JP2009114064A - High purity phosphoric acid and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】従来除去が困難とされている不純物金属であるアンチモン及び硫化物イオンの含有量が極めて少ない高純度リン酸及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の高純度リン酸は、H3PO4の濃度を85重量%に換算したときの不純物含量として、Sbが200ppb以下であり且つ硫化物イオンが200ppb以下であることを特徴とする。本発明の高純度リン酸は、窒化珪素膜を有する半導体素子のエッチング液、アルミナ膜を有する液晶ディスプレイパネルのエッチング液、金属アルミニウムエッチング液、セラミックス用アルミナエッチング液、光ファイバーガラス用リン酸ガラス原料、食品添加物等として有用である。
【選択図】なしThe present invention provides a high-purity phosphoric acid having a very low content of antimony and sulfide ions, which are impurity metals that have been conventionally difficult to remove, and a method for producing the same.
The high-purity phosphoric acid of the present invention is characterized in that Sb is 200 ppb or less and sulfide ions are 200 ppb or less as impurity contents when the concentration of H 3 PO 4 is converted to 85% by weight. And The high purity phosphoric acid of the present invention is an etching solution for a semiconductor element having a silicon nitride film, an etching solution for a liquid crystal display panel having an alumina film, a metal aluminum etching solution, an alumina etching solution for ceramics, a phosphate glass raw material for optical fiber glass, It is useful as a food additive.
[Selection figure] None
Description
本発明は、高純度リン酸及びその製造方法に関するものである。更に言えば、微細素子の電気特性を劣化させる不純物を実質的に含まず、電子工業用、例えば半導体製造工程において窒化珪素膜等をエッチングによって除去するために好適に使用される高純度リン酸及びその製造方法に関するものである。本発明の高純度リン酸は、不純物の含有量が少ないという特徴から、半導体のエッチングの他に、金属アルミニウムエッチング液、液晶用エッチング液、セラミックス用アルミナエッチング液、光ファイバーガラス用リン酸ガラス原料としても好適な材料となるものである。 The present invention relates to high-purity phosphoric acid and a method for producing the same. Furthermore, high-purity phosphoric acid that is substantially free of impurities that degrade the electrical characteristics of the microelements and that is suitably used for removing the silicon nitride film or the like by etching in the electronics industry, for example, in the semiconductor manufacturing process, and It relates to the manufacturing method. The high-purity phosphoric acid of the present invention has a low impurity content, so that it can be used as a metal aluminum etching solution, an etching solution for liquid crystal, an alumina etching solution for ceramics, and a phosphate glass raw material for optical fiber glass in addition to semiconductor etching. Is also a suitable material.
リン酸の製造法には、乾式法と湿式法とがあることが知られている。乾式リン酸の製造法は、リン鉱石を原料として用い、これを電気炉で還元して、得られる黄リンを燃焼させて五酸化二リンにし、これを水和することで得ることができる。これに対し湿式リン酸の製造法は、リン鉱石を硫酸で分解し、生成する硫酸カルシウムを分離してまず希薄なリン酸を製造し、次いで高濃度まで濃縮する方法である。何れの方法で得られるリン酸においても、電子材料として用いられる場合、高純度品が要求される。 It is known that phosphoric acid production methods include a dry method and a wet method. The method for producing dry phosphoric acid can be obtained by using phosphorus ore as a raw material, reducing it in an electric furnace, burning the obtained yellow phosphorus to diphosphorus pentoxide, and hydrating it. On the other hand, the wet phosphoric acid production method is a method in which phosphorous ore is decomposed with sulfuric acid, calcium sulfate produced is separated to produce dilute phosphoric acid, and then concentrated to a high concentration. Any phosphoric acid obtained by any method requires a high-purity product when used as an electronic material.
乾式リン酸は、黄リンを経由して製造するためリン鉱石由来の不純物混入が少なく品質が湿式法によるリン酸より良いとされている。かかる乾式法によって得られる純度75乃至85重量%の高純度リン酸は、半導体のエッチングに使われている。この場合、リン酸中に不純物金属であるアンチモンや砒素が多く含まれると、半導体の製造装置によっては、シリコンウエハー上にこれら不純物金属の微粒子が残ってしまい、後工程に不具合が生じたり、そのウエハー上の微粒子を洗浄する工程が必要になるなどの問題点が発生することがある。そこで、更に高純度なリン酸が要求されている。 Since dry phosphoric acid is produced via yellow phosphorus, it is said that the phosphorous ore-derived impurities are less mixed and the quality is better than that obtained by the wet method. High purity phosphoric acid having a purity of 75 to 85% by weight obtained by such a dry method is used for etching semiconductors. In this case, if phosphoric acid contains a large amount of impurity metals such as antimony and arsenic, depending on the semiconductor manufacturing apparatus, these impurity metal fine particles may remain on the silicon wafer, causing problems in subsequent processes, There may be a problem that a process for cleaning the fine particles on the wafer becomes necessary. Therefore, higher purity phosphoric acid is required.
乾式リン酸の精製法として、不純物金属としてアンチモン及び砒素を含みH3PO4として75乃至85重量%濃度のリン酸に、硫化水素を添加して不純物金属の沈殿物を生成させ、これを分離した後、係る分離操作を少なくとも60℃で行う電気半導体用リン酸の精製法が知られている(特許文献1参照)。かかる精製法によれば精製後のリン酸には、リン酸の濃度を85重量%に換算したときにアンチモンが13〜20ppm、砒素が0.1ppm〜0.02ppm含まれている。 As a method for purifying dry phosphoric acid, hydrogen sulfide is added to 75 to 85% by weight of phosphoric acid containing antimony and arsenic as impurity metals and H 3 PO 4 to produce precipitates of impurity metals, which are separated. After that, a method for purifying phosphoric acid for electric semiconductors in which such a separation operation is performed at least at 60 ° C. is known (see Patent Document 1). According to such a purification method, the purified phosphoric acid contains 13 to 20 ppm of antimony and 0.1 to 0.02 ppm of arsenic when the concentration of phosphoric acid is converted to 85% by weight.
また、リン酸とハロゲン化水素を接触させ砒素を除去する方法も知られている(特許文献2参照)。この方法によれば、リン酸中の砒素を1ppm以下まで除去できるとされている。更に、酸性下でハロゲン化水素を発生し得る化合物の存在下で、リン酸とハロゲン化水素を接触させると、一層砒素の除去効果が高まりリン酸中の砒素を0.1ppm以下にできるとされている。しかし、この特許文献の実施例によれば、リン酸中の砒素はP2O5濃度(65%)で0.07〜0.8ppm程度までしか除去されておらず、高純度リン酸の要求に十分こたえられるものではない。また、この方法では、過酸化水素が必要であり、また、塩化水素を吹き込む前に、塩化鉄や塩化スズを使用しなければ十分に砒素を除去できないという不都合もある。 Also known is a method of removing arsenic by bringing phosphoric acid and hydrogen halide into contact with each other (see Patent Document 2). According to this method, arsenic in phosphoric acid can be removed to 1 ppm or less. Further, when phosphoric acid and hydrogen halide are brought into contact with each other in the presence of a compound capable of generating hydrogen halide under acidic conditions, the arsenic removal effect is further enhanced, and arsenic in phosphoric acid can be reduced to 0.1 ppm or less. ing. However, according to the examples of this patent document, arsenic in phosphoric acid has been removed only to about 0.07 to 0.8 ppm at a P 2 O 5 concentration (65%). It is not something that can be answered enough. In addition, this method requires hydrogen peroxide, and there is a disadvantage that arsenic cannot be removed sufficiently unless iron chloride or tin chloride is used before blowing hydrogen chloride.
