專利名稱：：高純砷的生產(chǎn)方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種非金屬材料的提純生產(chǎn)方法及設(shè)備，尤其涉及一種半導(dǎo)體基礎(chǔ)材料超高純a型砷的生產(chǎn)方法及其專用設(shè)備。
背景技術(shù)：
：高純a型砷是制備光電子、微電子砷化鎵；紅外光纖、紅外透鏡As2Se3、A&Te3等紅外透視玻璃；感光鼓膜As-Se合金的必備材料，材料純度越高越能顯示出材料的本征特性，越能發(fā)揮材料的應(yīng)用價(jià)值，以高純a型砷為基礎(chǔ)材料的砷化鎵、紅外透視玻璃和電子工業(yè)用含砷合金的民用普及使高純砷的需求以每年25%—30%的速度遞增。目前，全世界高純a型砷的生產(chǎn)方法主要以氯化精餾法為主，其次有砷鉛合金氫氣氛升華法、鉛熔池升華法、砷化氫裂解法進(jìn)行小批量生產(chǎn)，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。氯化精餾還原法是生產(chǎn)高純砷通用經(jīng)典的方法。其優(yōu)點(diǎn)①?gòu)脑线M(jìn)料到產(chǎn)品出料都在管道里完成工藝，對(duì)生產(chǎn)車間的潔凈條件要求不嚴(yán)，只需保證出產(chǎn)品的局部區(qū)域空氣環(huán)境達(dá)到超凈；②6N產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定。其缺點(diǎn)①三氯化砷是強(qiáng)腐蝕強(qiáng)氧化劑，制作三氯化砷精餾塔的材料只有石英玻璃能抗三氯化砷的腐蝕，國(guó)際上建立一套年產(chǎn)20噸的精餾塔投資不少于2500萬(wàn)美元(僅有德國(guó)能加工這樣的石英塔，日本古河年產(chǎn)20噸的精餾塔德國(guó)制造，投資2500萬(wàn)美元)，國(guó)內(nèi)由于石英加工水平限制，所有產(chǎn)家都使用4)10壁厚5mm左右小塔，產(chǎn)能低、塔容易損壞，產(chǎn)品綜合成本高，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；②國(guó)內(nèi)石英精餾塔不能制做成整體塔，連接部份三氯化砷氣體容易泄漏造成污染，并有大量反應(yīng)釜高組分三氯化砷廢料，同時(shí)還原尾氣有大量鹽酸蒸氣，處理不好極易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞性影響或人員傷亡；③反應(yīng)釜中三氯化砷雜質(zhì)濃度高時(shí)容易發(fā)生跳沸，使精餾塔產(chǎn)生震動(dòng)，造成石英塔身破壞性損壞，對(duì)操作人員安全及環(huán)境帶來(lái)破壞性影響。砷鉛合金氫氣氛升華法是將砷和鉛形成合金，再利用雜質(zhì)與鉛形成的合金與砷蒸氣壓的差異逐步分離出高純度的砷，它的優(yōu)點(diǎn)是工藝過(guò)程是以物理過(guò)程為主，不產(chǎn)生有害化合物，質(zhì)量穩(wěn)定，成本低；它的缺點(diǎn)是砷與鉛形成的尾料中含有約15%的砷，該尾料雖可作產(chǎn)品出售，但該方法在生產(chǎn)過(guò)程中勞動(dòng)強(qiáng)度大，所需操作人員多。鉛熔池法該方法于1965年上海冶金研究所提出并研制出6N砷，其方法是砷在融熔的鉛里升華。其優(yōu)點(diǎn)工藝過(guò)程為物理過(guò)程，工藝在負(fù)壓真空系統(tǒng)里完成工藝，出料進(jìn)料均為固體，徹底解決了高純砷生產(chǎn)的污染問(wèn)題，是安全無(wú)污染的生產(chǎn)方法。其缺點(diǎn)鉛的比重是砷的比重的2倍，當(dāng)鉛熔化時(shí)砷快速的浮向鉛熔液表面，對(duì)砷中的雜質(zhì)提純效果不明顯，在砷為100200g范圍的試驗(yàn)質(zhì)量很好，砷〉200g的雜質(zhì)含量達(dá)不到質(zhì)量要求，不能用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。