特許 6231427 高純度の硫酸溶液の調製方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6231427

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】高純度の硫酸溶液の調製方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 17/74 20060101AFI20171106BHJP

   C02F 1/04 20060101ALI20171106BHJP

【ＦＩ】

   C01B17/74 Z

   C02F1/04 C

【請求項の数】13

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-91206(P2014-91206)

(22)【出願日】2014年4月25日

(65)【公開番号】特開2014-218423(P2014-218423A)

(43)【公開日】2014年11月20日

【審査請求日】2014年4月25日

【審判番号】不服2016-5109(P2016-5109/J1)

【審判請求日】2016年4月7日

(31)【優先権主張番号】102115629

(32)【優先日】2013年5月1日

(33)【優先権主張国】TW

(31)【優先権主張番号】102138283

(32)【優先日】2013年10月23日

(33)【優先権主張国】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】510040271

【氏名又は名称】聯仕電子化學材料股▲分▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(72)【発明者】

【氏名】竇科帝

(72)【発明者】

【氏名】張廣誠

(72)【発明者】

【氏名】▲くん▼月明

(72)【発明者】

【氏名】▲ちゃん▼宏文

(72)【発明者】

【氏名】許韋軒

【合議体】

【審判長】 新居田 知生

【審判官】 三崎 仁

【審判官】 永田 史泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２３１１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５１９０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−０４５８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−００１９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１２７９０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

C01B17/74, C01B17/88, C01B17/90, C01F1/04

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

硫酸、前記硫酸よりも高沸点の第１溶液、過酸化水素、水、酸素及び不溶性不純物を含む混合溶液を提供するステップと、
前記混合溶液を重力によって大気圧下で流させ、第１予熱工程、第２予熱工程及び蒸留工程を順次に行って、第２溶液を形成し、前記第１予熱工程では前記過酸化水素、前記水と前記酸素を取り除き、前記第２予熱工程と前記蒸留工程では前記水を取り除き、前記第１予熱工程の温度が前記第２予熱工程の温度より低く、且つ前記第２予熱工程の温度が前記蒸留工程の温度より低いステップと、
前記第２溶液に対して蒸発工程を行って、３４０℃〜３５０℃の間にある温度で、前記不溶性不純物及び前記第１溶液を取り除き、三酸化硫黄（ＳＯ_３）、硫酸及び水を含む第１ガスを取得するステップと、
濃度が９６重量パーセントを超えた硫酸溶液によって前記第１ガスを吸収して、前記硫酸溶液によって前記第１ガスを吸収した後で、吸収されなかった前記第１ガスを取り除く脱ガス工程を行い、濃度が少なくとも９６重量パーセントであり、夾雑物が０．１十億分率モル濃度（ｐｐｂ）以下である高純度の硫酸溶液を形成するステップと、
を少なくとも含む高純度の硫酸溶液の調製方法。

【請求項2】

前記第１予熱工程の温度は、１２０℃を超え、前記第２予熱工程の温度は、１６０℃〜２００℃の間にあり、前記蒸留工程の温度は、３４０℃〜３５０℃の間にある請求項１に記載の高純度の硫酸溶液の調製方法。

