一种高效节能的氟化氢铵提纯方法与流程

本发明涉及氟铵盐的纯化，尤其涉及一种高效节能的氟化氢铵提纯方法。

背景技术：

1、氟化氢铵（ammonium fluorohydride, nh4hf2）作为一种重要的无机化合物，被广泛应用于半导体制造、玻璃蚀刻、金属表面处理、陶瓷工业等多个领域。在半导体行业，氟化氢铵作为光刻胶去除剂、硅片表面清洗剂，对硅片的纯度和表面质量有着极其严格的要求；在玻璃加工领域，其独特的蚀刻性能使其成为玻璃蚀刻和雕刻的首选化学品；而在金属表面处理中，氟化氢铵常用于金属表面的清洁和活化，提高金属制品的耐腐蚀性和美观度。因此，氟化氢铵的纯度直接影响到终端产品的质量和性能，高纯度氟化氢铵的需求日益增长。但是目前市场上的氟化氢铵原料中通常含有较高的金属杂质，纯度最高只能达到99.9%，这是由于氟化氢铵的生产技术导致的。

2、因此，需要通过提纯以提高氟化氢铵的纯度。目前氟化氢铵的提纯方法主要包括重结晶法、离子交换法、溶剂萃取法、蒸馏法等多种技术。然而，这些传统提纯方法在实际应用中存在一些明显的局限性，例如重结晶法虽然能提高纯度，但多次重结晶会降低收率，且难以彻底去除所有类型的杂质；离子交换法虽然能有效去除离子型杂质，但由于树脂的容量有限，需频繁再生，难以适应大规模连续生产的需要；溶剂萃取法虽然能够有效分离和提纯，但过程复杂，需要多次萃取和反萃取，且溶剂的回收和处理增加了额外的工序和成本；蒸馏法虽然能有效去除挥发性杂质，但其高温高压的操作条件导致能耗极高，增加了生产成本。此外，上述方法在提纯过程中产生的废水、废气等，若处理不当，会对环境造成污染，这些问题制约了氟化氢铵在高技术领域的广泛应用。

3、申请号为200610046503.8的专利公开了一种高纯氟化氢铵的制备方法，采用重结晶步骤如下：[步骤1]、在超净石英烧杯中，把500 ml水加热到80 ℃，将水倒入超净大口聚丙烯容器中，将欲纯化的nh4hf2360g放入超净大口聚丙烯容器中，搅拌使其全部溶解；[步骤2]、将[步骤1]溶液，在充分保温条件下在聚丙烯超净滤器中超细过滤；[步骤3]、将[步骤2]滤液倒入超净大口聚丙烯容器中，密闭放置于无尘处，保温，保温效果要达到接近恒温；[步骤4]、经常摇动结晶容器，以使结晶容器温度分布均匀、浓度分布均匀，消除细小晶粒；[步骤5]、温度降到室温后，以水浴法继续缓慢降温直至温度降到10 ℃，结束结晶操作；[步骤6]、沥去母液，一部分母液在要求不高的原料初溶时使用；[步骤7]、结晶离心脱水；再称原料，再重复[步骤1]至[步骤7]的操作，直至由[步骤7]累计得到的结晶物达到nh4hf2360g。该方法需要重结晶3~4次才能达到要求，重复次数多，不仅生产周期长，还可能增加新的杂质的风险。

4、面对氟化氢铵纯度需求的不断提升和环保压力的加大，现有的提纯技术在能耗、操作复杂性、规模化生产适应性以及环境保护等方面暴露出明显的不足。因此，开发一种低能耗、操作简单、易于大规模生产的氟化氢铵提纯工艺，对于满足市场对高纯度氟化氢铵的需求，促进相关产业的可持续发展具有重要意义。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种收率高、能耗低、高效、环保且操作简单、易于大规模生产的氟化氢铵提纯方法。

