電子級(jí)鹽酸分析

1、電子級(jí)鹽酸資料一、用途及現(xiàn)狀目前，我國(guó)高純電子級(jí)化學(xué)品大多依賴進(jìn)口，隨著國(guó)內(nèi)電子行業(yè)向著高集成化、高均 勻性及高完整性的飛速的發(fā)展，對(duì)廣泛用于單晶硅氣相拋光和外延機(jī)座腐蝕的電子級(jí)鹽酸 的要求也越來越高。除了純度到達(dá) 99.999%以上，還要求鹽酸的HCI、H2O和金屬離子等 有機(jī)雜質(zhì)的含量越來越低。電子級(jí)鹽酸在我們生活的各個(gè)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，如醫(yī)藥、化工、半導(dǎo)體、大規(guī) 模集成電路等行業(yè)。電子級(jí)鹽酸主要用于外延生長(zhǎng)前硅和砷化鎵高溫氣相刻蝕，清洗鈉離 子。另外高純鹽酸還用于金屬表面化學(xué)處理，激光用混合氣、膠 片生產(chǎn)及碳纖維表面處理。過去我國(guó)大多依賴進(jìn)口，近年來技術(shù)得到不少突破。電子級(jí)鹽 酸產(chǎn)品

2、附加值高，利潤(rùn)豐厚，屬于精細(xì)化工品，投資少，技術(shù)含量高。目前僅有少數(shù)廠家 進(jìn)行電子級(jí)鹽酸的生產(chǎn)。 隨著國(guó)家光伏行業(yè)和新能源的快速發(fā)展，電子級(jí)鹽酸的需求量越來越多。目前國(guó)內(nèi)鹽酸市場(chǎng)現(xiàn)狀：1、國(guó)內(nèi)鹽酸企業(yè)多是隨市就價(jià)，隨市決定產(chǎn)量，市場(chǎng)供應(yīng) 量充足，開工率不穩(wěn)定；2、合成鹽酸市場(chǎng)行情受上游液氯市場(chǎng)行情影響較大，此漲彼 漲，此跌彼跌；3、氯堿難平衡，當(dāng)前國(guó)內(nèi)氯堿企業(yè)處于調(diào)整狀態(tài)，正在向以氯補(bǔ)堿的發(fā) 展模式轉(zhuǎn)型，氯堿產(chǎn)品出現(xiàn)價(jià)格調(diào)整是必然現(xiàn)象；4、電子級(jí)鹽酸銷售價(jià)格高，大多依賴進(jìn)口。近年來很多企業(yè)在進(jìn)行電子級(jí)鹽酸的研發(fā)，由于技術(shù)含量很高，目前進(jìn)展不大。二、目前使用的電子級(jí)鹽酸提純方法及對(duì)應(yīng)方法主要設(shè)備

3、鹽酸，分子式HCL，分子量36.46；是HCL的水溶液，純凈的鹽酸是無色透明液體。 工業(yè)級(jí)鹽酸因含有雜質(zhì)而帶有黃色，濃鹽酸在空氣中發(fā)煙，有刺激性氣味，味酸，有腐蝕 性。沸點(diǎn)-85C，熔點(diǎn)-114C，鹽酸的密度和氯化氫的百分含量可以按下列公式進(jìn)行粗略的 計(jì)算：質(zhì)量%=（密度一1） *2+0.5提純方法:鹽酸的提純方法很多，根據(jù)不同情況采用不同提純方法，目前采用的方法有等溫?cái)U(kuò)散 法、蒸餾法、亞沸法、精餾法、離子交換法、氣體吸收法，潔凈環(huán)境中采用亞沸或者雙亞 沸的方法最好。1.?等溫?cái)U(kuò)散法等溫?cái)U(kuò)散法提純鹽酸的特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)量小，所得鹽酸純度很高但濃 度不高，很適合實(shí)驗(yàn)室少量制取低濃度高

4、純度的鹽酸。工藝情況如下：設(shè)備可以由硬質(zhì)玻璃、石英玻璃聚乙烯、PVC等制造，但是最好采用聚乙烯制造，以減小材質(zhì)中的金屬雜質(zhì)析出取兩個(gè)相同潔凈容器，將其中之一 A加入37%鹽酸（化學(xué)純），另一潔凈容器B加入 高純水。將兩容器同時(shí)放入另一個(gè)較大潔凈容器中，分開一定間距，然后將大容器密封。 室溫環(huán)境中放置一周后，打開。容器 B中的溶液即為濃度510N的高純鹽酸。容器A中 濃鹽酸的體積與B中高純水的體積，決定了最終產(chǎn)品的濃度。此方法得到高純鹽酸的純度 主要由B容器本身雜質(zhì)溶出的程度與高純水質(zhì)量所決定。如果對(duì)容器雜質(zhì)溶出、環(huán)境的沾污及高純水質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，可得到純度極高的鹽 酸。2蒸餾法蒸餾法提純鹽酸