以上の方法とは別に、リン酸を晶析法で精製する技術が広く知られていている(例えば特許文献3参照)。この特許文献には、リン酸を所望の純度に精製するために、晶析操作、母液からの分離操作及び融解操作からなる一連の晶析精製操作を3回繰り返す方法が開示されている。また、リン酸を晶析操作で精製する基礎物性データである飽和溶解度、過飽和度と成長速度との相関、リン酸半水結晶の吸湿性、リン酸中の結晶沈降速度に関する知見(非特許文献1参照)や、流動層型晶析装置での応用例に関する知見(非特許文献2参照)も知られている。しかしながら、晶析操作によって得られたリン酸の純度については明確に記載されていない。また晶析操作はコストが高くなる等の問題点を有する。 Apart from the above method, a technique for purifying phosphoric acid by a crystallization method is widely known (for example, see Patent Document 3). This patent document discloses a method of repeating a series of crystallization purification operations consisting of a crystallization operation, a separation operation from a mother liquor, and a melting operation three times in order to purify phosphoric acid to a desired purity. In addition, knowledge on basic physical properties data for purifying phosphoric acid by crystallization operations, such as saturation solubility, correlation between supersaturation and growth rate, hygroscopicity of phosphoric acid hemihydrate crystals, and precipitation rate of crystals in phosphoric acid (non-patent literature) 1) and knowledge about application examples in a fluidized bed crystallizer (see Non-Patent Document 2) are also known. However, the purity of phosphoric acid obtained by the crystallization operation is not clearly described. In addition, the crystallization operation has problems such as high cost.
従って、本発明の目的は、従来除去が困難とされている不純物金属であるアンチモン及び硫化物イオンの含有量が極めて少ない高純度リン酸及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide high-purity phosphoric acid having a very low content of antimony and sulfide ions, which are impurity metals that have been difficult to remove, and a method for producing the same.
本発明は、H3PO4の濃度を85重量%に換算したときの不純物含量として、Sbが200ppb以下であり且つ硫化物イオンが200ppb以下であることを特徴とする高純度リン酸を提供することにより前記目的を達成したものである。 The present invention provides high-purity phosphoric acid characterized in that Sb is 200 ppb or less and sulfide ions are 200 ppb or less as impurity content when the concentration of H 3 PO 4 is converted to 85% by weight. Thus, the object is achieved.
また本発明は、不純物金属を含む粗リン酸に硫化水素ガスを過剰に吹き込み、該粗リン酸に含まれている不純物金属を硫化物として沈殿させる第1工程と、第1工程で得られたリン酸を濾過する第2工程と、第2工程終了後にリン酸と空気とを除去塔内で接触させて、リン酸中含まれる硫化水素ガスを除去する第3工程とを含み、且つ第1及び第2の工程を59℃以下で行うことを特徴とする高純度リン酸の製造方法を提供することにより前記目的を達成したものである。 In addition, the present invention is obtained in the first step and the first step in which hydrogen sulfide gas is excessively blown into the crude phosphoric acid containing the impurity metal and the impurity metal contained in the crude phosphoric acid is precipitated as a sulfide. A second step of filtering phosphoric acid; and a third step of removing phosphorous acid contained in phosphoric acid by bringing phosphoric acid and air into contact with each other in the removal tower after completion of the second step. And the said objective is achieved by providing the manufacturing method of high purity phosphoric acid characterized by performing a 2nd process at 59 degrees C or less.
以上、詳述した通り、本発明の高純度リン酸は、従来除去が困難とされている不純物金属であるアンチモンの含有量及び硫化物イオンの含有量が極めて少ないものである。本発明の高純度リン酸は、窒化珪素膜を有する半導体素子のエッチング液、アルミナ膜を有する液晶ディスプレイパネルのエッチング液、金属アルミニウムエッチング液、セラミックス用アルミナエッチング液、光ファイバーガラス用リン酸ガラス原料、食品添加物等として有用である。また本発明の製造方法によれば、このような高純度リン酸を容易に且つ経済的に製造することができる。 As described above in detail, the high-purity phosphoric acid of the present invention has extremely low contents of antimony and sulfide ions, which are impurity metals that have been conventionally difficult to remove. The high purity phosphoric acid of the present invention is an etching solution for a semiconductor element having a silicon nitride film, an etching solution for a liquid crystal display panel having an alumina film, a metal aluminum etching solution, an alumina etching solution for ceramics, a phosphate glass raw material for optical fiber glass, It is useful as a food additive. Further, according to the production method of the present invention, such high-purity phosphoric acid can be produced easily and economically.
以下、本発明を詳細に説明する。なお、特に断らない限り以下の説明において「%」、「ppb」及び「ppm」はそれぞれ重量基準である。本発明においてリン酸とは、一般式H3PO4で表される成分と、H2Oとの任意の比率の混合液体である。本発明の高純度リン酸は乾式法または湿式法によって得られ、H3PO4の濃度として75〜89%のものをいう。乾式法においては、黄リンを燃焼させ更に水和させて得られる粗リン酸を精製して高純度リン酸となし、湿式法においては、リン鉱石を無機強酸で分解し、次いで濃縮して得られる粗リン酸を精製して高純度リン酸となすものである。高純度リン酸の濃度はJIS K−1449に規定される水酸化ナトリウムによる滴定法で測定する。またリン酸の濃度は、単位リン酸質量当たりの元素の質量比率として表す。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. Unless otherwise specified, “%”, “ppb”, and “ppm” are based on weight in the following description. The phosphoric acid in the present invention, the component represented by the general formula H 3 PO 4, is a mixed liquid of any ratio of H 2 O. The high-purity phosphoric acid of the present invention is obtained by a dry method or a wet method, and refers to that having a H 3 PO 4 concentration of 75 to 89%. In the dry method, the crude phosphoric acid obtained by burning yellow phosphorus and further hydrating it is purified to obtain high-purity phosphoric acid. In the wet method, the phosphorus ore is decomposed with a strong inorganic acid and then concentrated. The crude phosphoric acid obtained is purified to give high purity phosphoric acid. The concentration of high-purity phosphoric acid is measured by a titration method with sodium hydroxide specified in JIS K-1449. The concentration of phosphoric acid is expressed as a mass ratio of elements per unit phosphoric acid mass.
本発明の高純度リン酸は、各種金属に対する腐食性が強いので、金属等の表面のエッチング液として好適な物質である。リン酸は他の鉱酸と比べて蒸気分圧が低いので蒸留法を適用して精製することが容易でない。また、工業的に精製することは実質的に非常に困難である。このように精製が困難であるにもかかわらず、本発明に係る高純度リン酸は、不純物金属であるSbの含有量が低いものである。 The high-purity phosphoric acid of the present invention is a material suitable as an etching solution for the surface of metals and the like because of its strong corrosiveness to various metals. Since phosphoric acid has a lower vapor partial pressure than other mineral acids, it is not easy to purify by applying a distillation method. Moreover, it is practically very difficult to purify industrially. In spite of such difficulty in purification, the high purity phosphoric acid according to the present invention has a low content of Sb, which is an impurity metal.
具体的には、本発明の高純度リン酸は、H3PO4の濃度を85%に換算したときの不純物含量として、Sbが200ppb以下であり、好ましくは100ppb以下、更に好ましくは50ppb以下である。Sbが200ppbを超える場合には、本発明の高純度リン酸を例えば半導体素子や液晶ディスプレイパネルなどの電子デバイスのエッチング液として使用する場合に、シリコンウエハー等の表面にSbの粒子が付着するなどの欠点が生じることがある。 Specifically, the high-purity phosphoric acid of the present invention has an Sb content of 200 ppb or less, preferably 100 ppb or less, more preferably 50 ppb or less, as the impurity content when the concentration of H 3 PO 4 is converted to 85%. is there. When Sb exceeds 200 ppb, for example, when the high-purity phosphoric acid of the present invention is used as an etching solution for an electronic device such as a semiconductor element or a liquid crystal display panel, Sb particles adhere to the surface of a silicon wafer or the like. The disadvantages may occur.
