电子级试剂(高纯盐酸、高纯硝酸、高纯氢氟酸、高纯过氧化氢、高纯氨水)是半导体、光伏、液晶显示、LED(发光二极管)制造中湿法蚀刻、清洗、显影的关键化学品,金属杂质(Fe、Cu、Ni、Cr、Pb、Na、K)含量需控制在ppb(10⁻⁹)至ppt(10⁻¹²)级别(SEMI国际半导体设备与材料组织标准G1-G5)。工业级试剂(金属杂质ppm-ppb级)需经进一步纯化才能达到电子级。生石灰(高纯CaO)及其衍生物(Ca(OH)₂、CaCO₃)可作为沉淀剂、吸附剂,去除工业酸(HCl、HNO₃、HF)中的金属离子和硅化物。石灰本身(CaO)须达到电子级纯度(金属杂质<1ppm),否则会引入新的污染。

高纯盐酸(HCl,半导体级)的生产工艺:工业合成盐酸(31%-36%,金属杂质Fe 0.5-5ppm,Cu 0.1-1ppm,Ni 0.1-0.5ppm,Pb 0.1-0.5ppm)与电子级石灰乳(由电子级CaO加水消化,浓度5%-10%)在反应釜中搅拌反应(常温-50℃,30-60分钟),发生反应:2HCl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2H₂O;同时Fe³⁺、Cu²⁺、Ni²⁺等金属离子与OH⁻生成Fe(OH)₃、Cu(OH)₂、Ni(OH)₂沉淀(部分被CaCO₃(石灰中杂质)吸附)。反应液静置(或过滤),去除沉淀(金属氢氧化物、CaCO₃、CaSO₄),滤液(含HCl(过量)、CaCl₂、水)进入精馏塔(石英或PTFE(聚四氟乙烯)内衬),通过共沸精馏(或恒沸精馏)分离出高纯氯化氢气体(HCl),用高纯水吸收,得到高纯盐酸(HCl 31%-33%,金属杂质<0.1ppb)。石灰沉淀法可去除工业盐酸中90%-99%的金属杂质(特别是Fe、Cu、Pb),但Na⁺、K⁺去除效率低(50%-70%),需结合离子交换(阳离子交换树脂)或电渗析(ED)进一步脱盐。石灰(Ca(OH)₂)的纯度至关重要:CaO≥99.9%,Mg≤10ppm,Fe≤5ppm,Cu≤1ppm,Pb≤1ppm,As≤1ppm,颗粒度-325目(<44μm)。电子级石灰的制备(由高纯石灰石(CaCO₃≥99.95%)在清洁环境(1000-1100℃)煅烧,避免接触金属(用刚玉坩埚、石英窑),冷却、粉碎、密封包装(防潮)。
高纯氢氟酸(HF,电子级)用于硅片蚀刻(SiO₂+4HF→SiF₄↑+2H₂O)。工业无水氟化氢(AHF,纯度99.9%,含SiF₄、AsF₃、H₂SO₄、金属离子)需纯化。将AHF气体通入电子级石灰乳(5%-10% Ca(OH)₂,0-5℃)洗涤,发生反应:2HF + Ca(OH)₂ → CaF₂↓ + 2H₂O;SiF₄ + 2Ca(OH)₂ → 2CaF₂↓ + SiO₂↓ + 2H₂O;AsF₃ + 3Ca(OH)₂ → Ca₃(AsO₃)₂↓ + 3H₂O(或生成砷酸钙)。洗涤后的HF气体(含水蒸气、微量HF)经冷凝(-30℃至-10℃)、精馏(石英塔,理论塔板数30-50),得到高纯HF(沸点19.5℃,金属杂质<0.1ppb,Si<50ppb)。石灰洗涤法能有效去除SiF₄(硅杂质)和AsF₃(砷杂质),但对金属离子(Fe、Cu、Ni)去除有限,需在精馏前通过亚沸蒸馏(低于沸点温度下蒸发)进一步纯化。电子级石灰中的Ca、Mg、Fe、Cu、Pb、As会进入洗涤液(CaF₂沉淀),若石灰纯度不足,会反向污染HF气体(氟化钙颗粒夹带)。因此,高纯HF制备采用“石灰洗涤-亚沸蒸馏-精馏”组合工艺,石灰仅用于预除杂(粗净化)。

高纯过氧化氢(H₂O₂,电子级)用于硅片清洗(SC-1、SC-2标准清洗液)。工业H₂O₂(27.5%-35%)含有机物(蒽醌、溶剂)、金属离子(Fe、Cu、Cr)、稳定剂(磷酸、锡酸盐)。用电子级碳酸钙(由电子级石灰碳化制得:Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O)吸附H₂O₂中的有机杂质和部分金属离子。将碳酸钙粉末(比表面积50-100m²/g)加入H₂O₂溶液中,搅拌1-2小时,过滤(或离心),碳酸钙吸附有机物(蒽醌类、芳烃类)和Fe、Cu,提高H₂O₂的纯度(有机物TOC<10ppm,金属<0.1ppb)。吸附后的H₂O₂再经离子交换(阳离子+阴离子树脂)和反渗透(RO)浓缩,得到电子级H₂O₂(30%-31%,SEMI G3-G5)。碳酸钙吸附法也可用于高纯氨水(NH₃·H₂O)、高纯硝酸(HNO₃)的纯化(吸附金属离子)。
生石灰在电子级试剂生产中的应用,是“超纯化”链条中的一环。它作为“沉淀剂”、“吸附剂”,以自身的高纯(99.9%-99.99%)换取目标化学品的高纯(99.9999999%)。微电子行业有句话:“芯片的纯净,始于石灰的纯正;石灰不纯,芯片难精。”——电子级石灰是半导体“超净世界”的基石。