5、的特點(diǎn)是設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)量大，所得鹽酸純度不是很高， 濃度也不太高。蒸餾器由石英或者玻璃制造。：工藝情況如下：蒸餾設(shè)備必須安裝在通風(fēng)櫥內(nèi)，蒸餾設(shè)備包括：蒸餾釜，導(dǎo)氣管，冷凝器，原料罐， 成品儲(chǔ)罐，尾氣吸收裝置，進(jìn)料流量計(jì)等。將工業(yè)鹽酸泵入原料儲(chǔ)罐內(nèi)，鹽酸羥氨進(jìn)行處理。也可以在原料罐與蒸餾釜之間串接一個(gè)SnCI2（氯化亞錫）柱，主要作用是去除游離氯，另外對(duì)As、Fe也有一定的絡(luò)合作用。另一種方法也可以去除游離氯：用氮?dú)饣蚓七^的HCI或潔凈空氣吹出游離氯。設(shè)備可以由硬質(zhì)玻璃或石英玻璃制造，但是蒸餾釜最好采用石英玻璃制造，以減小材 質(zhì)中的金屬雜質(zhì)析出。工業(yè)鹽酸加入塔釜后，加熱至沸騰，蒸汽

6、通過導(dǎo)氣管進(jìn)入冷凝器中冷凝，其現(xiàn)象為開 始時(shí)尾氣吸收器中有大量的氣泡冒出，這時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)加熱功率與進(jìn)料速度及冷卻水的流量， 使尾氣吸收器中的氣泡緩慢均勻的放出。收集冷凝器中的餾出液進(jìn)入成品罐。用此方法得 到的產(chǎn)品級(jí)別為：雜質(zhì)水平在10-7左右，整個(gè)裝置的產(chǎn)量是由蒸餾釜體積、加熱功率和冷 卻面積決定的。一般情況下，蒸餾釜體積為 15L，加熱功率為2kw，冷卻面積為0.5m2情 況下，產(chǎn)量為2L/h左右。在設(shè)備使用的初期階段，產(chǎn)品中 ？的Na+、Ca2+、Mg2+、K+等 雜質(zhì)的水平會(huì)受到冷凝器、成品罐材質(zhì)雜質(zhì)的析出影響，隨著生產(chǎn)時(shí)間的增加，設(shè)備材質(zhì) 雜質(zhì)析出產(chǎn)品質(zhì)量造成的影響會(huì)逐漸降低。如果尾氣吸收

7、器采用比較純的材料，內(nèi)盛高純 水，也可以在尾氣吸收裝置中獲得高純鹽酸。也有文獻(xiàn)記載蒸餾出的HCI氣體經(jīng)過活性炭柱吸附以去除游離氯和其他雜質(zhì)的報(bào)道， 但是實(shí)際操作中，活性炭必須經(jīng)過酸洗、浸泡等預(yù)處理，否則容易引入新的雜質(zhì)。即使最 干凈的活性炭，其中的Fe2+離子的濃度也要超過5ppm,所以對(duì)游離氯等雜質(zhì)的去除最好 采用預(yù)處理的方法，盡量減少流程中的處理以免帶來沾污。采用降膜蒸餾法提純工業(yè)鹽酸也是一種有效的提純方法。他的提純效果高于蒸餾法， 與精鎦法提純效果相當(dāng)。設(shè)備相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但對(duì)設(shè)備的安裝要求比較嚴(yán)格，操作彈性比 較小，但可以大規(guī)模生產(chǎn)。降膜塔由原料罐、塔頭冷凝器、膜加熱管、殘液收集器、成品

8、罐、流量計(jì)等構(gòu)成，設(shè) 備材質(zhì)為硬質(zhì)玻璃或石英玻璃。原料的預(yù)處理方法與蒸餾法相同。工業(yè)鹽酸從塔的上端流 入，經(jīng)過成膜器，沿加熱列管內(nèi)壁形成均勻薄厚的液膜，液膜向下流動(dòng)的過程中逐漸蒸發(fā)， 在塔頭的冷凝器可以得到高純度的成品鹽酸。降膜蒸餾法的工藝特點(diǎn)為：在加熱過程中液膜中的HCI和H20分子劇烈擾動(dòng)，但汽液 相間的界面層的分子受到的束縛力比較小，汽化能量比較低，首先被汽化。這樣就能避免 因?yàn)閵A帶作用而帶來的沾污，因此可以得到純度很高的鹽酸。其產(chǎn)品的金雜水平可以控制 在10ppb左右。如果增加膜加熱管的長(zhǎng)度，降低加熱溫度，還可以使產(chǎn)品的級(jí)別進(jìn)一步提 高，但安裝調(diào)試難度進(jìn)一步增大。3亞沸蒸餾法亞沸蒸餾法

