电子化学品生产过程风险分析及安全措施

陈晶妮（江苏国恒安全评价咨询服务有限公司，江苏 南京 210000）

0 引言

半导体芯片和液晶面板产业发展迅速，对电子级化学品的需求逐年递增。半导体芯片和液晶面板的生产涉及近三百种电子化学品，一个产品未及时到位就会影响正常生产，然而我国电子化学品市场却面临着不容乐观的现状：几大国际巨头控制着绝大部分电子化学品市场，特别是高端市场上几乎形成了垄断，使得我国在用的高端产品几乎都依赖于进口。这种现状也造成了我国电子化学品制造成本高、成品昂贵的情况。

在不断增长的市场需求刺激下，国内诸多企业发力电子化学品市场，不断引进国外技术、创新研制办法，在整体上持续提高了国内电子化学品技术水平。但国内对电子化学品的不断探究也会带来一系列潜在的安全风险，例如，电子特气存在有诸多不稳定特质容易分解，具有强腐蚀性，在储存中易发生安全事故。要切实保障电子化学品生产的安全性，就需结合实际情况，了解并掌握相应的防护措施。

1 电子化学品概述

电子化学品，属于化工材料范畴，可应用于集成电路制造、工业控制系统制造，适用在军工、民用、科研等诸多领域。电子化学品主要分为湿电子化学品和电子特气。

（1）湿电子化学品

湿电子化学品又分为通用和功能性化学品，目前世界及我国的湿电子化学品产品通常执行SEMI国际标准。湿电子化学品是现代通信、现代电子信息技术和新能源等技术的重要关键化学材料，常应用在平板制造、半导体产品以及太阳能电池等行业，每种产品的应用情况各不相同，是电子工业的基础性材料。在国内8英寸及以上的集成电路芯片生产线中，需要进口的通用湿电子化学品主要有硫酸、氢氟酸、磷酸、盐酸、硝酸、过氧化氢、氨水、氯气等无机酸碱类以及异丙醇等有机溶剂类，常用的功能湿电子化学品主要有显影液、蚀刻液、剥离液、稀释液等。

（2）电子特气

电子特气，可分为电子大宗气体以及电子特种气体，是指在电子工业领域中使用到的气体，如氮气、氧气、氢气、氦气等，是电子工业的关键原料，也是工业气体中附加值较高的品种。与传统工业气体的区别是，电子特气气体纯度要求远远大于一般气体，气体的浓度一般要求在99.999 9%以上。电子特气，主要用于成膜（CVD等）、干式蚀刻、化学清洗、掺杂（离子注入、扩散）等加工工艺，是光纤、极大规模集成电路、平面显示器件、太阳能电池、化合物半导体器件等电子工业生产中不可或缺的基础和支撑性材料之一。

2 电子化学品生产现状及工艺原理

2.1 生产现状

2019年世界半导体、平板显示、太阳能电池三大应用市场使用湿电子化学品的市场规模约为510亿元，预计未来3年的年均增速约为7.3%。国内湿电子化学品的主要生产厂家有巴斯夫、联仕、Stella、森田、关东、瑞兆科等，国内湿电子化学品市场规模约为75亿元，进口替代趋势明显，逐步向高端演进，预计未来3年增速约为14.2%。

2019年世界电子特气市场规模约为480亿元，预计未来3年年均增速约为5.3%；国内电子特气主要生产厂家有大阳日酸、昭和电工、梅塞尔、法液空等。国内电子特气市场规模约为86亿元，进口替代趋势明显，逐步向高端演进，预计未来3年增速约为12.8%。

目前，国内已有生产企业生产的产品质量可满足中国液晶及12寸晶元的要求。例如江苏瑞兆科电子材料有限公司引进的ADEKA公司氯气工艺，其电子级氯气产品质量指标中氯含量可达到99.999%。其从宇部兴产株式会社引进的硫酸、氨水工艺，电子级硫酸产品质量指标中硫酸含量可达到98.5%±0.5%，电子级氨水产品质量指标中氨含量可达到29%±1%。

2.2 生产工艺原理

目前常见的电子化学品，如电子级硫酸、电子级氯气、电子级氨水、电镀液添加剂、电子级特气等，其常见的生产工艺原理如下：

（1）电子级硫酸

原料三氧化硫经气化过滤去除其中杂质后，用硫酸吸收，加入超纯水调整浓度，再进一步脱除其中二氧化硫杂质后得到电子级硫酸产品。

（2）电子级氯气

原料氯气进行一次精制（脱水、过滤、蒸馏），脱除水份及杂质（铁离子、颗粒等），将精制后的电子级液氯储存在成品罐中。通过对成品罐加温，利用罐内压力，从成品罐底部输送电子级液氯，经过二次精制（脱水、过滤），填充入专用容器。