【請求項3】

前記混合溶液は、触媒材料を含む請求項１に記載の高純度の硫酸溶液の調製方法。

【請求項4】

前記第１予熱工程は、触媒材料を前記混合溶液に加えることを含む請求項１に記載の高純度の硫酸溶液の調製方法。

【請求項5】

前記高純度の硫酸溶液の濃度は、９６重量パーセント〜９８重量パーセントの間にある請求項１に記載の高純度の硫酸溶液の調製方法。

【請求項6】

前記脱ガス工程の後で、少なくとも、前記高純度の硫酸溶液を冷却する冷却工程を更に含む請求項１に記載の高純度の硫酸溶液の調製方法。

【請求項7】

硫酸、前記硫酸よりも高沸点の第１溶液、過酸化水素、水、酸素及び不溶性不純物を含む混合溶液を収納するためのものであり、頂部には供給口が設けられ、底部には第１パイプと接続した吐出口が設けられた原料槽と、
前記第１パイプによって前記原料槽と接続して、前記混合溶液を注入するものであって、前記第１パイプによって前記原料槽と接続し、温度が１２０℃を超える第１予熱槽と、第２パイプによって前記第１予熱槽と接続し、且つ前記第１予熱槽より低い第１高度に設けられ、温度が１６０℃〜２００℃の間にある第２予熱槽と、第３パイプによって前記第２予熱槽と接続し、且つ前記第２予熱槽より低い第２高度に設けられ、温度が３４０℃〜３５０℃の間にある蒸留塔と、を含む第１硫酸純化装置と、
第４パイプによって前記蒸留塔と接続し、且つ前記蒸留塔より低い第３高度に設けられたものであって、前記第４パイプによって前記蒸留塔と接続して、前記第１溶液に対して蒸発工程を行って、三酸化硫黄（ＳＯ_３）、硫酸及び水を含む第１ガスを形成する、温度が３４０℃〜３５０℃の間にある蒸発塔と、第５パイプによって前記蒸発塔に接続され、硫酸溶液である吸収剤を含み、前記第１ガスを吸収して、少なくとも９６重量パーセントの濃度の高純度の硫酸溶液を形成する吸収塔と、を含む第２硫酸純化装置と、
第６パイプによって前記吸収塔と接続して、前記高純度の硫酸溶液を収集する収集槽と、
を備え、前記吸収塔と前記収集槽の間に、更に、吸収されなかった前記第１ガスを取り除く脱ガス塔が接続された高純度の硫酸溶液の調製用のシステム。

【請求項8】

前記原料槽の前記混合溶液は、触媒材料を含む請求項７に記載の高純度の硫酸溶液の調製用のシステム。

【請求項9】

前記第１予熱槽の前記混合溶液は、触媒材料を含む請求項７に記載の高純度の硫酸溶液の調製用のシステム。

【請求項10】

前記第１予熱槽の温度は、前記第２予熱槽の温度より低く、且つ前記第２予熱槽の温度は、前記蒸留塔の温度より低い請求項７に記載の高純度の硫酸溶液の調製用のシステム。

【請求項11】

前記硫酸溶液の濃度は、９６重量パーセントを超える請求項７に記載の高純度の硫酸溶液の調製用のシステム。

【請求項12】

前記高純度の硫酸溶液の濃度は、９６重量パーセント〜９８重量パーセントの間にある請求項７に記載の高純度の硫酸溶液の調製用のシステム。

【請求項13】

前記脱ガス塔と前記収集槽の間に、更に、第１冷却器が接続されている請求項７に記載の高純度の硫酸溶液の調製用のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、硫酸溶液の調製方法に関し、特に、高純度の硫酸溶液の調製方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、半導体産業、液晶ディスプレイ、太陽エネルギー産業等の電子産業の基材のエッチング廃棄物には、消耗し尽くされなかった強酸・強アルカリのエッチング液（例えば、硫酸）以外に、半導体や、液晶ディスプレイのガラス基材、太陽電池素子からエッチングされた不純な汚染物質等がある。現在、上記産業で生じたエッチング廃液も、常に廃棄物として処理されるため、環境に深刻な負担を掛けるだけでなく、経済効率にも合わない。

【0003】

半導体産業のプロセス作業では、少なくとも９６重量パーセント（ｗｔ％）の硫酸溶液と３０重量パーセントの過酸化水素を、適当な比で混合して調製された洗浄液で、ウェハ洗浄の工程を行う。ウェハ洗浄の工程は、８０℃〜１２０℃の温度で行われるため、洗浄液における過酸化水素の一部が酸素と水に分解することがある。

【0004】

ウェハ洗浄の工程を行った後の硫酸廃液は、過酸化水素から分解した水により洗浄液における硫酸の濃度が低下する以外に、複数回の洗浄工程を経過した後で、上記ウェハに含まれる一部の物質がエッチングされて硫酸廃液の中に残留して、不溶性不純物を形成する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

現在、業界では、硫酸廃液の処理方法を探して見ているが、硫酸廃液の処理コストが高すぎ、含まれる夾雑物が多いため、半導体等の電子産業プロセスのニーズに対応できる高純度の硫酸溶液として回収することが困難である。

【0006】

従って、現在、業界では、硫酸廃液から高純度の硫酸溶液を調製する方法を見出すように試みている。従来の調製方法は、真空又は減圧（大気圧より低い）によって蒸留を行うものであるが、低気圧の蒸留条件で、硫酸の沸点が低下し、蒸留に必要な温度もそれに伴って低下するため、硫酸よりも低沸点の化合物を効果的で完全に取り除くことができず、高純度の硫酸が得られない。

【0007】

なお、硫酸の沸点まで加熱することで生じた硫酸ガスに対して、続いて凝縮装置で硫酸ガスの凝縮作業を行うが、高温の硫酸ガスが凝縮装置の材質と接触すると、硫酸ガスにより凝縮装置の材質がエッチングされやすいため、凝縮装置の材質が崩壊して硫酸ガスを汚染することで、生じた硫酸溶液の純度に影響を与えてしまう。

