專利名稱：處理含砷及砷化合物的廢氣的方法
技術領域：
本發明涉及半導體工業及研究中含砷及砷化合物的廢氣的處理方法。
在半導體科研及生產中，在采用如化學束外延(CBE)、金屬有機化合物氣相淀積(MOCVD)等方法進行含砷的半導體材料制備過程中，產生含有砷及砷化合物的廢氣。這些成份是有毒的，因此，廢氣必須經處理后才能排放。國家環保標準對排放廢氣中有毒氣體的含量有具體規定，處理后的廢氣必須達到這一標準才能排放。
處理含砷及砷化合物的廢氣的方法通常是用處理溶液對有毒成份進行吸收，而且通常是用氧化劑來吸收。吸收的方式有兩種，一種是鼓泡，一種是逆向噴淋。所謂鼓泡是將廢氣通入處理液的液面以下，在廢氣體壓力的作用下，氣體從處理液中溢出，所謂逆向噴淋是指氣體在逆向噴淋裝置中自下而上運動，而處理液自上而下噴淋下來與氣體接觸，進行反應。目前市場上銷售的此類廢氣的處理設備要么采用噴淋的方法，要么采用鼓泡的方法。
通常被處理廢氣中含有機油蒸汽，由于砷顆粒的周圍附著有油，使砷顆粒與處理液之間的接觸效率下降，從而影響處理效果。而且油進入處理液中，還使處理液的使用壽命縮短。現有的處理的另一個缺點是有發生砷烷爆炸的可能。廢氣中含有砷烷，當其濃度達到一定，如遇到空氣就會發生自爆，在現有技術的噴淋方法中，空氣有可能沿廢氣通道的逆向進入處理裝置，與未經處理的廢氣接觸，可能發生砷烷爆炸。此外，廢氣中含有較大的顆粒，而且在處理過程中會在裝置內生成一些固體物質，使得廢氣通道有發生堵塞的可能，在現有技術中沒有合適的措施來防止堵塞時可能帶來的危害。
由于現有技術所采用處理液的成份和配比，也使得廢氣中砷和砷化合物含量較高時的處理效果不好，而且處理液的使用壽命也較短。
本發明的目的是提供一種新的、處理效果更好而且安全的處理含砷及砷化合物廢氣的方法。
本發明是這樣實現的。采用油分離、過壓保護及報警、逆向噴淋與鼓泡相結合、多級處理的方法。首先使有毒廢氣進入一個油分離裝置，去除廢氣中的油蒸汽，接著將廢氣通入KIO3、KI、H2SO4混合溶液中進行鼓泡，即將廢氣通入處理液液面以下，使廢氣靠自身壓力從處理液中溢出，之后采用同一處理液進行逆向噴淋，然后采用CuSO4、H2SO4混合溶液對廢氣進行第二級逆向噴淋處理，再采用KMnO4、NaOH混合溶液對廢氣進行第三級逆向噴淋。如果廢氣通道發生堵塞，廢氣將通過過壓保護及報警裝置，進入活性碳吸附裝置。
采用上述方法處理含有砷及砷化合物的廢氣之后，廢氣中有毒成份As2、As4、AsH3的含量小于0.04mg/m3，達到國家環保標準，而且不會發生砷烷自爆。當廢氣通道發生堵塞時，不會發生廢氣泄漏于空氣中的情況，因而更安全。同時處理液的平均使用壽命從現有技術的一個月提高到三個月。
下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步說明。
圖1含砷及砷化合物廢氣處理方法示意中，1、油分離裝置2、過壓保護及報警裝置3、活性碳吸附裝置4、第一級處理箱5、第二級處理箱6、第三級處理箱7、排放尾氣毒性監測及報警裝置8、過壓報警裝置9、第一級逆向噴淋裝置10、第二級逆向噴淋裝置11、第三級逆向噴淋裝置含有砷及砷化合物的有毒廢氣首先被通入油分離裝置1中，去除廢氣中的機油蒸汽，以提高后續處理過程的效率。接著，廢氣被通入盛有KIO3、KI、H2SO4混合溶液的第一級處理箱4中的液面以下進行鼓泡，在此過程中，廢氣中的有毒成份與處理液發生反應。其中的砷烷也被吸收掉大部分，廢氣從處理液中溢出以后，即使接觸到沿管道逆向流進來的空氣，由于砷烷的濃度已經很小，不會發生砷烷自爆。
廢氣在自身壓力作用下，從處理液中溢出以后，向上進入第一級逆向噴淋裝置9，第一級處理箱4中的處理液在泵的作用下被提升到所述裝置9的上部，然后自上而下噴淋下來再回到第一級處理箱4中，如此循環。在所述逆向噴淋裝置9中，自上而下噴淋的處理液與自下而上運動的廢氣接觸，發生反應從而吸收廢氣中的有毒成份。