Sbの含量が前述の値以下であることに加えて本発明の高純度リン酸は、H3PO4の濃度を85%に換算したときの不純物含量として、硫化物イオンが200ppb以下である。後述する高純度リン酸の製造方法から明らかなように、本発明の好ましい実施形態においては、リン酸中の不純物金属を除去する手段として硫化水素を用いている。その結果、不純物金属を除去した後のリン酸には硫化物イオンが不可避的に残存することがある。また、濾過工程で除くことができない硫化砒素や硫化アンチモン等の硫化物が存在する。そのような状態の高純度リン酸を、例えば反射型液晶ディスプレイパネルの反射膜に設けられたAg系薄膜やAg系電極のエッチングに使用する場合、硫化物イオンの含量が200ppbを超えると、硫化物イオンが銀と反応して硫化銀が生成し、製品の品質等に問題が生じることがある。これに対して本発明の高純度リン酸においては、不純物金属の含量は極めて僅かであり、その上不純物金属の除去に用いられる硫化物イオンの含量も極めて僅かとなっているのでそのような不都合は生じない。つまり本発明の高純度リン酸は不純物金属の低減化と硫化物イオンの低減化という二律背反の要求を共に満たすものである。ここで言う硫化物イオンは、リン酸中に含まれる全硫化物を言い、具体的には硫化水素をリン酸中に吹きこんだときに生成する硫化アンチモン、硫化ヒ素等の硫化物、残留する硫化水素を含むものである。 In addition to the Sb content being not more than the aforementioned value, the high purity phosphoric acid of the present invention has a sulfide ion of 200 ppb or less as an impurity content when the concentration of H 3 PO 4 is converted to 85%. As is apparent from the method for producing high-purity phosphoric acid described later, in a preferred embodiment of the present invention, hydrogen sulfide is used as a means for removing impurity metals in phosphoric acid. As a result, sulfide ions may inevitably remain in the phosphoric acid after the impurity metal is removed. There are also sulfides such as arsenic sulfide and antimony sulfide that cannot be removed in the filtration step. When high purity phosphoric acid in such a state is used for etching an Ag-based thin film or an Ag-based electrode provided on a reflective film of a reflective liquid crystal display panel, for example, if the content of sulfide ions exceeds 200 ppb, Product ions may react with silver to produce silver sulfide, which may cause problems in product quality and the like. On the other hand, in the high purity phosphoric acid of the present invention, the content of the impurity metal is extremely small, and furthermore, the content of the sulfide ion used for removing the impurity metal is also very small. Does not occur. That is, the high-purity phosphoric acid of the present invention satisfies both the contradictory requirements of reducing impurity metals and reducing sulfide ions. The sulfide ion referred to here is the total sulfide contained in phosphoric acid, specifically, sulfides such as antimony sulfide and arsenic sulfide generated when hydrogen sulfide is blown into phosphoric acid, and remain. It contains hydrogen sulfide.
また本発明の高純度リン酸は、H3PO4の濃度を85%に換算したときの不純物含量として、Asが10ppb以下、特に2ppb以下であることが、Sbの場合と同様の理由により好ましい。リン酸中のAs又はSbの含有量の測定は、ICP発光分光分析装置に水素化物発生装置(HYD)を接続した機器(ICP−HYD)で行う。測定方法の詳細は後述する実施例において詳しく説明する。また硫化物イオンの定量方法も後述する実施例において詳しく説明する。 The high-purity phosphoric acid of the present invention preferably has an As content of 10 ppb or less, particularly 2 ppb or less, as the impurity content when the concentration of H 3 PO 4 is converted to 85%, for the same reason as in the case of Sb. . The content of As or Sb in phosphoric acid is measured with an instrument (ICP-HYD) in which a hydride generator (HYD) is connected to an ICP emission spectroscopic analyzer. Details of the measurement method will be described in detail in Examples described later. A method for quantifying sulfide ions will also be described in detail in the examples described later.
SbやAsなどの金属イオンは、黄リンにもともと含まれており、それが粗リン酸中にも引き続き含有されてくる。従って、高純度リン酸を得る観点からは、もともと高純度な黄リンを原料として使用することが好ましい。しかし、SbやAsがppbのオーダーになるまで精製された黄リンを得ることは非常に困難である。 Metal ions such as Sb and As are originally contained in yellow phosphorus, and they continue to be contained in crude phosphoric acid. Therefore, from the viewpoint of obtaining high-purity phosphoric acid, it is preferable to originally use high-purity yellow phosphorus as a raw material. However, it is very difficult to obtain purified yellow phosphorus until Sb and As are in the order of ppb.
本発明の高純度リン酸の用途は、特に限定されるものではない。例えば半導体素子の製造工程において窒化珪素膜を除去するために使用するエッチング液、液晶ディスプレイパネルの製造工程においてアルミナ膜を除去するために使用するエッチング液、金属アルミニウムエッチング液、セラミックス用アルミナエッチング液、光ファイバー用リン酸ガラス原料等として好適に用いられる。 The use of the high purity phosphoric acid of the present invention is not particularly limited. For example, an etching solution used to remove a silicon nitride film in a manufacturing process of a semiconductor element, an etching solution used to remove an alumina film in a manufacturing process of a liquid crystal display panel, a metal aluminum etching solution, an alumina etching solution for ceramics, It is suitably used as a phosphate glass raw material for optical fibers.
特に、微細加工が要求される半導体製造工程において、窒化珪素膜をエッチングによって除去するために本発明の高純度リン酸を用いると、エッチング後のシリコンウエハー上にSbに由来する不純物が残ることはない。リン酸に含まれる不純物には、Sbに加えてAs、Fe、Mn、Naなども知られているが、半導体の微細加工、特に線幅0.5μm以下の微細加工の分野においては、Sbに由来する不純物、特にSbに由来する不純物が最も悪影響を及ぼすことが本発明者らの検討によって判明した。従って、Sb含量の少ない本発明の高純度リン酸は、半導体の微細加工に用いられるエッチング液として極めて有用である。同様の理由から、本発明の高純度リン酸は、液晶ディスプレイパネルの電子回路の微細加工に用いられるエッチング液としても極めて有用である。 In particular, when a high purity phosphoric acid of the present invention is used to remove a silicon nitride film by etching in a semiconductor manufacturing process that requires microfabrication, impurities derived from Sb remain on the etched silicon wafer. Absent. In addition to Sb, As, Fe, Mn, Na and the like are also known as impurities contained in phosphoric acid. However, in the field of semiconductor microfabrication, particularly microfabrication with a line width of 0.5 μm or less, Sb It has been found by the present inventors that impurities derived from impurities, in particular impurities derived from Sb, have the most adverse effects. Therefore, the high-purity phosphoric acid of the present invention having a small Sb content is extremely useful as an etching solution used for semiconductor microfabrication. For the same reason, the high-purity phosphoric acid of the present invention is extremely useful as an etching solution used for fine processing of electronic circuits of liquid crystal display panels.
次に、本発明の高純度リン酸の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、大別すると第1、第2及び第3の3つの工程を含んでいる。第1工程は、SbやAsなどの不純物金属を含む粗リン酸に、硫化水素ガスを大過剰に吹き込んだ後に、該粗リン酸に含まれている不純物金属を硫化物として沈殿させる工程(吸収工程)である。第2工程は、第1工程で得られた粗リン酸を濾過する工程(濾過工程)である。これらの工程は何れも59℃以下で行うことが重要である。更に、第2工程終了後にリン酸と空気を除去塔内で接触させて、リン酸中に含まれる硫化水素ガスを除去する第3工程(脱気工程)よりなる。本発明の製造方法は、当然連続的に効率良く高純度リン酸を製造することがきるものである。以下、それぞれの工程について詳述する。 Next, the manufacturing method of the high purity phosphoric acid of this invention is demonstrated. The manufacturing method of the present invention roughly includes first, second and third steps. In the first step, hydrogen sulfide gas is blown into a crude phosphoric acid containing an impurity metal such as Sb or As in a large excess, and then the impurity metal contained in the crude phosphoric acid is precipitated as a sulfide (absorption). Process). The second step is a step (filtering step) of filtering the crude phosphoric acid obtained in the first step. It is important that all these steps be performed at 59 ° C. or lower. Furthermore, after the 2nd process completion | finish, it consists of the 3rd process (deaeration process) which makes phosphoric acid and air contact in a removal tower, and removes the hydrogen sulfide gas contained in phosphoric acid. The production method of the present invention can naturally produce high-purity phosphoric acid continuously and efficiently. Hereinafter, each process is explained in full detail.
