硫酸电解装置以及硫酸电解方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通过电解硫酸来制造含有大量氧化性物质的硫酸的装置，该装置通过在电解装置内生成温度和浓度得到控制的稀释硫酸、并在温度得到控制的条件下对该稀释硫酸进行电解，从而高效且安全地生成含有大量氧化性物质的电解硫酸。本发明专利技术涉及硫酸电解装置以及硫酸电解方法，该硫酸电解装置具有阳极侧电解部和阴极侧电解部，其中，至少在阳极侧电解部内设置有稀释作为供给原料的浓硫酸并将稀释后的硫酸调整至所需的温度和浓度的阳极侧稀释硫酸生成回路(A)、和将该稀释硫酸生成回路(A)中生成的稀释硫酸电解而生成电解硫酸并将生成的电解硫酸调整至所需的温度和浓度的阳极侧电解硫酸生成回路(B)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过将硫酸电解来进行含有大量氧化性物质的电解硫酸的制造的。具体地，涉及通过在硫酸电解装置内生成温度和浓度得到控制的稀释硫酸、进而对该温度和浓度得到控制的稀释硫酸进行电解，来高效且安全地生成含氧化性物质的电解硫酸的 。
技术介绍
以往，作为金属电镀的前处理剂或蚀刻剂、半导体设备制造中的化学机械研磨处理中的氧化剂、湿式分析中有机物的氧化剂、硅晶片的洗涤剂等在各种制造工艺、检查工艺中使用的药剂，使用了过硫酸。该过硫酸被称作“氧化性物质”，已知由硫酸电解而生成，并已经实现了工业规模的电解制造。在本专利技术中，所述“氧化性物质”是指过二硫酸、过一硫酸等过硫酸、过氧化氢，所述“电解硫酸”是指通过对硫酸进行电解而制造的产品，其包含上述氧化性物质以及未反应的硫酸。在硫酸电解装置中生成的包含氧化性物质以及未反应的硫酸的电解硫酸(以下简称为“电解硫酸”)在半导体制造工序中用于除去抗蚀剂、污染有机物、污染金属等。对于这些用途，已知氧化性物质浓度越高则除去效果越好，因此对硫酸电解装置有下述要求:能够生成含有更高浓度氧化性物质的电解硫酸、通过电解而生成氧化性物质的效率更高、以及生成的氧化性物质的分解性低。在硫酸电解中，为了生成含有高浓度氧化性物质的电解硫酸、进一步提高因电解生成氧化性物质的效率、降低该氧化性物质的分解性，要求向硫酸电解装置供给调整至所需浓度的低浓度的硫酸。然而，一般而言，硫酸以98%或96%的浓硫酸的形式销售，因而，为了向硫酸电解装置供给浓度经过调整的稀释的低浓度硫酸(也称为稀释硫酸)，有必要在工厂的药液供给设备中新建专用的贮留罐、供给管路，这种情况需要高额的设备成本。此外，与浓硫酸相比，低浓度硫酸的体积较大，因此存在如下问题:与运送浓硫酸相比，药品的运送成本也增加。如果能够在硫酸电解装置内高效地调整硫酸浓度，则可以将设备成本、运送成本等制备稀释硫酸所需的成本抑制在最小限度，同时可以实现电解低浓度硫酸从而高效地生成氧化性物质的硫酸电解。此外，如果能够尽可能使构成由浓硫酸生成稀释硫酸的机构、以及由稀释硫酸生成含氧化性物质的电解硫酸的机构的机器以及线路达到通用化，则能够实现硫酸电解装置的小型化以及简易化。专利文献I记载了在电解槽中电解硫酸而生成过硫酸的技术，其0011段中记载了下述内容:“通过使用于生成过硫酸的硫酸为浓度范围在2~llmol/L内的低浓度硫酸，能够提高过硫酸的生成效率”。专利文献2中提出了过硫酸供给系统，其0026段记载了下述内容:“就供给至电解反应装置中的电解液的硫酸浓度范围，通过使之为10~18M(mol/L)的低浓度硫酸，能够提高过硫酸的生成效率”。