高纯元素制备(preparation of high purity element)

用材料超提纯 技术制备单体元素材料。高纯元素在工业上是指纯度在5个“9”(5N)以上的元素材料，常用的有硼、铝、镓、铟、锡、铅、磷、砷、锑、铜、铋、硫、硒、碲、银、金、锌、镉、汞、铂、钯等20余种。主要用作化合物半导体材料的合成、半导体材料掺杂、半导体器件制备及原子能工业等。常用的方法有电解精炼、卤化物精馏还原、区熔提纯、直拉法单晶生长、真空蒸馏等。下面介绍一些主要高纯元素的制备工艺。

(1)镓的提纯。3N的冶金级镓中主要杂质是铝、铜、铁、镁、硅、锌、铅、氧和氯等。较为成熟的提纯方法是酸洗碱溶液电解一真空蒸馏。提纯流程为:

用电解法或区熔提纯的方法亦可得到6N的镓。制备7N以上的镓需用直拉法单晶生长进行提纯。

(2)砷的提纯。砷中的主要杂质是硫、硒、碲、铅、锌、铜、钙、碳、硅、银、铁等。较为成熟的提纯方法是氯化一精馏一还原。工艺流程为：

AsCl₃的沸点仅130℃，与大多数金属的氯化物的沸点相差较大，简单的精馏效果就能分离大部分杂质。

此外还有碳还原法、铅砷合金法和熔盐(C₆H₅NHAsCl₄)电解法，都可以得到6N的砷。

(3)硼的提纯。较为成熟的提纯方法是将工业纯的硼经氯化一精馏一氢还原，可得到5～6N的硼，再经区熔可进一步提高纯度。

(4)锑的提纯。锑中主要杂质是铜、镁、钙、锌、硫、砷等。目前较为成熟的提纯方法是氯化-精馏-氢还原。SbCl₃的沸点为220℃，与大多数金属氯化物的沸点差别较大，精馏效果显著，尤其对用其他方法不易除去的砷。这样的工艺可获得5～6N的锑。此外真空蒸馏一区熔工艺效果也好。因为除砷外，区熔对锑中的其他金属的提纯都十分有效，可得到7N的锑。

(5)磷的提纯。磷中主要杂质是硅、硫、碳、砷、硒、碲、铁等。工业纯的磷经酸、碱洗涤后，直接蒸馏，可获得5N的磷，采用氢载磷蒸气进行热分解，进一步除硒、碲和碳等，可得到6N的磷。采用5N的磷经氯化、精馏和氢还原，可提纯到6N。区熔提纯也是有效的方法之一。

(6)铝的提纯。铝中主要杂质为铁、铜、钙、镁、锰、硅、锌等。铝的提纯方法较多，主要有真空升华与蒸馏、电解或区熔，都可得到5～6N的高纯铝。

(7)铟的提纯。铟中主要杂质如铜、铅、镉、锌、铁、铋、砷、铊、硫和碳等。铟的提纯方法较多，如氯化蒸馏、真空蒸馏、电解、汞齐电解、萃取、区熔等，都可得到5～6N的铟。较为成熟的工艺是氯化-岐化法，可得到6N的铟，若进一步采用中频真空蒸馏-直拉法生长单晶方法，可得到7N的铟。

(8)硫的提纯。硫中主要杂质是硒、砷、硅、碳、铁、铜、锌等。可采用酸洗、蒸馏、萃取等方法提纯。较为有效的方法是二次蒸馏，可得到6N的硫。

(9)碲的提纯。碲中主要杂质为银、铜、硒、钙、镁等。采用物理方法提纯效果相当好。多次真空蒸馏或升华可获得4N以上的碲。再用区熔工艺或直拉法生长单晶，可得到7N的高纯碲。

(10)镉的提纯。镉中主要杂质为铁、铝、银、镁、铊、锑、铅、锌等。采用真空蒸馏、真空升华和区熔等方法可得到6N的镉。多次蒸馏、蒸馏-区熔和直拉提纯等方法可得到7N的镉。

(11)汞的提纯。利用汞的蒸气压，采用真空蒸馏即可得到7N的汞