まず第1工程について説明する。第1工程で用いられる粗リン酸は、乾式法で得られたものでもよく、或いは湿式法で得られたものでもよいが、乾式法で得られた粗リン酸が好ましい。何れの方法で得られた粗リン酸であっても、H3PO4の濃度を85重量%に換算したときのSb含量は1〜10ppm程度であり、またAs含量は10〜100ppm程度である。乾式法で粗リン酸を製造する場合は、例えば以下の通りである。原料となる黄リン(P4)は、工業的に入手できるものであれば特に制限されるものではない。黄リン中には通常Sbが4〜40ppm程度含まれている。勿論、これよりも多くSbを含む黄リンを原料として用いても差し支えない。 First, the first step will be described. The crude phosphoric acid used in the first step may be obtained by a dry method or may be obtained by a wet method, but a crude phosphoric acid obtained by a dry method is preferred. Even crude phosphoric acid obtained by any method, Sb content when converted to the concentration of H 3 PO 4 to 85% by weight is about 1-10 ppm, also As content is about 10~100ppm . When manufacturing crude phosphoric acid by a dry method, it is as follows, for example. The raw material yellow phosphorus (P 4 ) is not particularly limited as long as it is industrially available. The yellow phosphorus usually contains about 4 to 40 ppm of Sb. Of course, yellow phosphorus containing more Sb than this may be used as a raw material.
燃焼炉中で液状の黄リンを空気によって燃焼させ五酸化二リンのガスを生成させる。次いで、生成した五酸化二リンのガスを水和して粗リン酸を製造する。その反応式は以下の通りである。
P4+5O2→P4P10 (1)
P4O10+6H2O→4H3PO4 (2)
In a combustion furnace, liquid yellow phosphorus is combusted by air to generate diphosphorus pentoxide gas. Subsequently, the produced phosphorous pentoxide gas is hydrated to produce crude phosphoric acid. The reaction formula is as follows.
P 4 + 5O 2 → P 4 P 10 (1)
P 4 O 10 + 6H 2 O → 4H 3 PO 4 (2)
湿式法で粗リン酸を製造する場合は、例えば以下の操作を行う。通常湿式リン酸の製造工程は、リン鉱石を硫酸で分解し、生成する硫酸カルシウムを分離してまず希薄なリン酸を製造したものを約40%程度まで濃縮し、リン酸中のヒ素及び固形分を分離除去する脱ヒ素工程、次いでリン酸中に溶解している有機物を酸化分解する酸化工程、リン酸とイソプロピルアルコールを混合し抽出液と抽出残に分離する抽出洗浄工程、抽出液中のNa分をイオン交換樹脂にて吸着除去する脱Na工程、Naを除去した抽出液中のリン酸とイソプロピルアルコールを分離する脱イソプロピルアルコール工程、リン酸中に残留している微量のイソプロピルアルコール及びフッ素を分離する脱フッ素・イソプロピルアルコール工程、酸化還元工程で除去されなかった有機物を活性炭で除去する脱有機物工程、更にリン酸を75%、85%へ濃縮する濃縮工程である。湿式リン酸の製造工程は、様々提案されているが、本発明においては、脱ヒ素工程以前のリン酸を粗リン酸とする。 When producing crude phosphoric acid by a wet method, for example, the following operation is performed. In general, the process for producing wet phosphoric acid involves decomposing phosphate ore with sulfuric acid, separating the produced calcium sulfate and first producing diluted phosphoric acid to a concentration of about 40%, and arsenic and solids in phosphoric acid. The arsenic process that separates and removes the components, then the oxidation process that oxidatively decomposes organic substances dissolved in phosphoric acid, the extraction washing process that mixes phosphoric acid and isopropyl alcohol and separates them into the extract and the extraction residue, A Na removal step in which Na content is adsorbed and removed by an ion exchange resin, a Deisopropyl alcohol step in which Na from the extract from which the phosphoric acid and isopropyl alcohol have been separated is separated, and a small amount of isopropyl alcohol and fluorine remaining in the phosphoric acid. Defluorination / isopropyl alcohol process to separate the organic matter, organic matter that was not removed in the oxidation-reduction process is removed with activated carbon, phosphoric acid 5%, a concentration step of concentrating the 85%. Various processes for producing wet phosphoric acid have been proposed. In the present invention, phosphoric acid before the dearsenic process is used as crude phosphoric acid.
次いで前記粗リン酸に硫化水素ガスを吹きこむ。硫化水素ガスの吹き込み時の粗リン酸の温度は、本発明において極めて重要であることが、本発明者らの検討の結果判明した。具体的には、硫化水素ガスを吹き込むときの粗リン酸の温度を59℃以下とする。この温度はできるだけ低温が好ましく、リン酸の凝固点を考慮の上で決められる。例えばH3PO4の濃度が85重量%リン酸の場合、通常20〜59℃、特に20〜40℃とすることが好ましい。本発明者らが検討した結果、硫化水素ガスの吹き込み時若しくは吹き込み後、粗リン酸の温度を前記の温度以下とすることで、硫化水素ガスとSbとの反応で生じた硫化アンチモンを多量に沈殿させることができ、リン酸中に存在するSbの含量を極めて低レベルにできることが判明した。 Next, hydrogen sulfide gas is blown into the crude phosphoric acid. As a result of the examination by the present inventors, the temperature of the crude phosphoric acid when the hydrogen sulfide gas is blown is extremely important in the present invention. Specifically, the temperature of the crude phosphoric acid when the hydrogen sulfide gas is blown is set to 59 ° C. or less. This temperature is preferably as low as possible and is determined in consideration of the freezing point of phosphoric acid. For example, when the concentration of H 3 PO 4 is 85 wt% phosphoric acid, it is usually preferably 20 to 59 ° C., particularly preferably 20 to 40 ° C. As a result of the study by the present inventors, a large amount of antimony sulfide produced by the reaction between the hydrogen sulfide gas and Sb can be obtained by setting the temperature of the crude phosphoric acid to be equal to or lower than the above temperature when or after the hydrogen sulfide gas is blown. It has been found that it can be precipitated and the content of Sb present in phosphoric acid can be very low.
硫化水素ガスの吹き込みに際しては、これらを過剰で供給することも重要であることが判明した。これらの供給量に上限値は特になく、大過剰であればあるほどSbやAsの硫化物の生成が促進される。しかし、余りに大過剰に供給しても硫化物の生成は飽和する。製造経費を考慮すると供給量の上限値は、硫化水素ガスを用いる場合には、リン酸に対する溶解度内に収めるのが最良の方法である。 In blowing hydrogen sulfide gas, it has been found that it is also important to supply these in excess. There is no particular upper limit to these supply amounts, and the greater the excess, the more the production of sulfides of Sb and As is promoted. However, even if the supply is too large, the formation of sulfide is saturated. In consideration of production costs, it is best to keep the upper limit of the supply amount within the solubility in phosphoric acid when hydrogen sulfide gas is used.
かかるリン酸中へ硫化水素ガスを吹きこむ方法としては、粗リン酸を吸収塔の上部から流下させ且つ硫化水素ガスを吸収塔の下部から上昇させて両者を向流的に接触させて行う方法が好ましいが、リン酸と硫化水素ガスを並流的に接触させてもよい。かかる方法によると、硫化水素ガスを効率的にリン酸中の不純物と反応させることができる。この場合、吸収塔の内部にはテラレットやサドルを初めとする各種充填物を充填しておき、リン酸と硫化水素ガスとの接触を十分に確保することが好ましい。硫化水素ガスを吹き込むことによって、Sb及びAs並びにその他の不純物金属が、水不溶性の硫化物として生成し粗リン酸中に沈殿する。硫化水素ガスとSb及びAsとの反応式は、以下の通りである。
Sb2O3+3H2S→Sb2S3+3H2O (3)
Sb2O5+5H2S→Sb2S5+5H2O (4)
As2O3+3H2S→As2S3+3H2O (5)
As2O5+5H2S→As2S5+5H2O (6)
As a method of blowing hydrogen sulfide gas into the phosphoric acid, a method is performed in which crude phosphoric acid is caused to flow down from the upper part of the absorption tower and hydrogen sulfide gas is raised from the lower part of the absorption tower so that both are brought into countercurrent contact with each other. However, phosphoric acid and hydrogen sulfide gas may be contacted in a cocurrent manner. According to such a method, hydrogen sulfide gas can be efficiently reacted with impurities in phosphoric acid. In this case, it is preferable to fill the inside of the absorption tower with various packing materials such as terrarette and saddle to ensure sufficient contact between phosphoric acid and hydrogen sulfide gas. By blowing hydrogen sulfide gas, Sb and As and other impurity metals are produced as water-insoluble sulfides and are precipitated in the crude phosphoric acid. The reaction formula of hydrogen sulfide gas with Sb and As is as follows.
