Обзор достижений в области исследований и разработок методов и процессов производства фтороводородной кислоты 

Введение в фтороводородную кислоту

Фтороводородная кислота (HF) — это водный раствор газообразного фтороводорода (HF). Это бесцветная, прозрачная жидкость с сильным, резким запахом и чрезвычайно едкими свойствами. Из-за своей способности разъедать стекло, в промышленности она известна как «вода, растворяющая кости», и является важным, но и чрезвычайно опасным химическим веществом.

Фтороводородная кислота является основным сырьевым материалом для фторхимической промышленности и широко используется в важных секторах национальной экономики. Полупроводниковая промышленность — одна из наиболее высокотехнологичных областей применения фтороводородной кислоты. Благодаря своей способности растворять диоксид кремния, она используется для очистки и травления в процессах производства микросхем, что делает ее ключевым материалом, определяющим производительность чипов.

Основные методы производства фтороводородной кислоты

Основной промышленный метод: В настоящее время наиболее распространенным методом является метод «флюорит + концентрированная серная кислота».

Сырье: флюорит (фторид кальция CaF₂) и концентрированная серная кислота H₂SO₄.

Типичная реакция: CaF₂ + H₂SO₄ → 2HF + CaSO₄

Полученный HF конденсируют, очищают, а затем растворяют в воде для получения фтороводородной кислоты. Дальнейшая дегидратация и перегонка дают безводный фтороводород.

Прогресс в исследованиях и разработках производственных процессов.

1. Высокая чистота для применения в полупроводниковой промышленности.

В полупроводниковой промышленности растет спрос на «сверхчистую фтороводородную кислоту» и «безводную фтороводородную кислоту», поэтому постоянно совершенствуются процессы очистки, позволяющие минимизировать содержание металлических примесей, кремния и твердых частиц.

Производители электронных материалов разрабатывают процессы сверхвысокой чистоты, сочетающие в себе такие технологии, как выпрямление, ионный обмен и фильтрация, и постоянно работают над достижением уровня чистоты 7N или выше.

2. Переработка травильного раствора и очистка сточных вод.

В последние годы "переработка и повторное использование" стали одним из главных трендов.

Технологии разделения, извлечения и повторного использования кислых компонентов из сточных вод, содержащих фтористоводородную кислоту (HF), используемых в процессах очистки полупроводников и стекла, нашли практическое применение и используются для достижения нулевого сброса сточных вод и извлечения фтора на перерабатывающих предприятиях.

Система регенерации фтористоводородной кислоты в процессе очистки стекла может восстановить травильную способность фтористоводородной кислоты, одновременно снижая образование отработанной кислоты, что позволяет достичь «нулевого уровня отходов» фтора.

Кроме того, были разработаны «фторидные адсорбенты» для селективной адсорбции и извлечения фтороводородной кислоты с целью осуществления рециркуляции фтороводородной кислоты.

3. Производство фтороводорода с использованием побочного продукта — фторкремниевой кислоты.

Для снижения зависимости от флюорита внимание привлекает процесс производства безводного фтороводорода с использованием фторкремниевой кислоты (H₂SiF₆) в качестве побочного продукта производства фосфатных удобрений.

Типичные методы обработки следующие:

H₂SiF₆ нейтрализуется основанием (например, карбонатом металла) с образованием фторидной соли, такой как NaF₂.

Фторидная соль вступает в реакцию с другими компонентами, вызывая селективное осаждение (например, с образованием Na₃AlF₆).

Полученный фторид затем обрабатывается кислотой, аналогично обработке флюорита, для регенерации HF.

Направление исследований:

Разработайте процесс удаления фосфорных и металлических примесей из H₂SiF₆.

Разделение производных SiO₂ с сохранением высокого выхода фтора.

Комплексный процесс очистки фторидов до высокой степени чистоты и их возврата на производственную линию HF.

4. Извлечение фтора из отходящих газов

Разработка технологии «сухой обработки отходящих газов»: извлечение фтора при сухой обработке фторсодержащих отходящих газов с предприятий по производству полупроводников и других источников, удаление фтора из отходящих газов, содержащих NF₃ и HF, для повторного использования.