【0008】

これに鑑みて、硫酸廃液の再利用の問題が克服された高純度の硫酸溶液の調製方法の提供が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

従って、本発明の一態様は、第１予熱工程、第２予熱工程、蒸留工程、蒸発工程を順次に行って、三酸化硫黄（ＳＯ_３）、硫酸及び水を含む第１ガスを取得し、硫酸溶液によって第１ガスを吸収して、濃度が少なくとも９６重量パーセントであり、夾雑物が０．１十億分率モル濃度（ｐｐｂ）以下である高純度の硫酸溶液を形成する高純度の硫酸溶液の調製方法を提供するものである。

【0010】

次に、本発明の別の態様は、大気圧で加熱して三酸化硫黄、硫酸及び水を含む第１ガスを取得し、硫酸溶液によって第１ガスを吸収して、濃度が少なくとも９６重量パーセントであり、夾雑物が０．１ｐｐｂ以下である高純度の硫酸溶液を形成する高純度の硫酸溶液の調製用のシステムを提供するものである。

【0011】

本発明の前記態様によれば、高純度の硫酸溶液の調製方法を提示する。一実施例において、まず、硫酸、硫酸よりも高沸点の第１溶液、過酸化水素、水、酸素及び不溶性不純物を含む混合溶液を提供する。

【0012】

次に、混合溶液を重力によって大気圧下で流させ、第１予熱工程、第２予熱工程及び蒸留工程を順次に行って、第２溶液を形成し、第１予熱工程では過酸化水素、水と酸素を取り除き、第２予熱工程と蒸留工程では水を取り除き、第１予熱工程の温度が第２予熱工程の温度より低く、且つ第２予熱工程の温度が蒸留工程の温度より低い。

【0013】

そして、第２溶液に対して蒸発工程を行って、硫酸の沸点より高く且つ第１溶液の沸点より低い温度で、不溶性不純物及び第１溶液を取り除き、三酸化硫黄、硫酸及び水を含む第１ガスを取得する。

【0014】

その後、硫酸溶液によって第１ガスを吸収して、濃度が少なくとも９６重量パーセントであり、夾雑物が０．１ｐｐｂ以下である高純度の硫酸溶液を形成する。

【0015】

本発明の他の態様によれば、原料槽と、第１硫酸純化装置と、第２硫酸純化装置と、収集槽と、を備える高純度の硫酸溶液の調製用のシステムを提供する。

【0016】

前記原料槽は、混合溶液を収納するためのものであり、頂部には供給口が設けられ、底部には第１パイプと接続した吐出口が設けられている。

【0017】

前記第１硫酸純化装置は、第１パイプによって原料槽と接続して、混合溶液を注入するものであって、第１予熱槽と、第２予熱槽と、蒸留塔と、を含むものである。第１予熱槽は、第１パイプによって原料槽と接続している。第２予熱槽は、第２パイプによって第１予熱槽と接続し、且つ第１予熱槽より低い第１高度に設けられている。蒸留塔は、第３パイプによって第２予熱槽と接続し、且つ第２予熱槽より低い第２高度に設けられている。

【0018】

前記第２硫酸純化装置は、第４パイプによって蒸留塔と接続し、且つ蒸留塔より低い第３高度に設けられたものであって、蒸発塔と、吸収塔と、を含むものである。蒸発塔は、第４パイプによって蒸留塔と接続して、第１溶液に対して蒸発工程を行って、三酸化硫黄、硫酸及び水を含む第１ガスを形成する。吸収塔は、第５パイプによって蒸発塔に接続され、硫酸溶液である吸収剤を含み、第１ガスを吸収して、濃度が少なくとも９６重量パーセントであり、夾雑物が０．１ｐｐｂ以下である高純度の硫酸溶液を形成する。

【0019】

前記収集槽は、第６パイプによって吸収塔と接続して、高純度の硫酸溶液を収集する。

【発明の効果】

【0020】

本発明の高純度の硫酸溶液の調製方法によれば、大気圧で加熱して、三酸化硫黄、硫酸及び水を含む第１ガスを取得し、硫酸溶液によって第１ガスを吸収して、高純度の硫酸溶液を形成する。廃液の排出を減少し、硫酸廃液の処理コストを大幅に低減させるだけでなく、純化により得られた高純度の硫酸溶液が、また半導体産業や他の工業プロセスに再利用されることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

下記図面の説明は、本発明の上記または他の目的、特徴、メリット、実施例をより分かりやすくするためのものである。

【図1】本発明の一実施例による高純度の硫酸溶液の調製方法を示すフロー図である。

【図2】本発明の一実施例による高純度の硫酸溶液の調製用のシステムを示す部分模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