Sb 2 O 3 + 3H 2 S → Sb 2 S 3 + 3H 2 O (3)
Sb 2 O 5 + 5H 2 S → Sb 2 S 5 + 5H 2 O (4)
As 2 O 3 + 3H 2 S → As 2 S 3 + 3H 2 O (5)
As 2 O 5 + 5H 2 S → As 2 S 5 + 5H 2 O (6)
硫化水素ガスの吹き込み後の粗リン酸を第2工程に付す。それに先立ち第1工程で得られた粗リン酸を熟成させることが好ましい。この熟成で、SbやAsの硫化物を十分に沈殿させることができる。熟成時間は1〜10時間であるが、工程的には通常2〜4時間で操作することで、硫化物を十分に沈殿させることができる。熟成においては特別な操作は不要であり、タンク内において粗リン酸をその硫化水素の吹き込み操作における温度に、例えばH3PO4の濃度が85重量%リン酸の場合、59℃以下、好ましくは20〜40℃程度に所定時間保てばよい。 The crude phosphoric acid after blowing hydrogen sulfide gas is subjected to the second step. Prior to that, it is preferable to age the crude phosphoric acid obtained in the first step. By this aging, sulfides of Sb and As can be sufficiently precipitated. The aging time is 1 to 10 hours, but the sulfide can be sufficiently precipitated by operating in the process usually in 2 to 4 hours. No special operation is required for aging, and the crude phosphoric acid in the tank is heated to the temperature in the hydrogen sulfide blowing operation. For example, when the concentration of H 3 PO 4 is 85 wt% phosphoric acid, it is 59 ° C. or less, preferably What is necessary is just to hold | maintain for a predetermined time at about 20-40 degreeC.
第2工程である硫化物の濾過工程も、第1工程と同様に59℃以下で行う。この濾過温度はリン酸の凝固点,粘度及び濾過機の能力(濾過面積)を考慮のうえ決定される。例えばH3PO4の濃度が85重量%リン酸の場合、通常20〜59℃、特に20〜40℃とすることが好ましい。高純度リン酸は、高濃度では常温で粘稠な液体であることから、濾過のためにはその温度を上昇させて粘度を低下させることが有利である。しかしリン酸の温度を上げすぎると、リン酸中に沈殿している硫化物の溶解度が高まって、せっかく沈殿させた硫化物がリン酸中に溶解してしまう。 The sulfide filtration step, which is the second step, is also performed at 59 ° C. or lower, as in the first step. The filtration temperature is determined in consideration of the freezing point of phosphoric acid, the viscosity, and the capacity of the filter (filtration area). For example, when the concentration of H 3 PO 4 is 85 wt% phosphoric acid, it is usually preferably 20 to 59 ° C., particularly preferably 20 to 40 ° C. Since high-purity phosphoric acid is a viscous liquid at room temperature at a high concentration, it is advantageous to increase the temperature and lower the viscosity for filtration. However, if the temperature of phosphoric acid is raised too much, the solubility of sulfides precipitated in phosphoric acid increases, and the precipitated sulfides are dissolved in phosphoric acid.
濾過の方法は特に制限されるものでない。濾過温度が比較的低いことから、つまりリン酸の粘度が高いことから、使用される濾過装置は濾過面積を大きくとることが有利である。濾過方法としては、加圧濾過、真空濾過が挙げられる。特にウルトラフィルタープレス等の葉状加圧濾過が好ましい。このウルトラフィルタープレスでSbやAsの硫化物を除去できる。 The filtration method is not particularly limited. Since the filtration temperature is relatively low, that is, the viscosity of phosphoric acid is high, it is advantageous that the filtration device used has a large filtration area. Examples of the filtration method include pressure filtration and vacuum filtration. In particular, leaf-shaped pressure filtration such as an ultra filter press is preferred. This ultra filter press can remove sulfides of Sb and As.
濾過によって得られたリン酸は透明であり、H3PO4の濃度を85%に換算したときの不純物含量として、Sbが200ppb以下となる。またAsの含量が10ppb以下となる。 The phosphoric acid obtained by filtration is transparent, and the Sb is 200 ppb or less as the impurity content when the concentration of H 3 PO 4 is converted to 85%. The As content is 10 ppb or less.
不純物金属の除去に硫化水素ガスを使用した場合、得られたリン酸中には過剰な硫化水素が含まれている。そこでこれを除去するために、第3工程として、リン酸中に空気を通気する。これによって硫化物イオンの濃度が200ppb以下まで低められ、高純度に精製された本発明のリン酸が得られる。 When hydrogen sulfide gas is used to remove the impurity metal, the resulting phosphoric acid contains excess hydrogen sulfide. Therefore, in order to remove this, air is ventilated in phosphoric acid as a third step. Thereby, the concentration of sulfide ions is lowered to 200 ppb or less, and the phosphoric acid of the present invention purified to a high purity is obtained.
リン酸中の過剰硫化水素を除去する方法としては例えば、リン酸を除去塔の上部から流下させ且つ空気を除去塔の下部から上昇させて両者を向流的に接触させて、リン酸中に含まれる硫化水素ガスを除去する方法を用いることが好ましい。また、リン酸と空気を並流的に接触させてもよい。この場合、除去塔の内部にはテラレットやサドルを初めとする各種充填物を充填しておきリン酸と空気との接触を十分に確保することが好ましい。先に述べた通り高純度リン酸は粘度が高いことから、リン酸中に溶存している不純物ガスの除去には通常加熱釜に空気を吹き込む加熱除去方法が行われていた。これに対して本発明者らは、意外にも充填物が充填された除去塔を用いることで、高粘度のリン酸であってもその中に溶存している硫化水素ガスを容易に除去できることを知見した。しかもこの方法によれば経済的に硫化水素ガスを除去できる。 As a method of removing excess hydrogen sulfide in phosphoric acid, for example, phosphoric acid is allowed to flow down from the upper part of the removing tower and air is raised from the lower part of the removing tower to bring them into countercurrent contact with each other. It is preferable to use a method for removing the contained hydrogen sulfide gas. Moreover, you may make phosphoric acid and air contact in parallel flow. In this case, it is preferable to fill the inside of the removal tower with various packing materials such as terrarette and saddle to ensure sufficient contact between phosphoric acid and air. Since high-purity phosphoric acid has a high viscosity as described above, a heat removal method in which air is blown into a heating kettle is usually performed to remove the impurity gas dissolved in the phosphoric acid. On the other hand, the present inventors can surprisingly easily remove hydrogen sulfide gas dissolved in phosphoric acid having high viscosity by using a removal tower packed with packing. I found out. Moreover, according to this method, hydrogen sulfide gas can be removed economically.
第3工程(脱気工程)においては、リン酸の温度を凝固点以上の温度に設定すればよいが、通常25℃以上、特に50〜65℃とすることが好ましい。これによってリン酸中の溶存硫化水素ガスをほぼ完全に放出させることができる。また、リン酸中の溶存硫化水素ガスの濃度やリン酸の処理量によっては、除去塔を複数基並立させ、これらを直列に連結させて用いてもよい。この場合、各除去塔それぞれにおいてリン酸と空気とを向流的又は並流的に接触させる。 In the third step (deaeration step), the temperature of phosphoric acid may be set to a temperature equal to or higher than the freezing point, but is usually 25 ° C. or higher, and preferably 50 to 65 ° C. Thereby, the dissolved hydrogen sulfide gas in phosphoric acid can be almost completely released. Further, depending on the concentration of dissolved hydrogen sulfide gas in phosphoric acid and the amount of phosphoric acid treated, a plurality of removal towers may be juxtaposed and connected in series. In this case, phosphoric acid and air are contacted countercurrently or in a cocurrent manner in each removal tower.
本発明は前記実施形態に制限されない。例えば本発明の高純度リン酸を得る方法は前述した方法に限られず、Sb及び硫化物イオンの含量を前述した値とし得る方法であればどのような方法を用いてもよい。 The present invention is not limited to the embodiment. For example, the method for obtaining the high purity phosphoric acid of the present invention is not limited to the method described above, and any method may be used as long as the content of Sb and sulfide ions can be set to the values described above.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら、本発明の範囲はかかる実施例に制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples.
