区域熔融法提纯工业黄磷的数学模型与实验研究

为了满足高纯磷酸以及半导体等行业对高纯磷的需求,采用了区域熔融法对工业黄磷进行提纯,分析了区熔法提纯工业黄磷的原理,并根据所测有效分布系数建立整个区熔过程中杂质分布的数学模型.实验考察了熔区长度以及熔区移动次数等对杂质分布的影响,研究结果表明,采用区域熔融法提纯黄磷具有良好的效果,能有效地脱除所考察的13种杂质(Fe, Ca, Co, Mg, Cr, Cd, Mn, Ni, Cu, Pb, Zn, Al, As);当熔区为区熔管长度的0.1倍时,熔区移动速度为5 mm·h~(-1),经过10次区熔后,60%的黄磷产品纯度达到99.99999%(7N),完全能够满足半导体行业以及高纯磷酸对磷的纯度要求;所建立的杂质分布数学模型能够很好地描述杂质在区熔过程中的分布情况.     

温度和速率对磷酸区域熔融过程的影响

区域熔融法是一种有效的制取高纯物质的方法,可被应用于高纯磷酸制备过程中。为了获得最佳的磷酸净化效果,考察了区域熔融过程中冷凝、加热温度和熔区移动速率对于区熔过程的影响。结果表明:在冷凝温度为5℃,加热温度为65℃时,可以得到合适的熔区大小,且此时形成稳定熔区的时间为33 min。冷凝或加热温度过高,熔区明显变大,凝固界面不稳定;冷凝或加热温度过低,熔区变小甚至无法形成熔区,凝固界面晶体生长呈针状。在考察范围内,随着熔区移动速率的增加,Cr,Ca,Mg,Zn,Al和Fe 6种杂质在区域熔融后的脱除效果有不同程度的降低。当移动速率小于25 mm/h时,6种杂质均具有较好的脱除效果,但是实验需要较长的时间,不利于实际应用;当移动速率高于25 mm/h时,Cr,Ca,Zn脱除效果明显下降。移动速率为25 mm/h是最佳移动速率。     

结晶净化法提纯磷酸的研究

以工业磷酸为原料,分别采用悬浮结晶及倾斜塔结晶提纯磷酸,以铁、氟、硫酸根、氯、镁、钾为代表,考察悬浮结晶的杂质的脱除效果。实验结果表明,杂质含量随着悬浮结晶的重复次数增加降低,经过5次重复结晶后,磷酸中铁的质量分数由349.9 mg/kg降低到2.7 mg/kg,氟质量分数由55.9 mg/kg降低到0.6 mg/kg,硫酸根质量分数由1 047.4 mg/kg降低到0.5 mg/kg,钾质量分数由87.1 mg/kg降低到9.1 mg/kg,镁质量分数由153.9 mg/kg降低到7.8 mg/kg,氯质量分数由250.4 mg/kg降低到7.6 mg/kg;以铁为代表,考察倾斜塔结晶的杂质的脱除效果。结果表明,倾斜塔结晶提纯磷酸的效果相当于1.9次悬浮结晶。     

结晶净化法提纯磷酸的研究

以工业磷酸为原料,分别采用悬浮结晶及倾斜塔结晶提纯磷酸,以铁、氟、硫酸根、氯、镁、钾为代表,考察悬浮结晶的杂质的脱除效果.实验结果表明,杂质含量随着悬浮结晶的重复次数增加降低,经过5次重复结晶后,磷酸中铁的质量分数由349.9 mg/kg降低到2.7 mg/kg,氟质量分数由55.9 mg/kg降低到0.6 mg/kg,硫酸根质量分数由1 047.4 mg/kg降低到0.5 mg/kg,钾质量分数由87.1 mg/kg降低到9.1 mg/kg,镁质昔分数由153.9 mg/kg降低到7.8 mg/kg,氯质量分数由250.4 mg/kg降低到7.6 mg/kg;以铁为代表,考察倾斜塔结晶的杂质的脱除效果.结果表明,倾斜塔结晶提纯磷酸的效果相当于1.9次悬浮结晶.     

