專利名稱：一種用流化床制備高純六氟化鎢的方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高純六氟化鎢的制備工藝，具體涉及用流化床反應(yīng)器合成六氟化 鎢的方法。
背景技術(shù)：
六氟化鎢(WF6)主要用在電子工業(yè)中，是金屬鎢化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝的 原材料，特別是用其制成的WSi2可用作大規(guī)模集成電路(LSI)中的配線材料。通 過混合金屬的CVD工藝制得鎢和錸的復(fù)合涂層，可用于X—射線的發(fā)射電極。此 外，WF6在電子行業(yè)中還主要用作半導(dǎo)體電極和導(dǎo)電漿糊等的原材料。WF6還有許 多非電子方面的應(yīng)用，例如通過CVD技術(shù)使鎢在鋼的表面上生成堅(jiān)硬的碳化鎢 可用來改善鋼的表面性能。還可用于制造某些鎢制部件，如鎢管和坩堝等。此 外，WFe還被廣泛用作氟化劑、聚合催化劑及光學(xué)材料的原料等。
工業(yè)上常用固定床反應(yīng)器使金屬鎢與氟氣或NF3直接反應(yīng)的方法來制備WF6， 在實(shí)際操作中產(chǎn)物易夾帶鎢粉，很難進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)且反應(yīng)器效率低。
JP 119024公開的就是用固定床反應(yīng)器使金屬鎢與高純NF3反應(yīng)制備WF6的方 法，NF3中水分含量對產(chǎn)物純度有直接影響，反應(yīng)器效率低。
US 4960581公開了一種制備方法，先使鎢粉與某種高熔點(diǎn)固體氟化物加壓 捏合成有一定強(qiáng)度的模片，再經(jīng)脫氧、脫水處理后，加熱條件下通氟氣合成WF6， 該方法可避免產(chǎn)物中鎢粉的夾帶，但反應(yīng)速率慢、反應(yīng)器效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用流化床反應(yīng)器制備高純六氟化鎢的 方法。該方法可連續(xù)生產(chǎn)，反應(yīng)器效率高。
本發(fā)明要解決的另一問題是提供一種本發(fā)明方法所用的專門設(shè)備。 為解決上述第一個(gè)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是使氟氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入 流化床反應(yīng)器，在反應(yīng)器中部連續(xù)加入鎢粉，反應(yīng)器底部通入的氮?dú)馔ㄟ^氣體 分布器使鎢粉懸浮于床體中，氟氣與鎢粉通過自由接觸完成反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凍收集器冷凍去除不凝性氣體雜質(zhì)、通過精餾塔精餾去除重組分后得到高純 六氟化鎢，預(yù)熱器、流化床、冷凍收集器之間通過管道連接。
為使工藝連續(xù)進(jìn)行，冷凍收集器至少設(shè)置2個(gè)，當(dāng)其中一個(gè)冷凍收集器冷 凍收集氣體時(shí)，其他處于自然升溫狀態(tài)，以保證氣體連續(xù)進(jìn)入精餾塔。
本發(fā)明方法含有以下操作步驟
(1 )將氟氣通入預(yù)熱器2中預(yù)熱至溫度為5trC 20(TC ，優(yōu)選100°C 150°C;
(2) 預(yù)熱后氣體進(jìn)入流化床反應(yīng)器3中，流化床床內(nèi)溫度200'C 40(TC， 優(yōu)選30(TC 350。C;壓力為O. 1 0. 5MPa，優(yōu)選0. 1 0. 2MPa，反應(yīng)器中部連續(xù) 加入計(jì)量的鉤粉；
(3) 流化床上部得到的粗品六氟化鎢進(jìn)入冷凍收集器7或10，冷凍溫度為 -35°C 0°C，收集器頂部抽真空去除其中的氮?dú)狻⒎鷼狻?一氧化碳、二氧化碳、 四氟化碳和三氟化氮這些不凝性氣體雜質(zhì)；
(4) 步驟(3)得到的產(chǎn)物通過精餾塔精餾去除其中的重組分雜質(zhì)。 本發(fā)明中所使用的氟氣可通過電解法制得，純度一般在99%以上，其中氟
化氫含量一般在20ppmv以下。
為得到較好的流化效果，本發(fā)明中所使用的鎢粉顆粒度范圍一般為30 600 目，優(yōu)選30 100目，純度一般在99.95%以上。
為解決本發(fā)明第二個(gè)問題，提供了以下流化床反應(yīng)器
