專利名稱：高純砷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高純材料的制備方法，尤其涉及一種高純砷的制備方法。
背景技術(shù)：
砷是一種類金屬的非金屬元素，具有金屬光澤，熔點(diǎn)為1090K(2.8MPa下)，898K時(shí)升華，密度為5.78g/cm3。砷在空氣中加熱至200°C時(shí)，出現(xiàn)明顯的熒光，溫度更高時(shí)會(huì)燃燒，呈現(xiàn)藍(lán)色火焰。金屬砷不溶于水，可溶于硝酸和熱硫酸中。金屬砷主要用作合金添加劑。高純砷是合成砷化鎵化合物、砷化銦化合物、硒化砷化合物等的主要原料。廣泛應(yīng)用于集成電路，光伏太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，霍爾元件等領(lǐng)域。近年來(lái)隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，高純砷的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。高純砷制備方法有升華法、電解法、化學(xué)法、結(jié)晶法、鉛砷合金蒸餾法、氫還原AsCl3法、As (OH)3-分解法、吸附升華結(jié)晶法等，目前技術(shù)比較成熟可以投入到工業(yè)化生產(chǎn)的只有氫氣還原AsCl3法。專利CN101225479A涉及一種高純砷的真空升華提純法，在真空升華封閉爐中進(jìn)行升華，設(shè)置三段均衡爐溫，采用一定的真空度和精密的溫度控制，可升華提純砷，但是此方法對(duì)設(shè)備的精度要求較高，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。專利CN101096726A提到采用一次真空升華和兩次氫氣氛升華，制得純度為7N的高純砷。采用此方法制備高純砷的過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量的劇毒氣體,如硒化氫、硫化氫、砷化氫等，如果處理不當(dāng)就會(huì)造成環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高純砷的指標(biāo)方法，其可以降低對(duì)設(shè)備的要求，能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種高純砷的制備方法，其能環(huán)保且對(duì)人身安全。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種高純砷的制備方法，包括步驟:將砷原料裝入升華爐中，在規(guī)定真空度、升華溫度下使砷原料中的砷升華，升華后的砷蒸汽在規(guī)定冷凝溫度下冷凝，以獲得提純砷；將提純砷裝入氯化爐中，通入氯氣并升溫，以使提純砷與氯氣反應(yīng)，生成三氯化砷；將三氯化砷通入脫氯塔中，升溫將三氯化砷蒸出，蒸出三氯化砷經(jīng)過(guò)脫氯塔保溫段之后而獲得除雜三氯化砷；將除雜三氯化砷通入精餾釜中，升溫使得除雜三氯化砷蒸發(fā)，蒸發(fā)的三氯化砷經(jīng)過(guò)精餾釜保溫段之后而獲得提純?nèi)然?；將提純?nèi)然橥ㄈ脒€原爐中，通入氫氣，加熱升溫，以使三氯化砷與氫氣進(jìn)行反應(yīng)，獲得還原砷；將還原砷通入另一升華爐中，在給定真空度、升華溫度下使得還原砷升華，以獲得還原砷蒸汽，之后還原砷蒸汽在給定冷凝溫度下冷凝，以獲得高`純砷。本發(fā)明的有益效果如下。本發(fā)明所述的高純砷的制備方法，降低了對(duì)設(shè)備的要求，能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明所述的高純砷的制備方法，能環(huán)保且對(duì)人身安全。
本發(fā)明獲得的高純砷的雜質(zhì)含量低，從而相比現(xiàn)有技術(shù)能有效地去除難去除的雜質(zhì)。本發(fā)明所制備的高純砷的產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到5N標(biāo)準(zhǔn)。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的高純砷的制備方法。根據(jù)本發(fā)明的高純砷的制備方法包括步驟:將砷原料裝入升華爐中，在規(guī)定真空度、升華溫度下使砷原料中的砷升華，升華后的砷蒸汽在規(guī)定冷凝溫度下冷凝，以獲得提純砷；將提純砷裝入氯化爐中，通入氯氣并升溫，以使提純砷與氯氣反應(yīng)，生成三氯化砷；將三氯化砷通入脫氯塔中，升溫將三氯化砷蒸出，蒸出三氯化砷經(jīng)過(guò)脫氯塔保溫段之后而獲得除雜三氯化砷；將除雜三氯化砷通入精餾釜中，升溫使得除雜三氯化砷蒸發(fā)，蒸發(fā)的三氯化砷經(jīng)過(guò)精餾釜保溫段之后而獲得提純?nèi)然?；將提純?nèi)然橥ㄈ脒€原爐中，通入氫氣，加熱升溫，以使三氯化砷與氫氣進(jìn)行反應(yīng)，獲得還原砷；將還原砷通入另一升華爐中，在給定真空度、升華溫度下使得還原砷升華，以獲得還原砷蒸汽，之后還原砷蒸汽在給定冷凝溫度下冷凝，以獲得高純砷。