經第一級鼓泡、噴淋處理之后的廢氣從逆向噴淋裝置9的上部經管道進入第二級處理箱5。廢氣不再通入第二級處理箱5中的處理液的液面之下，而是沿液面上方直接進入第二級逆向噴淋裝置10中。第二級處理箱5中盛有CuSO4和H2SO4混合溶液作為處理液。與第一級噴淋處理的過程一樣，該處理液在泵的作用下被提升到所述裝置10的上部然后在裝置中自上而下噴淋下來與自下而上運動的廢氣接觸后回到第二級處理箱5中，如此循環。
廢氣從第二級逆向噴淋處理箱10的上部經管道進入第三級處理箱6中，沿盛于該處理箱中的KMnO4、NaOH混合溶液液面之上進入第三級逆向噴淋裝置11下部，與前兩級逆向噴淋處理過程一樣，KMnO4、NaOH溶液在第三級逆向噴淋裝置11中噴淋與廢氣接觸進行反應，處理液再回到處理箱6中進行循環。
最后，廢氣由所述裝置11的上部經管道排出，在出口處設有排放尾氣毒性檢測報警裝置7，以檢測廢氣中有毒成份的含量，并在超標時報警。
上述各種處理液對砷及砷化合物進行處理的原理是這樣的。經分析，廢氣中砷的存在形式是As2、As4、AsH3，這些成份與處理液的反應原理如下
在前述處理過程中，一旦廢氣通道發生堵塞，未經鼓泡、噴淋處理的廢氣將進入過壓保護及報警裝置2中，該裝置在正常情況下開閉，當氣體壓力增加至一定限度時自動開氣體通道并發生報警，廢氣由此進入活性碳吸附裝置3中，由活性碳來吸收廢氣中的有毒成份，以便有時間處理堵塞或采取其它措施。在活性碳吸附裝置3的氣體出口處設有過壓報警裝置8，當有廢氣由此排出，該裝置將發出報警。
在本發明的一個最佳實施例中，各種處理液的濃度是這樣的。盛于第一級處理箱中的溶液為KIO3、KI、飽和溶液，1％-5％H2SO4溶液；盛于第二級處理箱5中的溶液為1％-5％CuSO4溶液和1％-5％H2SO4溶液；盛于第三級處理箱6中的溶液為1％-5％NaOH溶液和1％-5％KMnO4溶液。
前述的第二級逆向噴淋處理和第三級逆向噴淋處理的先后次序是可以交換的。即，也可以先用KMnO4、NaOH溶液時廢氣進行處理，再用CuSO4、H2SO4溶液進行處理。
權利要求
1.一種處理含砷及砷化合物的廢氣的方法，其特征在于，它包括下列步驟①首先去除廢氣中含有的油蒸氣；②然后將廢氣通入含有1％-5％H2SO4溶液和飽和KIO3、KI溶液的混合溶液的液面以下進行鼓泡處理；③廢氣從所述混合溶液中溢出后自下而上進入第一級逆向噴淋裝置，而所述混合溶液在該裝置中自上而下噴淋并與廢氣接觸對廢氣中的砷及砷化合物進行吸收；④而后廢氣被導入第二級逆向噴淋裝置中自下而上運動，含有濃度為1％-5％H2SO4和1％-5％CuSO4溶液的處理液在所述第二級逆向噴淋裝置中自上而下噴淋與廢氣接觸對廢氣進行處理；⑤最后，廢氣被導入第三級逆向噴淋裝置中自下而上運動，含有濃度為1％-5％KMnO4和1％-5％NaOH溶液的處理液在所述第三級逆向噴淋裝置中自上而下噴淋并與廢氣接觸對廢氣進行處理；⑥此后廢氣被排出。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于可以調換所述④和⑤的步驟，先采用所述含有KMnO4和NaOH的處理液對廢氣進行處理，再采用所述含有CuSO4和H2SO4的處理液對廢氣進行處理。
3.如權利要求1或權利要求2所述的方法，其特征在于，未經處理的廢氣體可經另一通道進入一個在正常時關閉、當壓力增大至一定限度時自動開通通道并報警的過壓保護及報警裝置，并可以由此裝置進入活性碳吸附裝置被處理。
全文摘要
本發明公開了一種處理半導體工藝中產生的含砷及砷化合物的廢氣的方法。首先去除廢氣中的油蒸汽，然后用KIO
文檔編號B01D53/46GK1139588SQ96104510
公開日1997年1月8日 申請日期1996年4月11日 優先權日1996年4月11日
發明者聞瑞梅, 劉任重, 鄧禮生, 梁駿吾 申請人:中國科學院半導體研究所