（3）电子级氨水

液氨经气化后与超纯水在吸收塔进行混合，用超纯水吸收，得到电子级氨水。电子级氨水在塔内经过循环吸收、冷却，抽出部分循环液，进入产品储罐，经灌装得到电子级氨水产品。

（4）电镀液添加剂

原材料按配方的要求逐一投入混料槽，并开启搅拌器，使槽内物料彻底溶解、充分混合，从而均质化；将混料槽中已经均质化的料液用过滤循环泵打入过滤器进行加压过滤，以去除固体杂质，滤液重新返回混料槽中，如此循环过滤，直至滤液达到所需的要求。

（5）电子级特气

气体混配根据不同气体比例混合原理，将纯气与氢气、氩气、氮气、氦气等按客户需求比例进行混合，经调压、检测达到客户需求品质要求后，灌装钢瓶外运销售。

3 生产过程风险分析

（1）电子级硫酸生产过程中涉及的物料为三氧化硫液体、电子级硫酸。三氧化硫液体不可燃，具强腐蚀性、强刺激性；硫酸不可燃，但与易燃物质接触，可能生热起火，具有强腐蚀性；三氧化硫溶于水生成硫酸的过程放出大量的热，使水表面有很大水蒸汽分压；三氧化硫和水蒸汽分子迅速结合生成硫酸分子，由于来不及溶解在水里，在气相中即发生硫酸蒸汽过饱和现象而凝成酸雾，不仅使进一步吸收三氧化硫困难，而且也易引发安全事故。三氧化硫、电子级硫酸属于酸性腐蚀液体，对冷凝器等设备的材料会产生严重的腐蚀作用，从而导致三氧化硫液体、电子级硫酸物料从设备、管道、泵等处泄漏，引发人员灼伤、腐蚀、中毒事故。

（2）电子级氯气生产过程中涉及的物料为氯气。氯气本身为剧毒化学品，氧化性强。对氯气原料进行冷凝、蒸发预处理的初步精制，产生潮湿的氯气对气体过滤器等设备的材料会产生严重的腐蚀作用，从而可能导致氯气等有毒物料从设备、管道、泵等处泄漏，引发人员中毒事故。三氯化氮是一种极易爆炸的物质，在气相氯中含量为1，在液相氯中含量为6~10，所以当汽化器中液氯蒸发时，大部分氯化氮会留存在液氯残液中。随着不断的汽化，汽化器内的液氯总量越来越少，残留的三氯化氮含量随之越来越高，当三氯化氮的含量超过5%时，就存在爆炸的危险。

（3）电子级氨水生产过程中涉及的物料为液氨、氨水。液氨属于易燃有毒液体，会蒸发出氨气，当氨气与空气混合，会形成爆炸性混合物，一旦遇到明火或受到高热，很可能引起爆炸燃烧。液氨和氨水属于碱性腐蚀液体，对蒸发器、冷凝器等设备的材料会产生严重的腐蚀作用，从而可能导致液氨和氨水物料从设备、管道、泵等处泄漏，引发腐蚀、中毒事故，同时由于其可能产生爆炸性混合物，所以也会导致爆炸事故。

（4）电镀液添加剂生产过程中涉及的原材料一般有几十种，原材料按照配方比例投加，物料涉及易燃易爆、中毒窒息、腐蚀等危险。生产过程的主要危险过程是投料和搅拌过滤。①投料。在投料前，需要先进行抽料和泵打料等操作，物料中有易燃易爆物质，若抽料设备、管道密封性能差或发生破裂，就会使易燃液体外逸，发生燃爆危险。泵送投料过程中需要控制易燃液体的流速，否则会因产生大量静电的积累而发生火灾爆炸。易燃物料取料主要是通过抽料泵送到混料槽中，操作过程中可能会因泵体泄漏、管道破裂、操作失误造成混料槽物料满料等原因引起泄漏，如遇明火易发生火灾爆炸。输送泵多为离心泵，其泵芯若为普通碳钢，会因摩擦产生火花而发生火灾爆炸。②搅拌过滤。搅拌速度要考虑到安全防火问题，如果搅拌器和反应器内壁都是绝缘体且搅拌速度过快，则搅拌器内壁与物料快速相对运动，易产生静电并形成积聚，从而可能造成静电放电现象而引起物料燃烧爆炸。搅拌器与器壁若碰擦，会引起种种问题，进而发生事故。搅拌器若腐蚀断落，造成反应异常，易发生冲料、爆炸事故。

