電子化學品生產過程風險分析及安全措施

陳晶妮（江蘇國恒安全評價咨詢服務有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

半導體芯片和液晶面板產業發展迅速，對電子級化學品的需求逐年遞增。半導體芯片和液晶面板的生產涉及近三百種電子化學品，一個產品未及時到位就會影響正常生產，然而我國電子化學品市場卻面臨著不容樂觀的現狀：幾大國際巨頭控制著絕大部分電子化學品市場，特別是高端市場上幾乎形成了壟斷，使得我國在用的高端產品幾乎都依賴于進口。這種現狀也造成了我國電子化學品制造成本高、成品昂貴的情況。

在不斷增長的市場需求刺激下，國內諸多企業發力電子化學品市場，不斷引進國外技術、創新研制辦法，在整體上持續提高了國內電子化學品技術水平。但國內對電子化學品的不斷探究也會帶來一系列潛在的安全風險，例如，電子特氣存在有諸多不穩定特質容易分解，具有強腐蝕性，在儲存中易發生安全事故。要切實保障電子化學品生產的安全性，就需結合實際情況，了解并掌握相應的防護措施。

1 電子化學品概述

電子化學品，屬于化工材料范疇，可應用于集成電路制造、工業控制系統制造，適用在軍工、民用、科研等諸多領域。電子化學品主要分為濕電子化學品和電子特氣。

（1）濕電子化學品

濕電子化學品又分為通用和功能性化學品，目前世界及我國的濕電子化學品產品通常執行SEMI國際標準。濕電子化學品是現代通信、現代電子信息技術和新能源等技術的重要關鍵化學材料，常應用在平板制造、半導體產品以及太陽能電池等行業，每種產品的應用情況各不相同，是電子工業的基礎性材料。在國內8英寸及以上的集成電路芯片生產線中，需要進口的通用濕電子化學品主要有硫酸、氫氟酸、磷酸、鹽酸、硝酸、過氧化氫、氨水、氯氣等無機酸堿類以及異丙醇等有機溶劑類，常用的功能濕電子化學品主要有顯影液、蝕刻液、剝離液、稀釋液等。

（2）電子特氣

電子特氣，可分為電子大宗氣體以及電子特種氣體，是指在電子工業領域中使用到的氣體，如氮氣、氧氣、氫氣、氦氣等，是電子工業的關鍵原料，也是工業氣體中附加值較高的品種。與傳統工業氣體的區別是，電子特氣氣體純度要求遠遠大于一般氣體，氣體的濃度一般要求在99.999 9%以上。電子特氣，主要用于成膜（CVD等）、干式蝕刻、化學清洗、摻雜（離子注入、擴散）等加工工藝，是光纖、極大規模集成電路、平面顯示器件、太陽能電池、化合物半導體器件等電子工業生產中不可或缺的基礎和支撐性材料之一。

2 電子化學品生產現狀及工藝原理

2.1 生產現狀

2019年世界半導體、平板顯示、太陽能電池三大應用市場使用濕電子化學品的市場規模約為510億元，預計未來3年的年均增速約為7.3%。國內濕電子化學品的主要生產廠家有巴斯夫、聯仕、Stella、森田、關東、瑞兆科等，國內濕電子化學品市場規模約為75億元，進口替代趨勢明顯，逐步向高端演進，預計未來3年增速約為14.2%。

2019年世界電子特氣市場規模約為480億元，預計未來3年年均增速約為5.3%；國內電子特氣主要生產廠家有大陽日酸、昭和電工、梅塞爾、法液空等。國內電子特氣市場規模約為86億元，進口替代趨勢明顯，逐步向高端演進，預計未來3年增速約為12.8%。

目前，國內已有生產企業生產的產品質量可滿足中國液晶及12寸晶元的要求。例如江蘇瑞兆科電子材料有限公司引進的ADEKA公司氯氣工藝，其電子級氯氣產品質量指標中氯含量可達到99.999%。其從宇部興產株式會社引進的硫酸、氨水工藝，電子級硫酸產品質量指標中硫酸含量可達到98.5%±0.5%，電子級氨水產品質量指標中氨含量可達到29%±1%。

2.2 生產工藝原理

目前常見的電子化學品，如電子級硫酸、電子級氯氣、電子級氨水、電鍍液添加劑、電子級特氣等，其常見的生產工藝原理如下：

（1）電子級硫酸

原料三氧化硫經氣化過濾去除其中雜質后，用硫酸吸收，加入超純水調整濃度，再進一步脫除其中二氧化硫雜質后得到電子級硫酸產品。

（2）電子級氯氣

原料氯氣進行一次精制（脫水、過濾、蒸餾），脫除水份及雜質（鐵離子、顆粒等），將精制后的電子級液氯儲存在成品罐中。通過對成品罐加溫，利用罐內壓力，從成品罐底部輸送電子級液氯，經過二次精制（脫水、過濾），填充入專用容器。