砷化氫裂解法該方法優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量比其它任何方法生產(chǎn)的高純砷質(zhì)量都好，成本與氯化精餾相當(dāng)。其缺點(diǎn)是砷化氫為無(wú)色無(wú)味的劇烈毒氣，一旦發(fā)生泄漏對(duì)生產(chǎn)工人及環(huán)境帶來(lái)極大的安全隱患。自前僅國(guó)外用于小范圍生產(chǎn)高純a型砷，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題，提供了一種對(duì)操作人員及環(huán)境不會(huì)有影響，設(shè)備投資小，產(chǎn)品純度高，加工成本低、勞動(dòng)強(qiáng)度低、工藝行程短，簡(jiǎn)單安全易操作，可產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)純度為99.99999%的高純砷的生產(chǎn)方法及其設(shè)備。本發(fā)明的生產(chǎn)方法有以下步驟1)、將原料砷置入坩堝中，一錐形筒的筒底與坩堝連接，在坩堝與錐形筒連接部位設(shè)有開有若干小孔的阻隔板，在錐形筒的上端設(shè)一開有大孔的低沸收集板；2)、將連接起來(lái)的坩堝、錐形筒、阻隔板、低沸收集板置入真空罐，真空罐對(duì)應(yīng)錐形筒上端設(shè)有水套，調(diào)整罐內(nèi)壓力為10—^2"(yPa，往真空罐的水套中通入常溫的循環(huán)水；對(duì)錐形筒部位加溫，至25035(TC，保溫；接著，對(duì)坩堝部位加溫，至28040(TC，保溫；持續(xù)約7.510小時(shí)，坩堝上部錐形筒的內(nèi)壁上凝結(jié)有砷，制得純度為99.99%的砷；3)、將上述砷取出，置入一石英管A，將該石英管A置入一套管，套管中與石英管A對(duì)接石英管B，再與石英管B對(duì)接石英管C，套管兩端設(shè)進(jìn)出氣口，通過(guò)進(jìn)氣口輸入氬氣，排除管中的空氣；再通過(guò)進(jìn)氣口輸入氫氣，將石英管A加熱至55065(TC，將石英管B加熱至400-500。C，將石英管C加熱并保持在250350。C;此時(shí)，石英管A內(nèi)的物質(zhì)形成砷蒸氣及微量雜質(zhì)蒸氣，沸點(diǎn)高于A管溫度的雜質(zhì)留在A管內(nèi)，砷蒸氣及微量雜質(zhì)蒸氣進(jìn)入石英管B;在石英管B內(nèi)雜質(zhì)蒸氣中的硒與氫反應(yīng)形成硒化氫，硫與氫反應(yīng)形成硫化氫；砷蒸氣、硒化氫、硫化氫繼續(xù)進(jìn)入石英管C，在石英管C的內(nèi)壁上冷凝得純度為99.9999%的砷；硒化氫、硫化氫及含有微量硫的雜質(zhì)蒸氣從出氣口排出，由出氣口上的出氣管進(jìn)入洗氣裝置內(nèi)的氫氧化鈉溶液中，進(jìn)行中和反應(yīng)；洗氣裝置連接淋洗裝置，殘留在尾氣中的e砷在淋洗裝置內(nèi)被沉淀，淋洗裝置的出氣口排出潔凈氫氣；4)、將上述砷取出，按步驟3)的過(guò)程，再加工一遍，除石英管A加熱溫度不變外，石英管B加熱至700~900°C，石英管C加熱并保持在300400°C。