2、为实现上述目的，本发明提供的高效节能的氟化氢铵提纯方法，主要包括以下步骤：

3、s1、将氟化氢铵原料完全溶解于超纯水中，制得氟化氢铵溶液，将制备的氟化氢铵溶液通过微滤膜过滤；

4、s2、将步骤s1中的滤液于恒温的条件下，进行结晶，结晶后进行固液分离得到氟化氢铵晶体和母液；

5、s3、将步骤s2中得到的氟化氢铵晶体进行干燥处理后溶解于超纯水中，完全溶解后将溶液置于恒温条件下，进行重结晶，重结晶后进行固液分离得到氟化氢铵晶体和母液；

6、s4、将步骤s3中获得的氟化氢铵晶体用低温超纯水洗涤后，进行干燥处理，即制得高纯氟化氢铵晶体。

7、优选的，所述的氟化氢铵原料的纯度为98.0%~99.9%。

8、优选的，步骤s1和步骤s3中，为加速氟化氢铵原料的溶解速度，在溶解的过程中进行加热和搅拌。

9、进一步优选，所述的加热的温度为45~70 ℃。

10、在溶解过程中，通过加热可以提高氟酸氢铵的溶解度，但是加热温度过高，氟酸氢铵的溶解度不能大幅提高，还会增加能耗以及安全隐患；但是加热温度过低，也起不到提高溶解度的效果。

11、进一步优选，所述的搅拌的速率为120~150 r/min。

12、进一步优选，所述的超纯水与氟化氢铵原料的质量比为1:1.0~1.5。

13、更进一步优选，所述的超纯水与氟化氢铵原料的质量比为1:1.25~1.5。

14、优选的，步骤s1中，所述的微滤膜的过滤精度为0.1~5 μm，跨膜压差为0.1~2.0bar，以去除不溶杂质。

15、优选的，步骤s1中，所述的微滤膜的材质为ptfe、hdpe、pvdf或pes。

16、优选的，步骤s2和步骤s3中，所述的恒温的温度为5~15 ℃。

17、优选的，步骤s2中的母液经纯化处理后和步骤s3中的母液均用于步骤s1中溶解氟化氢铵原料。

18、优选的，所述的母液与氟化氢铵的质量比为1:0.4~1.1。氟化氢铵原料与母液混合，其比例受母液中氟化氢铵质量分数影响，母液中氟化氢铵的浓度越高，母液与氟化氢铵的质量比值越小。

19、优选的，步骤s2和步骤s3中，所述的母液中氟化氢铵的质量分数为30%~40%。

20、进一步优选，所述的纯化处理，具体包括以下步骤：采用离子交换树脂对母液纯化，离子交换树脂纯化过程的过柱速率为4~10 bv/h。纯化的作用是为了除去母液中ca、fe、k、na、cr等金属离子杂质。

21、进一步优选，所述的离子交换树脂为大孔弱酸性阳离子交换树脂或大孔强碱性阴离子交换树脂的一种或两种。

22、进一步优选，所述的母液经纯化处理后金属杂质含量低于5 ppm。

23、优选的，步骤s3和步骤s4中，所述的干燥处理为离心干燥。

24、进一步优选，所述的离心干燥，为采用平板式离心机进行离心干燥。

25、进一步优选，所述的离心干燥的转速为2500~3000 rmp/min，离心干燥时间为3~10min。

26、优选的，步骤s4中，所述的低温超纯水洗涤的具体步骤包括：将步骤s3中获得的氟化氢铵晶体置于离心机中，以1500~2000 rmp/min的转速低速旋转，喷洒温度为2~5 ℃的低温超纯水进行5~10 s的洗涤。

27、相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

28、（1）本发明提供的高效节能的氟化氢铵提纯方法，不仅显著降低了能耗，而且操作简便，易于控制，适合大规模生产。

29、（2）本发明提供的高效节能的氟化氢铵提纯方法，适用于各种规模的化工生产，尤其对于需要大量使用高纯度氟化氢铵的半导体制造、医药中间体生产等行业具有重要意义。通过实施本发明，企业可以有效降低生产成本，提高产品质量，增强市场竞争力。

30、（3）本发明提供的高效节能的氟化氢铵提纯方法，实现了高效、低成本、高质量地生产氟化氢铵的目标，具有广阔的应用前景和实际推广价值。