离子交换法除氟制造技术

从选定环境中除去氟气的方法，它包括使氟气与水接触以产生氢氟酸溶液，然后使氢氟酸溶液与具有活化态的离子交换树脂接触，用树脂中选定的离子交换溶液中的氟离子。装置（２００）可包含双树脂结构（２２２，２２３），这样一个离子交换树脂可以处于工作循环中，而另一个离子交换树脂可以进行再生和清洗／补充循环。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及清除和收集作为工业副产物所产生的不良废物。更具体地，本专利技术涉及将半导体制造工艺所用化学蒸气里的氟气转化为其可处理形式。特别地，本专利技术涉及用于清除和收集工业过程中产生的氟的方法和装置。此外，本专利技术包括在需要清除和收集氟的工业过程中使用本专利技术方法和装置的系统。
技术介绍
半导体制造工艺通常在加工电介质和金属的过程中用到化学气相沉积法。制造工艺的某些部分还用化学蒸气蚀刻半导体组件，所述化学蒸气通常由全氟化合物(PFC)和氟气组成。制造工艺的各个步骤通常利用特定工具完成，所述工具通常在若干个循环之后要进行清洁。在许多工业过程中，如半导体制造过程中，部分氟气是没有被利用过的。氟气具有高度的腐蚀性，单质氟与氟离子均有剧毒。因此，对于工业过程，特别是半导体制造过程中使用的氟和/或氟化物，宜安全有效地予以清除，并作适当处理。目前的除氟技术专注于用简单的空气涤气器涤除氟气，稳定地产生氢氟酸(HF)，一般将氢氟酸送入生产设施中的废酸中和(AWN)系统，进行加工和处理。由于HF是pKa为3.16的弱酸，所以低pH值不利于F2转化为HF。这就给涤气器带来问题，因为pH成为HF释放量的控制机制，因而也成为HF浓度的控制机制。而且，提高pH值，例如通过加碱，会进一步带来问题，因为在含有次氟酸(HOF)的碱性环境中，会产生不利的副产物OF2，其中HOF在F2与水的反应中也会形成。此外，即便涤气器在HF的最大许可浓度下操作，到达AWN系统的HF通常也太稀，不能满足氟石(CaF2)沉淀系统的最佳操作条件。而且，在传统的CaF2沉淀系统中要消耗大量的化学试剂。另外，由于水合作用强，会产生非常多的淤渣，这会要求过高的CaF2淤渣搬运能力。因此，仍然需要提供一种新的改进方法和设备，用于清除和收集氟和/或氟化物。还需要一种操作成本低、能产生高浓度终产物，因而搬运终产物的花费低的除氟系统。本专利技术就是为了满足这些需求。专利技术概述本专利技术的一个目标是提供一种新的有效方法，用于从选定环境中清除氟气。本专利技术的另一个目标是提供操作成本低的用于清除和处理工业过程中产生的不良副产物的方法。本专利技术的再一个目标是提供一种新的有效装置，用于清除和收集在选定制造过程中产生的氟和/或氟化物。本专利技术的又一个目标是提供一种装置，它能产生高浓度氟化物终产物，该终产物能够用经济的方法加以处理，而且不需要过多的淤渣搬运能力。本专利技术的另一个目标是提供一种能从工业制造过程中清除氟气，并提供可处理的终产物的系统。根据本专利技术，提供一种从选定环境清除氟气的方法。该方法包含如下步骤使该环境中的氟气与选定量的水接触，由此产生氢氟酸溶液；使氢氟酸溶液与离子交换树脂接触，该离子交换树脂的活化态用于在与溶液中的氟离子接触时，能用树脂上的选定离子交换溶液中的氟离子。可让连续水流与连续氟气流接触，例如通过将氟气注入水中。如果选定环境包含氧化硅颗粒，本方法可进一步包含如下步骤通过多孔强碱阴离子树脂过滤氢氟酸溶液，除去溶液中的氧化硅颗粒。使溶液与离子交换树脂接触的步骤可以通过让氢氟酸溶液流过内置离子交换树脂的树脂容器来完成。离子交换树脂可以是弱碱阴离子交换树脂或强碱阴离子交换树脂，优选交联的聚-4-乙烯基吡啶树脂或其衍生物，更优选ReillexTM402或ReillexTM425树脂。本方法可包括在离子交换树脂中掺杂供电子催化剂，如钯或钛。所述掺杂步骤可通过使离子交换树脂与催化剂的盐接触，然后使离子交换树脂与氧化剂接触来完成。离子交换树脂能够在活化态与失活态之间进行化学转换，其中离子交换树脂的失活态用于将其中的氟离子在与再生剂溶液接触时交换再生剂溶液中所包含的选定离子，所述再生剂溶液包括氢氧化铵溶液、废氢氧化铵溶液或其任意组合，其中，所述方法可包括再生离子交换树脂的步骤，具体是让离子交换树脂与再生剂溶液接触，从而形成含氟离子的选定再生剂废产物，比如氟化铵。所述方法可包括在离子交换树脂再生步骤之后用洗涤液，如去离子水清洗离子交换树脂的步骤。