本發(fā)明的生產(chǎn)設(shè)備，按照高純砷加工步驟，由真空升華器和氫氣氛升華器兩部分組成，所述的真空升華器包括加熱器A、加熱器B、真空罐、水套、坩堝、阻隔板、錐形鈦冷凝器、低沸收集板、真空泵，錐形鈦冷凝器的筒底與坩堝連接，在坩堝與錐形鈦冷凝器連接部位設(shè)一開有若干小孔的阻隔板，在錐形鈦冷凝器的上端設(shè)一開有大孔的低沸收集板，錐形鈦冷凝器、坩堝、阻隔板、低沸收集板設(shè)置在真空罐內(nèi)部，在真空罐外部對(duì)應(yīng)坩堝部位設(shè)加熱器A，對(duì)應(yīng)錐形鈦冷凝器部位設(shè)加熱器B,水套設(shè)在真空罐上部；所述的氫氣氛升華器包括氫氣輸入裝置、氬氣輸入裝置、套管、石英管A、石英管B、石英管C、加熱器、洗氣裝置、噴淋裝置，石英管A、石英管B、石英管C串接在套管內(nèi)，套管外對(duì)應(yīng)石英管A、石英管B、石英管C分別設(shè)有加熱器，套管設(shè)進(jìn)出氣口，氫氣輸入裝置和氬氣輸入裝置連接套管的進(jìn)氣口，洗氣裝置包括大口瓶、插管、膠塞，套管的出氣口連接洗氣裝置的進(jìn)氣插管，洗氣裝置的出氣插管連接淋洗裝置，淋洗裝置內(nèi)設(shè)有噴淋管、沉淀槽，淋洗裝置的出氣口連接大氣。本發(fā)明的生產(chǎn)方法及配套的真空升華器、氫氣氛石英升華器，成本低，投資少，其性能保證了本發(fā)明在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中投資小、產(chǎn)能高、成本低、質(zhì)量好。解決了高純砷生產(chǎn)投資規(guī)模大的問(wèn)題，用很少的投資就可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。經(jīng)氫氣氛升華除去砷中的雜質(zhì)，得到7N超高純砷，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。本發(fā)明產(chǎn)生的積極效果是首先，本發(fā)明主要為物理過(guò)程，不產(chǎn)生有毒有害的中間化合物，徹底解決了污染問(wèn)題和安全隱患，實(shí)現(xiàn)了綠色無(wú)污染生產(chǎn)高純砷。其次，本發(fā)明除氫氣氛升華使用石英外，真空升華設(shè)備為可重復(fù)使用的特種金屬材料制造，不再使用易損壞的石英玻璃，使投資大大降低，以投資年產(chǎn)20噸7N高純砷生產(chǎn)線為例，氯化精餾僅國(guó)內(nèi)制造設(shè)備要投資2000萬(wàn)左右，而本發(fā)明僅需500萬(wàn)左右，投資比氯化精餾法節(jié)省75%。然后，氯化精餾生產(chǎn)綜合成本約55萬(wàn)元/噸，砷鉛合金氫氣氛升華法25萬(wàn)元/噸，本發(fā)明由于大量減少石英損耗，且比砷鉛合金氫氣氛升華法減少了合成合金及分離的工序，大大節(jié)約了電能、設(shè)備投資和人員勞動(dòng)強(qiáng)度，生產(chǎn)成本減少為20萬(wàn)元/噸，比氯化精餾成本降低63.5%，比鉛砷合金氫氣氛升華法降低成本25%，且減少了操作人員，節(jié)約了勞動(dòng)力成本。最后，氯化精餾沒(méi)有7N產(chǎn)品專有工藝，產(chǎn)品中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)中部1/3為7N，頭尾為6N，容易出現(xiàn)7N產(chǎn)品不穩(wěn)定，本發(fā)明為7N產(chǎn)品專用工藝，所出產(chǎn)品全部為7N產(chǎn)品，產(chǎn)品附加值提高30%。年產(chǎn)10噸7N高純砷投資、原材料消耗、噸成本及污染比較表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>圖1是本發(fā)明生產(chǎn)設(shè)備中的真空升華器的結(jié)構(gòu)示意圖圖中l(wèi)是真空罐，2是加熱器A，3是加熱器B，4是水套，5是水套進(jìn)水口，6是水套出水口，7是低沸收集板，8是真空泵，9是冷凝后的砷，IO是錐形鈦冷凝器，11是阻隔板，12是吸附材料，13是原料砷，14是柑堝；圖2是圖1中的低沸收集板7的俯視圖圖3是圖1中的阻隔板11的俯視圖圖4是氫氣氛升華器的結(jié)構(gòu)示意圖圖中15是氫氣氛升華器的進(jìn)氣口，16是石英管A，17是4N砷，18是套管，19是石英管B，20是石英管C，21是高純砷，22是套管的出氣管，23是洗氣裝置的出氣管；圖5是本發(fā)明中噴淋裝置的結(jié)構(gòu)示意圖圖中24是水槽，25是進(jìn)氣管，26是噴淋嘴，27是噴淋嘴，28是噴淋柱，29是出氣口，30是水泵。