仝 慶

六氟化鉬的制備及其工藝參數(shù)優(yōu)化研究

仝 慶

(天津長蘆華信化工股份有限公司，天津 河東 津塘路 168號 300180)

應用提純過的氟氣和鉬粉反應制備六氟化鉬粗品，并通過蒸餾提純技術對六氟化鉬粗品進行了提純，提純完后產(chǎn)品純度能達到99%以上。并通過實驗不同反應溫度條件對反應收率的影響，不同投料量對反應時間的影響，優(yōu)化了工藝參數(shù)。

氟氣；六氟化鉬；蒸餾提純；反應溫度；投料量

0 引言

目前，氟及氟化物工業(yè)正處于發(fā)展時期。無機氟化物可用作高溫、高速、高負荷、耐腐蝕等各種苛刻條件下的固體潤滑劑，核反應堆的中子減速劑及反射和涂敷材料，光學透鏡涂層，紅外元件及激光元件材料等，在這些領域中有著良好的應用前景和發(fā)展空間[1]。六氟化鉬做為一種金屬氟化物主要用于鉬的同位素分離?？稍谖㈦娮庸I(yè)中用作化學氣相淀積硅化鉬或鉬，以制作低電阻、高熔點的互連線[2]，具有廣闊用途和需求。

六氟化鉬主要由如下幾種方法制備得到[3]：

1.在白金管中放鉬粉末，然后在一定溫度下通干燥氟氣，反應制備六氟化鉬；

2.在鉬粉上面通三氟化溴并加熱到350℃；

3.在空氣存在下往MoCl5中通氟氣進行反應[4]。

第2種方法由于反應溫度需求過高，耗能較大，所用原料中三氟化溴為液體，化學性質(zhì)很活潑，易燃,且可用作惰性溶劑，溶解六氟化鉬，不易分離,很難得到純度較高的六氟化鉬。第3種方法，MoC15是活潑的較易揮發(fā)的晶體，是高純難熔的金屬鹵化物，它在氣態(tài)和液態(tài)時發(fā)生化學作用，中等溫度揮發(fā)，氣態(tài)時易分解成金屬鉬沉積物，也不適宜。

本文采取第1種方法，以鉬粉為原料，在一定溫度下通入高純氟氣，并經(jīng)提純[5]得到純度較高的六氟化鉬產(chǎn)品。并考察了反應溫度條件對反應收率的影響，不同投料量對反應時間的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及實驗設備

鉬粉，純度99.95%，成都華寅粉體科技有限公司；氟氣，自制。

反應器，容積20 L，設計壓力1.6 MPa，工作溫度450 ℃；產(chǎn)品收集罐，容積10 L，設計壓力15 MPa，工作溫度-100～150℃；提純器，容積100 L，設計壓力1.6 MPa，工作溫度450 ℃；磁力泵，型號CQB25-20-100F，上海佰諾泵閥有限公司。

1.2 試驗方法

稱取一定量的鉬粉，平鋪放置在反應器料盤上，加熱反應器至(100±5)℃，并對反應器抽空至壓力在-0.08 MPa以下，以除去鉬粉中所含水分；再將反應器繼續(xù)加熱至設定溫度，繼續(xù)抽空反應器至-0.08 MPa以下，電解制備的氟氣經(jīng)深冷解凍后通入反應器，進行反應，控制反應器壓力在-0.02 MPa以下，過量的氟氣經(jīng)尾氣碳化塔、堿洗罐處理后排放；反應得到的液體轉(zhuǎn)入提純器內(nèi)，粗品經(jīng)過蒸餾除去氟化氫和沉淀物，獲得提純后的六氟化鉬產(chǎn)品。生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 六氟化鉬制備工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram Process for production of molybdenum hexafluoride

