本發(fā)明涉及元素磷的制備，具體涉及一種高純紅磷的生產方法。

背景技術：

1、高純紅磷可用于合成磷化銦（inp）、磷化鎵（gap）、磷砷化鎵鋁（algaasp）、磷砷化鎵銦（ingaasp）、磷砷化鎵（gaasp）等半導體材料。這些材料具有高電子遷移率、高頻率響應、低噪聲等優(yōu)點，是高性能電子器件和光電器件的關鍵組成部分。

2、目前生產高純紅磷的方法基本都是采用黃磷（白磷）直接轉化為紅磷，轉化形式大致分為兩種：

3、1、高壓轉化：專利cn101214935b公開了“電子級紅磷的生產工藝”，將高純黃磷轉入轉化鍋，在20℃～80℃時充惰性氣體1～2kg、在80℃～200℃時充惰性氣體2～4kg，在200℃～250℃?時不充惰性氣體，在250℃～280℃時充惰性氣體1～2kg，在280℃～300℃時充惰性氣體1～2kg，自然冷卻至常溫，得到99?.9999%高純紅磷產品，但該方法對設備要求比較高，高壓條件也會構成安全風險。

4、2、常壓轉化：在最新的常壓黃磷轉換高純紅磷的技術中，專利號cn109081320a公開了“一種電子級高純黃磷轉化為紅磷的裝置及方法”，裝置由轉化器、加熱器、控溫器、冷凝器、尾氣水封器組成；方法是：（1）將高純黃磷置于轉化器中，用超高純水覆蓋，對轉化器進行加熱至水分蒸發(fā)完全；（2）冷凝器中持續(xù)通入溫水冷凝黃磷蒸汽，同時控制加熱器對轉化器緩慢進行加熱升溫至350℃，之后控制溫度在350℃～370℃內24h；（3）黃磷完全轉化為紅磷后，停止加熱，自然降溫，同時向轉化器通入惰性氣體，降至室溫后，將轉化器置于純水中，敲碎轉化器，制得紅磷。此方法在反應過程中有損耗，高純紅磷收率不高，收率在92%左右，同等轉化效率下，時間長或者轉化不能徹底，需要堿液后期純化洗滌等后處理以保證質量。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供了一種高純紅磷的生產方法，實現(xiàn)批量生產6n（99.9999%）至9n（99.999999%）等級的高純紅磷，能夠有效穩(wěn)定紅磷產品品質，并保持高的收率要求，并且可以降低安全風險、可操作性強、系統(tǒng)可靠、成本相對低。

2、本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

3、一種高純紅磷的生產方法，包括以下步驟：

4、步驟一、將高純白磷置于內層高純石英管中，高純白磷用高純水覆蓋，待高純白磷冷卻固化后將內層高純石英管插入外層高純石英管內，在外層高純石英管開口安裝不銹鋼管接頭，將密閉的外層高純石英管插入紅外電加熱器內，紅外電加熱器塞入不銹鋼密封壓力容器后安裝封頭，不銹鋼密封壓力容器密閉；

5、步驟二、采用真空系統(tǒng)和氮氣系統(tǒng)對外層高純石英管內進行抽真空和注入氮氣，將外層高純石英管內的空氣完全置換后，開啟紅外電加熱器，對內層高純石英管內的高純白磷進行預熱，使高純白磷液化，期間補充氮氣，使得內石英管內壓力為常壓狀態(tài)；

6、步驟三、繼續(xù)緩慢升溫至120℃-150℃，再次抽真空處理，直至高純白磷水分蒸發(fā)完全；

7、將外層高純石英管內充氮氣緩慢升壓至0.2mpa-0.5mpa后關閉氮氣閥，在對外層高純石英管內升壓的同時，通過不銹鋼密封壓力容器的氮氣充放口同步通入氮氣，維持外層高純石英管的內外正壓壓差值在0.05mpa-0.10mpa，然后繼續(xù)分段緩慢升溫，升溫至350℃-380℃時結束；

