本發(fā)明涉及一種新的高純度五氟化磷氣體制備方法,屬于精細(xì)化工技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

五氟化磷(PF₅)在電子工業(yè)、電池制造、高分子材料和催化劑等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。以PF₅為原料制備的LiPF₆是鋰離子電池的主要電解質(zhì)，其使用壽命和充電次數(shù)較傳統(tǒng)電解質(zhì)顯著增加。PF₅的合成方法主要分為直接法和間接法2種，直接法中通過使紅磷與F₂直接反應(yīng)的方法可得到純度及選擇性極高的PF₅產(chǎn)品，特別適合用于制造高純LiPF₆電解質(zhì)。目前工業(yè)上廣泛使用的方法是使PCl₅或P₂O₅與HF反應(yīng)，該方法的優(yōu)點是原料易得、工藝簡單且易于控制。由于PF₅與HCl沸點相近，不能用普通蒸餾進(jìn)行分離，工業(yè)上多采用加壓蒸餾或吸附法進(jìn)行精制。這些方法難以工業(yè)化，需開發(fā)一種易于工業(yè)化的技術(shù)工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是一種適合工業(yè)化的五氟化磷的合成工藝。其反應(yīng)方程式如下：

KCl+2HF→KHF₂+HCl

KHF₂+4HF+H₃PO₄→KPF₆↓+4H₂O

KPF₆+HF(g)→PF₅↑+KHF₂

氟化氫鉀制備：將飽和的氯化鉀水溶液加入到內(nèi)襯四氟的反應(yīng)器中，控制溫度在80-85℃，通入氟化氫氣體，反應(yīng)5-6小時，反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫鉀液體。

六氟磷酸鉀制備：氟化氫鉀液體冷卻至室溫后，加入另一個內(nèi)襯四氟的反應(yīng)器中，滴加計量的85％磷酸，常溫攪拌反應(yīng)6小時，有六氟磷酸鉀固體產(chǎn)生，抽濾，濾餅用蒸餾水洗滌2次，真空干燥得到六氟磷酸鉀成品。

五氟化磷制備：干燥的六氟磷酸鉀放入一內(nèi)襯四氟的固定床反應(yīng)器中，加熱至60℃，通入干燥的氟化氫氣體，產(chǎn)生五氟化磷氣體，經(jīng)入通冷凍鹽水的冷凝器，再經(jīng)一干燥器，得到高純度的五氟化磷。固定床反應(yīng)器中的副產(chǎn)品氟化氫鉀回收用于制備六氟磷酸鉀。

發(fā)明優(yōu)點:

本發(fā)明的創(chuàng)新點在于采用六氟磷酸鉀來制備高純度的五氟化磷，反應(yīng)溫和可控，氟氫化鉀可以回收套用，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

具體實施方式：

以下通過實施例對本發(fā)明一種新的高純度五氟化磷氣體制備方法,進(jìn)行具體描述或作進(jìn)一步說明，其目的在于更好的理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)涵，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下的實施范圍。

實施例1

在500ml四口四氟燒瓶中加入50g氯化鉀和150g蒸餾水，加熱至80℃，通入氟化氫氣體81g，攪拌反應(yīng)5小時，得到氟化氫鉀水溶液。冷卻至室溫，緩慢滴加85％磷酸75g，常溫攪拌反應(yīng)6小時，有六氟磷酸鉀固體產(chǎn)生，反應(yīng)結(jié)束后，抽濾，濾餅用50ml蒸餾水漂洗2次，真空干燥得到六氟磷酸鉀成品49.7g，收率95％，產(chǎn)品純度99.0％。

取干燥的六氟磷酸鉀固體100g置于內(nèi)襯四氟的固定床反應(yīng)器中，固定床反應(yīng)器為F25×100，加熱至60℃，通入干燥的氟化氫氣體，反應(yīng)器出口為五氟化磷氣體和氟化氫氣體混合氣體，混合氣體進(jìn)入通-15℃冷凍鹽水的冷凝器，再經(jīng)一干燥器，得到高純度的五氟化磷，純度為99.5％。固定床反應(yīng)器中的副產(chǎn)品氟化氫鉀回收用于制備六氟磷酸鉀。

實施例2

在5L內(nèi)襯四氟反應(yīng)瓶中加入600g氯化鉀和250g蒸餾水，加熱至85℃，通入氟化氫氣體1000g，攪拌反應(yīng)5小時，得到氟化氫鉀水溶液。冷卻至室溫，緩慢滴加85％磷酸900g，常溫攪拌反應(yīng)6小時，有六氟磷酸鉀固體產(chǎn)生，反應(yīng)結(jié)束后，抽濾，濾餅用500ml蒸餾水漂洗2次，真空干燥得到六氟磷酸鉀成品600g，收率97％，產(chǎn)品純度99.1％。

取干燥的六氟磷酸鉀固體1000g置于內(nèi)襯四氟的固定床反應(yīng)器中，固定床反應(yīng)器為F50×200，加熱至65℃，通入干燥的氟化氫氣體，反應(yīng)器出口為五氟化磷氣體和氟化氫氣體混合氣體，混合氣體進(jìn)入通-15℃冷凍鹽水的冷凝器，再經(jīng)一干燥器，得到高純度的五氟化磷，純度為99.5％。固定床反應(yīng)器中的副產(chǎn)品氟化氫鉀回收用于制備六氟磷酸鉀。

實施例3

在5m³內(nèi)襯四氟的反應(yīng)釜中500Kg氯化鉀和2500Kg蒸餾水，加熱至85℃，通入氟化氫氣體1000kg，攪拌反應(yīng)6小時，得到氟化氫鉀水溶液。冷卻至室溫，緩慢滴加85％磷酸1000kg，常溫攪拌反應(yīng)6小時，有六氟磷酸鉀固體產(chǎn)生，反應(yīng)結(jié)束后，離心機(jī)離心分離，濾餅用500kg蒸餾水漂洗2次，真空干燥得到六氟磷酸鉀成品500kg，收率95.6％，產(chǎn)品純度99.0％。

取干燥的六氟磷酸鉀固體500kg置于內(nèi)襯四氟的固定床反應(yīng)器中，固定床反應(yīng)器為F200×1500，加熱至65℃，通入干燥的氟化氫氣體，反應(yīng)器出口為五氟化磷氣體和氟化氫氣體混合氣體，混合氣體進(jìn)入通-15℃冷凍鹽水的冷凝器，再經(jīng)一干燥器，得到高純度的五氟化磷，純度為99.5％。固定床反應(yīng)器中的副產(chǎn)品氟化氫鉀回收用于制備六氟磷酸鉀。