2 實驗結果及討論

2.1 反應溫度對六氟化鉬收率影響

研究了加料量為100 g時反應溫度對六氟化鉬制備收率的影響，結果如圖2所示。

當反應溫度為100℃時，反應沒有發(fā)生，這時提供的能量不足以翻越反應本身需要的活化能，反應沒有發(fā)生。隨著溫度的升高，提供的能量越高，當提供的能量大于反應所需活化能時，反應開始進行。當溫度升至120℃時，反應發(fā)生，此時反應收率為1.8。隨著反應溫度的繼續(xù)升高，反應收率逐漸升高，反應速率逐漸升高，當反應溫度達到170℃時，反應收率達到2.05，這是由于反應溫度升高，反應器發(fā)生副反應較少，使得主反應進行較多，反應收率上升。但是，隨著溫度的繼續(xù)升高，反應收率急劇下降，當反應溫度為200℃時，收率僅為1.6，這是由于反應溫度的升高，使得反應器中物料的飽和蒸氣壓上升，此時往反應器通入至平壓的氟氣量減少，使得氟氣相對于鉬粉不足，生產(chǎn)了一些低價態(tài)的氟化物。

圖2 反應溫度對實驗收率的影響Fig.2 Effect of reaction temperature on experimental yield

2.2 投料量對反應時間的影響

投料量越大，相同產(chǎn)能下，投料次數(shù)會降低，能夠節(jié)約投料成本。圖3為投料量和反應時間的關系圖。此組實驗在反應溫度為170℃下進行。

圖3 投料量和反應時間的關系Fig.3 The relationship between the amount of feed and the reaction time

從圖3可以看到，投料量越大反應時間越長，但是，反應時間并不是隨著投料量成比例增長。當鉬粉投料量為50 g時，反應時間為2 h，當投料量增大至100 g時，反應時間并沒有成倍增長至4 h，而是3 h就反應完全。隨著投料量的增大，這種現(xiàn)象更加明顯，當加料量為250 g，反應時間為6 h。這可能是由于投料量越大，反應越發(fā)的激烈，反應本身放出的熱量越大，使得反應速率升高，縮短了反應時間。但是，隨著投料量的增大，反應的收率有所下降，當投料量為250 g時，反應的收率僅為1.5，這是由于密閉反應器中通入的氟氣量有限。投料量的無限增大會導致鉬粉過量，鉬粉過量會導致一些副產(chǎn)物更多的生產(chǎn)，從而影響反應的收率。所以，適當?shù)脑黾油读狭?，能夠降低投料成本，但是，投料量也不宜過高，過高的投料量會導致副反應更多的發(fā)生，影響收率。

3 結 論

1.以鉬粉為原料，在一定溫度下通入高純氟氣，并經(jīng)提純得到純度較高的六氟化鉬產(chǎn)品。研究了反應溫度對六氟化鉬收率影響，在一定溫度范圍內(nèi)，反應溫度的升高對產(chǎn)物的收率有提升作用，當溫度超出一定范圍內(nèi)，收率反而會下降。溫度為170℃時反應收率最好，為2.05。

2.研究了投料量對反應時間的影響，投料量越大，反應時間越長，隨著投料量的增大，反應速率也有提升。當投料量過于大時，反應的收率會下降。

[1] 何雙材，田端正，郭本輝，等.氟氣在直接氟化反應中的應用[J].浙江化工,2014,45(5): 1-5.

[2] ORIJ E N.CVD of molybdenum from molybdenum hexafluoride: kinetics and reactor modeling[D].Eindhoven:Technische Universitit Eindhoven,1997.

[3] O′DONNELL T A,STEWART D F.Chemical reactions of molybdenum hexafluoride [J].Journal of Inorganic & Nuclear Chemistry,1962,24(3):309-314.

[4] QUILL L L.The chemistry and metallurgy of miscellaneous materials [R].Technical Information Service,AEC,1955.

[5] WINKELMANN J.Diffusion of molybdenum hexafluoride [M]//Gases in Gases,Liquids and their Mixtures.Springer Berlin Heidelberg,2007: 120-120.

Preparation of Molybdenum Hexafluoride and Technological Parameter Optimization

TONG Qing

(Tianjin Changlu Huaxin Chemical Industry Co.,Ltd.,Tianjin 300180,China)

Using purified fluorine and molybdenum powders prepare molybdenum hexafluoride.The purity 99% of molybdenum hexafluoride was carried out by distillation purification technique.The effects of different reflex temperature conditions on reaction yield and the effect of different feeding amount on reaction time were studied.Then,optimized process parameter.

fluorine gas; molybdenum hexafluoride; distillation purification: reflex temperature; feeding amount

2017-05-31

TQ117

A

1007-7804(2017)04-0028-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.04.009

仝 慶(1983)，男，工程師，研究方向：電解制氟及無機氟化物合成。