一种电子级高纯硝酸提纯方法

2023-01-14

1 绪论

1.1 硝酸的性质

硝酸是一种强氧化性、腐蚀性的强酸。硝酸易溶于水, 常温下其溶液无色透明。其不同浓度水溶液性质有别, 市售浓硝酸为恒沸混合物, 质量分数为65-68%, 质量分数足够大 (市售浓度为95%以上) 的, 称为发烟硝酸。硝酸易见光分解, 应在棕色瓶中于阴暗处避光保存, 严禁与还原剂接触。硝酸在工业上主要以氨氧化法生产, 用以制造化肥、炸药、硝酸盐等;在有机化学中, 浓硝酸与浓硫酸的混合液是重要的硝化试剂。化学式是HNO3, 硝酸与盐酸的体积1:3混合可以制成具有强腐蚀性的王水。硝酸的用途非常广泛, 在有机合成中进行硝化反应, 制备硝酸铵 (既是化肥, 又是炸药) , 硝酸在医药化工, 化纤行业应用非常广泛。是化工重要基础原料三酸两碱之一。

1.2 我国超纯试剂的发展现状

“十五”期间国内集成电路用超纯试剂的需求量接近1万吨, 而国内生产企业实际能提供的量仅10%。据有关方面预测到2010年中国市场需求量将达到15-16万吨/年化学试剂。其中, 国内通用型试剂市场今后的年增长率仍将维持在5%-8%左右, 电子化学品市场预计超过80亿美元。虽然我国电子化学品产业通过近几年技术改造和结构调整, 已经具备一定基础, 但与飞速发展的信息产业相比, 还存在产品品种少, 尤其是高品质产品较少等不足。因此基于电子产业迅猛发展, 而国产高纯试剂严重短缺的现状, 我厂投入大量人力物力, 选择在半导体工业中的消耗比例最大的过氧化氢进行研制, 并取得一定成果。

1.3 目前国内高纯硝酸的提纯工艺

目前我国高纯硝酸提纯一般采用试剂级的硝酸作为原料, 通过电加热的方法二次提纯得到电子硝酸成品。该方法的缺点是1.能耗大。试剂级硝酸本来就是由工业级硝酸蒸馏而成, 因此二次蒸馏必然导致能耗增加。2.环境污染。硝酸受热后有部分分解为NO2, 为保证色度达标, 必须对硝酸进行脱色。而重复脱色将造成NO2重复排放, 造成大气、或者吸收塔内水体的污染。3.产能、得率低。由于蒸馏是一个将液体由液态变为气态, 让后再通过冷凝变为液态的过程。因此在蒸馏过程中必将有部分不凝产生, 而这部分不凝气体只能以气态形式存在, 一般条件下不会再凝结成液体, 因此必将造成原物料损失。综上所述, 研究一种应用于大生产的, 使用新型加热方法一次蒸馏得到电子级硝酸成品的方法就十分必要。

2 成果展示

2.1 工艺流程

如图2-1所示用98%工业级硝酸稀释后的68%硝酸加入换热器E101中, 使用蒸汽加热至沸点气化, 硝酸蒸汽通过填料塔T101后进入冷凝器E102、E103控制温度后在E103内, 使用氮气进行脱水。控制出料流量为100L/h, 脱色后检测合格的成品进入TA101中待用, 不合格产品进入E101中重新蒸馏。 (如图1)

与传统工艺相比该套硝酸蒸馏装置的特点在于:1.使用98%硝酸通过简单调配后得到的68%硝酸作为进料原料, 因此改变了原来制备电子级高纯68%硝酸需要两次蒸馏, 即第一次蒸馏由工业级至试剂级, 第二次蒸馏由试剂级至电子级的过程, 减少了中间步骤和脱色次数, 降低了由此而引起的氮氧化合物排放而造成的污染。2.采用金属钽材质作为加热导体, 解决了原有玻璃设备导热系数低而造成的能耗较高的问题。3.采用连续吹白的工艺, 因而大大降低了氮气的使用量, 减少了脱色时间。