專利名稱：一種制備四氟化鈦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種制備四氟化鈦的方法，具體涉及一種以氟氣和金屬鈦為原料制備四氟化鈦的方法。
背景技術(shù)：
四氟化鈦在微電子工業(yè)中用作刻蝕劑、在石化行業(yè)中用作催化劑。四氟化鈦為有吸潮性的白色粉末，分子量為123. 861，升華點(diǎn)為284°C，相對(duì)密度2. 798。常用的制備四氟化鈦的方法如下
四氯化鈦(TiCl4)與氟化氫(HF)反應(yīng)生成四氟化鈦(TiF4),反應(yīng)式為
TiCii +AHF -^TiF^ +AHCi
該方法的過程以四氯化鈦和氟化氫為原料制備四氟化鈦，將50%的四氯化鈦按化學(xué)計(jì)量比的量裝入鉬制或銅制的反應(yīng)器中，滴加氟化氫使其反應(yīng)，將反應(yīng)物靜置數(shù)小時(shí)，再徐徐加熱，加熱至200°C時(shí)蒸餾出含氟化氫的氯化氫，再繼續(xù)升溫至284°C以上使四氟化鈦升華，經(jīng)冷卻即得到四氟化鈦粉末產(chǎn)品。上述方法的缺點(diǎn)是四氟化鈦粗品中含有大量的氯化氫和未反應(yīng)的氟化氫，它們屬于腐蝕性有毒物質(zhì)，對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，分離提純難度大，泄漏后對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷而提出的，其目的是提供一種設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、設(shè)備運(yùn)行安全、產(chǎn)品純度高、環(huán)境污染小的制備四氟化鈦的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種制備四氟化鈦的方法，包括以下步驟
(i)對(duì)反應(yīng)器預(yù)處理
反應(yīng)器內(nèi)加入金屬鈦后，密閉反應(yīng)器，抽空到表壓為-O. IOMPa -O. 08MPa，對(duì)反應(yīng)器測(cè)漏合格后，將其預(yù)熱到100°C 200°C ；
( )氟氣與金屬鈦合成反應(yīng)
反應(yīng)器內(nèi)通入氟氣，使氟氣與金屬鈦在反應(yīng)器內(nèi)接觸發(fā)生合成反應(yīng)，生成氣態(tài)四氟化鈦粗品，反應(yīng)過程中反應(yīng)器內(nèi)表壓為-O. 05MPa O. 05MPa，溫度為200°C 500°C ；
(iii)四氟化鈦的收集
從反應(yīng)器出來的氣態(tài)四氟化鈦進(jìn)入提純器，提純器內(nèi)保持溫度為150°C 280°C，提純器內(nèi)表壓為-O. IOMPa OMPa ；
(iv)提純四氟化鈦
在提純器收集到一定量的四氟化鈦后，停止收集，進(jìn)行四氟化鈦的提純，將提純器內(nèi)的溫度冷卻至常溫，氣態(tài)四氟化鈦粗品冷凝成固態(tài)，將提純器中的不凝氣體雜質(zhì)通過尾氣處理器進(jìn)行抽空處理，當(dāng)提純器內(nèi)表壓小于-O. OSMPa時(shí)，停止抽空處理，提純器升溫，溫度控制范圍為300°C 400°C，提純器內(nèi)的四氟化鈦進(jìn)入產(chǎn)品儲(chǔ)罐，產(chǎn)品儲(chǔ)罐冷卻至常溫，得四氟化鈦固態(tài)粉末產(chǎn)品。
反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)最佳溫度為290°C 320°C。提純器收集四氟化鈦時(shí)最佳溫度為180°C 220°C，提純器內(nèi)表壓最好控制在-O. 05MPa OMPa范圍內(nèi)。本發(fā)明設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行安全、環(huán)境污染小，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品純度可達(dá)98%以上。