（3）電子級氨水

液氨經氣化后與超純水在吸收塔進行混合，用超純水吸收，得到電子級氨水。電子級氨水在塔內經過循環吸收、冷卻，抽出部分循環液，進入產品儲罐，經灌裝得到電子級氨水產品。

（4）電鍍液添加劑

原材料按配方的要求逐一投入混料槽，并開啟攪拌器，使槽內物料徹底溶解、充分混合，從而均質化；將混料槽中已經均質化的料液用過濾循環泵打入過濾器進行加壓過濾，以去除固體雜質，濾液重新返回混料槽中，如此循環過濾，直至濾液達到所需的要求。

（5）電子級特氣

氣體混配根據不同氣體比例混合原理，將純氣與氫氣、氬氣、氮氣、氦氣等按客戶需求比例進行混合，經調壓、檢測達到客戶需求品質要求后，灌裝鋼瓶外運銷售。

3 生產過程風險分析

（1）電子級硫酸生產過程中涉及的物料為三氧化硫液體、電子級硫酸。三氧化硫液體不可燃，具強腐蝕性、強刺激性；硫酸不可燃，但與易燃物質接觸，可能生熱起火，具有強腐蝕性；三氧化硫溶于水生成硫酸的過程放出大量的熱，使水表面有很大水蒸汽分壓；三氧化硫和水蒸汽分子迅速結合生成硫酸分子，由于來不及溶解在水里，在氣相中即發生硫酸蒸汽過飽和現象而凝成酸霧，不僅使進一步吸收三氧化硫困難，而且也易引發安全事故。三氧化硫、電子級硫酸屬于酸性腐蝕液體，對冷凝器等設備的材料會產生嚴重的腐蝕作用，從而導致三氧化硫液體、電子級硫酸物料從設備、管道、泵等處泄漏，引發人員灼傷、腐蝕、中毒事故。

（2）電子級氯氣生產過程中涉及的物料為氯氣。氯氣本身為劇毒化學品，氧化性強。對氯氣原料進行冷凝、蒸發預處理的初步精制，產生潮濕的氯氣對氣體過濾器等設備的材料會產生嚴重的腐蝕作用，從而可能導致氯氣等有毒物料從設備、管道、泵等處泄漏，引發人員中毒事故。三氯化氮是一種極易爆炸的物質，在氣相氯中含量為1，在液相氯中含量為6~10，所以當汽化器中液氯蒸發時，大部分氯化氮會留存在液氯殘液中。隨著不斷的汽化，汽化器內的液氯總量越來越少，殘留的三氯化氮含量隨之越來越高，當三氯化氮的含量超過5%時，就存在爆炸的危險。

（3）電子級氨水生產過程中涉及的物料為液氨、氨水。液氨屬于易燃有毒液體，會蒸發出氨氣，當氨氣與空氣混合，會形成爆炸性混合物，一旦遇到明火或受到高熱，很可能引起爆炸燃燒。液氨和氨水屬于堿性腐蝕液體，對蒸發器、冷凝器等設備的材料會產生嚴重的腐蝕作用，從而可能導致液氨和氨水物料從設備、管道、泵等處泄漏，引發腐蝕、中毒事故，同時由于其可能產生爆炸性混合物，所以也會導致爆炸事故。

（4）電鍍液添加劑生產過程中涉及的原材料一般有幾十種，原材料按照配方比例投加，物料涉及易燃易爆、中毒窒息、腐蝕等危險。生產過程的主要危險過程是投料和攪拌過濾。①投料。在投料前，需要先進行抽料和泵打料等操作，物料中有易燃易爆物質，若抽料設備、管道密封性能差或發生破裂，就會使易燃液體外逸，發生燃爆危險。泵送投料過程中需要控制易燃液體的流速，否則會因產生大量靜電的積累而發生火災爆炸。易燃物料取料主要是通過抽料泵送到混料槽中，操作過程中可能會因泵體泄漏、管道破裂、操作失誤造成混料槽物料滿料等原因引起泄漏，如遇明火易發生火災爆炸。輸送泵多為離心泵，其泵芯若為普通碳鋼，會因摩擦產生火花而發生火災爆炸。②攪拌過濾。攪拌速度要考慮到安全防火問題，如果攪拌器和反應器內壁都是絕緣體且攪拌速度過快，則攪拌器內壁與物料快速相對運動，易產生靜電并形成積聚，從而可能造成靜電放電現象而引起物料燃燒爆炸。攪拌器與器壁若碰擦，會引起種種問題，進而發生事故。攪拌器若腐蝕斷落，造成反應異常，易發生沖料、爆炸事故。