8、步驟四、升溫結束后，自然冷卻一段時間，待溫度降低至250℃以內，開始對不銹鋼密封壓力容器進行強制降溫出料。

9、優(yōu)選的，所述步驟一中，內層高純石英管通過加料系統(tǒng)先加入一些高純熱水至容積三分之一位置，控制高純熱水溫度在60℃-80℃，然后再內層高純石英管的通孔插入加料管至高純熱水液面以下，注入計量好的液體高純白磷，然后將加有白磷的內層高純石英管放置于水溫20℃中冷卻以固化白磷。

10、優(yōu)選的，所述步驟二中，預熱至80℃-90℃后停止升溫，然后啟動真空泵進行抽真空操作，真空度可以控制在200毫米汞柱-400毫米汞柱，逐步將白磷表面的水分完全揮發(fā)。

11、優(yōu)選的，所述步驟三中，從白磷水分完全蒸發(fā)繼續(xù)升溫到350℃-380℃范圍內，時間持續(xù)40小時，期間暫停加熱兩次。

12、優(yōu)選的，所述步驟四中，啟動循環(huán)水泵，循環(huán)水進出不銹鋼密封壓力容器的夾套進行降溫，隨著溫度的下降，外層高純石英管內外壓差會發(fā)生變化，此時通過兩個自動控制調節(jié)閥的協(xié)同配合來自動釋放氮氣或補充氮氣的方式，使得石英管中內外壓差能始終控制在壓差0.1mpa以內。

13、優(yōu)選的，所述步驟一中，所述不銹鋼管接頭伸出不銹鋼密封壓力容器的封頭后分別連接氮氣系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，所述不銹鋼密封壓力容器還設有氮氣充放口，所述氮氣充放口連接氮氣系統(tǒng)。

14、優(yōu)選的，所述氮氣系統(tǒng)包括氮氣緩沖罐和氮氣瓶，所述真空系統(tǒng)包括真空緩沖罐和真空泵，所述氮氣瓶連接氮氣緩沖罐，所述氮氣緩沖罐通過管路分別連接氮氣充放口和不銹鋼管接頭，所述不銹鋼管接頭還并聯(lián)連接真空緩沖罐，所述真空緩沖罐通過真空泵連接排氣緩沖罐，所述排氣真空罐設有排氣口和氮氣補充口，氮氣補充口連接氮氣緩沖罐。

15、優(yōu)選的，所述紅外電加熱器的導線伸出不銹鋼密封壓力容器并通過導線密封隔熱組件做密封隔熱處理。

16、本發(fā)明的有益效果是：

17、1、能夠在比較高的壓力狀態(tài)下實現(xiàn)白磷的轉化，同時通過內外壓差控制調節(jié)充放氮氣的方式，來平衡控制被加熱的石英管及其連接密封處在350℃高溫下，減輕因受很高的內壓力而導致密封失效泄露風險的問題；

18、2、通過在外層高純石英管內加入足夠的氮氣壓力，可以使得白磷的沸點提高而不至于原本在沸點280℃時揮發(fā)產生白磷蒸汽，從而導致氣體白磷轉化時外溢出內層高純石英管進入到外層高純石英管中轉化，減少清洗外層高純石英管中的紅磷，提高成品紅磷的總收率；

19、3、在紅外電加熱器外加裝不銹鋼密封壓力容器可以防止石英管因熱脹冷縮老化破裂導致的白磷液體或氣體外泄的安全風險問題；

20、4、采用紅外線加熱方式，溫控精準，同時可以不通過物質接觸的常規(guī)傳導方式來加熱，紅外線加熱的特點是輻射傳熱為主，約占90%左右，利用輻射傳熱為主，將熱量傳導至內層高純石英管內，使內外層高純石英管設計成為可能；出料時只需要將成本低的內層高純石英管破碎，成本高的外層高純石英管可以重復利用，大大降低了設備成本；

