本發(fā)明涉及一種合成六氟化鎢的新方法，該方法是以鎢粉為制備原料，在鈷系催化劑的作用下，與氟氣發(fā)生反應(yīng)合成六氟化鎢

背景技術(shù)：

六氟化鎢，化學(xué)式為wf6，是一種無色氣體，冷凝時(shí)，為淡黃色液體，摩爾質(zhì)量為297.83g/mol，是密度最大的氣體之一。六氟化鎢主要用于化學(xué)氣相沉積鎢，也用于制備低電阻、高熔點(diǎn)的互連線和大型集成線路電子元件，抗x射線或γ射線的保護(hù)罩，高效太陽能吸收器。

關(guān)于六氟化鎢的合成，目前最主要的合成路線還是以氟氣作氟化劑的工藝，少數(shù)廠家會(huì)以nf3作為氟化劑合成六氟化鎢。其中以nf3來合成六氟化鎢，成本太高，反應(yīng)效率有限，并不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。以氟氣作氟化劑的工藝均是通過使氟氣流過金屬鎢(顆粒狀或粉末狀)的流化床或固定床來合成的，但該工藝也屬于氣固反應(yīng)，氣體只在鎢表面反應(yīng)，接觸面積有限，存在反應(yīng)效率低，未反應(yīng)原料氣體浪費(fèi)等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供一種六氟化鎢的合成方法，可顯著提高反應(yīng)效率，能降低氟氣濃度對(duì)反應(yīng)的影響，避免原料浪費(fèi)，減輕后續(xù)有害氣體排放處理的難度，節(jié)省成本，還可縮小反應(yīng)器的體積，反應(yīng)溫度較低，降低能耗，反應(yīng)過程簡(jiǎn)單，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：是將鎢粉與金屬氟化物裝入反應(yīng)器中充分混合，在反應(yīng)條件下通入氟氣進(jìn)行反應(yīng)合成六氟化鎢，未反應(yīng)完的原料氟氣與產(chǎn)物六氟化鎢經(jīng)過冷凝氣液分離后，再返回反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明一種六氟化鎢的合成方法所帶來的有益效果如下：

1.本方法使用循環(huán)的原料氟氣和鎢粉在金屬氟化物的存在下進(jìn)行反應(yīng)，有效提高了該反應(yīng)的效率，減少了原料氟氣的浪費(fèi)，并有效減小反應(yīng)器所需體積；

2.本方法引入的金屬氟化物，本身具有高氟化性，可參加反應(yīng)，與鎢粉反應(yīng)還原成低價(jià)氟化物后，能再與氟氣重新生成高價(jià)的氟化物，這有效提高了反應(yīng)效率，還降低了氟氣濃度對(duì)反應(yīng)的影響；

3.本方法反應(yīng)過程簡(jiǎn)單，操作方便，反應(yīng)溫度較低，降低了能耗。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明的合成方法是，將鎢粉與金屬氟化物裝入反應(yīng)器中充分混合，例如將鎢粉與金屬氟化物裝入帶攪拌的反應(yīng)器中進(jìn)行充分混合，然后在反應(yīng)條件下通入氟氣進(jìn)行反應(yīng)合成六氟化鎢，未反應(yīng)完的原料氟氣與產(chǎn)物六氟化鎢經(jīng)過冷凝氣液分離后，再返回反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)。

其具體的工藝過程可以是包括以下步驟：

1.將所述的鎢粉和金屬氟化物裝入反應(yīng)器中，并通過攪拌充分混合；

2.將所述的原料氟氣在反應(yīng)溫度條件、反應(yīng)壓力條件下通入所述的反應(yīng)器中反應(yīng)，反應(yīng)后排出的氣體為由未反應(yīng)的原料氟氣和生成的六氟化鎢組成的混合氣體；

3.將所述的混合氣體經(jīng)過濾器除去固體顆粒后，通入低溫收集罐中進(jìn)行六氟化鎢粗產(chǎn)品的收集，而未冷凝下來的原料氟氣再經(jīng)壓縮機(jī)增壓返回反應(yīng)器重新進(jìn)行反應(yīng)；

4.所述的原料氟氣的加入量，可看反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)壓力變化情況來定；

5.將收集的六氟化鎢粗產(chǎn)品輸送到純化系統(tǒng)，經(jīng)干燥、吸附、精餾制得高純的六氟化鎢產(chǎn)品。

本發(fā)明采用的合成方法中，使用高氟化性的金屬氟化物與鎢粉混合在帶攪拌的反應(yīng)器內(nèi)，目的是增加反應(yīng)接觸面積，顯著改善反應(yīng)效率，且對(duì)氟氣濃度的影響不敏感。攪拌作用會(huì)使鎢粉在反應(yīng)器內(nèi)呈流化態(tài)，不斷與不同顆粒碰撞，在一定程度有減小鎢粉粒徑和增加其總表面積的作用；而金屬氟化物其本身具有高氟化性，能與鎢粉合成六氟化鎢，它的存在能維持反應(yīng)器內(nèi)高反應(yīng)效率，且能降低氟氣濃度對(duì)反應(yīng)的影響。

本發(fā)明采用的合成方法中，未反應(yīng)的原料氟氣循環(huán)進(jìn)反應(yīng)器內(nèi)重新反應(yīng)，目的是減少原料氟氣的排放，避免浪費(fèi)，減輕后續(xù)有害氣體排放處理的難度，節(jié)省成本，另外原料的循環(huán)還可縮小反應(yīng)器的體積。