先に述べられたように、本発明は、大気圧で加熱して、三酸化硫黄、硫酸及び水を含む第１ガスを取得し、硫酸溶液によって第１ガスを吸収して、少なくとも９６重量パーセントの濃度の高純度の硫酸溶液を形成する高純度の硫酸溶液の調製方法を提供する。以下、図１に合わせて、本発明の一実施例の高純度の硫酸溶液の調製方法を説明する。

【0023】

高純度の硫酸溶液の調製方法

【0024】

図１を参照されたい。図１は、本発明の一実施例による高純度の硫酸溶液の調製方法を示すフロー模式図である。

【0025】

１． 混合溶液を提供する

【0026】

まず、工程１１０に示すように、硫酸、硫酸よりも高沸点の第１溶液、過酸化水素、水、酸素及び不溶性不純物を含む混合溶液を提供する。

【0027】

一実施例において、上記混合溶液は、半導体プロセスで生じた硫酸廃液から選ばれたものである。一例示において、上記混合溶液は、ウェハ洗浄の工程を行った後の濃度約６０重量パーセントの硫酸を含む洗浄廃液から選ばれたものである。別の例示において、上記混合溶液は、半導体産業、液晶ディスプレイ、太陽エネルギー産業等の電子産業の基材エッチング廃棄物から選ばれたものである。

【0028】

一実施例において、前記混合溶液に触媒材料を選択的に加えることで、過酸化水素を分解して、混合溶液中の硫酸の濃度を向上させ、更に後の純化工程のエネルギーコスト及び時間コストを低減することができる。この触媒材料は、混合溶液中の酸液による腐食を耐えることができる。この触媒材料の具体例としては、例えば、金属白金触媒、金属ニッケル触媒、金属ジルコニウム触媒、他の適当な触媒材料又は上記材料の任意の組み合わせがある。

【0029】

上記混合溶液に触媒材料が加えられた場合、触媒材料により過酸化水素が分解されて生じた酸素は、圧力の発生で硫酸の純化に影響を与えないように、脱ガス装置によって排出されなければならない。

【0030】

２． 第１硫酸純化工程を行う

【0031】

次に、上記混合溶液を重力によって大気圧下で流させ、第１予熱工程、第２予熱工程及び蒸留工程を順次に行って、硫酸よりも低沸点のものを取り除いて、第２溶液を形成する。第１予熱工程の温度は、第２予熱工程の温度より低く、且つ第２予熱工程の温度は、蒸留工程の温度より低い。

【0032】

２．１ 第１予熱工程を行う

【0033】

工程１２０に示すように、混合溶液を大気圧で少なくとも１２０℃加熱して、過酸化水素を水と酸素に分解するだけでなく、更に混合溶液中の過酸化水素、水と酸素を取り除く第１予熱工程を行う。

【0034】

一実施例において、第１硫酸純化工程を行う前に、混合溶液に触媒材料を加えなかった場合、上記第１予熱工程は、過酸化水素を分解して、混合溶液中の硫酸の濃度を向上させるように、触媒材料を混合溶液に加える工程を選択的に含んでよい。この触媒材料は、混合溶液中の酸液による腐食を耐えることができ、且つ高温の環境（即ち、第１予熱工程の温度）でも過酸化水素を効果的に分解することができる。この触媒材料の具体例としては、例えば、金属白金触媒、金属ニッケル触媒、金属ジルコニウム触媒、他の適当な触媒材料又は上記材料の任意の組み合わせがある。

【0035】

一例示において、混合溶液に触媒材料が加えられた場合、１２０℃で、１分間を経た後、混合溶液中の過酸化水素の残留濃度は、９．７％であり、硫酸の濃度は、６７％である。

【0036】

混合溶液に触媒材料が加えられていない場合、１２０℃で第１予熱工程を行い、１５分間を経た後、混合溶液中の過酸化水素の残留濃度は、約６０％であり、硫酸の濃度は、約６７．５８％である。

【0037】

２．２ 第２予熱工程を行う

【0038】

そして、工程１３０に示すように、上記第１予熱工程で処理された混合溶液に対して第２予熱工程を行う。この第２予熱工程は、混合溶液を大気圧で１６０℃〜２００℃の間に加熱して、混合溶液中の水を取り除き、６０重量パーセント〜８０重量パーセントの間の硫酸を含む第３溶液を形成する工程である。

【0039】

一実施例において、前記各工程中の混合溶液に触媒材料が加えられていない場合、上記第２予熱工程は、混合溶液に残っている過酸化水素を更に分解するように、触媒材料を混合溶液に加える工程を選択的に含んでよく、これにより、混合溶液中の硫酸の濃度を向上させ、更に、下記蒸留工程のエネルギーコスト及び時間コストを低減することができる。