（5）電子級特氣生產過程中涉及主要氣體有氫氣、氬氣、氮氣、氦氣等。氫氣有易燃易爆性，氬氣、氮氣、氦氣有窒息性。在氣體混配過程中發生氣瓶泄漏容易引發火災、爆炸、窒息等事故；氣瓶充裝前后氣瓶不檢驗、漏檢、誤檢等易導致火災、爆炸的危險；超量充裝可能發生氣瓶超壓爆炸。

4 安全措施

通用濕電子化學品如電子級硫酸、電子級氯氣、電子級氨水的生產過程較簡單，只涉及到化學品的純化過程，如過濾、蒸餾等，不涉及化學反應。常用的功能濕電子化學品如電鍍液添加劑，由多種原輔材料在密閉環境內進行物理混合。電子特氣將不同氣體按照比例混合，生產過程相對簡單，因此需特別關注物料自身危險性，從而提出相應的安全措施，以下列舉了幾點較重要的安全措施。

（1）電子級硫酸、氯氣、氨水在生產過程中涉及到氯氣、氨氣、三氧化硫等腐蝕性氣體，因此所用設備必須防腐蝕，設備應保證嚴密不漏；在可能泄漏易燃易爆物質（液氨等）的場所內，應設可燃氣體泄漏報警儀；在可能泄漏氯氣、氨氣、三氧化硫等有毒物質的場所內，應設有毒氣體泄漏報警儀。

（2）液氯汽化器因汽化過程中容易積聚三氯化氮，需避免發生火災爆炸。三氯化氮的沸點遠比液氯的沸點高，隨著液氯的不斷汽化，液氯殘液中剩余的三氯化氮濃度越來越大，如果濃度達到爆炸極限，則有可能發生危險，因此液氯汽化過程要在液氯未完全汽化時即停止反應，并將殘液一起排放到液氯排污器中。另外，要避免三氯化氮溫度過高，因此液氯汽化器的供熱介質不能采用溫度高于45 ℃的熱水。

（3）電鍍液添加劑在生產過程涉及易燃、易爆、有毒、腐蝕性物料作業，生產中應保持系統的密閉性。①在備料工序中，所用原料的現場生產存量應該以不超過一晝夜的用量為限。性質相抵觸和滅火方法不同的原料應分開存放，配料時應仔細核實原料的品種、規格及數量。工作現場要保持通風良好，電氣設備要防止高溫，現場禁止明火，嚴格遵守動火作業規程。②生產車間部分采用人工投料，作業場所應設置安全通風措施，作業人員按要求配備安全防護用品。③同一設備生產多種產品時，為防止發生火災、爆炸及中毒危險，在不同批次產品生產前，企業應嚴格按照安全操作規程的要求，對設備進行清洗、置換后方可投入生產使用。

（4）電子級特氣在生產過程中涉及火災、爆炸、窒息、中毒等氣體，需重點關注以下措施：①混氣過程中涉及到氫氣易燃易爆氣體，應設置防爆區，防爆區應該采用防爆墻進行分隔，防爆墻采用鋼片纖維水泥復合板輕質抗爆墻，抗爆壓力值不小2 000 kPa/m2。②在可能泄漏易燃易爆氣體的場所內，應設可燃氣體泄漏報警儀。在可能泄漏有毒氣體的場所內，應設有毒氣體泄漏報警儀。③鋼瓶進入各充裝區域前，均需進行抽真空處理，防止內部殘存氣體在充裝過程中泄漏引起燃燒爆炸。④電子級特氣充裝過程中，管道接頭采用金屬面密封接頭，先做氣體檢漏，高壓測漏，再做抽真空負壓側漏，最后進行氣體充裝。⑤混配氣的工藝排風管道設置阻火閥及吹掃裝置，防止工藝尾氣在排風管道內由于環境溫度過高導致自燃。⑥防止氣體泄漏，可設置手動閥，在氣體探測器檢測到氣體泄漏信號時，通過手動閥門關閉該接口上游側的管道。設置壓力傳感器與裝置進行互鎖，檢測到超壓時，聯鎖關閉裝置。

5 結語

加強對電子化學品生產過程的安全防控，不僅在于提高生產過程的安全性，更是推進電子化學品行業高質量發展的有效途徑。文章通過分析常見的電子化學品（電子級硫酸、氯氣、氨水、電鍍液添加劑、電子級特氣）在生產過程中存在的風險，提出針對性的安全措施意見，希望防患于未然，最大化降低發生安全事故的機率。