21、5、紅外電加熱器的導線伸出不銹鋼密封壓力容器并通過導線密封隔熱組件做密封隔熱處理，以保證容器的密封和安全性。

技術特征：

1.一種高純紅磷的生產方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種高純紅磷的生產方法，其特征在于：所述步驟一中，內層高純石英管通過加料系統(tǒng)先加入一些高純熱水至容積三分之一位置，控制高純熱水溫度在60℃-80℃，然后再內層高純石英管的通孔插入加料管至高純熱水液面以下，注入計量好的液體高純白磷，然后將加有白磷的內層高純石英管放置于水溫20℃中冷卻以固化白磷。

3.根據權利要求1所述的一種高純紅磷的生產方法，其特征在于：所述步驟二中，預熱至80℃-90℃后停止升溫，然后啟動真空泵進行抽真空操作，真空度可以控制在200毫米汞柱-400毫米汞柱，逐步將白磷表面的水分完全揮發(fā)。

4.根據權利要求1所述的一種高純紅磷的生產方法，其特征在于：所述步驟三中，從白磷水分完全蒸發(fā)繼續(xù)升溫到350℃-380℃范圍內，時間持續(xù)40小時，期間暫停加熱兩次。

5.根據權利要求1所述的一種高純紅磷的生產方法，其特征在于：所述步驟四中，啟動循環(huán)水泵，循環(huán)水進出不銹鋼密封壓力容器的夾套進行降溫，隨著溫度的下降，外層高純石英管內外壓差會發(fā)生變化，此時通過兩個自動控制調節(jié)閥的協(xié)同配合來自動釋放氮氣或補充氮氣的方式，使得石英管中內外壓差能始終控制在壓差0.1mpa以內。

6.根據權利要求1所述的一種高純紅磷的生產方法，其特征在于：所述步驟一中，所述不銹鋼管接頭伸出不銹鋼密封壓力容器的封頭后分別連接氮氣系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，所述不銹鋼密封壓力容器還設有氮氣充放口，所述氮氣充放口連接氮氣系統(tǒng)。

7.根據權利要求6所述的一種高純紅磷的生產方法，其特征在于：所述氮氣系統(tǒng)包括氮氣緩沖罐和氮氣瓶，所述真空系統(tǒng)包括真空緩沖罐和真空泵，所述氮氣瓶連接氮氣緩沖罐，所述氮氣緩沖罐通過管路分別連接氮氣充放口和不銹鋼管接頭，所述不銹鋼管接頭還并聯(lián)連接真空緩沖罐，所述真空緩沖罐通過真空泵連接排氣緩沖罐，所述排氣真空罐設有排氣口和氮氣補充口，氮氣補充口連接氮氣緩沖罐。

8.根據權利要求1所述的一種高純紅磷的生產方法，其特征在于：所述紅外電加熱器的導線伸出不銹鋼密封壓力容器并通過導線密封隔熱組件做密封隔熱處理。

技術總結
本發(fā)明涉及一種高純紅磷的生產方法，包括將高純白磷置于內層高純石英管中，待高純白磷冷卻固化后將內層高純石英管插入外層高純石英管內，在外層高純石英管開口安裝不銹鋼管接頭，將密閉的外層高純石英管插入紅外電加熱器內，紅外電加熱器塞入不銹鋼密封壓力容器后安裝封頭，不銹鋼密封壓力容器密閉；氮氣保護常壓狀態(tài)下高純白磷進行預熱液化，直至高純白磷水分蒸發(fā)完全；對外層高純石英管加壓并維持內外壓力平衡，升溫至350℃?380℃；待溫度降低至250℃以內，開始對不銹鋼密封壓力容器進行強制降溫出料。本發(fā)明采用嵌套式的內外層高純石英管，在內層高純石英管中出料，便于紅磷取出，在外層高純石英管內外均充入氮氣，保持外層高純石英管內外壓力平衡，保證安全性。

技術研發(fā)人員：劉靜忠,陳順滿,徐海圣,江國林
受保護的技術使用者：江蘇澄星磷化工股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2