【0040】

この触媒材料は、酸液による腐食を耐えることができ、且つ高温の環境（即ち、第２予熱工程の温度）でも過酸化水素を分解することができる。この触媒材料の具体例については、前記の通りであるが、ここで詳しく説明しない。

【0041】

２．３ 蒸留工程を行う

【0042】

その後、工程１４０に示すように、上記第３溶液に対して蒸留工程を行う。この蒸留工程は、第３溶液を大気圧で３４０℃〜３５０℃の間に加熱して、第３溶液中の水を取り除いて、９８重量パーセントの硫酸を含む混合溶液である第２溶液を形成する工程である。

【0043】

３．第２硫酸純化工程を行う

【0044】

次に、上記第２溶液に対して第２硫酸純化工程を行って、硫酸よりも高沸点のものを取り除き、硫酸溶液で吸収して、少なくとも９６重量パーセントの濃度の高純度の硫酸溶液を形成する。

【0045】

３．１ 蒸発工程を行う

【0046】

工程１５０に示すように、上記第２溶液に対して蒸発工程を行う。この蒸発工程は、第２溶液中の硫酸を三酸化硫黄、硫酸及び水を含む第１ガスとして揮発させ、後の処理のために第１ガスを収集し、かつ第２溶液中の硫酸よりも高沸点の第１溶液と不溶性不純物を取り除く工程である。

【0047】

一実施例において、上記第１ガスは、２８重量パーセントの三酸化硫黄を含む。別の実施例において、上記第１ガスは、５２重量パーセントの硫酸を含む。さらに別の実施例において、上記第１ガスは、２０重量パーセントの水を含む。

【0048】

一実施例において、蒸発工程は、硫酸を三酸化硫黄（ＳＯ_３）と水に分解させる。一例示において、上記蒸発工程は、大気圧で３４０℃〜３５０℃の間に加熱する。別の例示において、上記蒸発工程は、大気圧で３４０℃〜３４５℃の間に加熱する。さらに別の例示において、上記蒸発工程は、大気圧で３４５℃〜３５０℃の間に加熱する。

【0049】

一実施例において、上記不溶性不純物は、半導体プロセスに由来するものであり、ウェハ洗浄工程において、ウェハに含まれる一部の物質、例えば、重金属、有機物等の物質が、エッチングされて硫酸廃液の中に残留する。

【0050】

３．２ 硫酸溶液によって第１ガスを吸収する

【0051】

そして、工程１６０に示すように、濃度が９６重量パーセントを超えた硫酸溶液によって第１ガスを吸収して、高純度の硫酸溶液を形成する。

【0052】

一実施例において、上記高純度の硫酸溶液の濃度は、少なくとも９６重量パーセントである。一例示において、上記高純度の硫酸溶液の濃度は、９６重量パーセント〜９８重量パーセントの間にある。

【0053】

一実施例において、上記高純度の硫酸溶液に含まれる夾雑物は、０．１十億分率モル濃度（ｐｐｂ）以下である。実際のニーズに応じて異なるが、電子グレードの品質、例えば、２００ｐｐｂ又は他の数値であってよい。ユーザのニーズ又は異なる製品に応じて異なるが、他の例示において、前記高純度の硫酸溶液に含まれる夾雑物は、０．１ｐｐｂ〜１００ｐｐｂ、０．１ｐｐｂ〜１ｐｐｂ、１ｐｐｂ〜１０ｐｐｂ、１０ｐｐｂ〜１００ｐｐｂであってもよい。

【0054】

一実施例において、上記夾雑物は、金属不純物であってよい。一例示において、上記金属不純物は、銀、アルミニウム、金、バリウム、ベリリウム、ビスマス、カルシウム、カドミウム、コバルト、クロム、銅、鉄、ガリウム、ゲルマニウム、水銀、カリウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ナトリウム、ニオブ、ニッケル、鉛、アンチモン、スズ、ストロンチウム、タンタル、チタン、タリウム、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム及びそれらの任意の組み合わせを含んでよいが、それらに限定されない。

【0055】

また、前記得られた高純度の硫酸溶液は、場合によって、吸収されなかった第１ガスを取り除くために、脱ガス工程を選択的に行ってもよい。次に、脱ガス工程の後で、場合によって、高純度の硫酸溶液を冷却するために、更に冷却工程を選択的に行ってもよい。