具體實(shí)施方式.實(shí)施例1首先將原料工業(yè)1#砷13(純度為99%)放入一坩堝14內(nèi)，再將坩堝14置入真空罐1內(nèi)，然后，在坩堝14口部連接一用2層不銹鋼薄板制作的阻隔器11，阻隔器11上布滿①2mm的小孔，在阻隔器11的夾層內(nèi)可填充一些耐高溫?zé)o污染帶微孔的吸附材料12，如活性碳等，阻隔器ll的上部連接一錐形冷凝筒IO，錐形冷凝筒10由鈦制成，表面有粗糙度要求，錐形冷凝筒10的上端小口處設(shè)置一尺寸吻合的低沸收集板7，低沸收集板7為金屬材料制作，表面布設(shè)3個(gè)①30mm的孔。真空罐1口部外圈設(shè)置有冷卻循環(huán)水套4,在真空罐1的蓋上也設(shè)有冷卻水套，冷卻水從罐體水套的進(jìn)水口5進(jìn)入水套，從罐蓋水套的出水口6排出，在真空罐1的上部形成一個(gè)低溫區(qū)，收集冷凝低沸物，同時(shí)能保護(hù)真空罐l的密封圈。啟動(dòng)真空泵8，調(diào)整真空罐1內(nèi)的壓力為10"Pa;啟動(dòng)冷卻水，使水套4中有循環(huán)水；啟動(dòng)加熱器B3，使冷凝器10部位的溫度為35(TC，保溫；啟動(dòng)加熱器A2，使坩堝14和阻隔器11部位的溫度為40(TC，保溫。根據(jù)坩堝14中物料13的量選取不同的加熱、保溫時(shí)間，以每5公斤物料接受熱輻射3小時(shí)的速率確定加熱和保溫時(shí)間，達(dá)到設(shè)定加熱、保溫時(shí)間后，在錐形筒10的內(nèi)壁上冷凝有砷9，制得純度為99.99%的砷9。將一兩端有石英磨砂帽的長(zhǎng)石英管18水平放置，兩端的石英磨砂帽分別設(shè)有進(jìn)氣口15和出氣口22，長(zhǎng)石英管18內(nèi)放置三根直徑一致的石英管A16、石英管B19、石英管C20，管口的端面要求與軸線垂直，確保管口之間的連接緊密可靠，無(wú)泄漏；將錐形冷凝器10上制得的純度為99.99%的砷取出，放置在石英管A16內(nèi)；出氣口22連接大口瓶，大口瓶中裝有氫氧化鈉溶液，出氣口22排出的氣體通過(guò)一排氣管伸入氫氧化鈉溶液，大口瓶上部空插一排氣管23，該排氣管23連接淋洗柱28的進(jìn)氣管25,噴淋柱28由為桶狀，下部設(shè)水槽24，水槽24的下部設(shè)水泵30，水泵30還連接補(bǔ)充水口，在噴淋柱28上部設(shè)噴淋管27，噴淋管27上設(shè)若干噴嘴26，在噴淋柱28的頂端設(shè)出氣口29，殘留在尾氣中的e砷在淋洗柱28內(nèi)被沉淀，出氣口29排出潔凈氫氣。通過(guò)進(jìn)氣口15往氫氣氛升華器內(nèi)通入氬氣，排除管內(nèi)的空氣，防止在通入氫氣，并加熱時(shí)發(fā)生爆炸；待排盡空氣后，通過(guò)進(jìn)氣口15往氫氣氛升華器內(nèi)通入氫氣，通入的氫氣壓力為0.4Mpa，流量為0.5L/S，同時(shí)對(duì)石英管A16、石英管B19、石英管C20分別加熱，依次按產(chǎn)品冷凝段、中間段、原料段的順序升溫，將石英管C20加熱至25(TC，保溫；再將石英管B19加熱至400。C，保溫；最后將石英管A16加熱至550。C，石英管A16內(nèi)的物料17升華，保溫；此時(shí)，石英管A16內(nèi)的物質(zhì)形成砷蒸氣及微量雜質(zhì)蒸氣，并進(jìn)入石英管B19，沸點(diǎn)高于該管內(nèi)溫度的雜質(zhì)留在管內(nèi)；在石英管B19內(nèi)雜質(zhì)蒸氣中的硒與氫反應(yīng)形成硒化氫，硫與氫反應(yīng)形成硫化氫，砷蒸氣、硒化氫、硫化氫繼續(xù)進(jìn)入石英管C20，在石英管C20的內(nèi)壁上冷凝得純度為99.9999。/。