[发明专利]一种六氟化钨制备方法及其反应器

说明书

本发明公开了一种六氟化钨制备方法及其反应器，在立式管状反应器中进行，反应器分为上下两个反应区，在反应区1的原料钨块在固体引燃剂的作用下与高纯氟气反应，反应气进入反应区2与其中的钨块和金属催化剂进一步反应，反应后氟气反应效率达到95％以上。反应器上部为反应区1，下部为反应区2，底部为集灰区；反应区1上部有氟气入口(1)和上加料口(2)，反应区1底部设置有上筛板(4)，反应区1外设降温夹套；反应区2上部有中加料口(3)，下部有气体出口7，反应区2底部设置有下筛板(5)，外部有加热系统(8)。该方法氟气反应效率高，过程控制简单，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及六氟化钨制备技术。

背景技术

六氟化钨是一种电子工业用气体，主要用作金属钨化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)工艺的原材料，用WF₆制成的WSi₂可用作大规模集成电路(LSI)中的配线材料。还可通过混合金属的CVD工艺制得钨和铼的复合涂层，可用于X-射线的发射电极和太阳能吸收器的制造。

专利文献CN101070189公开了一种六氟化钨气体的制备方法，将氟气与高纯氮按1∶0.5～20比例混合通入裂解器中，预热温度为10～100℃，压力为0～0.6MPa，时间为1min～20min，后进入反应器，反应器内有5～15Kg原料钨，反应器中氟气与原料钨的反应温度为20～400℃，反应时间为1min～20min，所制备的六氟化钨气体由低温收集器液化收集，通过抽真空去除其中的氟气、氮气和三氟化氮低沸点杂质，低温收集器中收集10kg～50kg的六氟化钨气体后，停止收集并升温将六氟化钨气体压入钢瓶保存，所述的裂解器、反应器和低温收集器之间通过管道相连。六氟化钨气体的纯度可达到99.5％以上。但是该方法在反应前需要对氟气进行高温预热，同时为保证反应过程的安全性，需要引入大量高纯氮气作为稀释气，氟气利用率偏低，反应效率差。

专利文献CN102951684公开了一种六氟化钨气体的制备方法，将氟化氢通入电解槽中进行电解制氟，将产生的低纯度氟气依次通过纯化塔、第1深冷罐和第2深冷罐进行净化，净化后的氟气通入反应系统进行反应，生成粗品六氟化钨；将净化后的氟气再通入装有废钨切头的第1卧式固定床反应器和第2卧式固定床反应器进行反应，所制备的六氟化钨气体依次通过初级冷凝器、中级冷凝器和高级冷凝器收集，分别解冻流至第1储罐、第2储罐和第3储罐进行收集，未被冷凝或未反应的杂质气体通过尾部管道排放到淋洗塔进行碱液吸收，通过第1储罐、第2储罐和第3储罐收集的粗品六氟化钨进行升温，经过过滤器蒸馏至精馏塔进行精馏提纯。但是该方法采用的卧式固定床反应器，反应区氟气浓度低，反应效率差，需要多级反应。反应前需要对固定床反应器进行高温预热(150～200℃)，反应过程氟气浓度过高时床层放热量过大，采用强制风冷降温效率低下，过程反应热不可控。

专利文献CN107540020A公开了一种六氟化钨的合成方法。是将钨粉与金属氟化物装入反应器中充分混合，在反应条件下通入氟气进行反应合成六氟化钨，未反应完的原料氟气与产物六氟化钨经过冷凝气液分离后，再返回反应器循环反应。但是该方法中氟气与钨粉和金属氟化物混合物接触面有限，停留时间短，虽然可以通过反复多次循环反应提高反应效率，但是操作过程复杂，不适合工业化生产。

专利文献CN 101827788公开了一种用于生产高纯六氟化钨的方法和设备，具体提供使用含碳材料通过去除基本所有高挥发性气体杂质和棘手的过渡金属杂质从而生产高纯WF6的设备和方法。但是该工艺制备的含碳材料不适合在高氟气浓度环境下使用，需要定期换新，更加适合高纯WF6的深度纯化。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种六氟化钨制备方法，该方法氟气反应效率高，过程控制简单，适于工业化生产。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种用于该制备工艺的反应器。