专利文献3的0012段以及0018段中记载了一种方法，其是“通过使用不同浓度的硫酸作为电解液，从而在提高用于生成电解硫酸的电流效率的同时，高效且稳定地生成氧化性物质的方法”。然后，专利文献I~3所记载的方法中尽管公开了可通过电解低浓度的硫酸来实现高效率的生成，但并未公开关于硫酸的浓度调整方法。为了制造低浓度的稀释硫酸，一般有必要将浓硫酸与纯水混合来适宜调整硫酸浓度，但在将硫酸与纯水混合时，会产生大量的稀释热，进而出现暴沸或大量地产生归因于稀释热的蒸汽、雾。因此，存在的问题是:如果对于来自进行硫酸浓度调整的罐、设备的排气不加任何处理地就与排气设备、除害设备连接，则排气设备、除害设备中会混入硫酸，由此会直接导致腐蚀、性能劣化。作为除去由电解反应装置产生的电解气体中所含的硫酸的方法，专利文献4中公开了一种气液分离机构。但是，尽管其装置内进行硫酸浓度调整时产生的蒸汽、雾中的硫酸比电解气体中所含的硫酸更多，但对于进行硫酸浓度调整时产生的蒸汽以及雾的除去并未做公开，对于硫酸浓度调整方法也未公开。专利文献5中有关于将洗涤中使用过的硫酸再浓缩后、进行稀释以及冷却、并进行再电解来生成过硫酸的方法的记载，但需要将以低浓度供给的洗涤中使用过的硫酸暂时浓缩，因而，清洁性不同，并且还存在安全性方面的问题。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2008-66464号公报专利文献2:日本特开2008-111`184号公报专利文献3:日本特开2010-34521号公报专利文献4:日本特开2007-262532号公报专利文献5:日本特开2008-244310号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术的目的在于提供一种，其能够除去将浓硫酸稀释成低浓度的硫酸时产生的稀释热以及电解时产生的热，调整能够高效地生成氧化性物质的电解条件，抑制归因于稀释热的雾、蒸汽的产生，并将混入排气系统的雾、蒸汽带来的硫酸等的凝结液滴也从排气系统除去，更高效地电解生成氧化性物质，长期安全且稳定地工作。解决问题的方法为了解决上述问题，本专利技术提供一种硫酸电解装置，在具有阳极侧电解部20和阴极侧电解部23的硫酸电解装置I中，至少在阳极侧电解部20内设置有稀释作为供给原料的浓硫酸并将稀释后的稀释硫酸调整至所需的温度和浓度的阳极侧稀释硫酸生成回路A、以及将该稀释硫酸生成回路A中生成的稀释硫酸电解而生成电解硫酸并将生成的电解硫酸调整至所需的温度和浓度的阳极侧电解硫酸生成回路B ;上述阳极侧稀释硫酸生成回路A中，阳极侧罐31、阳极侧浓硫酸供给部32及阳极侧冷却器34依次配置，它们通过阳极侧旁通管路36连结而形成回路，而且，在该回路A内的任意部位连接有能够向回路A内供给纯水的阳极侧纯水供给管路10，此外，还连接有用于实现向上述阳极侧浓硫酸供给部32供给浓硫酸的阳极侧浓硫酸供给管路27 ;上述阳极侧电解硫酸生成回路B中，上述阳极侧罐31与电解槽2中的内部设置有阳极3的阳极室4通过阳极侧循环管路37连结而形成回路，所述电解槽2包含通过隔膜5而形成的阳极室4阴极室7 ;从上述阳极侧浓硫酸供给管路27供给至阳极侧浓硫酸供给部32的浓硫酸被从上述阳极侧纯水供给管路10供给的纯水稀释，且稀释后的低浓度硫酸在上述回路A内循环期间被调整至所需的温度和浓度，生成调整为所需温度和浓度的稀释硫酸；生成的稀释硫酸经由构成上述回路B的阳极侧循环管路37供给至上述电解槽2的阳极室4，在该阳极室4中生成电解硫酸，且生成的电解硫酸在上述回路B内循环期间被调整至所需的温度和浓度，生成调整为所需温度和浓度的电解硫酸。