在根據(jù)本發(fā)明所述的高純砷的制備方法中，優(yōu)選地，砷原料破碎為2 3cm小塊。在根據(jù)本發(fā)明所述的高純砷的制備方法中，優(yōu)選地，在升華爐中，規(guī)定真空度為10_2 10_3Pa，升華溫度 為400 700°C，升華時(shí)間為5 15h，規(guī)定冷凝溫度為200 400°C。在根據(jù)本發(fā)明所述的高純砷的制備方法中，優(yōu)選地，在氯化爐中，提純砷被破碎成I 3cm小塊。在根據(jù)本發(fā)明所述的高純砷的制備方法中，優(yōu)選地，在氯化爐中，氯氣的流量為100 2000ml/min，升溫的溫度為70 300°C。 在根據(jù)本發(fā)明所述的高純砷的制備方法中，優(yōu)選地，在脫氯塔中，升溫的溫度為100 300°C，保溫段的溫度為50 260°C。在根據(jù)本發(fā)明所述的高純砷的制備方法中，優(yōu)選地，在精餾釜中，升溫的溫度為100 300°C，保溫段的溫度為50 260°C。在根據(jù)本發(fā)明所述的高純砷的制備方法中，優(yōu)選地，在還原爐中，氫氣的流量為100 500ml/min，還原爐的溫度為300 900°C。在根據(jù)本發(fā)明所述的高純砷的制備方法中，優(yōu)選地，在另一升華爐中，給定真空度為10_2 10_3Pa，升華溫度為400 700°C，升華時(shí)間為5 15h，給定冷凝溫度為200 400。。。接下來(lái)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的高純砷的制備方法的實(shí)施例。以下的實(shí)施例基于上面所述的高純砷的制備方法所包括的步驟進(jìn)行操作，下面僅列出各實(shí)施例的工藝參數(shù)。實(shí)施例1砷原料破碎成2 3cm，升華爐中:規(guī)定真空度為10_2Pa，升華溫度為400°C，升華時(shí)間為15h，規(guī)定冷凝溫度為200°C ；提純砷破碎為I 3cm小塊，在氯化爐中:氯氣流量800ml/min，升溫的溫度為200 0C ；
在脫氯塔中:升溫的溫度為300°C，保溫段的溫度為260°C ；在精餾釜中:升溫的溫度為180°C，保溫段的溫度為130°C ；在還原爐中:氫氣的流量為500ml/min，加熱升溫的溫度為300°C ；在另一升華爐中:給定真空度為7X10_3Pa，升華溫度為640°C，升華時(shí)間為10h，給定冷凝溫度為330°C。實(shí)施例2砷原料破碎成2 3cm，升華爐中:規(guī)定真空度為1.5 X 10_3，升華溫度為450°C，升華時(shí)間為14h，規(guī)定冷凝溫度為250°C ；提純砷破碎為I 3cm小塊，在氯化爐中:氯氣流量1200mL/min，升溫的溫度為160 0C ；在脫氯塔中:升溫的溫度為120°C，保溫段的溫度為90°C ；在精餾釜中:升溫的溫度為120°C，保溫段的溫度為90°C ；在還原爐中:氫氣的流量為400ml/min，加熱升溫的溫度為400°C ；在另一升華爐中:給定真空度為10_2Pa，升華溫度為700°C，升華時(shí)間為5h，給定冷凝溫度為400°C。實(shí)施例3砷原料破碎 成2 3cm，升華爐中:規(guī)定真空度為4X 10_3Pa，升華溫度為500°C，升華時(shí)間為12h，規(guī)定冷凝溫度為280°C ；提純砷破碎為I 3cm小塊，在氯化爐中:氯氣流量2000ml/min，升溫的溫度為70 0C ；在脫氯塔中:升溫的溫度為190°C，保溫段的溫度為120°C ；在精餾釜中:升溫的溫度為100°C，保溫段的溫度為50°C ；在還原爐中:氫氣的流量為300ml/min，加熱升溫的溫度為550°C ；在另一升華爐中:給定真空度為4X10_3Pa，升華溫度為550°C，升華時(shí)間為8h，給定冷凝溫度為280°C。實(shí)施例4砷原料破碎成2 3cm，升華爐中:規(guī)定真空度為8 X 10_3Pa，升華溫度為650°C，升華時(shí)間為8h，規(guī)定冷凝溫度為350°C ；提純砷破碎為I 3cm小塊，在氯化爐中:氯氣流量400ml/min，升溫的溫度為260 0C ；在脫氯塔中:升溫的溫度為240°C，保溫段的溫度為220°C ；在精餾釜中:升溫的溫度為230°C，保溫段的溫度為200°C ；在還原爐中:氫氣的流量為200ml/min，加熱升溫的溫度為780°C ；在另一升華爐中:給定真空度為10_3Pa，升華溫度為400°C，升華時(shí)間為15h，給定冷凝溫度為200°C。實(shí)施例5砷原料破碎成2 3cm，升華爐中:規(guī)定真空度為10_3Pa，升華溫度為700°C，升華時(shí)間為5h，規(guī)定冷凝溫度為400°C ；提純砷破碎為I 3cm小塊，在氯化爐中:氯氣流量100mL/min，升溫的溫度為300 °C ；在脫氯塔中:升溫的溫度為100°C，保溫段的溫度為50°C ；在精餾釜中:升溫的溫度為300°C，保溫段的溫度為260°C ；在還原爐中:氫氣的流量為100ml/min，加熱升溫的溫度為900°C ；在另一升華爐中:給定真空度為1.5X10_3Pa，升華溫度為450°C，升華時(shí)間為12h，給定冷凝溫度為210°C。