的砷，硒化氫、硫化氫及含有微量硫的雜質(zhì)蒸氣從出氣口排出，通過(guò)出氣口22進(jìn)入濾瓶中的氫氧化鈉溶液，完全中和后，排出。待物料17升華結(jié)束，切換通入氬氣，關(guān)閉各加熱器，按物料段、中間反應(yīng)段、產(chǎn)品段順序降溫。由于硫化氫的分解溫度接近反應(yīng)器內(nèi)溫度，因此，會(huì)有微量硫殘留在制得的產(chǎn)品中。將99.9999%的砷取出再置入氫氣氛升華器，重復(fù)上步驟，不同的是石英管C20加熱至30(TC，保溫；石英管B19加熱至70(TC，保溫；物料中殘留的硫與氫氣形成硫化氫，排出反應(yīng)器；制得的是純度為99.99999%的砷21。實(shí)施例2首先將原料工業(yè)1#砷.13(純度為99%)放入一坩堝14內(nèi)，再將坩堝14置入真空罐1內(nèi)，然后，在坩堝14口部連接一用2層不銹鋼薄板制作的阻隔器11，阻隔器11上布滿①3mm的小孔，在阻隔器11的夾層內(nèi)可填充一些耐高溫?zé)o污染帶微孔的吸附材料12,如活性碳等，阻隔器ll的上部連接一錐形冷凝筒IO，錐形冷凝筒10由鈦制成，表面有粗糙度要求，錐形冷凝筒10的上端小口處設(shè)置一尺寸吻合的低沸收集板7，低沸收集板7為金屬材料制作，表面布設(shè)3個(gè)①25mm的孔。真空罐1口部外圈設(shè)置有冷卻循環(huán)水套4，在真空罐1的蓋上也設(shè)有冷卻水套，冷卻水從罐體水套的進(jìn)水口5進(jìn)入水套，從罐蓋水套的出水口6排出，在真空罐1的上都形成一個(gè)低溫區(qū)，收集冷凝低沸物，同時(shí)能保護(hù)真空罐l的密封圈。啟動(dòng)真空泵8，調(diào)整真空罐l內(nèi)的壓力為10Pa;啟動(dòng)冷卻水，使水套4中有循環(huán)水；啟動(dòng)加熱器B3，使冷凝器10部位的溫度為30(TC,保溫；啟動(dòng)加熱器A2，使坩堝14和阻隔器11部位的溫度為34(TC，保溫。根據(jù)坩堝14中物料13的量選取不同的加熱、保溫時(shí)間，以每5公斤物料接受熱輻射3小時(shí)的速率確定加熱和保溫時(shí)間，達(dá)到設(shè)定加熱、保溫時(shí)間后，在錐形筒10的內(nèi)壁上冷凝有砷9，制得純度為99.99%的砷9。將一兩端有石英磨砂帽的長(zhǎng)石英管18水平放置，兩端的石英磨砂帽分別設(shè)有進(jìn)氣口15和出氣口22，長(zhǎng)石英管18內(nèi)放置三根直徑一致的石英管A16、石英管B19、石英管C20，管口的端面要求與軸線垂直，確保管口之間的連接緊密可靠，無(wú)泄漏；將錐形冷凝器10上制得的純度為99.99%的砷取出，放置在石英管A16內(nèi)；出氣口22連接大口瓶，大口瓶中裝有氫氧化鈉溶液，出氣口22排出的氣體通過(guò)一排氣管伸入氫氧化鈉溶液，大口瓶上部空插一排氣管23，該排氣管23連接淋洗柱28的進(jìn)氣管25，噴淋柱28由為桶狀，下部設(shè)水槽24，水槽24的下部設(shè)水泵30，水泵30還連接補(bǔ)充水口，在噴淋柱28上部設(shè)噴淋管27，噴淋管27上設(shè)若干噴嘴26，在噴淋柱28的頂端設(shè)出氣口29，殘留在尾氣中的e砷在淋洗柱28內(nèi)被沉淀，出氣口29排出潔凈氫氣。通過(guò)進(jìn)氣口15往氫氣氛升華器內(nèi)通入氬氣，排除管內(nèi)的空氣，防止在通入氫氣，并加熱時(shí)發(fā)生爆炸；待排盡空氣后，通過(guò)進(jìn)氣口15往氫氣氛升華器內(nèi)通入氫氣，通入的氫氣壓力為0.4Mpa，流量為0.5L/S，同時(shí)對(duì)石英管A16、石英管B19、石英管C20分別加熱，依次按產(chǎn)品冷凝段、中間段、原料段的順序升溫，將石英管C20加熱至30(TC，保溫；再將石英管B19加熱至450'C，保溫；最后將石英管A16加熱至600°C，石英管AI6內(nèi)的物料17升華，保溫；此時(shí)，石英管A16內(nèi)的物質(zhì)形成砷蒸氣及微量雜質(zhì)蒸氣，并進(jìn)入石英管B19，沸點(diǎn)高于該管內(nèi)溫度的雜質(zhì)留在管內(nèi)；在石英管B19內(nèi)雜質(zhì)蒸氣中的硒與氫反應(yīng)形成硒化氫，硫與氫反應(yīng)形成硫化氫，砷蒸氣、硒化氫、硫化氫繼續(xù)進(jìn)入石英管C20，在石英管C20的內(nèi)壁上冷凝得純度為99.9999y。