圖I是本發(fā)明制備四氟化鈦的設(shè)備布置圖。其中 I管道2閥門
3反應(yīng)器4提純器
5產(chǎn)品儲(chǔ)罐 6尾氣處理器
7真空泵。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的制備四氟化鈦的方法進(jìn)行詳細(xì)說明
如圖I所示，一種制備四氟化鈦的方法，其中所使用的設(shè)備包括反應(yīng)器3，氟氣的入口通過管道I和閥門2和反應(yīng)器3的氣體入口連通，反應(yīng)器3的產(chǎn)品出口與提純器4的入口通過管道I和閥門2連通，提純器4的產(chǎn)品出口與產(chǎn)品儲(chǔ)罐5的產(chǎn)品入口通過管道I和閥門2連通。反應(yīng)器3、提純器4、產(chǎn)品儲(chǔ)罐5的排氣口通過管道I和閥門2與尾氣處理器6的入口連通，尾氣處理器6的出口通過管道I和閥門2與真空泵7連通。在管道上設(shè)置多個(gè)閥門2。本發(fā)明的一種制備四氟化鈦的方法，包括以下步驟
(i)對(duì)反應(yīng)器預(yù)處理
反應(yīng)器3內(nèi)加入金屬鈦后，密閉反應(yīng)器3，抽空到表壓為-O. IOMPa -O. 08MPa，對(duì)反應(yīng)器3測(cè)漏合格后，將其預(yù)熱到100°C 200°C。(ii)氟氣與金屬鈦合成反應(yīng)
緩慢開啟反應(yīng)器3前的氟氣入口閥門2，向反應(yīng)器3內(nèi)通入純度大于95%的氟氣，使氟氣與金屬鈦在反應(yīng)器3內(nèi)接觸發(fā)生合成反應(yīng)，生成氣態(tài)四氟化鈦粗品，反應(yīng)過程中反應(yīng)器3內(nèi)的表壓為-O. 05MPa O. 05MPa，反應(yīng)器3內(nèi)溫度為200°C 500°C，反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)最佳溫度為290°C 320°C。反應(yīng)方程式為
Ti+2F2 — TiF4
(iii)四氟化鈦的收集
從反應(yīng)器3出來的氣態(tài)四氟化鈦粗品通過管道I和閥門2進(jìn)入提純器4，提純器4保持溫度為150°C 280°C，最好在180°C 220°C，提純器4內(nèi)表壓為-O. IOMPa OMPa，最好在-O. 05MPa OMPa。(iv)提純四氟化鈦
在提純器4收集到一定量的四氟化鈦后，停止收集，進(jìn)行四氟化鈦的提純。將提純器內(nèi)的溫度冷卻至常溫，氣態(tài)四氟化鈦粗品冷凝成固態(tài)，將提純器4中的氮?dú)?、氧氣等不凝氣體雜質(zhì)通過管道I、閥門2和尾氣處理器6，用真空泵7進(jìn)行抽空處理，提純器4壓力小于-O. 08MPa時(shí)，停止抽空處理。提純器4升溫，溫度控制范圍為300°C 400°C，提純器4內(nèi)的四氟化鈦呈氣態(tài)進(jìn)入產(chǎn)品儲(chǔ)罐5，產(chǎn)品儲(chǔ)罐5經(jīng)過冷卻后，獲得四氟化鈦固態(tài)粉末產(chǎn)品，產(chǎn)品純度可達(dá)98%以上。提純器收集四氟化鈦時(shí)最佳溫度為180°C 220°C，提純器內(nèi)表壓最好控制在-O. 05MPa OMPa范圍內(nèi)。實(shí)施例I
