冷却结晶法制电子级磷酸的研究

论文摘要

随着电子行业的迅速发展,作为湿法蚀刻剂的原料之一高纯磷酸其纯度受到了广泛的关注,因为高纯磷酸的纯度决定了电子芯片的质量,而电子级高纯磷酸中各种微量元素含量是衡量磷酸纯度的重要指标,因此如何降低磷酸中各种微量杂质含量以达到电子行业的要求是目前研究的关键。本论文便是根据需要采用冷却结晶法进行研究。论文选陆良食品磷酸作原料,在温度为65℃、反应时问为60min、搅拌速度为250rpm、活性炭加入量为3‰、脱砷、重金属剂P2S5为理论加入量1-3倍的实验条件下,对原料酸进行了预处理；用硫化物沉淀法、溶剂沉淀法有机溶剂萃取法、浓缩结晶法、联合工艺法及冷却结晶工艺等进行了工艺选择的实验,通过各种磷酸除杂实验的比较,结合电子行业对磷酸的要求,确定了食品磷酸除杂工艺方法——冷却结晶法,这是通过一种方法就能对食品磷酸中各种微量元素进行净化的途径。用单因素考察了结晶温度、结晶时间、搅拌速率、晶种的加入量以及结晶浓度等因素的影响,并用正交实验获得了最佳工艺条件为：结晶温度13℃、结晶时间3h、搅拌速率200rpm、晶种加入量3颗。采用AES-ICP和重量法对实验结果进行检测,实验结果达到LCD级电子级磷酸产品要求。为了得到更高质量产品拟定对结晶进行进一步的净化,在最佳实验条件下通过水洗和多次结晶实验得到的产品质量更高,通过探索初步得到了小试实验中杂质达到了脱除下限的冷却结晶实验次数。杂质离子脱除的难易程度也表现出一定的规律性,阳离子脱除的难易排列顺序大体为Zn>K> Al>Fe>Ca/Na>As>Cu>Mg。几乎所有离子在实验过程中都不同次数出现被完全脱除的现象。

论文目录

• 前言
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电子级磷酸概述
• 1.2 电子级磷酸的生产状况
• 1.2.1 电子级磷酸的生产工艺
• 1.2.2 国内外电子级磷酸的生产动态
• 1.2.3 电子级磷酸产品的分析测试及质量标准
• 1.2.3.1 电子级磷酸产品的分析测试
• 1.2.3.2 电子级磷酸产品的质量标准
• 1.3 电子级磷酸的应用情况
• 1.3.1 应用领域
• 1.3.2 主要应用区域和消费预测
• 1.4 磷酸中的主要杂质及净化方法
• 1.4.1 磷酸中的主要杂质
• 1.4.2 磷酸中杂质的主要净化方法
• 1.4.2.1 离子交换法
• 1.4.2.2 化学净化法
• 1.4.2.3 物理净化法
• 1.4.2.4 其他净化法
• 1.4.3 各种净化方法的优缺点分析
• 1.5 课题的研究意义和内容
• 1.5.1 课题研究的意义
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验仪器设备及化学试剂
• 2.1.1 实验仪器设备
• 2.1.2 化学试剂
• 2.2 实验装置及流程
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 实验流程
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 化学分析
• 2.3.1.1 磷酸含量的测定
• 4^2- 的测定'>2.3.1.2 SO₄^2-的测定
• 2.3.1.3 氯化物含量的测定
• 2.3.1.4 硝酸盐含量的测定
• 2.3.1.5 易氧化物含量的测定
• 2.3.2 仪器分析
• 2.3.2.1 砷、镉、铬、铅、硫酸根含量的测定
• 2.3.2.2 铝、秘、钙、钻、铜、铁、镁、锰、镍、锑、鳃、锌含量的测定
• 2.3.2.3 钡、镓、钾、锂、钠含量的测定
• 第三章 冷却结晶净化法制备电子级磷酸的工艺实验
• 3.1 原料预处理
• 3.1.1 原料酸的选择
• 3.1.2 脱砷及重金属方法的选择
• 3.1.3 脱色条件的选择
• 3.1.4 脱砷重金属和脱色实验结果
• 3.1.5 电子级磷酸产品实验的质量标准
• 3.2 磷酸净化工艺的选择实验
• 3.2.1 硫化物沉淀工艺
• 3.2.2 溶剂沉淀工艺
• 3.2.3 萃取工艺
• 3.2.4 浓缩结晶工艺
• 3.2.5 联合工艺
• 3.2.6 冷却结晶工艺
• 3.2.7 电子级磷酸制备工艺的确定
• 3.3 结晶区间的确定
• 3.3.1 冷却结晶法实验原理
• 3.3.2 结晶区间实验
• 3.3.3 结晶体类型确定
• 3.3.4 磷酸结晶的过滤工艺
• 3.3.5 结晶理论生成量与结晶放热
• 3.4 冷却结晶条件的确定-单因素实验
• 3.4.1 结晶温度的影响
• 3.4.2 结晶时间的影响
• 3.4.3 结晶搅拌速率的影响
• 3.4.4 晶种加入量的影响
• 3.4.5 磷酸浓度的影响
• 3.5 最佳工艺条件确定-正交实验
• 3.5.1 实验因素的确定
• 3.5.2 实验水平表的选择
• 3.5.3 正交实验方案
• 3.5.4 正交实验结果分析
• 3.5.5 验证实验
• 3.6 冷却结晶净化工艺的水洗和多级净化实验
• 3.6.1 磷酸结晶的水洗实验
• 3.6.2 多级净化实验
• 3.6.2.1 多次结晶实验
• 3.6.2.2 冷却结晶的脱除下限
• 3.7 电子级磷酸的分析结果
• 3.7.1 主要阳离子达标情况
• 3.7.2 结晶过程中晶形和产品送外分析结果
• 3.7.3 冷却结晶与其他产品比较
• 3.8 小结
• 第四章 结论与创新点
• 4.1 结论
• 4.2 创新点
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 （攻读学位期间发表论文题目）
• 附录二 电子级磷酸现行质量指标和实验指标
• 附录三 实验室水和实验用水