專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備高純?nèi)寤鸬姆椒把b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高純?nèi)寤鸬闹苽浞椒把b置，采用工業(yè)硼粉與液溴為原料，經(jīng)溴化、除溴、精餾等步驟得到純度大于6N的BBr3產(chǎn)物，屬于無(wú)機(jī)化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
三溴化硼是一種無(wú)色的發(fā)煙液體，對(duì)金屬有腐蝕性，遇水快速分解為硼酸和溴化 氫。三溴化硼是一種極好的脫甲基或脫烷基化藥劑，可作為聚合、烷化和?；磻?yīng)的催化劑 和中間體，在醫(yī)藥行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)在電子工業(yè)應(yīng)用中，高純?nèi)寤鹂勺鳛?硼源在前擴(kuò)散過(guò)程中對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜，也可經(jīng)氫還原進(jìn)一步得到半導(dǎo)體行業(yè)所用高純硼 粉。三溴化硼還可用于有機(jī)硼的合成，如硼烷的制取。三溴化硼的制取方法主要有以下幾種元素硼溴化法(直接合成法)、碳化硼溴化 法、復(fù)分解法等制備方法。其中元素硼溴化法是采用工業(yè)硼粉和單質(zhì)溴直接反應(yīng)合成，碳化 硼溴化法是將碳化硼在高溫下溴化而得，復(fù)分解法是將溴化鋁與三氟化硼復(fù)分解反應(yīng)而制 得三溴化硼。目前，國(guó)內(nèi)外廠(chǎng)家一般采用元素硼溴化法生產(chǎn)三溴化硼，但合成產(chǎn)物純度低， 這是由于硼粉中含有大量的金屬雜質(zhì)，如Mg、Al、Fe、Ca、Cu、Zn、Sn、Ni等金屬及其氧化物， 硼粉經(jīng)溴化后，溴化硼中帶有未反應(yīng)完全的單質(zhì)溴和以上金屬的溴化物雜質(zhì)，從而影響了 高純溴化硼的性能。針對(duì)這些問(wèn)題，根據(jù)溴的化學(xué)性質(zhì)和不同溴化物沸點(diǎn)的差異，設(shè)計(jì)了一種高純溴 化硼的制備方法和裝置，可生產(chǎn)5N-7N的高純溴化硼。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種流程簡(jiǎn)單，工藝穩(wěn)定，設(shè)備投資少，操作安 全方便，環(huán)境友好的高純溴化硼的制備方法和裝置。采用工業(yè)硼粉和液溴為原料，經(jīng)溴化、 除溴、分餾等步驟獲得高純度溴化硼液體。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)下列方法實(shí)現(xiàn)的一種高純溴化硼的制備方法，它包括以下步驟(1)將工業(yè)硼粉經(jīng)酸洗后制成硼塊；(2)將化學(xué)純的液溴進(jìn)行分液提純，減少液溴中的水含量；(3)將提純后的液溴氣化后與步驟(1)中制成的工業(yè)硼塊在溴化爐中經(jīng)高溫反 應(yīng)，得到含有雜質(zhì)的三溴化硼液體，反應(yīng)溫度為600-850°C ；(4)采用高純鋁作為脫溴劑，去除三溴化硼中多余的Br2，得到白色三溴化硼氣體 經(jīng)水冷形成白色三溴化硼液體；其中，脫溴溫度為50-150°C ；(5)將白色三溴化硼液體經(jīng)分餾柱分餾，去除高沸點(diǎn)和低沸點(diǎn)雜質(zhì)，得到無(wú)色三溴 化硼液體，三溴化硼的分餾溫度為85-120°C。本發(fā)明中用酸洗工業(yè)硼粉主要為了去除Mg和Fe雜質(zhì)，因?yàn)楣I(yè)硼粉中含Mg和Fe 比較多，如果僅靠分餾方法分離雜質(zhì)的話(huà)，理論上雖然可行，但要想得到6N以上純度的溴化硼，在現(xiàn)實(shí)操作中僅進(jìn)行一步分餾，效果并不理想，需要多次除雜才能去除干凈。本發(fā)明中采用高純鋁除溴，高純鋁可選錠狀、塊狀和片狀中的任一種，純度為 4N-6N。高純鋁價(jià)格便宜，來(lái)源廣泛，且不會(huì)對(duì)溴化硼引入其他金屬雜質(zhì)，溴化鋁與溴化硼的 分餾相對(duì)于溴與溴化硼的分餾容易實(shí)現(xiàn)，降低分餾過(guò)程中溴化硼的損失。本發(fā)明中對(duì)液溴采用分液提純是為了減少液溴中的水含量，因?yàn)殇寤饦O易水解 生成氧化硼和溴化氫，反應(yīng)非常劇烈。國(guó)內(nèi)化學(xué)純液溴中含有大量的水，如果直接與硼長(zhǎng)時(shí) 間反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致爆炸。其中，步驟(1)中所使用的工業(yè)硼粉與步驟(2)中所使用的液溴質(zhì)量比為1 10。分液提純?nèi)軇┦腔瘜W(xué)純液溴，分液提純后液溴的純度> 99. 9質(zhì)量％。原料工業(yè)硼粉的純度為80 98質(zhì)量％。酸洗硼粉可選用鹽酸、硫酸和硝酸中的 一種，濃度為0. 3 2mol/L，酸洗后Mg和Fe的雜質(zhì)含量能降低80%。本發(fā)明中將硼粉制成硼塊的目的是為了使溴化反應(yīng)時(shí)的氣體流通，不影響與液溴 的反應(yīng)，硼塊的體積約為1cm3。根據(jù)溴化硼與雜質(zhì)之間沸點(diǎn)的差異，可將雜質(zhì)分為低沸點(diǎn)雜質(zhì)和高沸點(diǎn)雜質(zhì)，各 物質(zhì)的沸點(diǎn)如表1所示。先于溴化硼蒸發(fā)的低沸點(diǎn)雜質(zhì)包括HBr、Br2、FeBr3等。高沸點(diǎn)雜 質(zhì)包括B2O3、A1 Br3、MgBr3、PbBr2、ZnBr3、AsBr3、SnBr3、CuBr2等高沸點(diǎn)雜質(zhì)留在收集器中，從 而實(shí)現(xiàn)溴化硼與雜質(zhì)的分離。三溴化硼的分餾溫度優(yōu)選為100-120°C。表1溴化硼與各雜質(zhì)的沸點(diǎn)