〔実施例1〕
(1)第1工程
燃焼塔の中で液状黄リンを空気によって燃焼させ、生成した五酸化二リンのガスを水和させて粗リン酸を製造した。黄リンはバーナーで燃焼塔に供給し、空気を過剰に吹き込んで完全燃焼させた。燃焼ガスは、冷却塔を通りながら冷却され、水和された。これによりH3PO4の濃度86重量%の粗リン酸を得た。粗リン酸中にはSbが4ppm、Asが40ppm含まれていた。
[Example 1]
(1) First Step Liquid yellow phosphorus was burned with air in a combustion tower, and the produced phosphorous pentoxide gas was hydrated to produce crude phosphoric acid. Yellow phosphorus was supplied to the combustion tower with a burner, and air was blown in excessively to complete combustion. The combustion gas was cooled and hydrated as it passed through the cooling tower. As a result, crude phosphoric acid having a concentration of 86% by weight of H 3 PO 4 was obtained. The crude phosphoric acid contained 4 ppm Sb and 40 ppm As.
生成した粗リン酸(86%)を35℃に調整し、粗リン酸を充填物(テラレット)が充填されている吸収塔の上部から供給し、また下部から過剰の硫化水素ガスを吹き込み、リン酸と硫化水素ガスとを向流的に十分に接触させた。これによってSbやAsの水不溶性硫化物が沈殿物として生成した。硫化水素ガスの吹き込み量は、粗リン酸(H3PO4)の濃度を85%に換算したときのSb及びAsの総当量に対して10倍当量とした。 The produced crude phosphoric acid (86%) is adjusted to 35 ° C., and the crude phosphoric acid is supplied from the upper part of the absorption tower packed with a packing (terrarette), and excess hydrogen sulfide gas is blown from the lower part to The acid and hydrogen sulfide gas were in full contact in countercurrent. As a result, water-insoluble sulfides of Sb and As were formed as precipitates. The amount of hydrogen sulfide gas blown was 10 times equivalent to the total equivalent of Sb and As when the concentration of crude phosphoric acid (H 3 PO 4 ) was converted to 85%.
水不溶性硫化物を含んだ粗リン酸を、約35℃で2時間熟成させた。 Crude phosphoric acid containing water-insoluble sulfide was aged at about 35 ° C. for 2 hours.
(2)第2工程
熟成終了後の粗リン酸を、葉状濾過器(ウルトラフィルタープレス)により加圧濾過を行い、不溶性の硫化物を除去して澄明なリン酸を得た。濾過時のリン酸の温度は30℃であった。
(2) Second Step Crude phosphoric acid after completion of aging was subjected to pressure filtration with a leaf filter (ultra filter press) to remove insoluble sulfides to obtain clear phosphoric acid. The temperature of phosphoric acid during filtration was 30 ° C.
(3)第3工程
得られた澄明なリン酸を60℃に加温し、充填物(テラレット)が充填されている除去塔の上部から供給し、また下部から空気を吹き込み、リン酸と空気とを向流的に十分に接触させた。これによりリン酸中に溶存している過剰の硫化水素を除去した後、純水を加えH3PO4の濃度85重量%の高純度リン酸を得た。
(3) Third step The obtained clear phosphoric acid is heated to 60 ° C., supplied from the upper part of the removal tower packed with packing (terrarette), and air is blown in from the lower part. And were in sufficient countercurrent contact. Thus, after removing excess hydrogen sulfide dissolved in phosphoric acid, pure water was added to obtain high-purity phosphoric acid having a H 3 PO 4 concentration of 85% by weight.
〔実施例2〕
(1)第1工程
実施例1と同様にして粗リン酸を得た。粗リン酸中にはSbが4ppm、Asが40ppm含まれていた。生成した粗リン酸(86%)を58℃に調整し、粗リン酸を充填物(テラレット)が充填されている吸収塔の上部から供給し、また下部から過剰の硫化水素ガスを吹き込み、リン酸と硫化水素ガスとを向流的に十分に接触させた。これによってSbやAsの水不溶性硫化物が沈殿物として生成した。硫化水素ガスの吹き込み量は、粗リン酸(H3PO4)の濃度を85%に換算したときのSb及びAsの総当量に対して10倍当量とした。
[Example 2]
(1) First Step Crude phosphoric acid was obtained in the same manner as in Example 1. The crude phosphoric acid contained 4 ppm Sb and 40 ppm As. The generated crude phosphoric acid (86%) is adjusted to 58 ° C., and the crude phosphoric acid is supplied from the upper part of the absorption tower packed with the packing (terrarette), and excess hydrogen sulfide gas is blown from the lower part to The acid and hydrogen sulfide gas were in full contact in countercurrent. As a result, water-insoluble sulfides of Sb and As were formed as precipitates. The amount of hydrogen sulfide gas blown was 10 times equivalent to the total equivalent of Sb and As when the concentration of crude phosphoric acid (H 3 PO 4 ) was converted to 85%.
水不溶性硫化物を含んだ粗リン酸を、約55℃で2時間熟成させた。 Crude phosphoric acid containing water-insoluble sulfide was aged at about 55 ° C. for 2 hours.
(2)第2工程
熟成終了後の粗リン酸を、葉状濾過器(ウルトラフィルタープレス)により加圧濾過を行い、不溶性の硫化物を除去して澄明なリン酸を得た。濾過時のリン酸の温度は52℃であった。
(2) Second Step Crude phosphoric acid after completion of aging was subjected to pressure filtration with a leaf filter (ultra filter press) to remove insoluble sulfides to obtain clear phosphoric acid. The temperature of phosphoric acid during filtration was 52 ° C.
(3)第3工程
得られた澄明なリン酸を60℃に加温し、充填物(テラレット)が充填されている除去塔の上部から供給し、また下部から空気を吹き込み、リン酸と空気とを向流的に十分に接触させた。これによりリン酸中に溶存している過剰の硫化水素を除去し後、純水を加えH3PO4の濃度85重量%の高純度リン酸を得た。
(3) Third step The obtained clear phosphoric acid is heated to 60 ° C., supplied from the upper part of the removal tower packed with packing (terrarette), and air is blown in from the lower part. And were in sufficient countercurrent contact. Thus, excess hydrogen sulfide dissolved in phosphoric acid was removed, and then pure water was added to obtain high purity phosphoric acid having a H 3 PO 4 concentration of 85% by weight.
〔実施例3〕
(1)第1工程
実施例1と同様にして粗リン酸を得た。粗リン酸中にはSbが4ppm、Asが40ppm含まれていた。生成した粗リン酸(86%)を40℃に調整し、粗リン酸を充填物(テラレット)が充填されている吸収塔の上部から供給し、また下部から過剰の硫化水素ガスを吹き込み、リン酸と硫化水素ガスとを向流的に十分に接触させた。これによってSbやAsの水不溶性硫化物が沈殿物として生成した。硫化水素ガスの吹き込み量は、粗リン酸(H3PO4)の濃度を85%に換算したときのSb及びAsの総当量に対して10倍当量とした。
Example 3
(1) First Step Crude phosphoric acid was obtained in the same manner as in Example 1. The crude phosphoric acid contained 4 ppm Sb and 40 ppm As. The produced crude phosphoric acid (86%) is adjusted to 40 ° C., and the crude phosphoric acid is supplied from the upper part of the absorption tower packed with the packing (terrarette), and excess hydrogen sulfide gas is blown from the lower part to The acid and hydrogen sulfide gas were in full contact in countercurrent. As a result, water-insoluble sulfides of Sb and As were formed as precipitates. The amount of hydrogen sulfide gas blown was 10 times equivalent to the total equivalent of Sb and As when the concentration of crude phosphoric acid (H 3 PO 4 ) was converted to 85%.
水不溶性硫化物を含んだ粗リン酸を、約38℃で2時間熟成させた。 Crude phosphoric acid containing water-insoluble sulfide was aged at about 38 ° C. for 2 hours.