的砷，硒化氫、硫化氫及含有微量硫的雜質(zhì)蒸氣從出氣口排出，通過(guò)出氣口22進(jìn)入濾瓶中的氫氧化鈉溶液，完全中和后，排出。待物料17升華結(jié)束，切換通入氬氣，關(guān)閉各加熱器，按物料段、中間反應(yīng)段、產(chǎn)品段順序降溫。由于硫化氫的分解溫度接近反應(yīng)器內(nèi)溫度，因此，會(huì)有微量硫殘留在制得的產(chǎn)品中。將99.9999%的砷取出再置入氫氣氛升華器，重復(fù)上步驟，不同的是石英管C20加熱至35(TC，保溫；石英管B19加熱至80(TC，保溫；物料中殘留的硫與氫氣形成硫化氫，排出反應(yīng)器；制得的是純度為99.99999%的砷21。實(shí)施例3首先將原料工業(yè)1#砷13(純度為99%)放入一坩堝14內(nèi)，再將坩堝14置入真空罐1內(nèi)，然后，在坩堝14口部連接一用2層不銹鋼薄板制作的阻隔器11，阻隔器11上布滿①4mm的小孔，在阻隔器11的夾層內(nèi)可填充一些耐高溫?zé)o污染帶微孔的吸附材料12，如活性碳等，阻隔器ll的上部連接一錐形冷凝筒IO，錐形冷凝筒10由鈦制成，表面有粗糙度要求，錐形冷凝筒10的上端小口處設(shè)置一尺寸吻合的低沸收集板7，低沸收集板7為金屬材料制作，表面布設(shè)3個(gè)①20mm的孔。真空罐1口部外圈設(shè)置有冷卻循環(huán)水套4，在真空罐1的蓋上也設(shè)有冷卻水套，冷卻水從罐體水套的進(jìn)水口5進(jìn)入水套，從罐蓋水套的出水口6排出，在真空罐1的上部形成一個(gè)低溫區(qū)，收集冷凝低沸物，同時(shí)能保護(hù)真空罐l的密封圈。啟動(dòng)真空泵8，調(diào)整真空罐l內(nèi)的壓力為2"0'Pa;啟動(dòng)冷卻水，使水套4中有循環(huán)水；啟動(dòng)加熱器B3，使冷凝器10部位的溫度為25(TC，保溫；啟動(dòng)加熱器A2，使坩堝14和阻隔器11部位的溫度為28(TC，保溫。根據(jù)坩堝14中物料n的量逸取不同的加熱、保溫時(shí)間，以每5公斤物料接受熱輻射3小時(shí)的速率確定加熱和保溫時(shí)間，達(dá)到設(shè)定加熱、保溫時(shí)間后，在錐形筒10的內(nèi)壁上冷凝有砷9，制得純度為99.99%的砷9。將一兩端有石英磨砂帽的長(zhǎng)石英管18水平放置，兩端的石英磨砂帽分別設(shè)有進(jìn)氣口15和出氣口22，長(zhǎng)石英管18內(nèi)放置三根直徑一致的石英管A16、石英管B19、石英管C20，管口的端面要求與軸線垂直，確保管口之間的連接緊密可靠，無(wú)泄漏；將錐形冷凝器10上制得的純度為99.99%的砷取出，放置在石英管A16內(nèi)；出氣口22連接大口瓶，大口瓶中裝有氫氧化鈉溶液，出氣口22排出的氣體通過(guò)一排氣管伸入氫氧化鈉溶液，大口瓶上部空插一排氣管23，該排氣管23連接淋洗柱28的進(jìn)氣管25，噴淋柱28由為桶狀，下部設(shè)水槽24，水槽24的下部設(shè)水泵30，水泵30還連接補(bǔ)充水口，在噴淋柱28上部設(shè)噴淋管27，噴淋管27上設(shè)若干噴嘴26，在噴淋柱28的頂端設(shè)出氣口29，殘留在尾氣中的P砷在淋洗柱28內(nèi)被沉淀，出氣口29排出潔凈氫氣。