【0056】

注意すべきなのは、前記得られた高純度の硫酸溶液は、半導体産業、液晶ディスプレイ、太陽エネルギー産業等の工業プロセスに必要な硫酸又は硫酸系の混酸製品を提供するために、更に後処理を選択的に行ってよい。硫酸又は硫酸系の混酸製品については、従来のプロセスで行ってよいが、これは当業者に熟知されるものであり、ここで別に詳しく説明しない。

【0057】

高純度の硫酸溶液の調製用のシステム

【0058】

一実施例において、上記高純度の硫酸溶液の調製方法は、従来の反応システム又は図２の反応システム２００で行ってよい。以下、図２の高純度の硫酸溶液の調製用のシステム２００を例として説明する。

【0059】

図２を参照されたい。図２は、本発明の一実施例による高純度の硫酸溶液の調製用のシステムを示す模式図である。

【0060】

本発明におけるここで言う「混合溶液」とは、主に、ウェハ洗浄の工程が行われた後の硫酸廃液、又は半導体産業、液晶ディスプレイ、太陽エネルギー産業等の電子産業の基材エッチング廃棄物であり、硫酸、硫酸よりも高沸点の第１溶液、過酸化水素、水、酸素及び不溶性不純物を含む。

【0061】

一実施例において、図２の反応システム２００は、原料槽２１０と、第１硫酸純化装置２２０と、第２硫酸純化装置２３０と、収集槽２４０と、を備えてよい。

【0062】

一実施例において、上記原料槽２１０は、混合溶液を収納するためのものであり、原料槽２１０の頂部には供給口２１０ａが設けられ、原料槽の底部には第１パイプ２２２ａと接続した吐出口２１０ｂが設けられている。

【0063】

一実施例において、前記原料槽２１０中の混合溶液には、触媒材料が選択的に加えられてよい。前記混合溶液に触媒材料が加えられた場合、原料槽２１０には、触媒材料により過酸化水素が分解されて生じた酸素を取り除くための脱ガス装置（図示せず）が繋がらなければならない。これにより、装置における圧力変化によって硫酸純化の效果が更に影響されないようにすることができる。

【0064】

一実施例において、上記原料槽２１０中の混合溶液の触媒材料は、酸液による腐食を耐えることができる。この触媒材料の具体例としては、例えば、金属白金触媒、金属ニッケル触媒、金属ジルコニウム触媒、他の適当な触媒材料又は上記材料の任意の組み合わせがある。

【0065】

一例示において、原料槽２１０には、混合溶液を原料槽２１０に注入させるようにさらに設けられたパイプラインが繋がっている。別の例示において、原料槽２１０には攪拌設備（図示せず）が設けられてよい。さらに別の例示において、吐出口２１０ｂは、混合溶液の排出のために、原料槽２１０の底部、或いは、例えば底部の中央または片側に設けられている。

【0066】

一実施例において、上記第１硫酸純化装置２２０は、第１パイプ２２２ａによって原料槽２１０と接続して、混合溶液を第１硫酸純化装置２２０に注入する。一例示において、原料槽２１０と第１硫酸純化装置２２０との間に、混合溶液を第１硫酸純化装置２２０に注入する吐出ポンプ２１２が更に設けられている。別の例示において、吐出ポンプ２１２は、混合溶液の流速を制御できる。

【0067】

一実施例において、上記第１硫酸純化装置２２０は、第１予熱槽２２２と、第２予熱槽２２４と、蒸留塔２２６と、を含む。第１硫酸純化装置２２０では、高度の高いものから第１予熱槽２２２、第２予熱槽２２４及び蒸留塔２２６の順に並べられて、混合溶液が重力によって第１硫酸純化装置２２０を流れるようにする。且つ、第１予熱槽２２２の温度は、第２予熱槽２２４の温度より低いが、第２予熱槽２２４の温度は、蒸留塔２２６の温度より低い。

【0068】

一実施例において、上記第１予熱槽２２２、第２予熱槽２２４及び蒸留塔２２６の材料としては、ホウケイ酸ガラス、合成石英及びそれらの任意の組み合わせであってよいが、それらに限定されない。

【0069】

一実施例において、上記第１予熱槽２２２は、第１パイプ２２２ａによって原料槽２１０と接続している。一例示において、過酸化水素、水と酸素を取り除くために、第１予熱槽２２２の温度は、１２０℃を超えている。

【0070】

一実施例において、原料槽２１０中の混合溶液に触媒材料が加えられていない場合、第１予熱槽２２２中の混合溶液に触媒材料を選択的に加えることで、過酸化水素を分解し、混合溶液中の硫酸の濃度を向上させ、更に純化プロセスのエネルギーコスト及び時間コストを低減することができる。