本發(fā)明采用的合成方法中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的原料氟氣逐步反應(yīng)生成六氟化鎢，而生成的六氟化鎢又逐步冷凝成液體；也就是說反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)，氣體是逐步減少的；由此，可設(shè)定反應(yīng)器內(nèi)的壓力或流量低于設(shè)定值時(shí)，補(bǔ)充原料氟氣進(jìn)入反應(yīng)循環(huán)中。同時(shí)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的除原料氟氣外的不凝氣體雜質(zhì)也會(huì)越聚越多，這不利于反應(yīng)及后續(xù)純化的進(jìn)行，因此，在反應(yīng)每隔一段時(shí)間或每隔幾個(gè)補(bǔ)充原料氟氣循環(huán)后排放一次尾氣，以減少反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的不凝氣體雜質(zhì)含量。

本發(fā)明采用的合成方法中，連續(xù)反應(yīng)時(shí)，所述的反應(yīng)器及低溫收集罐均可設(shè)一備一用。一反應(yīng)器內(nèi)鎢粉消耗完后，切換至另一完成脫水干燥的反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，原料消耗完的反應(yīng)器再進(jìn)行裝料、脫水，反應(yīng)完后以備待用；低溫收集罐則是罐滿后切換至另一低溫收集罐收集，而灌滿的低溫收集罐則進(jìn)入提純系統(tǒng)進(jìn)行純化。

本發(fā)明所述的原料氟氣和鎢粉分別選用為5n氟氣和3n鎢粉。六氟化鎢產(chǎn)品主要用于半導(dǎo)體制造工藝中，這對(duì)它的純度要求很高，作為六氟化鎢原料的原料氟氣和鎢粉，其純度也應(yīng)越高越好，避免過多雜質(zhì)進(jìn)入產(chǎn)品中，增加后續(xù)提純難度。

本發(fā)明所述的金屬氟化物為三氟化鈷和二氟化銀中的一種，優(yōu)選三氟化鈷，其裝入反應(yīng)器的量為反應(yīng)器體積的1/4～1/3之間。

本發(fā)明所述的反應(yīng)溫度條件控制在200℃～400℃范圍內(nèi)，優(yōu)選270℃～350℃之間。如果溫度低于270℃，反應(yīng)效率較低，反之，如果溫度高于350℃，反應(yīng)不好控制。

本發(fā)明所述的反應(yīng)壓力范圍控制在0～0.2mpa(表壓)之間，最佳為0～0.1mpa。本發(fā)明中由于原料氟氣參與反應(yīng)，則反應(yīng)中發(fā)生燃燒或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)隨壓力的增加而增加，反應(yīng)壓力合適選在低壓下，優(yōu)選在0～0.1mpa之間。

本發(fā)明所述的合成方法中所使用的反應(yīng)器由于與氟氣等強(qiáng)氧化性氣體接觸，其材料優(yōu)選地，可以采用蒙乃爾、鉻鎳鐵合金和耐酸鎳合金。

實(shí)施例1

將30kg原料100目的鎢粉加入已裝有三氟化鈷(粉末)的反應(yīng)器(尺寸為￠89×4.5×1000)內(nèi)，與設(shè)備管道均進(jìn)行脫水干燥作業(yè)(加熱抽真空，水含量≤3ppm)，然后將反應(yīng)器加熱至反應(yīng)溫度條件。反應(yīng)時(shí)，將氟氣經(jīng)壓縮機(jī)將壓力提高至2bar后經(jīng)吸附器通入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度在300℃，進(jìn)氣流量設(shè)在120l/min左右；反應(yīng)器排出的尾氣經(jīng)過濾器進(jìn)入低溫收集罐冷凝收集wf6，收集溫度為-5℃；過濾器的作用主要是除去尾氣中粉塵、顆粒等固體物質(zhì)；吸附器的作用是吸附尾氣內(nèi)含有的hf雜質(zhì)；進(jìn)入低溫收集罐的尾氣中wf6在低溫下(低于其沸點(diǎn)溫度)逐步冷凝成液體，尾氣中未被冷凝的氣體再經(jīng)壓縮機(jī)增壓打回至反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。收集到的wf6再進(jìn)提純系統(tǒng)進(jìn)行純化制得高純wf6。

實(shí)施例2

將30kg原料100目的鎢粉加入已裝有二氟化銀(粉末)的反應(yīng)器(尺寸為￠89×4.5×1000)內(nèi)，與設(shè)備管道均進(jìn)行脫水干燥作業(yè)(加熱抽真空，水含量≤3ppm)，然后將反應(yīng)器加熱至反應(yīng)溫度。反應(yīng)時(shí)，將氟氣經(jīng)壓縮機(jī)將壓力提高至1.5bar后經(jīng)吸附器通入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度在280℃，進(jìn)氣流量設(shè)在120l/min左右；反應(yīng)器排出的尾氣經(jīng)過濾器進(jìn)入低溫收集罐冷凝收集wf6，收集溫度為-5℃；過濾器的作用主要是除去尾氣中粉塵、顆粒等固體物質(zhì)；進(jìn)入低溫收集罐的尾氣中wf6在低溫下(低于其沸點(diǎn)溫度)逐步冷凝成液體，尾氣中未被冷凝的氣體再經(jīng)壓縮機(jī)增壓打回至反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。收集到的wf6再進(jìn)提純系統(tǒng)進(jìn)行純化制得高純wf6。

通過本發(fā)明實(shí)施例合成的六氟化鎢，原料氟氣的利用率達(dá)95％，得到的六氟化鎢粗產(chǎn)品再經(jīng)后續(xù)純化工藝(干燥、吸附、精餾)，可制得5n的六氟化鎢氣體。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)以上實(shí)施例所做出任何簡(jiǎn)單修改和同等變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。