(2)第2工程
熟成終了後の粗リン酸を、葉状濾過器(ウルトラフィルタープレス)により加圧濾過を行い、不溶性の硫化物を除去して澄明なリン酸を得た。濾過時のリン酸の温度は36℃であった。
(2) Second Step Crude phosphoric acid after completion of aging was subjected to pressure filtration with a leaf filter (ultra filter press) to remove insoluble sulfides to obtain clear phosphoric acid. The temperature of phosphoric acid during filtration was 36 ° C.
(3)第3工程
得られた澄明なリン酸を60℃に加温し、充填物(テラレット)が充填されている除去塔の上部から供給し、また下部から空気を吹き込み、リン酸と空気とを向流的に十分に接触させた。これによりリン酸中に溶存している過剰の硫化水素を除去し後、純水を加えH3PO4の濃度85重量%高純度リン酸を得た。
(3) Third step The obtained clear phosphoric acid is heated to 60 ° C., supplied from the upper part of the removal tower packed with packing (terrarette), and air is blown in from the lower part. And were in sufficient countercurrent contact. Thus, excess hydrogen sulfide dissolved in phosphoric acid was removed, and then pure water was added to obtain high-purity phosphoric acid having a concentration of 85 wt% of H 3 PO 4 .
〔実施例4〕
(1)第1工程
実施例1と同様にして粗リン酸を得た。粗リン酸中にはSbが4ppm、Asが40ppm含まれていた。生成した粗リン酸(86%)を35℃に調整し、粗リン酸を充填物(テラレット)が充填されている吸収塔の上部から供給し、また下部から過剰の硫化水素ガスを吹き込み、リン酸と硫化水素ガスとを向流的に十分に接触させた。これによってSbやAsの水不溶性硫化物が沈殿物として生成した。硫化水素ガスの吹き込み量は、粗リン酸(H3PO4)の濃度を85%に換算したときのSb及びAsの総当量に対して10倍当量とした。
Example 4
(1) First Step Crude phosphoric acid was obtained in the same manner as in Example 1. The crude phosphoric acid contained 4 ppm Sb and 40 ppm As. The produced crude phosphoric acid (86%) is adjusted to 35 ° C., and the crude phosphoric acid is supplied from the upper part of the absorption tower packed with a packing (terrarette), and excess hydrogen sulfide gas is blown from the lower part to The acid and hydrogen sulfide gas were in full contact in countercurrent. As a result, water-insoluble sulfides of Sb and As were formed as precipitates. The amount of hydrogen sulfide gas blown was 10 times equivalent to the total equivalent of Sb and As when the concentration of crude phosphoric acid (H 3 PO 4 ) was converted to 85%.
水不溶性硫化物を含んだ粗リン酸を、約35℃で2時間熟成させた。 Crude phosphoric acid containing water-insoluble sulfide was aged at about 35 ° C. for 2 hours.
(2)第2工程
熟成終了後の粗リン酸を、葉状濾過器(ウルトラフィルタープレス)により加圧濾過を行い、不溶性の硫化物を除去して澄明なリン酸を得た。濾過時のリン酸の温度は30℃であった。
(2) Second Step Crude phosphoric acid after completion of aging was subjected to pressure filtration with a leaf filter (ultra filter press) to remove insoluble sulfides to obtain clear phosphoric acid. The temperature of phosphoric acid during filtration was 30 ° C.
(3)第3工程
得られた澄明なリン酸を40℃に加温し、充填物(テラレット)が充填されている除去塔の上部から供給し、また下部から空気を吹き込み、リン酸と空気とを向流的に十分に接触させた。これによりリン酸中に溶存している過剰の硫化水素を除去し後、純水を加えH3PO4の濃度85重量%高純度リン酸を得た。
(3) Third step The obtained clear phosphoric acid is heated to 40 ° C., supplied from the upper part of the removal tower packed with packing (terrarette), and air is blown in from the lower part. And were in sufficient countercurrent contact. Thus, excess hydrogen sulfide dissolved in phosphoric acid was removed, and then pure water was added to obtain high-purity phosphoric acid having a concentration of 85 wt% of H 3 PO 4 .
〔比較例1〕
(1)第1工程
実施例1と同様にして粗リン酸を得た。粗リン酸中にはSbが4ppm、Asが40ppm含まれていた。生成した粗リン酸(86%)を65℃に調整し、過剰の硫化水素を吹き込んだ。これによってSbやAsの水不溶性硫化物が沈殿物として生成した。硫化水素の吹き込み量は、粗リン酸(H3PO4)の濃度を85%に換算したときのSb及びAsの総当量に対して10倍当量とした。
[Comparative Example 1]
(1) First Step Crude phosphoric acid was obtained in the same manner as in Example 1. The crude phosphoric acid contained 4 ppm Sb and 40 ppm As. The produced crude phosphoric acid (86%) was adjusted to 65 ° C., and excess hydrogen sulfide was blown into it. As a result, water-insoluble sulfides of Sb and As were formed as precipitates. Blowing amount of hydrogen sulfide was 10 equivalents with respect to the total equivalents of Sb and As when the concentration of the crude phosphoric acid (H 3 PO 4) was converted to 85%.
水不溶性硫化物を含んだ粗リン酸を、約64℃で2時間熟成させた。 Crude phosphoric acid containing water-insoluble sulfide was aged at about 64 ° C. for 2 hours.
(2)第2工程
熟成終了後の粗リン酸を、葉状濾過器(ウルトラフィルタープレス)により加圧濾過を行い、不溶性の硫化物を除去して澄明なリン酸を得た。濾過時のリン酸の温度は63℃であった。
(2) Second Step Crude phosphoric acid after completion of aging was subjected to pressure filtration with a leaf filter (ultra filter press) to remove insoluble sulfides to obtain clear phosphoric acid. The temperature of phosphoric acid during filtration was 63 ° C.
(3)第3工程
得られた澄明なリン酸を60℃に加温し、充填物(テラレット)が充填されている除去塔の上部から供給し、また下部から空気を吹き込み、リン酸と空気とを向流的に十分に接触させた。これによりリン酸中に溶存している過剰の硫化水素を除去し後、純水を加え85%高純度リン酸を得た。
(3) Third step The obtained clear phosphoric acid is heated to 60 ° C., supplied from the upper part of the removal tower packed with packing (terrarette), and air is blown in from the lower part. And were in sufficient countercurrent contact. As a result, excess hydrogen sulfide dissolved in phosphoric acid was removed, and then pure water was added to obtain 85% high-purity phosphoric acid.
〔性能評価〕
実施例及び比較例で得られたリン酸について以下の方法でSb及びAsの含有量を分析した。また硫化物イオンの含有量を分析した。これらの結果を以下の表1に示す。
[Performance evaluation]
About the phosphoric acid obtained by the Example and the comparative example, content of Sb and As was analyzed with the following method. The content of sulfide ions was also analyzed. These results are shown in Table 1 below.
〔Sbの分析方法〕
(1)試料50.0gを200mlビーカーに秤り取り、水を加え約100mlとする。突沸防止のため沸石数個を入れ、更に時計皿で蓋をして、電熱器上で煮沸し液量を約50ml以下とする。
(2){ICP(JY238)使用時試料調製法}
冷却後、100mlメスフラスコに移し入れ、塩酸(無ヒ素35〜37%)を10ml加え、更に水を加えて液面を標線に合わせた後、メスフラスコを振る。これとは別に、ブランク液及び標準液(Sb0.2ppm)として、100mlメスフラスコに塩酸(無ヒ素35〜37%)10mlを加えたものも調製する。
(3)ICP分析装置(還元気化法)によって、標準液(Sb0.2ppm)を用いSbの含有量を測定する(波長:231.147nm)。
(4)以下の式からSbの測定値を算出する。
Sb測定値(ppb)=読値(ppb)×100/試料(g)
[Sb analysis method]
(1) Weigh 50.0 g of sample into a 200 ml beaker and add water to make about 100 ml. In order to prevent bumping, put a few stones, cover with a watch glass, and boil on an electric heater to reduce the liquid volume to about 50 ml or less.
(2) {Sample preparation method when using ICP (JY238)}
After cooling, transfer to a 100 ml volumetric flask, add 10 ml of hydrochloric acid (arsenic-free 35-37%), add water and adjust the liquid level to the marked line, then shake the volumetric flask. Separately, a blank solution and a standard solution (Sb 0.2 ppm) prepared by adding 10 ml of hydrochloric acid (arsenic-free 35 to 37%) to a 100 ml volumetric flask are also prepared.