此外，本专利技术的第2解决方式是提供一种上述硫酸电解装置，其进一步在所述阴极侧电解部23的装置内设置有稀释作为供给原料的浓硫酸而得到低浓度的硫酸并将该低浓度的硫酸调整至所需的温度和浓度的阴极侧稀释硫酸生成回路A’、以及将该稀释硫酸生成回路A’中生成的稀释硫酸通液至阴极室7内并使之循环的阴极侧电解回路B’；阴极侧稀释硫酸生成回路A’中，阴极侧罐38、阴极侧浓硫酸供给部39及阴极侧冷却器41依次配置，它们通过阴极侧旁通管路43连结而形成回路，而且，在该回路A’内的任意部位连接有能够向回路A’内供给纯水的阴极侧纯水供给管路12，此外，还连接有用于实现向上述阴极侧浓硫酸供给部39供给浓硫酸的浓硫酸供给管路29 ;阴极侧电解回路B’中，上述阴极侧罐38与电解槽2中的内部设置有阴极6的阴极室7通过阴极侧循环管路44连结而形成回路，所述电解槽2包含通过隔膜5而形成的阳极室4阴极室7 ;从阴极侧浓硫酸供给管路29供给至阴极侧浓硫酸供给本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫酸电解装置，该硫酸电解装置(1)具有阳极侧电解部(20)和阴极侧电解部(23)，其中，至少在阳极侧电解部(20)内设置有阳极侧稀释硫酸生成回路(A)和阳极侧电解硫酸生成回路(B)，所述阳极侧稀释硫酸生成回路(A)稀释作为供给原料的浓硫酸，并将稀释后的硫酸调整至所需的温度和浓度，所述阳极侧电解硫酸生成回路(B)将该稀释硫酸生成回路(A)中生成的稀释硫酸电解而生成电解硫酸，并将生成的电解硫酸调整至所需的温度和浓度，所述阳极侧稀释硫酸生成回路(A)中，依次配置有阳极侧罐(31)、阳极侧浓硫酸供给部(32)及阳极侧冷却器(34)，它们通过阳极侧旁通管路(36)连结而形成回路，并且，在该回路(A)内的任意部位连接有能够向回路(A)内供给纯水的阳极侧纯水供给管路(10)，此外，还连接有用于实现向所述阳极侧浓硫酸供给部(32)供给浓硫酸的阳极侧浓硫酸供给管路(27)，所述阳极侧电解硫酸生成回路(B)中，所述阳极侧罐(31)与电解槽(2)中的内部设置有阳极(3)的阳极室(4)通过阳极侧循环管路(37)连结而形成回路，所述电解槽(2)包含阳极室(4)阴极室(7)，该阳极室(4)阴极室(7)是通过隔膜(5)而形成的，从所述阳极侧浓硫酸供给管路(27)供给至阳极侧浓硫酸供给部(32)的浓硫酸被从所述阳极侧纯水供给管路(10)供给的纯水稀释，并且，稀释后的低浓度的硫酸在所述回路(A)内循环期间被调整至所需的温度和浓度，生成调整为所需温度和浓度的稀释硫酸，生成的稀释硫酸经由构成所述回路(B)的阳极侧循环管路(37)被供给至所述电解槽(2)的阳极室(4)，在该阳极室(4)中生成电解硫酸，并且，生成的电解硫酸在所述回路(B)内循环期间被调整至所需的温度和浓度，生成调整为所需温度和浓度的电解硫酸。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.08 JP 2011-0497211.