9、是一種進(jìn)行深度凈化的有效提純方法。亞沸蒸餾法的特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、產(chǎn) 品質(zhì)量高（產(chǎn)品中金屬雜質(zhì)的含量一般會(huì)低于 1ppb甚至更低）、操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)量較大。如 果采用雙亞沸的方法，可以將絕大多數(shù)的金屬雜質(zhì)含量降低到O.lppb0.5ppb，如果在對(duì)沾污控制非常嚴(yán)格的情況下，可以有望得到金屬雜質(zhì)在O.lppb以下的產(chǎn)品。亞沸蒸餾器工藝特點(diǎn)：采用亞沸法制備高純鹽酸，一般都選用石英材料制作亞沸蒸餾器，以免對(duì) 產(chǎn)品造成沾污。在亞沸蒸餾器中加入試劑級(jí)（分析純或化學(xué)純）鹽酸，通過位于液面上方 的加熱列管中的電爐絲或其他輻射熱源，使液面表層產(chǎn)生汽化，可以避免液面內(nèi)部氣泡的 產(chǎn)生，從而杜絕了在深度提純中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響

10、極大的霧沫夾帶現(xiàn)象的發(fā)生。如采用雙亞 沸蒸餾時(shí)，第一個(gè)亞沸蒸餾器中的產(chǎn)品通過四氟管道流入第二個(gè)亞沸蒸餾器中，經(jīng)過兩次亞沸蒸餾后，可以進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。亞沸蒸餾初始時(shí)，產(chǎn)品濃度較高。如選用32%原料，初始濃度一般可達(dá)到36%38%,隨著蒸餾的過程的進(jìn)行，濃度逐漸降低到恒沸酸的 濃度（20.24%）。如果想得到不同濃度的產(chǎn)品，可以在不同的時(shí)間段收集不同濃度的餾分。 如果設(shè)計(jì)成連續(xù)加料的亞沸蒸餾裝置，其餾出濃度由進(jìn)料速度決定，而塔釜液由溢流管不 斷排出。亞沸蒸餾裝置一般由高位罐、石英亞沸蒸餾器、成品儲(chǔ)罐、冷卻設(shè)備等組成。雙亞沸 蒸餾器由兩個(gè)亞沸蒸餾器以及連接的四氟管件組成。4.?精餾法精餾法提純高

11、純鹽酸是目前的主流技術(shù)，其特點(diǎn)是產(chǎn)量大、純度高、設(shè)備相對(duì)復(fù)雜、操作比較復(fù)雜、設(shè)備設(shè)計(jì)加工難度高、但可以制成較大規(guī)模設(shè)備。如果沾污控制得當(dāng)，設(shè)備設(shè)計(jì)、加工比較科學(xué)合理，其產(chǎn)品金屬雜質(zhì)可以控制在1ppb0.2ppb 以下。鹽酸精餾塔主要由原料輸入泵、原料儲(chǔ)罐、流量計(jì)、精餾塔釜、精餾柱、冷凝器、成 品儲(chǔ)罐，如需控制顆粒，還需要過濾器、超凈臺(tái)及相應(yīng)管線組成。其中，精餾柱分為提餾 段和精餾段。進(jìn)料方式可以采用連續(xù)進(jìn)料方式或間歇進(jìn)料式。在換熱效率一定的情況下， 產(chǎn)品的濃度由進(jìn)料速度決定。精餾塔的設(shè)計(jì)、加工水平體現(xiàn)很高的技術(shù)含金量。目前，雖然有很多單位采用精餾塔 作為鹽酸提純的主要設(shè)備，但是一些精餾塔提純產(chǎn)