区域熔炼提纯超高纯锗

采用区域熔炼生长单晶的方法提纯超高纯锗,采用镀碳膜石英舟为容器,提纯后的锗锭在液氮温度下检测净杂质浓度。实验讨论了区熔次数和保护气氛对提纯效果的影响,结果表明区熔次数的增加可以明显提高提纯效果,在10～20次的范围内,最佳区熔次数为20次;在氢气氛围下提纯可避免微量氧对提纯的不利影响,有利于得到更高纯度的锗。实验提纯得到的锗锭净杂质浓度最低为5×10~(10)cm~(-3)。     

结晶法提纯工业磷酸的数学模型与实验研究

为了制备电子级磷酸,采用了悬浮结晶法对工业磷酸进行提纯。分析了结晶法提纯工业磷酸的原理,并基于结晶过程中杂质的有效分配系数对多次结晶后杂质的分布建立了晶体纯度预测模型,同时考察了酸浓度、结晶次数和磷酸原料杂质初始含量对磷酸提纯效果的影响。研究结果表明,采用结晶法提纯磷酸具有良好的效果,能有效地脱除所考察的五种杂质(Li、Mg、Al、Cr、Mn);以一次晶体为原料,在磷酸浓度为84%的条件下,经过3次结晶,和在磷酸浓度为88%的条件下,经过4次结晶,均可以达到美国典型半导体磷酸要求。所建立的晶体纯度预测模型能很好地预测杂质浓度随结晶次数的变化。     

循环法由湿法酸生产纯净磷酸盐净化效果研究

批量实验研究了反应媒循环法由湿法磷酸生产纯净磷酸二氢钾新工艺中各阶段的净化率水平。研究结果表明,该工艺过程中的脱氟、脱硫预处理能较好地脱除湿法磷酸中的硫、氟、硅、铅等杂质;反应媒则对钡、锰、钠、钙、镁、锌、镉等金属离子及砷和硫的净化效果较好;磷酸二氢钾结晶过程对铝、铁、锰、钡的净化效果较好。产品达到ＨＧ２３２１—９２标准。     

用湿法磷酸预净化重结晶制工业磷酸试验总结

湿法磷酸中含有大量的杂质,包括Pb2 、Cr2 、SO2-4、氟以及砷等,它们影响磷酸的结晶过程,采用化学沉淀法及溶剂沉淀法相结合的方法预净化湿法磷酸,研究了各沉淀剂用量、温度、时间对磷酸预净化效果的影响.结果表明,以碳酸钡为脱硫剂预净化湿法磷酸后可以脱除95.5%的硫酸根、95.2%的砷和78%～90%的铁、铝、镁金属离子,预净化后湿法磷酸中的杂质不影响其结晶,且磷酸经过重结晶后达到了工业磷酸质量的要求.     

高杂质碳酸锂提纯工艺研究

本文采用氢化-离子交换法,对含高钙、镁及硫酸根杂质的碳酸锂进行提纯,研究不同温度下固液比对氢化率的影响,并对母液循环后产品中钙、镁和硫的富集情况进行监测。得出了不同季节下的最佳氢化条件:春秋两季固液比为1∶20,夏季为1∶24,冬季为1∶19,氢化时间为60min,氢化率达到99.5%以上。使用树脂吸附除钙镁,随着母液循环次数的增加,所得碳酸锂钙镁杂质低于20×10~(-6),而硫酸根含量逐渐升高,当母液中硫酸根含量达到1.1g·L~(-1),需要将母液开路,碳酸锂的总收率为97.6%左右。     

中低品位磷矿生产磷酸联产石膏晶须技术现状

阐述了中低品位磷矿生产磷酸联产石膏晶须工艺技术的意义,并介绍了该工艺技术的基本原理和应用前景。采用盐酸和硫酸萃取磷矿并添加活性添加剂提高磷矿萃取速度和磷矿分解率,分离酸不溶物和部分杂质（铁、铝、镁）,然后采用硫酸脱钙获得石膏晶须和磷酸,为中低品位磷矿综合利用提供了一条可行的途径。