該反應(yīng)器為空塔，下部為主體反應(yīng)段，上部為放大沉降段11，反應(yīng)器底部 設(shè)置有氣體分布器13，鎢粉給料倉6設(shè)在反應(yīng)器外中部(具體位置無嚴(yán)格限制)， 給料倉與加料管道之間設(shè)有放料旋轉(zhuǎn)閥，可以控制加料速率和加料量，鎢粉在 加料管道中通過氮?dú)庖詺怏w輸送方式進(jìn)行加料；氟氣給料口設(shè)在鎢粉給料倉相 對一側(cè)，便于反應(yīng)物之間充分接觸；反應(yīng)器上部沉降段11外設(shè)有冷卻夾套12， 內(nèi)設(shè)交替使用的兩個(gè)過濾管4和5，過濾管配置氮?dú)夥创笛b置。設(shè)計(jì)兩個(gè)過濾管 的目的是 一個(gè)過濾管使用時(shí)，另一個(gè)可用氮?dú)膺M(jìn)行脈沖式反吹，使附在過濾 管上的鉤粉及時(shí)被吹下返回流化床反應(yīng)段。根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔和反吹阻力實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)控制，兩個(gè)過濾管交替使用，可實(shí)現(xiàn)六氟化鉤生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。流化床反應(yīng)器可采用多種加熱方式，優(yōu)選遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)。遠(yuǎn)紅外加熱具 有熱損耗小、熱效率高、加熱均勻、運(yùn)行維護(hù)方便諸多優(yōu)點(diǎn)，可以及時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)
控工藝情況。溫度可控制在士5'C范圍內(nèi)。
本發(fā)明所使用的預(yù)熱器、流化床反應(yīng)器材料為銅、鎳或蒙乃爾合金，為提高 設(shè)備的耐腐蝕性能和使用壽命，優(yōu)選鎳或蒙乃爾合金。
本發(fā)明所使用的冷凍收集器材料為不銹鋼、銅、鎳或蒙乃爾合金，為降低成 本，選用不銹鋼。
本發(fā)明中連接預(yù)熱器、流化床反應(yīng)器和冷凍收集器之間的管道材料為紫銅。 本發(fā)明方法所制備的六氟化鎢氣體純度可達(dá)到99. 99%以上，有利于進(jìn)一步
精制成99. 9999%以上超高純氣體。
采用流化床反應(yīng)器，氣體流動(dòng)使得反應(yīng)器傳質(zhì)、傳熱效率高，反應(yīng)溫度易
于控制，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器自動(dòng)控溫，自動(dòng)給料，操作易于控制，安全可靠，反應(yīng)
器內(nèi)置過濾管并配置氮?dú)夥创笛b置可避免產(chǎn)品夾帶鎢粉。


圖1是本發(fā)明流化床反應(yīng)器制備六氟化鎢的工藝流程圖。 圖2是本發(fā)明所用流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1
采用圖1所示的反應(yīng)流程，反應(yīng)前以惰性氣體將反應(yīng)系統(tǒng)吹掃并抽真空清 理干凈。流化床反應(yīng)器由蒙乃爾合金制作，直徑為100mm，高1500腿。氟氣的 純度為99%,其中氟化氫含量在20ppmv以下，氟氣進(jìn)料速率0. 8 1. 6mol/min。 氟氣經(jīng)壓縮機(jī)1加壓后進(jìn)入到預(yù)熱器2中，預(yù)熱器溫度為150'C,壓力為0.1 0. 15Mpa，預(yù)熱器用蒙乃爾合金制作，直徑為lOOmm，高1000mm。預(yù)熱后氣體進(jìn) 入流化床反應(yīng)器3中，鎢粉以給料倉6通過放料閥控制，在氮?dú)庾饔孟陆o料， 給料速率為0. 05 0. lkg/min，并由氣體分布器13通入的氮?dú)饬骰闪黧w狀態(tài)， 鎢粉的純度為99. 95%,顆粒度為30 300目。流化床反應(yīng)器溫度為250±10°C，反應(yīng)壓力為0. 1 0. 15Mpa。合成的粗品六氟化鎢氣體經(jīng)反應(yīng)器頂部沉降區(qū)11冷 卻夾套12冷卻后，經(jīng)過濾管4或5去除夾帶的鎢粉后，進(jìn)入冷凍收集器7或10 中，并通過無油真空泵9抽真空去除其中的氮?dú)狻⒎鷼狻?一氧化碳、二氧化碳、 四氟化碳和三氟化氮等不凝性氣體雜質(zhì)。得到六氟化鎢(WF6)固體再經(jīng)自然升 溫變?yōu)橐后w后進(jìn)入精餾塔8精餾去除其中六氟化鉬等重組分雜質(zhì)，塔頂?shù)玫搅?氟化鎢氣體，冷卻灌裝。
經(jīng)分析檢測，六氟化鎢純度大于99.99%，氟化氫的含量為15ppmv，其他雜 質(zhì)未檢出。
實(shí)施例2
氟氣進(jìn)料速率1. 6 3. 2mol/min鎢粉的顆粒度為270 600目，鎢粉給料速 率為0. 1 0. 2kg/min，溫度為350土10。C，反應(yīng)壓力為0. 1 0. 2 MPa，其他同 時(shí)實(shí)施例l。
得到的產(chǎn)品六氟化鎢的純度大于99.99%，其中氟化氫的含量為20ppmv， 其他雜質(zhì)未檢出。
權(quán)利要求