12、率很低，也有的精餾塔提純后鹽酸的純 度不高，這些都是由于精餾塔的設(shè)計(jì)不合理、加工不規(guī)范造成的。在高純鹽酸的研制中，+0米用的是填料精餾塔，其主要功能都是為了使上升蒸 氣與回流液體充分接觸，保證氣液兩相之間能在良好的條件下進(jìn)行質(zhì)量與熱量的傳遞。在 酸的精餾過程中，液泛、爆沸、霧沫夾帶都將導(dǎo)致精餾效率的下降，而使產(chǎn)品質(zhì)量受到影 響，尤其是對(duì)Semi C8、Semi C12級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量的影響更大。因?yàn)樵谝后w精餾過程中產(chǎn)生的 液泛、爆沸、霧沫夾帶等使可溶性雜質(zhì)及不容性顆粒附在氣泡和液體界面上并在精餾中進(jìn) 入氣流中，因此可以預(yù)見所有這些雜質(zhì)及顆粒都將會(huì)在氣流的夾帶下進(jìn)入產(chǎn)品。在精餾塔 中增加了二次加熱，為

13、蒸氣氣液界面平穩(wěn)進(jìn)行提供了更高的熱交換效率。二次加熱可以消 除在精餾過程中產(chǎn)生的液泛、爆沸、霧沫夾帶等不利因素帶來的影響而在塔內(nèi)提供第二次 汽化點(diǎn)，使液泡充分汽化，減少了可溶性雜質(zhì)及顆粒夾帶進(jìn)入氣相中，使產(chǎn)品的質(zhì)量得到 保證。精餾塔的特點(diǎn)是使用了反向環(huán)，它與填料結(jié)合，使沸點(diǎn)較高的組分通過整流，在精餾 塔的中央?yún)^(qū)域向下運(yùn)動(dòng)，因此形成明顯的平穩(wěn)汽化，并且填料柱作為有效的逆流雜質(zhì)洗滌 器，反向連續(xù)洗滌上升的氣體，并使雜質(zhì)及顆粒返回塔釜。這一特點(diǎn)確保了平穩(wěn)有效的汽 化，進(jìn)一步洗滌蒸氣和回流液體組分以及重新組合氣相在精餾塔中的分布。在平穩(wěn)對(duì)流的 過程中，沸點(diǎn)較低的組分從中心區(qū)域擴(kuò)散至內(nèi)壁液化，然后通過反

14、向環(huán)進(jìn)入中央?yún)^(qū)域升溫 汽化，在精餾過程中，內(nèi)回流作用結(jié)合反向環(huán)能有效的去除可溶性雜質(zhì)和不溶性顆粒，進(jìn) 一步提高了精餾塔的提純效率。三、電子級(jí)鹽酸的價(jià)格及主要廠家目前國(guó)內(nèi)電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家主要使用美國(guó)、德國(guó)產(chǎn)品，價(jià)格為13萬/噸，我國(guó)生產(chǎn)廠家出售9萬/噸，但是市場(chǎng)占有量不到30%。主要生產(chǎn)廠家有蘇州市博洋化學(xué)品有限公司（一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的大型精細(xì)化工企業(yè)，公司主要提供電子、化工、醫(yī)藥、 印染、汽車等行業(yè)的化學(xué)品解決方案）、蘇州市晶協(xié)高新電子材料有限公司（主要開發(fā)，生產(chǎn)電子行業(yè)所需的超凈高純的化學(xué)品）、韶關(guān)高科祥高新材料有限公司（GR優(yōu)級(jí)純硫酸、 AR分析純硫酸、AR分析純鹽酸、GR優(yōu)級(jí)

15、純硫酸、雙氧水、通用化學(xué)試劑等產(chǎn)品專業(yè)生 產(chǎn)和銷售的公司）等。四、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鹽酸英文名稱：Hydrochloric acid分子式：HCI分子量：36.46CAS 號(hào)： 7647-01-0物化性質(zhì)：鹽酸是一種強(qiáng)酸，濃鹽酸具有極強(qiáng)的揮發(fā)性，因此盛有濃鹽酸的容器打開后能 在上方看見酸霧。高純鹽酸一般由工業(yè)品通過恒沸蒸餾法提純而成。主要用途：在半導(dǎo)體和集成電路中用作配置晶片表面及金屬涂層的酸性洗液和蝕刻液。序號(hào)項(xiàng)目AR級(jí)1含量 （% 362色度（黑曾） 103灼燒殘?jiān)ㄒ粤蛩猁}計(jì)）mg/kg 54游離氯（CI2 ） mg/kg 15硫酸鹽（SO4） mg/kg 26亞硫酸鹽（SO3 mg/kg? 27磷酸鹽（PO4） mg/kg?/8顆粒0.5卩m （個(gè)/ml ）/9錫（Sn） mg/kg 210鐵（Fe） mg/kg 0.511銅（Cu） mg/kg 0.112砷（As） mg/kg 0.0513鉛（Pb） mg/kg 36-37 36-38 36-38 10 10 10 10 3 2 1 0.5 0.4 2 0.5 0.4 2 0.8 0.6/ 0.05 0.05/ 25 10 0.0