处理含砷及砷化合物的废气的方法 本发明涉及半导体工业及研究中含砷及砷化合物的废气的处理方法。
在半导体科研及生产中，在采用如化学束外延(CBE)、金属有机化合物气相淀积(MOCVD)等方法进行含砷的半导体材料制备过程中，产生含有砷及砷化合物的废气。这些成份是有毒的，因此，废气必须经处理后才能排放。国家环保标准对排放废气中有毒气体的含量有具体规定，处理后的废气必须达到这一标准才能排放。
处理含砷及砷化合物的废气的方法通常是用处理溶液对有毒成份进行吸收，而且通常是用氧化剂来吸收。吸收的方式有两种，一种是鼓泡，一种是逆向喷淋。所谓鼓泡是将废气通入处理液的液面以下，在废气体压力的作用下，气体从处理液中溢出，所谓逆向喷淋是指气体在逆向喷淋装置中自下而上运动，而处理液自上而下喷淋下来与气体接触，进行反应。目前市场上销售的此类废气的处理设备要么采用喷淋的方法，要么采用鼓泡的方法。
通常被处理废气中含有机油蒸汽，由于砷颗粒的周围附着有油，使砷颗粒与处理液之间的接触效率下降，从而影响处理效果。而且油进入处理液中，还使处理液的使用寿命缩短。现有的处理的另一个缺点是有发生砷烷爆炸地可能。废气中含有砷烷，当其浓度达到一定，如遇到空气就会发生自爆，在现有技术的喷淋方法中，空气有可能沿废气通道的逆向进入处理装置，与未经处理的废气接触，可能发生砷烷爆炸。此外，废气中含有较大的颗粒，而且在处理过程中会在装置内生成一些固体物质，使得废气通道有发生堵塞的可能，在现有技术中没有合适的措施来防止堵塞时可能带来的危害。
由于现有技术所采用处理液的成份和配比，也使得废气中砷和砷化合物含量较高时的处理效果不好，而且处理液的使用寿命也较短。
本发明的目的是提供一种新的、处理效果更好而且安全的处理含砷及砷化合物废气的方法。
本发明是这样实现的。采用油分离、过压保护及报警、逆向喷淋与鼓泡相结合、多级处理的方法。首先使有毒废气进入一个油分离装置，去除废气中的油蒸汽，接着将废气通入KIO3、KI、H2SO4混合溶液中进行鼓泡，即将废气通入处理液液面以下，使废气靠自身压力从处理液中溢出，之后采用同一处理液进行逆向喷淋，然后采用CuSO4、H2SO4混合溶液对废气进行第二级逆向喷淋处理，再采用KMnO4、NaOH混合溶液对废气进行第三级逆向喷淋。如果废气通道发生堵塞，废气将通过过压保护及报警装置，进入活性碳吸附装置。
采用上述方法处理含有砷及砷化合物的废气之后，废气中有毒成份As2、As4、AsH3的含量小于0.04mg/m3，达到国家环保标准，而且不会发生砷烷自爆。当废气通道发生堵塞时，不会发生废气泄漏于空气中的情况，因而更安全。同时处理液的平均使用寿命从现有技术的一个月提高到三个月。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
图1含砷及砷化合物废气处理方法示意图
图中，1、油分离装置
2、过压保护及报警装置
3、活性碳吸附装置
4、第一级处理箱
5、第二级处理箱
6、第三级处理箱
7、排放尾气毒性监测及报警装置
8、过压报警装置
9、第一级逆向喷淋装置
10、第二级逆向喷淋装置
11、第三级逆向喷淋装置
含有砷及砷化合物的有毒废气首先被通入油分离装置1中，去除废气中的机油蒸汽，以提高后续处理过程的效率。接着，废气被通入盛有KIO3、KI、H2SO4混合溶液的第一级处理箱4中的液面以下进行鼓泡，在此过程中，废气中的有毒成份与处理液发生反应。其中的砷烷也被吸收掉大部分，废气从处理液中溢出以后，即使接触到沿管道逆向流进来的空气，由于砷烷的浓度已经很小，不会发生砷烷自爆。
废气在自身压力作用下，从处理液中溢出以后，向上进入第一级逆向喷淋装置9，第一级处理箱4中的处理液在泵的作用下被提升到所述装置9的上部，然后自上而下喷淋下来再回到第一级处理箱4中，如此循环。在所述逆向喷淋装置9中，自上而下喷淋的处理液与自下而上运动的废气接触，发生反应从而吸收废气中的有毒成份。
经第一级鼓泡、喷淋处理之后的废气从逆向喷淋装置9的上部经管道进入第二级处理箱5。废气不再通入第二级处理箱5中的处理液的液面之下，而是沿液面上方直接进入第二级逆向喷淋装置10中。第二级处理箱5中盛有CuSO4和H2SO4混合溶液作为处理液。与第一级喷淋处理的过程一样，该处理液在泵的作用下被提升到所述装置10的上部然后在装置中自上而下喷淋下来与自下而上运动的废气接触后回到第二级处理箱5中，如此循环。
废气从第二级逆向喷淋处理箱10的上部经管道进入第三级处理箱6中，沿盛于该处理箱中的KMnO4、NaOH混合溶液液面之上进入第三级逆向喷淋装置11下部，与前两级逆向喷淋处理过程一样，KMnO4、NaOH溶液在第三级逆向喷淋装置11中喷淋与废气接触进行反应，处理液再回到处理箱6中进行循环。
最后，废气由所述装置11的上部经管道排出，在出口处设有排放尾气毒性检测报警装置7，以检测废气中有毒成份的含量，并在超标时报警。
上述各种处理液对砷及砷化合物进行处理的原理是这样的。经分析，废气中砷的存在形式是As2、As4、AsH3，这些成份与处理液的反应原理如下：
在前述处理过程中，一旦废气通道发生堵塞，未经鼓泡、喷淋处理的废气将进入过压保护及报警装置2中，该装置在正常情况下开闭，当气体压力增加至一定限度时自动开气体通道并发生报警，废气由此进入活性碳吸附装置3中，由活性碳来吸收废气中的有毒成份，以便有时间处理堵塞或采取其它措施。在活性碳吸附装置3的气体出口处设有过压报警装置8，当有废气由此排出，该装置将发出报警。
在本发明的一个最佳实施例中，各种处理液的浓度是这样的。盛于第一级处理箱中的溶液为KIO3、KI、饱和溶液，1％-5％H2SO4溶液；盛于第二级处理箱5中的溶液为：1％-5％CuSO4溶液和1％-5％H2SO4溶液；盛于第三级处理箱6中的溶液为：1％-5％NaOH溶液和1％-5％KMnO4溶液。
前述的第二级逆向喷淋处理和第三级逆向喷淋处理的先后次序是可以交换的。即，也可以先用KMnO4、NaOH溶液时废气进行处理，再用CuSO4、H2SO4溶液进行处理。