最后給出上述實(shí)施例的測(cè)試結(jié)果。測(cè)試各實(shí)施例獲得高純砷制品，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)進(jìn)行檢測(cè)(生產(chǎn)廠家為PE公司，型號(hào)為:DRC-II)。該設(shè)備的檢測(cè)條件為:溫度為18°C-28°C，相對(duì)濕度為30-70%，潔凈度為1000級(jí)。表I給出了實(shí)施例1-5的測(cè)試結(jié)果。從表I看出，本發(fā)明獲得的高純砷的雜質(zhì)含量低，從而相比現(xiàn)有技術(shù)能有效地去除難去除的雜質(zhì)。此外，實(shí)施例1-5中所制備的高純砷的產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到5N標(biāo)準(zhǔn)。表1實(shí)施例1-5的ICP-MS檢測(cè)結(jié)果(單位:ppm)
權(quán)利要求
1.一種高純砷的制備方法，包括步驟: 將砷原料裝入升華爐中，在規(guī)定真空度、升華溫度下使砷原料中的砷升華，升華后的砷蒸汽在規(guī)定冷凝溫度下冷凝，以獲得提純砷； 將提純砷裝入氯化爐中，通入氯氣并升溫，以使提純砷與氯氣反應(yīng)，生成三氯化砷； 將三氯化砷通入脫氯塔中，升溫將三氯化砷蒸出，蒸出三氯化砷經(jīng)過(guò)脫氯塔保溫段之后而獲得除雜三氯化砷； 將除雜三氯化砷通入精餾釜中，升溫使得除雜三氯化砷蒸發(fā)，蒸發(fā)的三氯化砷經(jīng)過(guò)精餾釜保溫段之后而獲得提純?nèi)然椋? 將提純?nèi)然橥ㄈ脒€原爐中，通入氫氣，加熱升溫，以使三氯化砷與氫氣進(jìn)行反應(yīng)，獲得還原砷； 將還原砷通入另一升華爐中，在給定真空度、升華溫度下使得還原砷升華，以獲得還原砷蒸汽，之后還原砷蒸汽在給定冷凝溫度下冷凝，以獲得高純砷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純砷的制備方法，其特征在于，砷原料破碎為2 3cm小塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純砷的制備方法，其特征在于，在升華爐中，規(guī)定真空度為10_2 10_3Pa，升華溫度為400 700°C，升華時(shí)間為5 15h，規(guī)定冷凝溫度為200 400°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純砷的制備方法，其特征在于，在氯化爐中，提純砷被破碎成I 3cm小塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純砷的制備方法，其特征在于，在氯化爐中，氯氣的流量為100 2000ml/min，升溫的溫度為70 300°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純砷的制備方法，其特征在于，在脫氯塔中，升溫的溫度為100 300°C，保溫段的溫度為50 260°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純砷的制備方法，其特征在于，在精餾釜中，升溫的溫度為100 300°C，保溫段的溫度為50 260°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純砷的制備方法，其特征在于，在還原爐中，氫氣的流量為100 500ml/mi n，還原爐的溫度為300 900°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純砷的制備方法，其特征在于，在另一升華爐中，給定真空度為10_2 10_3Pa，升華溫度為400 700°C，升華時(shí)間為5 15h，給定冷凝溫度為200 400。。。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高純砷的制備方法，包括將砷原料裝入升華爐中，在真空度、升華溫度下使砷升華，升華后的砷蒸汽在冷凝溫度下冷凝，以獲得提純砷；將提純砷裝入氯化爐中，通入氯氣并升溫，以與氯氣反應(yīng)，生成三氯化砷；將三氯化砷通入脫氯塔中，升溫將三氯化砷蒸出，蒸出三氯化砷經(jīng)過(guò)脫氯塔保溫段之后而獲得除雜三氯化砷；將除雜三氯化砷通入精餾釜中，蒸發(fā)的三氯化砷經(jīng)過(guò)精餾釜保溫段之后而獲得提純?nèi)然椋粚⑻峒內(nèi)然橥ㄈ脒€原爐中，通入氫氣，加熱升溫，以獲得還原砷；將還原砷通入另一升華爐中，在給定真空度、升華溫度下使得還原砷升華，以獲得還原砷蒸汽，之后還原砷蒸汽在給定冷凝溫度下冷凝，以獲得高純砷。
文檔編號(hào)C22B30/04GK103184354SQ20111045314
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者朱劉, 劉留 申請(qǐng)人:廣東先導(dǎo)稀材股份有限公司