【0071】

前記第１予熱槽２２２中の混合溶液の触媒材料は、酸液による腐食を耐えることができ、且つ高温（即ち、第１予熱槽の設定温度）でも、混合溶液中の過酸化水素を効果的に分解することができる。この触媒材料の具体例としては、例えば、金属白金触媒、金属ニッケル触媒、金属ジルコニウム触媒、他の適当な触媒材料又は上記材料の任意の組み合わせがある。

【0072】

一例示において、第１予熱槽２２２中の混合溶液に触媒材料が加えられた場合、１２０℃で、１分間を経た後、混合溶液中の過酸化水素の残留濃度が９．７％であり、硫酸の濃度が６７％である。

【0073】

前記第１予熱槽２２２中の混合溶液に触媒材料が加えられていない場合、１２０℃で、１５分間を経た後、混合溶液中の過酸化水素の残留濃度は、約６０％であり、硫酸の濃度は、約６７．５８％である。

【0074】

一実施例において、上記第２予熱槽２２４は、第２パイプ２２４ａによって第１予熱槽２２２と接続し、且つ第１予熱槽２２２より低い第１高度に設けられている。一例示において、第２予熱槽２２４の温度は、水を取り除き、６０重量パーセント〜８０重量パーセントの間の硫酸を含む第３溶液を形成するように、１６０℃〜２００℃の間である。

【0075】

一実施例において、前記原料槽２１０又は第１予熱槽２２２中の混合溶液に触媒材料が加えられていない場合、第２予熱槽２２４中の混合溶液に触媒材料を選択的に加えることで、混合溶液に残っている過酸化水素を更に分解して、硫酸の濃度を向上させることができる。

【0076】

前記第２予熱槽２２４の混合溶液に添加された触媒材料は、酸液による腐食を耐えることができ、且つ高温（即ち、第２予熱槽２２４の設定温度）でも、混合溶液に残っている過酸化水素を分解することができる。この触媒材料の具体例については、前記の通りであるが、ここで別に詳しく説明しない。

【0077】

一実施例において、上記蒸留塔２２６は、第３パイプ２２６ａによって第２予熱槽２２４と接続し、且つ第２予熱槽２２４より低い第２高度に設けられている。一例示において、蒸留塔２２６の温度は、混合溶液中の水を取り除き、９８重量パーセントの硫酸を含む混合溶液である第２溶液を形成するように、３４０℃〜３５０℃の間である。

【0078】

一実施例において、上記第１硫酸純化装置２２０は、凝縮装置２２８を更に含む。凝縮装置２２８は、第７パイプ２２８ａによって第１予熱槽２２２、第２予熱槽２２４及び蒸留塔２２６と接続して、第１予熱槽２２２、第２予熱槽２２４と蒸留塔２２６で取り除かれた例えば過酸化水素、水、酸素及び硫酸よりも低沸点の物質等のような廃気を収集する。一例示において、上記凝縮装置２２８には、第２冷却器２２８ｃと第１廃液槽２２８ｂを設けることで、第２冷却器２２８ｃを利用して廃気を冷却し又は廃液を形成し、且つ第１廃液槽２２８ｂに貯蔵することができる。

【0079】

一実施例において、蒸発塔２３２と吸収塔２３４を含む上記第２硫酸純化装置２３０は、第４パイプ２３２ａによって蒸留塔２２６と接続し、且つ蒸留塔２２６より低い第３高度に設けられている。

【0080】

一実施例において、上記蒸発塔２３２は、加熱して硫酸を気化させ、部分的に三酸化硫黄と水に分解させて、混合溶液の不溶性不純物及び硫酸よりも高沸点の第１溶液を取り除くものである。一例示において、上記蒸発塔２３２は、大気圧で３４０℃〜３５０℃の間に加熱される。別の例示において、上記蒸発塔２３２は、大気圧で３４０℃〜３４５℃の間に加熱される。別の例示において、上記蒸発塔２３２は、大気圧で３４５℃〜３５０℃の間に加熱される。

【0081】

一実施例において、上記蒸発塔２３２は、第４パイプ２３２ａによって蒸留塔２２６と接続して、第１溶液に対して蒸発工程を行い、三酸化硫黄、硫酸及び水を含む第１ガスを形成する。

【0082】

一実施例において、上記蒸発塔２３２には、第２冷却器２３３が設けられてよい。第２冷却器２３３は、第８パイプ２３３ａによって蒸発塔２３２と接続して、蒸発塔２３２に残った、不溶性不純物と第１溶液を含む液体を収集する。一例示において、上記第２冷却器２３３には、上記不溶性不純物と第１溶液を貯蔵する第２廃液槽２３３ｂが設けられてよい。

