經(jīng)成型，并且具有一定的操作性。國內(nèi)超純硝酸的市場環(huán)境一片大好，提高超純硝酸的生產(chǎn)工藝，優(yōu)化超純硝酸的生產(chǎn)線是非常有必要的。不過，切記不可只追求產(chǎn)量，而忽視了硝酸的純度和產(chǎn)品的質(zhì)量。

［1］ 詹家榮.我國超凈高純化學試劑產(chǎn)業(yè)的基本狀況［J］.化學試劑，2010，32（10）：955-966.

［2］ 鄭金紅，侯宏森.我國電子化學品“十一五”發(fā)展方向（一）［J］.精細與專用化學品，2013，15（19）：59.

Research on High-Purity Clean Nitric Acid Purification Techniques

Chen Lin，Zhu Long，Shao Yong

High-purity nitric acid have more and more demand in the market，the paper describes the method of purification process of nitric acid and nitric acid of high purity purification.Today，the high-purity nitric acid has several main purification process：ordinary distillation，distillation，vacuum distillation，sub-boiling distillation，membrane separation method has advantages and disadvantages，you need to be selected according to the actual situation.How the benefits were set in several ways purification，the purification process of ultra-high purity nitric acid to optimize the focus now researchers discussed.

ultra-clean high-purity；nitric acid；distillation；Membrane Separation

TQ111.26

B

1003-6490（2016）05-0070-02

2016-04-28

陳林參加一系列公司超高純電子化學品的研發(fā)，其中“高世代平板顯示用銅蝕刻液”項目獲2015年國家火炬計劃項目，“高世代液晶平板用高純濕電子化學品的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項目獲2015年江蘇省科技計劃成果轉(zhuǎn)化項目。

陳林（1985—），男，江蘇江陰人，工程師，主要從事高純電子化學品的研發(fā)和新產(chǎn)品推廣工作。