權(quán)利要求
一種制備高純?nèi)寤鸬姆椒?，其特征在于包括以下步驟(1)將工業(yè)硼粉經(jīng)酸洗后制成硼塊；(2)將化學(xué)純的液溴進(jìn)行分液提純，減少液溴中的水含量；(3)將分液提純后的液溴氣化后與步驟(1)中制成的硼塊經(jīng)高溫反應(yīng)，得到含有雜質(zhì)的三溴化硼氣體；(4)采用高純鋁作為脫溴劑，去除步驟(3)中得到的三溴化硼氣體中多余的Br2，得到白色三溴化硼氣體經(jīng)水冷形成白色三溴化硼液體；(5)將白色三溴化硼液體經(jīng)分餾柱分餾，去除高沸點(diǎn)和低沸點(diǎn)雜質(zhì)，得到無(wú)色三溴化硼液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純?nèi)寤鸬闹苽浞椒?，其特征在于在所述的步驟 (1)中，采用的原料工業(yè)硼粉的純度為80 98質(zhì)量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純?nèi)寤鸬闹苽浞椒?，其特征在于在所述的步驟 (1)中，酸洗硼粉采用鹽酸、硫酸和硝酸中的一種，濃度為0. 3 2mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純?nèi)寤鸬闹苽浞椒?，其特征在于在所述的步驟 (3)中，硼塊與氣化后的液溴的反應(yīng)溫度為600 850°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的除溴方法，其特征在于在所述的步驟(4)中，高純鋁為錠 狀、塊狀和片狀中的任一種，純度為4N 6N。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的除溴方法，其特征在于在所述步驟(4)中的脫溴溫度為 50 150 。
7.一種制備高純?nèi)寤鸬难b置，其特征在于，該裝置是由以下部件汽化器、溴化 爐、除溴爐、收集器、分餾柱和成品貯藏罐組成，其中，汽化器的出口通過(guò)管道連接位于溴化 爐底部的溴化爐進(jìn)口 ；位于溴化爐頂部的溴化爐出口通過(guò)管道連接位于除溴爐底部的除溴 爐進(jìn)口 ；位于除溴爐頂部的除溴爐出口通過(guò)管道連接收集器進(jìn)口 ；收集器出口通過(guò)管道連 接位于分餾柱底部的分餾柱進(jìn)口 ；位于分餾柱頂部的分餾柱出口通過(guò)管道連接成品貯藏罐 的進(jìn)口 ；所述的溴化爐和除溴爐均為立式結(jié)構(gòu)，爐體內(nèi)壁均設(shè)有加熱器，在爐內(nèi)均設(shè)有石英 玻璃管，石英玻璃管的兩端均為敞口，并分別與溴化爐或除溴爐的進(jìn)出口相對(duì)，在石英玻璃 管中分別充填工業(yè)硼塊或高純鋁的錠、塊或片；所述的收集器由加熱器和石英燒瓶組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種制備高純?nèi)寤鸬难b置，其特征在于各部件之間連接 管道材質(zhì)均為高純石英玻璃，密封材料為聚四氟乙烯。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高純?nèi)寤鸬闹苽浞椒把b置，將工業(yè)硼粉經(jīng)酸洗后制成硼塊；將化學(xué)純的液溴進(jìn)行分液提純后與業(yè)硼塊在溴化爐中經(jīng)高溫反應(yīng)，得到含有雜質(zhì)的三溴化硼液體，反應(yīng)溫度為600-850℃；采用高純鋁作為脫溴劑，去除三溴化硼中多余的Br2，得到白色三溴化硼氣體經(jīng)水冷形成白色三溴化硼液體；經(jīng)分餾柱分餾，去除高沸點(diǎn)和低沸點(diǎn)雜質(zhì)，得到純度大于6N的BBr3產(chǎn)物，三溴化硼的分餾溫度為85-120℃。本發(fā)明的制備高純?nèi)寤鸬难b置由汽化器、溴化爐、除溴爐、收集器、分餾柱和成品貯藏罐依次通過(guò)高純石英玻璃材質(zhì)的管道連接而成。本發(fā)明生產(chǎn)出的三溴化硼雜質(zhì)少，純度高，可達(dá)到6N以上；原料易得，成本低廉；裝置簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B35/06GK101955189SQ200910088270
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者于麗敏, 傅鐘臻, 夏文, 竇維喜, 蔣文全 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院