(3) Using a standard solution (Sb 0.2 ppm), the Sb content is measured by an ICP analyzer (reduction vaporization method) (wavelength: 231.147 nm).
(4) The measured value of Sb is calculated from the following equation.
Sb measurement value (ppb) = reading value (ppb) × 100 / sample (g)
ICP−HYD法の操作手順は次の通りである。
使用の1時間以上前にICP本体の電源を入れ、安定させておく。
1)溶液の準備
〔1〕ブランク液、標準液及び試料溶液に、HCl(無ヒ素35〜37%)を1molになるように加えておく(100ml中にHCl 10mlの割合で加える)。
〔2〕1%NaBH4: NaBH410gを精秤し、NaOH20gとともに1000mlのビーカーに入れ、水約500mlを加えて溶解し、水で1000mlに希釈する。
〔3〕洗浄液:HCl 2mol
2)ICP−HYDの条件
パワー:1.0kW又は1.2kW
プラズマガス:12−14l/min
ネブライザーガス:0.6l/min 圧力はゼロに近くなる。
シースガス:0.4l/min
プラズマが安定になったら、チューブを洗浄液及びNaBH4溶液に入れる。
3)測定
〔1〕Sb測定用HYD法のファイルを設定する。
〔2〕ブランク液及び標準液の順に測定して検量線を作成し、次に試料溶液を測定する。
The operation procedure of the ICP-HYD method is as follows.
Turn on the power of the ICP body and keep it stable for at least 1 hour before use.
1) Preparation of solution [1] HCl (arsenic-free 35 to 37%) is added to the blank solution, the standard solution, and the sample solution so as to be 1 mol (added at a rate of 10 ml of HCl in 100 ml).
[2] 1% NaBH 4 : 10 g of NaBH 4 is precisely weighed, placed in a 1000 ml beaker together with 20 g of NaOH, dissolved by adding about 500 ml of water, and diluted to 1000 ml with water.
[3] Cleaning solution:
2) Conditions of ICP-HYD Power: 1.0 kW or 1.2 kW
Plasma gas: 12-14 l / min
Nebulizer gas: 0.6 l / min The pressure is close to zero.
Sheath gas: 0.4 l / min
When the plasma is stable, place the tube in the cleaning solution and NaBH 4 solution.
3) Measurement [1] Set the HYD method file for Sb measurement.
[2] A calibration curve is prepared by measuring the blank solution and the standard solution in this order, and then the sample solution is measured.
〔Asの分析方法〕
標準液としてAsの0.1ppm液を用意する。またICP分析装置の測定波長として193.696nmを用いる。これら以外は前述したSbの分析方法と同様とする。
[As analysis method]
A 0.1 ppm solution of As is prepared as a standard solution. Further, 193.696 nm is used as the measurement wavelength of the ICP analyzer. The rest is the same as the Sb analysis method described above.
〔硫化物イオンの分析方法〕
(1)図1に示す装置を用いた。装置は硫化水素ガスの発生瓶1及び検知管2を備えている。検知管2は細径部と該細径部の下端に連結された太径部とからなる。検知管2はその上下端が開口している。検知管2は、容量目盛り0〜1.5mlであり、一目盛りは0.01mlであった。試料100gを発生瓶1にはかりとり、これに塩化第一スズ溶液(塩化第一スズ8gを濃度36%の塩酸500gに溶かし水で1リットルにする)40mlと砂状亜鉛4gとを加える。これによって発生瓶1内に硫化水素ガスが発生する。この瓶1に直ちに酢酸鉛シリカゲルを充填した検知管2を連結する。連結にはゴム栓3を用いる。酢酸鉛シリカゲルは、酢酸鉛5gをメチルアルコール500mlに溶かし、これに白色シリカゲル(500〜297ミクロン)500gを加えてよく混合し、約10分間放置後、ステンレス製バットに薄い層となるように広げて自然乾燥させて得られたものである。検知管2の細径部における上下端には脱脂綿4が詰められており、その間に酢酸鉛シリカゲルが充填される。検知管2の太径部における下端開口部にも脱脂綿4が詰められている。この脱脂綿4は発生瓶1に入っている試料のミストが検知管2内を上昇することを防止するために用いられる。
(2)硫化水素ガスは検知管2内を上昇し、検知管2に充填されている白色の酢酸鉛を茶色の硫化鉛に変化させる。これによって検知管2内は上方に向かって次第に白色から茶色に変化していく。発生瓶1を35〜40℃水浴中に約1時間放置後、検知管2を取り外す。取り外された検知管2の下端を机上に軽く数回叩き、茶色に変化した容積を0.01mlまで読みとる。
(3)前記(1)及び(2)の操作とは別に、茶色に変化した容積と硫化水素の量(mg)との検量線を作成する。検量線の作成には、まず硫化水素標準比較液を調製する。調製方法は次の通りである。先ず、硫化ナトリウム7gを水酸化ナトリウム溶液(6w/v%)に溶かし水で1リットルとした原液を調製する。原液のヨード滴定を行い力価を決定する。決定された力価に基づき、原液から正確に硫化水素10mg相当量を採取する。採取された原液に水を加えて1リットルとし、これを標準比較液とする。標準比較液の1mlには0.01mgのH2Sが含まれる。
(4)調製された標準比較液を0ml(硫化水素0mg)、1.0ml(硫化水素0.01mg)、5.0ml(硫化水素0.05mg)とり、発生瓶1入れ、そこに水を加えてで約50mlとする。更に塩化第一スズ溶液50mlと砂状亜鉛4gを加え硫化水素ガスを発生させる。次に前記(1)及び(2)の操作を行い、標準比較液がそれぞれ0ml、1.0ml、5.0mlの場合の、茶色に変化した検知管2の容積を求める。これらの結果から、茶色に変化した検知管2の容積と硫化水素の量(mg)との検量線を作成する。
(5)測定値の算出
(2)で読みとられた、茶色に変化した検知管2の容積と検量線とから、硫化水素の量(mg)を求める。そして次式から硫化物イオンの量(ppb)を有効数字2桁で求める。
[Method of analyzing sulfide ions]
(1) The apparatus shown in FIG. 1 was used. The apparatus includes a hydrogen sulfide gas generation bottle 1 and a
(2) The hydrogen sulfide gas rises in the
(3) Separately from the operations of (1) and (2), a calibration curve is created between the volume changed to brown and the amount (mg) of hydrogen sulfide. To prepare a calibration curve, first prepare a hydrogen sulfide standard comparative solution. The preparation method is as follows. First, 7 g of sodium sulfide is dissolved in a sodium hydroxide solution (6 w / v%) to prepare a stock solution made 1 liter with water. Determine the titer by iodometric titration of the stock solution. Based on the determined titer, accurately extract 10 mg of hydrogen sulfide from the stock solution. Water is added to the collected stock solution to make 1 liter, and this is used as a standard comparison solution. One milliliter of the standard comparison solution contains 0.01 mg of H 2 S.
(4) Take 0 ml (hydrogen sulphide 0 mg), 1.0 ml (hydrogen sulphide 0.01 mg), 5.0 ml (hydrogen sulphide 0.05 mg) of the prepared standard comparative solution, put it in a generation bottle, add water to it. About 50 ml. Further, 50 ml of stannous chloride solution and 4 g of sandy zinc are added to generate hydrogen sulfide gas. Next, the operations of (1) and (2) are performed, and the volume of the
(5) Calculation of measurement value The amount (mg) of hydrogen sulfide is obtained from the volume of the
表1に示す結果から明らかなように、各実施例の高純度リン酸(本発明品)は、Sb及びAs並びに硫化物イオンの含有量が極めて少ないことが判る。これに対して比較例のリン酸にはSb及びAsが多量に含まれており、また硫化物イオンの含有量も高いことが判る。 As is apparent from the results shown in Table 1, it can be seen that the high-purity phosphoric acid (product of the present invention) of each Example has a very low content of Sb and As and sulfide ions. On the other hand, it can be seen that the phosphoric acid of the comparative example contains a large amount of Sb and As and the content of sulfide ions is also high.
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