[发明专利]高纯五氟化磷制备方法

说明书

本发明公开了一种高纯五氟化磷制备方法，（1）将多聚磷酸加热，泵送到一级管式反应器，同时泵送无水氟化氢到一级管式反应器；（2）一级管式反应器反应成品直接进入二级管式反应器入口，同时在二级反应器入口泵送发烟硫酸或液态三氧化硫；（3）二级管道反应器出口连气液分离器；（4）气液分离器液相出口接加热反应器，将物料加热，将六氟磷酸全部分解，尽可能多的生产五氟化磷、三氟氧磷和回收氟化氢；从加热釜得到的气体和气液分离器气相出口气体一并去纯化。本发明原料常规易得，工艺过程及设备结构简单，可靠性高，可实现连续化。制备过程易控制。反应过程简单，产物单一，产品纯度高。

技术领域

本发明涉及一种高纯五氟化磷制备方法。

背景技术

五氟化磷（PF₅）在常态下是一种无色无味的气体，在潮湿空气中剧烈发烟，常压下熔点为93.78°C，沸点84°C。作为一种氟化剂，五氟化磷可以进行离子转移，被广泛地应用于电子工业、电池制造、高分子材料和催化剂等领域。在半导体制造上，五氟化磷在微波作用下变为等离子气体进行掺杂可以显著改善半导体性能。

在高分子材料及化工领域，五氟化磷作为反应物可以合成出氟化有机二硫代磷酸盐，用以制备具有很好防腐性能的高分子材料。五氟化磷也可直接用做许多共聚反应的催化剂，如葡萄酐与脱水甘露糖的共聚反应。此外，用五氟化磷为原料可以合成五氟化磷胺共聚物作为除草剂。

以高纯五氟化磷为原料可制备出性能优异的六氟磷酸锂作为锂电池的电解质，从而显著提高锂电池的性能。

五氟化磷具有比较广泛的用途。特别是无水高纯五氟化磷可以直接用于电子工业。 因此需要找到一种经济高效，工艺简单的制备方法。

目前，主要五氟化磷的制备方法大致可分为直接法和间接法。

直接法一般采用氟化氢和氟气等为原料，通过一步反应制备五氟化磷。例如：利用氟气和单质磷反应合成五氟化磷，反应方程式为2P+5F₂=2PF₅；五氯化磷和无水氟化氢反应制备五氟化磷，这也是六氟磷酸锂行业最为成熟、也最为常见的工艺，反应方程式为PCl₅+5HF=PF₅+5HCl；由三氟化磷反应制备五氟化磷，反应方程式为5PF₃+3X₂→3PF₅+ 2PX₅（其中X为卤素）。

上述反应采用的氟气和氟化氢，是具有强腐蚀性和有毒的原料，对反应器要求较高，而且反应剧烈放热，难于控制，容易产生三氟化磷等副产物，影响产品纯度。国内四川大学、国外霍尼韦尔公司均申请过相关工艺专利。

虽然，五氯化磷和无水氟化氢反应五氟化磷的制备方法已实现产业化，国内商业化五氟化磷的制备多采用这种方法。但是由于此反应强烈放热，需严格控制反应过程温度。另外这种方法产生的五氟化磷是与氟化氢和氯化氢的混合气体，纯化非常困难。

间接生产方法是使适量反应物首先生成中间产物（主要是POF3和HPF6），再对中间产物进行处理生成五氟化磷。间接生产法反应步骤多，相对工艺步骤复杂。

美国专利（专利号：US3592594）公开了一种利用中间产物三氟氧磷的间接生产法，反应原理为CaF₂和无水亚硫酸反应生成CaF(SO₃F)，再与H3PO4反应生成三氟氧磷。继续让三氟氧磷与HF反应生成PF₅。反应方程式分别为：CaF₂+H₂SO₃→CaF(SO₃F)+H₂，3CaF(SO₃F)+2H₃PO₄→3CaSO₄+ 2POF₃+3H₂O，POF₃+2HF→PF₅+ H₂O。