[发明专利]一种三氟化氯的纯化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三氟化氯的纯化方法，属于精细化工领域。

背景技术

三氟化氯是已知化学性质最活泼的卤素氟化物，是一种高能和反应活性极强的物质，主要用于电子行业、核工业铀浓缩和军事用途。高纯度的三氟化氯主要应用于半导体、液晶、太阳能和LED等领域的CVD室及其管道的清洗用途，其在清洗质量、效率和减少温室效应方面有着明显的优势。与其它用于清洗的含氟气体不同(如NF₃、C₂F₆和CF₄)，三氟化氯在室温下就能够与半导体材料进行反应，无须对清洗部位加热，因此，使用三氟化氯既可以省去加热部件和加热步骤，也不必用等离子体等离解含氟气体制氟气的工艺设备，可以直接用三氟化氯来在室温下清洗CVD室。另外，三氟化氯清洗是一种化学刻蚀过程，不存在等离子体那样的高能离子轰击过程，没有了离子轰击，对设备的损坏可以降到最低限度。同时，三氟化氯清洗属于就地清洗过程，无须拆解设备清洗设备与管道的死角，可以减少设备停机时间，还可以降低颗粒杂质的数量，并减少了操作人员的暴露时间。

制备电子级三氟化氯需要经过合成制备、纯化和精制等多个步骤，其中合成得到的粗品三氟化氯中含有氧、氮、氯、一氟化氯、五氟化氯、一氧化碳、二氧化碳、四氟化碳、氟化氢、金属离子等杂质，必须经过纯化才能达到良好的清洗效果和避免二次污染，尤其是粗品气中氟化氢杂质与三氟化氯沸点接近，较难分离。

表1 ClF₃技术指标

因此，三氟化氯的纯化是三氟化氯是否能够应用于CVD室清洗工艺的至关重要的工艺环节，也是制备电子级三氟化氯工艺中最为复杂、难度最大的一个工艺环节。电子级三氟化氯其纯度要求不低于99.9％，可参考的技术指标如表1所示。

三氟化氯的制备方法最早由Ruff和Krug提出。由氟气和氯气反应先制得一氟化氯(式(1))，一氟化氯进一步与氟气反应得到三氟化氯(式(2))，反应分两步进行。这一方法目前仍是三氟化氯的主要合成方法。

Cl₂+F₂＝2ClF  (1)

ClF+F₂＝ClF₃  (2)

由于所用的氟气、氯气都含有杂质，上述反应制备的三氟化氯都含有一定量的杂质，主要包括氧气、氮气、一氟化氯、一氧化碳、二氧化碳、四氟化碳、氟化氢等挥发性杂质和金属氟化物等不挥发杂质。这些杂质的存在会影响三氟化氯在CVD室清洗中的使用性能，因此必须除去。原料氟气含有少量的氟化氢，而对于反应(1)和(2)，管路体系中存在微量的水分即可与F₂、ClF、ClF₃反应产生氟化氢。氟化氢的沸点(19℃)与三氟化氯的沸点(11.5℃)比较接近，蒸馏或冷冻常规的纯化方法难以将三氟化氯中的氟化氢杂质分离除去，而且它们都是强腐蚀性物质，对纯化设备的材质的选择和使用要求苛刻，目前国内外尚没有与三氟化氯纯化相关的专利报到。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种三氟化氯的纯化方法，所述方法采用间歇精馏的方式纯化粗品三氟化氯气体，物相的分离效率高，重组分的分离能力强，经纯化后三氟化氯的纯度不小于99.9％，可用于电子行业及其他相关行业。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种三氟化氯的纯化方法，所述方法具体步骤如下：

(1)将三氟化氯溶液通过汽化器进行汽化后通入装填有填料的吸附塔中，吸附纯化，得到三氟化氯1级粗品；

其中，所述三氟化氯溶液中三氟化氯纯度大于等于90％；

(2)将三氟化氯1级粗品通过冷凝器，液化，得到三氟化氯粗品；

(3)将三氟化氯粗品导入到精馏塔的塔釜中，对精馏系统抽真空，待真空度稳定后，开始加热塔釜，全回流3～15h，使沸点低于三氟化氯杂质组分在精馏塔顶富集；当塔釜温度为0～5℃，精馏塔塔顶温度为-2～3℃时，以30～300的回流比收集前馏分，并冷凝回收；当塔釜温度为5～8℃，精馏塔塔顶温度为3～6℃时，以10～90的回流比收集中馏分，并冷凝回收；当塔釜温度上升2℃，即温度为7～10℃，精馏塔塔顶温度为5～8℃时，以15～140的回流比收集后馏分，并冷凝回收；当精馏釜温度大于等于15℃时，停止收集后馏分，停止加热，停止抽真空，结束精馏；所述中馏分即为三氟化氯精品。

其中，步骤(1)所述汽化优选采用水或导热油作为导热剂，导热剂的温度为16～90℃；三氟化氯汽化后的温度为15～50℃；