通過(guò)進(jìn)氣口15往氫氣氛升華器內(nèi)通入氬氣，排除管內(nèi)的空氣，防止在通入氫氣，并加熱時(shí)發(fā)生爆炸；待排盡空氣后，通過(guò)進(jìn)氣口15往氫氣氛升華器內(nèi)通入氫氣，通入的氫氣壓力為0.4Mpa，流量為0.5L/S，同時(shí)對(duì)石英管A16、石英管B19、石英管C20分別加熱，依次按產(chǎn)品冷凝段、中間段、原料段的順序升溫，將石英管C20加熱至35(TC，保溫；再將石英管B19加熱至500。C，保溫；最后將石英管A16加熱至65(TC，石英管A16內(nèi)的物料17升華，保溫；此時(shí)，石英管A16內(nèi)的物質(zhì)形成砷蒸氣及微量雜質(zhì)蒸氣，并進(jìn)入石英管B19，沸點(diǎn)高于該管內(nèi)溫度的雜質(zhì)留在管內(nèi)；在石英管B19內(nèi)雜質(zhì)蒸氣中的硒與氫反應(yīng)形成硒化氫，硫與氫反應(yīng)形成硫化氫，砷蒸氣、硒化氫、硫化氫繼續(xù)進(jìn)入石英管C20，在石英管C20的內(nèi)壁上冷凝得純度為99.9999。/。的砷，硒化氫、硫化氫及含有微量硫的雜質(zhì)蒸氣從出氣口排出，通過(guò)出氣口22進(jìn)入濾瓶中的氫氧化鈉溶液，完全中和后，排出。待物料17升華結(jié)束，切換通入氬氣，關(guān)閉各加熱器，按物料段、中間反應(yīng)段、產(chǎn)品段順序降溫。由于硫化氫的分解溫度接近反應(yīng)器內(nèi)溫度，因此，會(huì)有微量硫殘留在制得的產(chǎn)品中。將99.9999%的砷取出再置入氫氣氛升華器，重復(fù)上步驟，不同的是石英管C20加熱至40(TC，保溫；石英管B19加熱至90(TC，保溫；物料中殘留的硫與氫氣形成硫化氫，排出反應(yīng)器；制得的是純度為99.99999%的砷21。本發(fā)明的原理是利用砷氣、固兩態(tài)的特性，結(jié)合不同壓力下與雜質(zhì)元素?fù)]發(fā)能力的差異，通過(guò)固相與氣相間的質(zhì)量傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)的分離。當(dāng)蒸氣壓在10—'2H0屮a時(shí)，控制平衡溫度和升華速率，在冷凝器里能得到4N的砷。該工藝過(guò)程能有效地分離出原料砷中的雜質(zhì)Ag、Mg、Zn、Ca、Cu、Fe、Ni、Pb、Cr、Sb、C等元素。在真空升華加工中最難處理的是硒和硫，因此本發(fā)明還采用了氫氣氛升華法，在氫氣氛升華器中，4N砷中的微量硒和硫與氫氣反應(yīng)，形成硫化氫和硒化氫，形成硫化氫和硒化氫的反應(yīng)溫度分別為30(T40(rC、25(T50(TC，但硫化氫的分解溫度接近第一次反應(yīng)時(shí)產(chǎn)品區(qū)的溫度，會(huì)有微量硫繼續(xù)殘留在砷中，該步驟中能分離出物料中的硒。第二次反應(yīng)時(shí)，降低了產(chǎn)品區(qū)的溫度，避免了硫化氫的分解，使硫化氫氣體排出反應(yīng)器，制得純度為7N的砷。為有效保護(hù)環(huán)境，本發(fā)明還提出了對(duì)于尾氣的處理方案，通過(guò)設(shè)置兩級(jí)尾氣處理裝置，使尾氣中的微量硫化氫、硫化硒蒸氣和e砷微粒完全得到處理。處理后的沉淀物、少量真空升華尾料罐裝，供原料提供地二次回收處理。權(quán)利要求1、一種高純砷的生產(chǎn)方法，其特征在于，有以下步驟1)、將原料砷置入坩堝中，一錐形筒的筒底與坩堝連接，在坩堝與錐形筒連接部位設(shè)有開有若干小孔的阻隔板，在錐形筒的上端設(shè)一開有大孔的低沸收集板；2)、將連接起來(lái)的坩堝、錐形筒、阻隔板、低沸收集板置入真空罐，真空罐對(duì)應(yīng)錐形筒上端設(shè)有水套，調(diào)整罐內(nèi)壓力為10-1～2*101Pa，往真空罐的水套中通入常溫的循環(huán)水；對(duì)錐形筒部位加溫，至250～350℃，保溫；接著，對(duì)坩堝部位加溫，至280～400℃，保溫；持續(xù)約7.5～10小時(shí)，坩堝上部錐形筒的內(nèi)壁上凝結(jié)有砷，制得純度為99.99％的砷；3)、將上述砷取出，置入一石英管A，將該石英