論降膜結晶法在高純硫酸制備中的重要性

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

論降膜結晶法在高純硫酸制備中的重要性

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

目前，關于高純硫酸的制造工藝還不夠先進，其中成本浪費很大，且不易操作，需要進一步優化。降膜結晶法應用于高純硫酸制備，可減少其制備過程中的原料成本浪費，對于綠色環保經濟發展也產生了積極作用。采用減壓蒸餾、降膜結晶工藝對工業硫酸進行凈化提純，可以制備出達到 BV-Ⅲ 級的高純硫酸。降膜結晶法在高純硫酸制備中有著重要的意義。

減壓蒸餾；降膜結晶；高純硫酸

硫酸屬于強酸，而超純硫酸屬于電子級超高純度的酸。超高硫酸有廣泛的應用，主要利用其與金屬等發生反應，有很強的腐蝕特性。超高硫酸對硅晶片有很好的洗刷作用，且已經具有一定的歷史。超高硫酸在近幾年的需求量一直處于很高的位置，且隨著電子信息技術的發展，電子工業也發展迅速，對于超高硫酸的需求逐年增加。

1　高純硫酸的制備現狀

硫酸是重要的工業原料，這與其特性有著密切的關系，圍繞其展開了各種研究，硫酸的發展一直都有著較高的關注度。純硫酸是一種沒有顏色，透明狀態的油性液體，因為是強酸，所以有很強的氧化性和腐蝕性，能和極大多數的金屬產生氧化反應。隨著國內經濟的快速發展，工業化進程加快，中國已經是硫酸消耗大國。與此同時，中國也是硫酸生產的大國，不管是純硫酸的生產工藝還是硫酸生產的產量在國際上都處于一個不錯的水平。近幾年，工業快速發展的同時，環境也受到了很大的污染，故我國提出了綠色、循環、節能三大硫酸生產主題。這實際上就是需要研究人員和技術人員在硫酸的提純工藝上加以創新。

據目前數據顯示，國內研究所已經研制出超高純硫酸，并開發出其生產設備和制造工藝，其級別達到500t/aBy-l級。下一步該研究所計劃將其高純硫酸研發產品產業化。很快國內會建設超純硫酸生產基地，對于超純硫酸的發展起到積極作用。但是由于硫酸作為工業清洗劑還是存在價格過高和污染過重等現實問題，使其在市場上不具備有積極的競爭實力，所以新型工藝需要不斷更新和優化。

2　降膜結晶法在高純硫酸制備中的應用

結晶是一種常用的提煉手法，廣泛應用于酸的提純技術中。降膜結晶法實際是通過逐步分離的方法，層層結晶，與蒸餾法有著很大的區別。液體和固體屬于物質的不同形態，降膜結晶法就是通過物質的這一特點，利用不同物質不同結晶度，使混合物質逐步分離。利用以上原理去除硫酸中的雜質從而制備高純硫酸。

2.1實驗材料

采用工業硫酸，質量分數為97.5%，經測試，其含有的主要雜質及其含量（μg/kg）為：Fe，20.644；Ga，10.258；Mg，10.244；Na，1.685；Ni，0.802。硫酸中的金屬離子種類眾多，而鐵離子含量占比最高，且去除的難度較大，因此，本實驗以鐵的去除作為研究目的。

2.2實驗裝置

2.2.1減壓蒸餾裝置

由于在工業硫酸的體系中存在較高含量的金屬或非金屬雜質，若直接利用降膜結晶的方式進行提純，很難保證得到少雜質、高純度的符合要求的產品。因此，應該結合蒸餾法進行輔助除雜。下述裝置為常規的利用減壓蒸餾的原理除雜的實驗裝置。

2.2.2降膜結晶裝置降膜結晶裝置見圖1。

圖1　降膜結晶裝置示意圖

2.3實驗方法

2.3.1減壓蒸餾利用減壓蒸餾的方式，在一定的真空條件下，對蒸發出的硫酸進行收集。

2.3.2降膜結晶

①結晶過程：首先對恒溫槽中的液體進行控溫，使其達到所需溫度，促使結晶器的溫度在一定時間內保持恒定。其次，在結晶器內添加一定用量的晶種掛膜，按照一定的流速和流量往其中輸送進料液-蒸餾酸，并對其進一步降溫直至結晶完全，此時，停止進料液的輸送；

②發汗過程：對恒溫槽進行升溫操作，提高器皿溫度，使結晶體部分融化，并以汗液的方式排出，逐漸升溫直至其排放完全；

③熔融過程：對結晶器溫度進一步提升，使晶體完全融化，即得到所需產品。

研究表明，減壓蒸餾與降膜結晶配合使用，具有眾多優點，如工藝操作簡單，成本低廉，且具有高效節能的特點。以工業硫酸為實驗原料，通過上述提純方法，能獲得達到BV-Ⅲ級的高純硫酸產品。

3　結束語

結晶過程中，固-液界面的不同形態和晶體生長中的不同特征決定了不同的組織結構。近些年，對于結晶過程中的晶體形貌變化和結構特征所進行的相關研究越來越多，通過控制微晶結構來調整材料的各項性能是當前研究的熱點。而降膜結晶法作為一種高效的提純除雜方法，通過與減壓蒸餾配合使用，能獲得電子級試劑-高純硫酸，該方法為其它種類的電子級試劑的提純提供了重要的參考價值。

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［3］ 黃美英，方榮美，李軍，等.二甲苯在傾斜晶析塔內純化過程［J］.重慶大學報：自然科學版，2012，31（2）：212-215.

［4］ 甘李軍，丁小川.用降膜分步結晶法生產精萘［J］.燃料與化工，2010，33（4）：209-211.

On the Importance of Falling Film Crystallization Method for Preparing High Purity Sulfuric Acid

Shao Yong，Chen Lin，Zhu Long

At present，about the manufacturing process of high purity sulfuric acid is still not advanced enough，the cost of which waste large and difficult to operate，need to be further optimized.Falling film crystallization method used in the preparation of high purity sulfuric acid，which can reduce the cost of raw materials preparation process waste for green economic development also had a positive benefit.By vacuum distillation，falling film crystallization process for purification of industrial sulfuric acid purification，can be prepared to achieve BV-Ⅲ grade high purity sulfuric acid.Falling film crystallization method has an important significance in the preparation of high purity sulfuric acid.

vacuum distillation；falling film crystallization；high purity sulfuric acid

TQ111.1

A

1003-6490（2016）05-0077-02

2016-05-10

邵勇（1981—），男，江蘇江陰人，工程師，主要從事高純電子化學品的研發和新產品推廣工作。