[发明专利]金属钨做阳极电解熔融盐合成高纯六氟化钨

说明书

优选金属钨板做电解槽阳极，优用原料氟化锂铍共晶体做电解质，熔点范围适合电解且无氟化氢成分，能从源头上切断四氟化碳及氟化氢等有害成分对成品六氟化钨的污染。电解槽内生成的六氟化钨气体以及夹带的熔融盐扬尘和少量未与金属钨反应的氟气沿电解槽气体出口管进入气体纯化罐，用扬尘过滤板及扬尘吸附剂去除六氟化钨夹带的电解质微尘；用钨微球反应层将未反应的少量氟气全部转化成六氟化钨，用微孔过滤器将夹带的金属钨微粒全部滤掉，最终产出高纯六氟化钨气体。本发明实现了电解法直接合成高纯六氟化钨，具有工艺路线简洁、成品杂质少、收率高，综合生产成本极具竞争力等优点。

技术领域

本发明涉及一种电解熔融盐直接合成高纯六氟化钨的装置。

背景技术

六氟化钨(WF₆)截至目前是钨的氟化物中唯一稳定并被工业化生产的品种。重要用途很多；如通过混合金属的CVD工艺制得钨/铼复合涂层，可用于太阳能吸能材料和X射线发射电极的制造；使钨在钢、铜或其它金属表面上生成坚硬的碳化钨可用来改善金属的表面性能以及用于制造各种异形钨部件如钨管、钨喷嘴和钨坩埚等。WF₆在电子行业中还广泛用作半导体电极和导电浆糊原材料，特别是用其制成的二硅化钨(WSi₂)，常被用于微电子中作为触电材料及多晶硅线上的分流器，因可在高温下增强多晶硅线的导电性和信号速度，现已成为大规模集成电路行业中极其重要的配线材料。

合成WF₆的方法很多，归纳已公开的报道，目前成熟的工业化合成WF₆工艺主线有如下三条；

1，用Cl₂·2HF混合物作氟化剂的工艺。金属钨在没有水分和空气存在的条件下与Cl₂·2HF混合物反应制备WF₆,反应通常在蒙乃尔合金制成的高压釜中进行，反应式如下：W+3Cl₂+6HF＝WF₆+6HCl。为确保产物有良好的收率，需要Cl₂和HF适当过量，氯气与六氟化钨的理论摩尔比为3∶1,实践中采用4～6∶1，氟化氢与六氟化钨的理论摩尔比为6∶1,实践中采用7～10∶1。反应温度控制在200～450℃,提高反应温度有利于反应的进行(但是温度过高会导致装置腐蚀严重)。此工艺最大问题除了产品六氟化钨纯度不高、收率较低之外，污染严重也是导致这条工艺路线不能大面积推广的原因。

2，用氟气作为氟化剂的工艺。金属钨与氟气直接发生反应制得WF₆。反应式如下：W+3F₂＝WF₆。反应是通过氟气流过含金属钨的流化床或固定床来完成的，反应温度控制在350～450℃左右，合成速度很快，收率高，副反应也很少，成品六氟化钨质量高低只要取决于合成原料氟气纯度和金属钨杂质含量，是目前世界范围内最主流的合成工艺。只不过囿于原料氟气纯度所限(工业氟气全部来自中温电解制氟，所夹带四氟化碳、氟化氢等成分对于六氟化钨品质影响很大)，所以这条成路线合成的六氟化钨要投入实际应用，要么合成之前对原料氟气进行精制，要么合成之后对六氟化钨成品进行步骤繁多的提纯(而且比较尴尬的事实是：氟气夹带氟化氢进入成品六氟化钨之后，由于两者沸点接近，想把两者分离开，是一件很难的事)。