1. 一種高純六氟化鎢的制備方法，其特征是反應(yīng)在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行，氟氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入流化床反應(yīng)器，在反應(yīng)器中部連續(xù)加入鎢粉，反應(yīng)器底部通入的氮?dú)馔ㄟ^氣體分布器使鎢粉懸浮于床體中，氟氣與鎢粉通過自由接觸完成反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凍收集器冷凍去除不凝性氣體雜質(zhì)、通過精餾塔精餾去除重組分后得到高純六氟化鎢，預(yù)熱器、流化床、冷凍收集器之間通過管道連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是包括以下操作步驟(1)將氟氣通入預(yù)熱器(2)中預(yù)熱至溫度為5(TC 20(TC; (2 )預(yù)熱后氣體進(jìn)入流化床反應(yīng)器(3 )中，流化床床內(nèi)溫度為200°C 400°C ， 壓力為O. 1 0.5MPa,反應(yīng)器中部連續(xù)加入計(jì)量的鎢粉；(3) 流化床反應(yīng)器(3)上部得到的粗品六氟化鎢進(jìn)入冷凍收集器(7或10), 冷凍溫度為-35'C (TC，收集器頂部抽真空去除其中的氮?dú)?、氟氣?一氧化碳、 二氧化碳、四氟化碳和三氟化氮這些不凝性氣體雜質(zhì)；(4) 步驟(3)得到的產(chǎn)物通過精餾塔(8)精餾去除其中的重組分雜質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是氟氣純度在99%以上，其中氟化 氫含量在20ppmv以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是鎢粉顆粒度為30 100目，純度在 99. 95%以上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是氟氣預(yù)熱溫度為100°C 150°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是床內(nèi)溫度300°C 350°C，壓力為 0. 1 0. 2MPa。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是預(yù)熱器、流化床反應(yīng)器材料為銅、 鎳或蒙乃爾合金。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是冷凍收集器材料為不銹鋼、銅、鎳 或蒙乃爾合金。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是連接預(yù)熱器、流化床反應(yīng)器和冷凍 收集器之間的管道材料為紫銅。
10.—種權(quán)利要求i所述方法所用的流化床，為一空塔反應(yīng)器，下部為主體反應(yīng)段，上部為放大沉降段(11);反應(yīng)器底部設(shè)置有氣體分布器(13)，鎢粉 給料倉(6)設(shè)在反應(yīng)器外中部，鎢粉在加料管道中通過氮?dú)庖詺怏w輸送方式進(jìn) 行加料；氟氣給料口設(shè)在鎢粉給料倉相對一側(cè)；反應(yīng)器上部沉降段(11)外設(shè) 有冷卻夾套(12)，內(nèi)設(shè)交替使用的兩個(gè)過濾管(4、 5)，過濾管配置氮?dú)夥创?裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用流化床制備高純六氟化鎢的方法及其設(shè)備，將氟氣通入預(yù)熱器中預(yù)熱至溫度為50℃～200℃，預(yù)熱后氣體進(jìn)入流化床反應(yīng)器中，床內(nèi)溫度200℃～400℃，壓力為0.1～0.5MPa，反應(yīng)器中部連續(xù)加入計(jì)量的鎢粉，上部得到的粗品六氟化鎢進(jìn)入冷凍收集器，冷凍溫度為-35℃～0℃，收集器頂部抽真空去除不凝性氣體雜質(zhì)，得到的固體六氟化鎢液化后進(jìn)入精餾塔精餾去除其中的重組分雜質(zhì)，制備的六氟化鎢氣體純度可達(dá)到99.99％以上。該工藝可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器自動(dòng)控溫，自動(dòng)給料，操作易于控制，安全可靠，反應(yīng)器內(nèi)置過濾管并配置氮?dú)夥创笛b置可避免產(chǎn)品夾帶鎢粉。
文檔編號C01G41/00GK101428858SQ20081017458
公開日2009年5月13日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者侯玲玲, 周憲峰, 許福勝, 冰 趙, 鮑金強(qiáng) 申請人:黎明化工研究院