[发明专利]氟提取系统和相关工艺

说明书

技术领域

本公开内容总体上涉及氟提取系统和相关的工艺。

背景技术

氟是在所有化学元素当中电负性最强的一种化学元素。由于此种特性，氟具有许多独特的用途。例如，氟已经被用于半导体晶片的等离子体蚀刻，用于生产处理器，存储器件，和/或其它微电子器件。在另一实施例中，氟的化合物(例如，氟聚合物，氟化钾，和冰晶石)由于具有非比寻常的低折射指数，已经被用于抗反射涂料和二向色镜。

氟的工业生产技术一般包括在氟化钾(KF)存在下电解氟化氢(HF)。电解所需的氟化氢一般从具有大量氟化钙的含磷酸盐矿物质(例如，钙萤石，CaF₂)中获取。用硫酸(H₂SO₄)处理后，该含磷酸盐的矿物质如下释放氟化氢：

CaF₂+H₂SO₄→2HF+CaSO₄

然而，此种氟生产工艺可以是高能源消耗的，因为需要大量能量进行电解。此外，由于对矿物提取具有恒定的需求，这种工艺还可以具有高运行成本。

氟也可以作为铀富集工艺的副产品而被获取。在自然界中，铀以约99.284％的²³⁸U，约0.711％的²³⁵U，和约0.0058％的²³⁴U存在。²³⁵U能被用作核裂变的燃料，然而其它同位素²³⁸U和²³⁴U则不能。因此，含铀的矿物质必须先被富集，以具有足够浓度的²³⁵U来支持核裂变。铀富集工艺的常规副产品包括贫铀六氟化物(²³⁸UF₆/²³⁴UF₆)，其为放射性和有害的化合物，通常存储代价很大。相应地，利用此种来源的氟进行有效和成本经济地以工业规模生产氟是可以被期许的。

附图说明

图1是根据此公开的实施方式的氟提取系统的示意图。

图2是根据此公开的实施方式的适用于图1的氟提取系统的反应贮器。

发明内容

概述

氟提取系统和相关工艺的各种实施方式被描述如下。术语“氧化剂”通常指能通过与至少一个氟原子结合而被还原的化合物。在某些实施方式中，氧化剂可以为元素形式。例如，氧化剂可以包括元素形式的硅(Si)。在其它实施方式中，氧化剂可以为混合形式。例如，氧化剂可以包括氧化锗(GeO)，二氧化锗(GeO₂)，二氧化硅(SiO₂)，三氧化二砷(As₂O₃)，氧化钛(TiO)，三氧化二硼(B₂O₃)，和/或可以与至少一个氟原子结合的其它化合物。本领域技术人员也能够理解，此公开可能具有另外的实施方式，并且可以不具有如下参照图1和2所述的实施方式的一些细节而实施此公开。

图1是根据此公开的实施方式的氟提取系统100的示意图。如图1所示，氟提取系统100可以包括彼此串联的载气存储器102，反应器104，和产品分离器106。任选地，氟提取系统100还可以包括氧气存储器105，其通过控制阀107被连接至反应器104。尽管图1仅显示氟提取系统100的一些部件，在其它实施方式中，氟提取系统100还可以包括阀，启动器，泵，压缩机，和/或其它适合的装置。

反应器104可以包括反应室108，设置在反应室108中的反应贮器110，和至少贴近反应室108的加热器112。反应室108可以包括与出口116隔开的进口114，以及在进口114和出口116之间的反应器主体118。反应室108可以由基本上为刚性的材料(例如，316L不锈钢)构造而成，该材料的至少一侧被涂覆以镍，氟聚合物，和/或其它适合的氟耐蚀材料。在此示意的实施方式中，反应器主体118被显示为具有大致圆柱形的在进口114和出口116之间延伸的形状。在其它实施方式中，反应器主体118还可以具有其它适合的形状和结构。