CN101417791A - 五氟化磷的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了五氟化磷的制备工艺，反应式为：5F2+2P→2PF5，工艺步骤如下：在气固反应装置中预先加入固态单质磷，控制气固反应装置的内部压力在小于0.5MPa、反应温度低于600℃的条件下通入氟气，生成五氟化磷粗品，将粗品经预冷器，冷却至－35～－60℃之间，然后引入精馏塔，控制精馏塔中再沸器的温度在－35℃～－40℃之间，控制精馏塔中冷凝器的温度在－60～－85℃之间，维持全回流，达到平衡后，控制回流比10∶1～1∶1，经精馏分离得到所需的五氟化磷成品，本发明的优点是：工艺工程及设备结构简单，可靠性高，反应过程简单，产物单一，产品纯度高。

Description

五氟化磷的制备工艺
技术领域
本发明涉及五氟化磷的制备工艺。
背景技术
五氟化磷是一种无色气体，常压下熔点和沸点分别为-94℃和-84℃，工业上作为一种氟化试剂应用于电子工业、高分子材料制造领域，在有机合成领域作为催化氟化剂等。
近年来，随着高性能移动电子产品的日益普及和推广，对高性能二次电池要求越来越高，以六氟磷酸锂为电解质的锂离子二次电池因具有诸多优越性从而得到广泛使用，五氟化磷气体作为六氟磷酸锂的合成原料得到了新的应用。然而六氟磷酸锂的制造对五氟化磷的纯度提出了更高的要求，因而合成高纯度的五氟化磷对于六氟磷酸锂的合成无疑具有重要意义。
五氟化磷有多种制备工艺，例如
1、利用PCl5与AsF5发生卤素交换合成五氟化磷：
3PCl5+5AsF3→3PF5+5AsCl5
2、利用氟气与P2O5反应合成五氟化磷：
10F2+2P2O5→4PF5+5O2
3、利用卤素交换法合成五氟化磷：
5PF3+3X2→3PF5+2PX3
PF3+CaF2+X2→PF5+CaX2
4、其他方法合成五氟化磷：
PCl5+HF→PF5+5HCl
PCl5+5MPF6→6PF5+5MCl(M＝Li、Na、K)
Ca3(PO4)2+10HSO3F+2H2O→PF5+3CaSO4+7H2SO4
P2O5+HF→PF5+H2O
以上所述的方法中，利用PCl5+HF→PF5+5HCl原理合成五氟化磷气体已经被应用于六氟磷酸锂的合成工艺中，然而该方法由于使用了PCl5，PCl5中往往含有一定量的水分、磷酸等，加上合成PF5过程中生成腐蚀性的HCl，使设备腐蚀性大大增强，对设备可靠性提出了更高的要求。其他的制备工艺因反应过程过于复杂，产物中往往含有大量的杂质，难以获得高纯度的目的产物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备高纯度五氟化磷的工艺。
为实现这个目的，本发明采用以下制备工艺：
五氟化磷的制备工艺，其特征在于：利用气态单质氟气和固态单质磷反应，合成气态五氟化磷，反应式如下：
Figure A200810194555D00051
工艺步骤如下：
在气固反应装置中预先加入固态单质磷，控制气固反应装置的内部压力在小于0.5MPa、反应温度低于600℃的条件下通入氟气，生成五氟化磷粗品，将粗品经预冷器，冷却至-35～-60℃之间，然后引入精馏塔，控制精馏塔中再沸器的温度在-35℃～-40℃之间，控制精馏塔中冷凝器的温度在-60～-85℃之间，维持全回流，达到平衡后，控制回流比10∶1～1∶1，经精馏分离得到所需的五氟化磷成品；
所述的固态单质磷为赤磷或黄磷中的一种；
所述的气固反应装置中内置多个反应舟；
氟气通入气固反应装置中的速度应使气固反应装置的内部压力小于0.25MPa，最佳小于0.1MPa，反应温度低于400℃，最佳低于300℃；
所述的回流比最佳为5∶1～1∶1；
所述的将五氟化磷通入精馏塔的速度控制在5～25mol/小时。
本发明具有以下优点：
1、工艺过程及设备结构简单，可靠性高；
2、气态的反应物和产物对设备的腐蚀远远小于其他方法所采用的液态物料，极大地提高了设备的寿命；
3、反应过程简单，产物单一，产品纯度高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1
首先往卧式气固反应装置中预先加入25公斤赤磷，抽真空，控制釜内压力小于0.1MPa，反应温度低于300℃度的条件下缓缓通入氟气，反应产生的五氟化磷气体经过预冷器，冷却至-45℃，然后以10mol/小时的速度将五氟化磷气体引入精馏塔，控制精馏塔中再沸器的温度为-35℃，精馏塔中冷凝器的温度为-75℃，维持全回流2小时，达到平衡后，控制回流比为5∶1，精馏分离得到的产品经取样分析五氟化磷的纯度为99.5％。
实施例2
首先往卧式气固反应装置中预先加入15公斤赤磷，抽真空，控制釜内压力小于0.25MPa，反应温度低于400℃度的条件下缓缓通入氟气，反应产生的五氟化磷气体经过预冷器，冷却至-55℃，然后以10mol/小时的速度将五氟化磷气体引入精馏塔，控制精馏塔中再沸器的温度为-40℃，精馏塔中冷凝器的温度为-85℃，维持全回流2小时，达到平衡后，控制回流比为1∶1，精馏分离得到的产品经取样分析五氟化磷的纯度为99.9％。

Claims (7)

1、五氟化磷的制备工艺，其特征在于：利用气态单质氟气和固态单质磷反应，合成气态五氟化磷，反应式如下：
5F2+2P→2PF5
工艺步骤如下：
在气固反应装置中预先加入固态单质磷，控制气固反应装置的内部压力在小于0.5MPa、反应温度低于600℃的条件下通入氟气，生成五氟化磷粗品，将粗品经预冷器，冷却至-35～-60℃之间，然后引入精馏塔，控制精馏塔中再沸器的温度在-35℃～-40℃之间，控制精馏塔中冷凝器的温度在-60～-85℃之间，维持全回流，达到平衡后，控制回流比10∶1～1∶1，经精馏分离得到所需的五氟化磷成品。
2、根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述的固态单质磷为赤磷或黄磷中的一种。
3、根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述的气固反应装置中内置多个反应舟。
4、根据权利要求1或2或3所述的制备工艺，其特征在于：氟气通入气固反应装置中的速度应使气固反应装置的内部压力小于0.25MPa，反应温度低于400℃。
5、根据权利要求4所述的制备工艺，其特征在于：氟气通入气固反应装置中的速度应使气固反应装置的内部压力小于0.1MPa，反应温度低于300℃。
6、根据权利要求1或2或3所述的制备工艺，其特征在于：所述的回流比为5∶1～1∶1。
7、根据权利要求1或2或3所述的制备工艺，其特征在于：所述的将五氟化磷通入精馏塔的速度控制在5～25mol/小时。
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