首先，將反應(yīng)器3清洗烘干，反應(yīng)器3內(nèi)加入純度98. 5%的金屬鈦2公斤，密閉反應(yīng)器3，抽空到-O. IOMPa (表壓)，對(duì)反應(yīng)器3測(cè)漏合格后，將其預(yù)熱到100°C。其次，緩慢開啟反應(yīng)器3前的氟氣入口閥門2，向反應(yīng)器3內(nèi)通入純度96%的氟氣，使氟氣與金屬鈦在反應(yīng)器3內(nèi)接觸發(fā)生合成反應(yīng)，生成氣態(tài)四氟化鈦粗品，反應(yīng)過程壓力為-O. 05MPa,反應(yīng)器3內(nèi)溫度為200°C。再次，從反應(yīng)器3出來的氣態(tài)四氟化鈦進(jìn)入提純器4，提純器4內(nèi)溫度為150°C，提純器4內(nèi)表壓為-O. IOMPa0最后，在提純器4收集到4. O公斤氣態(tài)四氟化鈦粗品。將提純器內(nèi)的溫度冷卻至常溫，氣態(tài)四氟化鈦粗品冷凝成固態(tài)，將提純器4中的不凝氣體雜質(zhì)通過管道I、閥門2和尾氣處理器6，用真空泵進(jìn)行抽空處理，提純器4壓力為-O. 085MPa時(shí)，停止抽空處理。提純器4升溫，溫度為300°C，提純器4內(nèi)的四氟化鈦進(jìn)入產(chǎn)品儲(chǔ)罐5，產(chǎn)品儲(chǔ)罐5經(jīng)過冷卻后，獲得四氟化鈦固態(tài)粉末產(chǎn)品3. 4公斤，產(chǎn)品純度為98. 2%。實(shí)施例2
首先，將反應(yīng)器3清洗烘干，反應(yīng)器3內(nèi)加入純度98. 5%的金屬鈦2公斤，密閉反應(yīng)器3，抽空到表壓為-O. 09MPa，對(duì)反應(yīng)器3測(cè)漏合格后，將其預(yù)熱到150°C。其次，緩慢開啟反應(yīng)器3前的氟氣入口閥門3，向反應(yīng)器3內(nèi)通入純度96%的氟氣，使氟氣與金屬鈦在反應(yīng)器3內(nèi)接觸發(fā)生合成反應(yīng)，生成氣態(tài)四氟化鈦粗品，反應(yīng)過程壓力為OMPa，反應(yīng)器3溫度為310°C。再次，從反應(yīng)器3出來的四氟化鈦進(jìn)入提純器4，提純器4內(nèi)溫度為200°C，提純器4內(nèi)表壓力為-O. 05MPa。最后，在提純器4收集到4. 7公斤氣態(tài)四氟化鈦粗品。將提純器內(nèi)的溫度冷卻至常溫，氣態(tài)四氟化鈦粗品冷凝成固態(tài)，將提純器4中的不凝氣體雜質(zhì)通過管道I、閥門2和尾氣處理器6，用真空泵7進(jìn)行抽空處理，提純器4內(nèi)表壓為-O. 083MPa時(shí)，停止抽空處理。提純器4升溫，溫度為350°C，提純器4內(nèi)的四氟化鈦進(jìn)入產(chǎn)品儲(chǔ)罐5，產(chǎn)品儲(chǔ)罐5經(jīng)過冷卻后，獲得四氟化鈦固態(tài)粉末產(chǎn)品4. 4公斤，產(chǎn)品純度為98. 8%。實(shí)施例3
首先，將反應(yīng)器3清洗烘干，反應(yīng)器3內(nèi)加入純度98. 5%的金屬鈦2公斤，密閉反應(yīng)器3，抽空到表壓為-O. 08MPa，對(duì)反應(yīng)器3測(cè)漏合格后，將其預(yù)熱到200°C。其次，緩慢開啟反應(yīng)器3前的氟氣入口閥門2，向反應(yīng)器3內(nèi)通入純度96%的氟氣，使氟氣與金屬鈦在反應(yīng)器3內(nèi)接觸發(fā)生合成反應(yīng)，生成四氟化鈦粗品，反應(yīng)過程中表壓為O. 05MPa，反應(yīng)器3內(nèi)溫度為500°C。
再次，從反應(yīng)器3出來的氣態(tài)四氟化鈦進(jìn)入提純器4，提純器4內(nèi)溫度為280°C，提純器4內(nèi)表壓為OMPa。最后，在提純器4收集到4. 5公斤氣態(tài)四氟化鈦粗品。將提純器內(nèi)的溫度冷卻至常溫，氣態(tài)四氟化鈦粗品冷凝成固態(tài)，將提純器4中的不凝氣體雜質(zhì)通過管道I、閥門2和尾氣處理器6，用真空泵7進(jìn)行抽空處理，提純器4內(nèi)表壓為-O. OSlMPa時(shí)，停止抽空處理。提純器4升溫，溫度為400°C，提純器4內(nèi)的氣態(tài)四氟化鈦進(jìn)入產(chǎn)品儲(chǔ)罐5，產(chǎn)品儲(chǔ)罐5經(jīng)過冷卻后，獲得四氟化鈦固態(tài)粉末產(chǎn)品4. I公斤，產(chǎn)品純度為98. 5%。 本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)溫度易控制、運(yùn)行安全、環(huán)境污染小，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品純度可達(dá)98%以上。