（5）电子级特气生产过程中涉及主要气体有氢气、氩气、氮气、氦气等。氢气有易燃易爆性，氩气、氮气、氦气有窒息性。在气体混配过程中发生气瓶泄漏容易引发火灾、爆炸、窒息等事故；气瓶充装前后气瓶不检验、漏检、误检等易导致火灾、爆炸的危险；超量充装可能发生气瓶超压爆炸。

4 安全措施

通用湿电子化学品如电子级硫酸、电子级氯气、电子级氨水的生产过程较简单，只涉及到化学品的纯化过程，如过滤、蒸馏等，不涉及化学反应。常用的功能湿电子化学品如电镀液添加剂，由多种原辅材料在密闭环境内进行物理混合。电子特气将不同气体按照比例混合，生产过程相对简单，因此需特别关注物料自身危险性，从而提出相应的安全措施，以下列举了几点较重要的安全措施。

（1）电子级硫酸、氯气、氨水在生产过程中涉及到氯气、氨气、三氧化硫等腐蚀性气体，因此所用设备必须防腐蚀，设备应保证严密不漏；在可能泄漏易燃易爆物质（液氨等）的场所内，应设可燃气体泄漏报警仪；在可能泄漏氯气、氨气、三氧化硫等有毒物质的场所内，应设有毒气体泄漏报警仪。

（2）液氯汽化器因汽化过程中容易积聚三氯化氮，需避免发生火灾爆炸。三氯化氮的沸点远比液氯的沸点高，随着液氯的不断汽化，液氯残液中剩余的三氯化氮浓度越来越大，如果浓度达到爆炸极限，则有可能发生危险，因此液氯汽化过程要在液氯未完全汽化时即停止反应，并将残液一起排放到液氯排污器中。另外，要避免三氯化氮温度过高，因此液氯汽化器的供热介质不能采用温度高于45 ℃的热水。

（3）电镀液添加剂在生产过程涉及易燃、易爆、有毒、腐蚀性物料作业，生产中应保持系统的密闭性。①在备料工序中，所用原料的现场生产存量应该以不超过一昼夜的用量为限。性质相抵触和灭火方法不同的原料应分开存放，配料时应仔细核实原料的品种、规格及数量。工作现场要保持通风良好，电气设备要防止高温，现场禁止明火，严格遵守动火作业规程。②生产车间部分采用人工投料，作业场所应设置安全通风措施，作业人员按要求配备安全防护用品。③同一设备生产多种产品时，为防止发生火灾、爆炸及中毒危险，在不同批次产品生产前，企业应严格按照安全操作规程的要求，对设备进行清洗、置换后方可投入生产使用。

（4）电子级特气在生产过程中涉及火灾、爆炸、窒息、中毒等气体，需重点关注以下措施：①混气过程中涉及到氢气易燃易爆气体，应设置防爆区，防爆区应该采用防爆墙进行分隔，防爆墙采用钢片纤维水泥复合板轻质抗爆墙，抗爆压力值不小2 000 kPa/m2。②在可能泄漏易燃易爆气体的场所内，应设可燃气体泄漏报警仪。在可能泄漏有毒气体的场所内，应设有毒气体泄漏报警仪。③钢瓶进入各充装区域前，均需进行抽真空处理，防止内部残存气体在充装过程中泄漏引起燃烧爆炸。④电子级特气充装过程中，管道接头采用金属面密封接头，先做气体检漏，高压测漏，再做抽真空负压侧漏，最后进行气体充装。⑤混配气的工艺排风管道设置阻火阀及吹扫装置，防止工艺尾气在排风管道内由于环境温度过高导致自燃。⑥防止气体泄漏，可设置手动阀，在气体探测器检测到气体泄漏信号时，通过手动阀门关闭该接口上游侧的管道。设置压力传感器与装置进行互锁，检测到超压时，联锁关闭装置。

5 结语

加强对电子化学品生产过程的安全防控，不仅在于提高生产过程的安全性，更是推进电子化学品行业高质量发展的有效途径。文章通过分析常见的电子化学品（电子级硫酸、氯气、氨水、电镀液添加剂、电子级特气）在生产过程中存在的风险，提出针对性的安全措施意见，希望防患于未然，最大化降低发生安全事故的机率。