[發明專利]一種五氟化磷的制備方法

無效

• 申請號: 201110329173.4
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102502544A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 劉春雪;賀鄧;趙娜;侯姝;謝文雅;劉玉靜
• 申請（專利權）人: 核工業理化工程研究院華核新技術開發公司
• 主分類號: C01B25/10
• 分類號: C01B25/10
• 代理公司: 天津市宗欣專利商標代理有限公司 12103
• 代理人: 胡恩河

技術領域

本發明屬于一種制備五氟化磷的工藝，具體涉及一種利用五氧化二磷和氟化鈣兩種固體的加熱反應、制備五氟化磷的方法。

背景技術

五氟化磷（PF₅）在常態下是一種無色無味的氣體，在潮濕空氣中劇烈發煙，常壓下熔點為-93.78°C，沸點-84°C。作為一種氟化劑，五氟化磷可以進行離子轉移，被廣泛地應用于電子工業、電池制造、高分子材料和催化劑等領域。在半導體制造上，五氟化磷在微波作用下變為等離子氣體進行摻雜可以顯著改善半導體性能。

在高分子材料領域，五氟化磷作為反應物可以合成出氟化有機二硫代磷酸鹽，用以制備具有很好防腐性能的高分子材料。

鋰電池目前應用廣泛，可以用作電動汽車、手提電腦、移動電話的電源。其電解質的性能對電池性能有很大影響，以五氟化磷為原料可制備出性能優異的六氟磷酸鋰作為鋰電池的電解質，從而可以顯著提高鋰電池的性能，使用壽命和充電次數都可以大為增加。

用五氟化磷處理過的Al、Ni、Be、Th、Ti等金屬的氧化物作為催化劑，對烴類化合物的轉化，例如三丁基甲苯轉化為甲苯具有很好的催化性能。

五氟化磷也可直接用做許多共聚反應的催化劑，如葡萄酐與脫水甘露糖的共聚反應。此外，用五氟化磷為原料可以合成五氟化磷胺共聚物作為除草劑。

由此看來，五氟化磷具有比較廣泛的用途。特別是無水高純五氟化磷可以直接用于電子工業。?因此需要找到一種經濟高效，工藝簡單的制備方法。

目前，主要五氟化磷的制備方法大致可分為直接法、間接法。

直接法一般采用氟化氫和氟氣等為原料，通過一步反應制備五氟化磷。例如：利用氟氣和單質磷反應合成五氟化磷，反應方程式為2P+5F₂?2PF₅；五氧化二磷和無水氟化氫反應制備五氟化磷，反應方程式為PCl₅+HF?PF₅+HCl；鹵素同三氟化磷反應制備五氟化磷，反應方程式為5PF₃+3X₂→3PF₅+?2PX₅（其中X為鹵素）；氟氣和五氧化二磷反應制備五氟化磷，反應方程式為2P₂O₅+?10F₂→4PF₅+?5O₂

上述反應采用的氟氣和氟化氫，是具有強腐蝕性和有毒的原料，對反應器要求較高，而且反應劇烈放熱，難于控制，容易產生三氟化磷等副產物，影響產品純度。

雖然，五氧化二磷和無水氟化氫反應五氟化磷的制備方法已實現產業化，國內商業化五氟化磷的制備多采用這種方法。但是由于此反應強烈放熱，需嚴格控制反應過程溫度，否則容易發生爆炸。另外，反應產率低。

間接生產方法是使適量反應物首先生成中間產物（主要是POF₃和HPF₆），再對中間產物進行處理生成五氟化磷。間接生產法反應步驟多，連續化生產困難，工藝步驟復雜，生產成本高。

美國專利（專利號：US3592594）公開了一種利用中間產物三氟氧磷的間接生產法，反應原理為CaF₂和無水亞硫酸反應生成CaF(SO₃F)，再與H₃PO₄反應生成三氟氧磷。繼續讓三氟氧磷與HF反應生成PF₅。反應方程式分別為：CaF₂+H₂SO₃→CaF(SO₃F)+H₂，3CaF(SO₃F)+?2H₃PO₄→3CaSO₄+?2POF₃+3H₂O，POF₃+2HF→2PF₅+?H₂O。

上述方法曾經一度是傳統制備五氟化磷的重要方法，但由于反應副產物對環境污染嚴重，該方法如今已經停止使用。

發明內容

本發明的目的在于摒棄傳統生產方法中使用氟化氫、氟氣等強毒性和強腐蝕性原材料的做法，提供一種制備高純五氟化磷的工藝方法。

本發明的技術方案是：一種五氟化磷的制備方法，包括以下步驟：

（i）干燥