管A置入一套管，套管中與石英管A對(duì)接石英管B，再與石英管B對(duì)接石英管C，套管兩端設(shè)進(jìn)出氣口，通過(guò)進(jìn)氣口輸入氬氣，排除管中的空氣；再通過(guò)進(jìn)氣口輸入氫氣，將石英管A加熱至550～650℃，將石英管B加熱至400～500℃，將石英管C加熱并保持在250～350℃；此時(shí)，石英管A內(nèi)的物質(zhì)形成砷蒸氣及微量雜質(zhì)蒸氣，沸點(diǎn)高于A管溫度的雜質(zhì)留在A管內(nèi)，砷蒸氣及微量雜質(zhì)蒸氣進(jìn)入石英管B；在石英管B內(nèi)雜質(zhì)蒸氣中的硒與氫反應(yīng)形成硒化氫，硫與氫反應(yīng)形成硫化氫；砷蒸氣、硒化氫、硫化氫繼續(xù)進(jìn)入石英管C，在石英管C的內(nèi)壁上冷凝得純度為99.9999％的砷；硒化氫、硫化氫及含有微量硫的雜質(zhì)蒸氣從出氣口排出，由出氣口上的出氣管進(jìn)入洗氣裝置內(nèi)的氫氧化鈉溶液中，進(jìn)行中和反應(yīng)；洗氣裝置連接淋洗裝置，殘留在尾氣中的β砷在淋洗裝置內(nèi)被沉淀，淋洗裝置的出氣口排出潔凈氫氣；4)、將上述砷取出，按步驟3)的過(guò)程，再加工一遍，除石英管A加熱溫度不變外，石英管B加熱至700～900℃，石英管C加熱并保持在300～400℃。2、一種高純砷的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于，按照高純砷加工步驟，由真空升華器和氫氣氛升華器兩部分組成，所述的真空升華器包括加熱器A、加熱器B、真空罐、水套、坩堝、阻隔板、錐形鈦冷凝器、低沸收集板、真空泵，錐形鈦冷凝器的筒底與坩堝連接，在坩堝與錐形鈦冷凝器連接部位設(shè)一開有若干小孔的阻隔板，在錐形鈦冷凝器的上端設(shè)一開有大孔的低沸收集板，錐形鈦冷凝器、坩堝、阻隔板、低沸收集板設(shè)置在真空罐內(nèi)部，在真空罐外部對(duì)應(yīng)坩堝部位設(shè)加熱器A，對(duì)應(yīng)錐形鈦冷凝器部位設(shè)加熱器B，水套設(shè)在真空罐上部；所述的氫氣氛升華器包括氫氣輸入裝置、氬氣輸入裝置、套管、石英管A、石英管B、石英管C、加熱器、洗氣裝置、噴淋裝置，石英管A、石英管B、石英管C串接在套管內(nèi)，套管外對(duì)應(yīng)石英管A、石英管B、石英管C分別設(shè)有加熱器，套管設(shè)進(jìn)出氣口，氫氣輸入裝置和氬氣輸入裝置連接套管的進(jìn)氣口，洗氣裝置包括大口瓶、插管、膠塞，套管的出氣口連接洗氣裝置的進(jìn)氣插管，洗氣裝置的出氣插管連接淋洗裝置，淋洗裝置內(nèi)設(shè)有噴淋管、沉淀槽，淋洗裝置的出氣口連接大氣。全文摘要高純砷的生產(chǎn)方法及其設(shè)備。涉及一種半導(dǎo)體基礎(chǔ)材料超高純?chǔ)列蜕榈纳a(chǎn)方法及其專用設(shè)備。本發(fā)明的工藝主要采取一次真空升華和兩次氫氣氛升華，制得純度為99.99999％的砷。本發(fā)明的設(shè)備，按照高純砷加工步驟，由真空升華器和氫氣氛升華器兩部分組成，其中真空升華器包括加熱器A、加熱器B、真空罐、水套、坩堝、阻隔板、錐形鈦冷凝器、低沸收集板、真空泵，氫氣氛升華器包括氫氣輸入裝置、氬氣輸入裝置、套管、石英管A、石英管B、石英管C、加熱器、洗氣裝置、噴淋裝置。本發(fā)明的生產(chǎn)方法及配套的真空升華器、氫氣氛石英升華器，成本低，投資少、質(zhì)量好。解決了高純砷生產(chǎn)投資規(guī)模大的問(wèn)題。經(jīng)氫氣氛升華除去砷中的雜質(zhì)，得到7N超高純砷，且無(wú)污染。文檔編號(hào)C22B9/02GK101096726SQ200610088149公開日2008年1月2日申請(qǐng)日期2006年6月30日優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日發(fā)明者楊華民申請(qǐng)人:楊華民