洗涤液随后可用来补充再生剂溶液。再生剂废产物可收集在储存容器中。在氢氟酸溶液与离子交换树脂接触的步骤之前，可用热交换装置等冷却该溶液。在氢氟酸溶液与离子交换树脂接触的步骤之前，可在氢氟酸溶液中加入还原剂。本专利技术还涉及用来从选定环境中除氟的装置。所述装置包括与选定环境连通并用来通入氟气的进气口，与该进气口连通并、适于接收所通入的氟气并用于输送水溶液的导管，与导管流体连通并用来接收所输送的水溶液的树脂容器，以及置于树脂容器中、适于与该水溶液接触的离子交换树脂。离子交换树脂具有用于使其中的选定离子在与水溶液中的氟离子接触时能与之交换的活化态。进气口可包含注射装置，如真空泵或喷射器，用来将氟气注射到导管中。树脂容器可在其流体室中接收水溶液，且它还可包括一个邻近该流体室的仓室，所述仓室的大小适于使水溶液中的气体，如N2从溶液中分离，并进入该仓室中，所述仓室可与涤气器连通，接收来自该仓室的气体。所述装置中所用的离子交换树脂与本专利技术方法所用的类似或相同。当离子交换树脂能在活化态与失活态之间化学转换时，所述装置可包括一个适于盛装再生剂溶液的再生剂溶源容器。再生剂溶源容器与树脂容器之间流体连通，用来向树脂容器提供再生剂溶液。与树脂容器流体连通的洗涤液源可向树脂容器选择性地提供洗涤液。与树脂容器流体连通的再生剂溶废料出口当适于接收来自树脂容器的含有氟离子的再生剂废液。再生剂废料容器可进一步与所述再生剂废料出口流体连通，以接收选定量的再生剂废液。热交换装置可安置在靠近导管的地方，用以将热能从导管转移出去。与导管连通的还原剂源可向导管有选择地引入还原剂，比如借助正位移流量泵。本专利技术还涉及用来从选定环境除氟的装置，所述装置包括分别置于第一和第二树脂容器中的第一和第二离子交换树脂。一个阀系统具有多个与多个流体路径相关联的阀，这些流体路径将进气口、导管、第一和第二树脂容器、再生剂源容器、洗涤液源和再生剂废料出口中选定的诸个互联。阀系统具有各种允许流体流动的阀状态。可用一个控制器将阀系统转入相应的状态。当水溶液达到目标pH值时，pH监控器可发出信号。本专利技术还涉及用来从选定环境中除氟的装置，所述装置包括用来从环境向树脂容器提供氟气的进气口，树脂容器中放置了含有选定体积百分比的水的离子交换树脂。离子交换树脂用其中选定的离子交换那些在氟气与该含有一定体积百分比的水的离子交换树脂接触时所产生的氟离子。一个热交换装置可安置在靠近树脂容器的地方。最后，本专利技术涉及用来从选定环境中除氟的装置，所述装置包括与进气口连通并适于接收来自进气口的氟气的涤气器。涤气器能使氟气与水接触，从而形成氢氟酸溶液。树脂容器接收来自涤气器的溶液，置于树脂容器中的离子交换树脂用其中选定的离子在与溶液中的氟离子接触后进行交换。结合附图参考以下对本专利技术示例性实施方式的详细描述，将能更好地理解本专利技术的上述及其他目标。附图简述附图说明图1a是本专利技术方法的图示。图1b是图1a所示方法中任选步骤的图示。图2a是本专利技术装置的第一种实施方式的图示，显示了操作中的工作循环。图2b是图2a所示装置的图示，显示了操作中的再生循环。图2c是图2a和2b所示装置的图示，显示了操作中的洗涤/补充循环。图3a是本专利技术装置的第二种实施方式的图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从选定环境清除氟气的方法，该方法包括如下步骤：（ａ）使环境中的氟气与选定量的水接触，由此产生氢氟酸的酸性溶液；以及（ｂ）使所述氢氟酸的酸性溶液与离子交换树脂接触，该离子交换树脂具有可用于使其中的选定离子在与所述酸性溶液中 的氟离子接触时交换所述氟离子的活化态，其中所述离子交换树脂能够在所述活化态与一失活态之间进行化学转换，其中所述失活态用于在与再生剂溶液接触时，用所述离子交换树脂中的氟离子交换所述再生剂溶液中所包含的选定离子；所述方法包括通过使所述离 子交换树脂与再生剂溶液接触、从而形成含氟离子的选定再生剂废产物的再生所述离子交换树脂的步骤，且其中所述再生剂溶液选自氢氧化铵溶液、废氢氧化铵溶液或其任意组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J江巴瓦拉，
申请(专利权)人：波克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]