一種四氟化鈦的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氟化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種四氟化鈦的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]四氟化鈦，分子式TiF4,白色固體，吸濕性較強，屬于有毒物質(zhì)。密度2.798g/cm3，熔點123.89°C，升華點284°C。在微電子工業(yè)中用作化學氣相沉積或離子注入形成硅化鈦或鈦膜，制作低電阻、高熔點的電路互聯(lián)線和柵極。其制備方法有兩種，一種是采用高純金屬鈦粉直接氟化，反應(yīng)產(chǎn)物在280?290 °C下進行升華純化，可獲得純度達99%的四氟化鈦產(chǎn)品，如中國專利CN102849792A公開的一種制備四氟化鈦的方法即采用高純金屬鈦粉直接氟化的方法；另一種是將無水氟化氫和TiCl4反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在無水情況下進行蒸餾，11匕在2841時升華即生成白色固體TiF4。上述兩種方法，一種是采用價格昂貴的氟氣和金屬鈦粉為原料，生產(chǎn)成本相對偏高，制約了其應(yīng)用范圍，生產(chǎn)過程中安全控制不易保障；另一種是將無水氟化氫和11(:14反應(yīng)制備TiF 4，副產(chǎn)大量含氟鹽酸，對設(shè)備腐蝕嚴重，環(huán)保處理成本較高，環(huán)保瓶頸制約其技術(shù)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供成本低的四氟化鈦制備方法。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種四氟化鈦的制備方法，包括以下操作步驟:
[0006]一種四氟化鈦的制備方法，包括以下操作:三氟化鐵與鈦鐵礦在1100?1500°C下反應(yīng)后，冷卻，制得固體四氟化鈦。
[0007]上述四氟化鈦的制備方法中涉及的反應(yīng)方程式為:
[0008]3FeTi03(c)+4FeF3(c) — 2Fe203(c)+3TiF4(g)+3Fe0(c) (I)
[0009]上述式(I)中四氟化鈦的制備方法以鈦鐵礦為原料，與三氟化鐵經(jīng)過一步反應(yīng)即制備得到四氟化鈦，原料成本低，且產(chǎn)物為氣固兩相產(chǎn)物，易于分離純化，副產(chǎn)的含氟水蒸氣和三氧化二鐵與氧化亞鐵的混合物可以作為產(chǎn)品直接出售。
[0010]所述三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.0?4.5:3.0。
[0011]所述反應(yīng)時間為5?1h。
[0012]上述三氟化鐵可以為市售商品；也可以為了進一步的降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)工藝綠色環(huán)保，所述三氟化鐵由以下方法制備而得:氟化氫與三氧化二鐵在300?500°C下反應(yīng)制得四氟化鐵。
[0013]上述三氟化鐵制備過程中涉及的反應(yīng)方程式為:
[0014]6HF(1)+Fe203 (c) — 2FeF3(c)+3H20(g) (2)
[0015]上述式(I)中副產(chǎn)的三氧化二鐵和氧化亞鐵混合物經(jīng)氧化制得三氧化二鐵直接返回式(2)中作為原料使用，而且式(2)中副產(chǎn)的含氟水蒸氣經(jīng)氫氧化鈉容易吸收后用于生產(chǎn)冰晶石，實現(xiàn)副產(chǎn)物直接回收再利用和閉路循環(huán)，進一步降低生產(chǎn)成本的同時，實現(xiàn)綠色環(huán)保，提高經(jīng)濟效益。
[0016]所述氟化氫與三氧化二鐵的摩爾比為5.96?6.25:1.0。
[0017]所述三氟化鐵制備過程中反應(yīng)時間為0.2?5h。
[0018]本發(fā)明四氟化鈦的制備方法，以價格低廉的鈦鐵礦為主要原料，降低成產(chǎn)成本，反應(yīng)過程簡單易于控制，并且每步反應(yīng)均生成氣固兩相產(chǎn)物，產(chǎn)物易于分離純化，副產(chǎn)的三氧化二鐵與氧化亞鐵的混合物可以作為產(chǎn)品直接出售。
[0019]進一步的，本發(fā)明采用氟化氫與三氧化二鐵反應(yīng)生產(chǎn)三氟化鐵，副產(chǎn)的含氟水蒸氣可直接經(jīng)氫氧化鈉吸收用于生產(chǎn)冰晶石，同時，四氟化鈦副產(chǎn)的三氧化二鐵和氧化亞鐵的混合物經(jīng)氧化制得三氧化二鐵后可直接用于生產(chǎn)三氟化鐵，實現(xiàn)副產(chǎn)物的直接回收再利用，進一步降低生產(chǎn)成本，同時，實現(xiàn)工藝綠色環(huán)保，提高經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例4中四氟化鈦制備方法工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。
[0022]實施例1
[0023]本實施例四氟化鈦的制備方法，2.25kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.5:3.0，置于1500°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)5小時，生成1.56Kg四氟化鈦粗氣體，精餾提純冷卻后得到純度為99.5%的四氟化鈦固體1.43kg。其中三氟化鐵為市售商品。
[0024]實施例2
[0025]本實施例四氟化鈦的制備方法，1.91kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.0:3.0，置于1200°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)10小時，生成1.42Kg四氟化鈦粗氣體，精餾提純冷卻后得到純度為99.7%的四氟化鈦固體1.36kg。其中三氟化鐵為市售商品。
[0026]實施例3
[0027]本實施例四氟化鈦的制備方法，2.2kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.5:3.0，置于1500°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)5小時，生成1.55Kg四氟化鈦粗氣體，精餾提純后得到純度為99.52%的四氟化鈦固體1.42kg。其中三氟化鐵為市售商品。
[0028]實施例4
[0029]本實施例四氟化鈦的制備方法，具體流程如圖1所示，具體操作步驟如下:
[0030]I)將50mol無水氟化氫與8mol三氧化二鐵在流化床500°C下反應(yīng)3小時，制得