【0083】

一実施例において、上記吸収塔２３４は、第５パイプ２３４ａによって蒸発塔２３２に接続されており、濃度が９６重量パーセントを超えた硫酸溶液である吸収剤を含み、第１ガスを吸収して、少なくとも９６重量パーセントの濃度の高純度の硫酸溶液を形成する。一例示において、高純度の硫酸溶液の濃度は、９６重量パーセント〜９８重量パーセントの間にある。

【0084】

一実施例において、上記吸収塔の材料としては、テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標）を含んでよいが、これに限定されない。

【0085】

一実施例において、上記吸収塔２３４には、更に、循環ポンプ２３５、熱交換器２３４ｂ、濃度コントローラ２３４ｃが設けられている。一例示において、上記循環ポンプ２３５は、吸収塔２３４内の硫酸溶液を流動させて、第１ガスを吸収することに用いられる。さらに別の例示において、熱交換器２３４ｂは、吸収塔２３４の温度を制御して、過度に高温になることを防止することに用いられる。別の例示において、濃度コントローラ２３４ｃは、吸収塔２３４内部の硫酸溶液の液面高度を制御することに用いられ、且つユーザのニーズ又は異なる製品によって、純水を注入して高純度の硫酸溶液の濃度を調整する。

【0086】

一実施例において、上記収集槽２４０は、第６パイプ２４０ａによって吸収塔２３４と接続して、高純度の硫酸溶液を収集する。

【0087】

一実施例において、上記収集槽２４０と吸収塔２３４の間に、更に、吸収されなかった第１ガスを取り除くための脱ガス塔２３６が接続されている。一例示において、上記脱ガス塔２３６と収集槽２４０の間に、更に、高純度の硫酸溶液を冷却する第１冷却器２３８が接続されている。

【0088】

まとめて言えば、本発明の高純度の硫酸溶液の調製方法及びそれによって純化された高純度の硫酸溶液は、電子グレードの品質を有し、後処理を行うことで、半導体産業、液晶ディスプレイ、太陽エネルギー産業等の工業プロセスに必要な硫酸又は硫酸混酸製品を提供することができる。

【0089】

ここで補充すべきなのは、本発明では、特定の化合物、特定のプロセス、特定の反応条件、特定の応用方式又は特定の設備等を例示として、本発明の高純度の硫酸溶液の調製方法及び高純度の硫酸溶液の調製用のシステムを説明したが、当業者には明らかなように、本発明がこれらに限定されず、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、本発明の高純度の硫酸溶液の調製方法については、他の化合物、他のプロセス、他の反応条件、他の応用方式、他の相当のレベルの設備によって行ってもよい。

【0090】

まとめて言えば、上記本発明の実施形態から、本発明の高純度の硫酸溶液の調製方法によれば、大気圧で加熱して、三酸化硫黄、硫酸及び水を含む第１ガスを取得し、且つ硫酸溶液によって第１ガスを吸収して、高純度の硫酸溶液を形成するメリットがあることが判明した。廃液の排出を減少し、硫酸廃液の処理コストを大幅に低減させるだけでなく、純化により得られた高純度の硫酸溶液が、また半導体産業や他の工業プロセスに再利用されることができる。

【0091】

また、蒸留工程を行う前に、本発明の混合溶液に触媒材料を選択的に加え、過酸化水素を分解して、混合溶液中の硫酸の濃度を向上させ、後の純化工程のエネルギーコスト及び時間コストを更に低減することができる。

【0092】

本発明を実施例で前述の通り開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

【符号の説明】

【0093】

１００ 高純度の硫酸溶液の調製方法
１１０〜１７０ 工程
２００ システム
２１０ 原料槽
２１０ａ 供給口
２１０ｂ 吐出口
２１２ 吐出ポンプ
２２０ 第１硫酸純化装置
２２２ 第１予熱槽
２２２ａ 第１パイプ
２２４ 第２予熱槽
２２４ａ 第２パイプ
２２６ 蒸留塔
２２６ａ 第３パイプ
２２８ 凝縮装置
２２８ａ 第７パイプ
２２８ｂ 第１廃液槽
２２８ｃ 第２冷却器
２３０ 第２硫酸純化装置
２３２ 蒸発塔
２３２ａ 第４パイプ
２３３ 第２冷却器
２３３ａ 第８パイプ
２３３ｂ 第２廃液槽
２３４ 吸収塔
２３４ａ 第５パイプ
２３４ｂ 熱交換器
２３４ｃ 濃度コントローラ
２３５ 循環ポンプ
２３６ 脱ガス塔
２３８ 第１冷却器
２４０ 収集槽
２４０ａ 第６パイプ

【図1】

【図2】