權(quán)利要求
1.一種制備四氟化鈦的方法，其特征在于包括以下步驟 (i)對(duì)反應(yīng)器預(yù)處理 反應(yīng)器(3)內(nèi)加入金屬鈦后，密閉反應(yīng)器(3)，抽空到表壓為-O. IOMPa -O. 08MPa，將其預(yù)熱到100°C 200°C ； ( )氟氣與金屬鈦合成反應(yīng) 反應(yīng)器(3)內(nèi)通入氟氣，使氟氣與金屬鈦在反應(yīng)器(3)內(nèi)接觸發(fā)生合成反應(yīng)，生成氣態(tài)四氟化鈦粗品，反應(yīng)過程中反應(yīng)器(3)內(nèi)表壓為-O. 05MPa O. 05MPa，溫度為200°C 500 0C ； (iii)四氟化鈦的收集 從反應(yīng)器(3)出來的氣態(tài)四氟化鈦進(jìn)入提純器(4)，提純器(4)內(nèi)保持溫度為150°C 280°C，提純器(4)內(nèi)表壓為-O. IOMPa OMPa ； (iv)提純四氟化鈦 在提純器(4)收集到一定量的四氟化鈦后，停止收集，將提純器內(nèi)的溫度冷卻至常溫，氣態(tài)四氟化鈦粗品冷凝成固態(tài)，將提純器(4)中的不凝氣體雜質(zhì)通過尾氣處理器(6)進(jìn)行抽空處理，當(dāng)提純器(4)內(nèi)表壓小于-O. OSMPa時(shí)，停止抽空處理，提純器(4)升溫，溫度控制范圍為300°C 400°C，提純器(4)內(nèi)的四氟化鈦進(jìn)入產(chǎn)品儲(chǔ)罐(5)，產(chǎn)品儲(chǔ)罐(5)冷卻至常溫，得四氟化鈦固態(tài)粉末產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備四氟化鈦的方法，其特征在于反應(yīng)器(3)內(nèi)最佳反應(yīng)溫度為290°C 320°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備四氟化鈦的方法，其特征在于提純器(4)收集四氟化鈦時(shí)最佳溫度為180°C 220°C，提純器(4)內(nèi)表壓最好控制在-O. 05MPa OMPa范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備四氟化鈦的方法，包括以下步驟(i)對(duì)反應(yīng)器預(yù)處理，反應(yīng)器內(nèi)加入金屬鈦后，抽空到表壓為-0.10MPa～-0.08MPa，將其預(yù)熱到100℃～200℃；(ⅱ)氟氣與金屬鈦合成反應(yīng)生成氣態(tài)四氟化鈦粗品，反應(yīng)器內(nèi)表壓為-0.05MPa～0.05MPa，溫度為200℃～500℃；(ⅲ)四氟化鈦的收集，氣態(tài)四氟化鈦粗品進(jìn)入提純器，提純器內(nèi)溫度為150℃～280℃，表壓為-0.10MPa～0MPa；(ⅳ)提純四氟化鈦，將不凝氣體雜質(zhì)通過尾氣處理器進(jìn)行抽空處理，提純后的氣態(tài)四氟化鈦進(jìn)入產(chǎn)品儲(chǔ)罐，冷卻至常溫，得四氟化鈦固態(tài)粉末產(chǎn)品。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)溫度易控制、運(yùn)行安全、環(huán)境污染小，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品純度可達(dá)98%以上。
文檔編號(hào)C01G23/02GK102849792SQ20121039446
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者王筠, 陳光華, 崔學(xué)文, 李于教 申請(qǐng)人:核工業(yè)理化工程研究院華核新技術(shù)開發(fā)公司