2.25kg三氟化鐵固體，副產(chǎn)0.56kg含氟水蒸氣經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后用于生產(chǎn)冰晶石；
[0031]2)步驟I)制得的2.25kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.5:3.0，置于1500°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)5小時，生成1.56Kg四氟化鈦粗氣體，精餾提純冷卻后得到純度為99.5%的四氟化鈦固體1.43kg ;其中副產(chǎn)的三氧化二鐵和氧化亞鐵與氧氣反應(yīng)制得三氧化二鐵返回步驟I)。
[0032]實施例5
[0033]本實施例四氟化鈦的制備方法，具體操作步驟為:
[0034]I)將50mol無水氟化氫與8.4mol三氧化二鐵在流化床300°C下反應(yīng)0.25小時，制得1.91kg三氟化鐵固體，副產(chǎn)0.52kg含氟水蒸氣經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后用于生產(chǎn)冰晶石；
[0035]2)步驟I)制得的1.91kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.0:3.0，置于1200°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)10小時，生成1.42Kg四氟化鈦粗氣體，精餾提純冷卻后得到純度為99.7%的四氟化鈦固體1.36kg。
[0036]實施例6
[0037]本實施例四氟化鈦的制備方法，具體操作步驟為:
[0038]I)將50mol無水氟化氫與8mol三氧化二鐵在流化床500°C下反應(yīng)0.2小時，制得
2.2kg三氟化鐵固體，副產(chǎn)0.55kg含氟水蒸氣經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后用于生產(chǎn)冰晶石；
[0039]2)步驟I)制得的2.2kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.5:3.0，置于1500°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)5小時，生成1.55Kg四氟化鈦粗氣體，精餾提純冷卻后得到純度為99.5%的四氟化鈦固體1.42kg。
[0040]實施例7
[0041]本實施例四氟化鈦的制備方法，具體操作步驟如下:
[0042]I)將50mol無水氟化氫與8.33mol三氧化二鐵在流化床400°C下反應(yīng)3小時，制得
2.35kg三氟化鐵固體，副產(chǎn)0.52kg含氟水蒸氣經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后用于生產(chǎn)冰晶石；
[0043]2)步驟I)制得的2.35kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.2:3.0，置于1100°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)6小時，生成1.4Kg四氟化鈦粗氣體，精飽提純冷卻后得到純度為99.8%的四氟化鈦固體1.32kg。
【主權(quán)項】
1.一種四氟化鈦的制備方法，其特征在于，三氟化鐵與鈦鐵礦在1100?1500°C下反應(yīng)后，冷卻，制得固體四氟化鈦。
2.如權(quán)利要求1所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，所述三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.0?4.5:3。
3.如權(quán)利要求1所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)時間為5?10小時。
4.如權(quán)利要求1所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，所述三氟化鐵由以下方法制備而得:氟化氫與三氧化二鐵在300?500°C下反應(yīng)制得。
5.如權(quán)利要求4所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，所述氟化氫與三氧化二鐵的摩爾比為5.96?6.25:1。
6.如權(quán)利要求4所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)時間為0.2?5小時。
7.如權(quán)利要求4所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)中副產(chǎn)含氟水蒸氣經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后用于生產(chǎn)冰晶石。
8.如權(quán)利要求4所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，生產(chǎn)四氟化鈦過程中副產(chǎn)的三氧化二鐵和氧化亞鐵混合物經(jīng)氧化制得三氧化二鐵直接用于生產(chǎn)三氟化鐵。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種四氟化鈦的制備方法，屬于氟化工技術(shù)領(lǐng)域。該制備方法，采用三氟化鐵與鈦鐵礦在1100～1500℃下反應(yīng)制得四氟化鈦，原料成本低，每步反應(yīng)均生成氣固兩相產(chǎn)物，產(chǎn)物易于分離純化。進一步的，本發(fā)明采用氟化氫與三氧化二鐵在300～500℃下反應(yīng)制得三氟化鐵，副產(chǎn)的含氟水蒸氣可直接經(jīng)氫氧化鈉吸收用于生產(chǎn)冰晶石，同時，四氟化鈦副產(chǎn)的三氧化二鐵和氧化亞鐵的混合物經(jīng)氧化制得三氧化二鐵后可直接用于生產(chǎn)三氟化鐵，實現(xiàn)副產(chǎn)物的直接回收再利用，進一步降低生產(chǎn)成本，同時，實現(xiàn)工藝綠色環(huán)保，提高經(jīng)濟效益。
【IPC分類】C01G23-02
【公開號】CN104803413
【申請?zhí)枴緾N201510114062
【發(fā)明人】劉海霞, 于賀華, 薛旭金, 陳宏偉, 薛峰峰, 王建萍, 侯紅軍, 楊華春
【申請人】多氟多化工股份有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月16日