一种硫酸电解装置，该硫酸电解装置(I)具有阳极侧电解部(20)和阴极侧电解部(23)，其中， 至少在阳极侧电解部(20)内设置有阳极侧稀释硫酸生成回路(A)和阳极侧电解硫酸生成回路(B)，所述阳极侧稀释硫酸生成回路(A)稀释作为供给原料的浓硫酸，并将稀释后的硫酸调整至所需的温度和浓度，所述阳极侧电解硫酸生成回路(B)将该稀释硫酸生成回路(A)中生成的稀释硫酸电解而生成电解硫酸，并将生成的电解硫酸调整至所需的温度和浓度， 所述阳极侧稀释硫酸生成回路(A)中，依次配置有阳极侧罐(31)、阳极侧浓硫酸供给部(32)及阳极侧冷却器(34)，它们通过阳极侧旁通管路(36)连结而形成回路，并且，在该回路(A)内的任意部位连接有能够向回路(A)内供给纯水的阳极侧纯水供给管路(10)，此外，还连接有用于实现向所述阳极侧浓硫酸供给部(32)供给浓硫酸的阳极侧浓硫酸供给管路(27)， 所述阳极侧电解硫酸生成回路(B)中，所述阳极侧罐(31)与电解槽(2)中的内部设置有阳极(3)的阳极室(4)通过阳极侧循环管路(37)连结而形成回路，所述电解槽(2)包含阳极室(4)阴极室(7)，该阳极室(4)阴极室(7)是通过隔膜(5)而形成的， 从所述阳极侧浓硫酸供给管路(27)供给至阳极侧浓硫酸供给部(32)的浓硫酸被从所述阳极侧纯水供给管路(10)供给的纯水稀释，并且，稀释后的低浓度的硫酸在所述回路(A)内循环期间被调整至所需的温度和浓度，生成调整为所需温度和浓度的稀释硫酸， 生成的稀释硫酸经由构成所述回路(B)的阳极侧循环管路(37)被供给至所述电解槽(2)的阳极室(4)，在该阳极室(4)中生成电解硫酸，并且，生成的电解硫酸在所述回路(B)内循环期间被调整至所需的温度和浓度，生成调整为所需温度和浓度的电解硫酸。2.根据权利要求1所述的硫酸电解装置，其进一步在所述阴极侧电解部(23)的装置内设置有阴极侧稀释硫酸生成回路(A’ )和阴极侧电解回路(B’)，所述阴极侧稀释硫酸生成回路(A’ )稀释作为供给原料的浓硫酸而得到低浓度的硫酸，并将该低浓度的硫酸调整至所需的温度和浓度，所述阴极侧电解回路(B’)使该稀释硫酸生成回路(A’)中生成的稀释硫酸循环至阴极室(7)内， 阴极侧稀释硫酸生成回路(A’ )中，依次配置有阴极侧罐(38)、阴极侧浓硫酸供给部(39)及阴极侧冷却器(41)，它们通过阴极侧旁通管路(43)连结而形成回路，并且，在该回路(A’ )内的任意部位连接有能够向回路(A’ )内供给纯水的阴极侧纯水供给管路(12)，此外，还连接有用于实现向所述阴极侧浓硫酸供给部(39)供给浓硫酸的浓硫酸供给管路(29)， 阴极侧电解回路(B’ )中，所述阴极侧罐(38)与电解槽(2)中的内部设置有阴极(6)的阴极室(7)通过阴极侧循环管路(44)连结而形成回路，所述电解槽(2)包含阳极室(4)阴极室(7)，该阳极室(4)阴极室(7)是通过隔膜(5)而形成的， 从阴极侧浓硫酸供给管路(29)供给至阴极侧浓硫酸供给部(39)的浓硫酸被从所述阴极侧纯水供给管路(12)供给的纯水稀释，且稀释后的低浓度的硫酸在所述回路(A’ )内循环期间被调整至所需的温度和浓度，生成调整为所需温度和浓度的稀释硫酸， 生成的稀释硫酸经由构成所述回路(B’)的阴极侧循环管路(44)被供给至电解槽(2)的阴极室(7)，在于回路(B’ )内循环期间进行温度和浓度经过调整的稀释硫酸的电解。3.根据权利要求1所述的硫酸电解装置，其中，在所述阳极侧罐(31)上部，经由阳极气体通风管路(102)以依次串联连通的方式连接有阳极侧气液分离机构(91)及阳极侧湿气分离器(92)，该阳极侧气液分离机构(91)...

【专利技术属性】
技术研发人员：土门宏纪，藤井宏治，小坂纯子，加藤昌明，
申请(专利权)人：氯工程公司，
类型：
国别省市：