DE2128682C3

DE2128682C3 - Verfahren zur Herstellung von Bortrifluorid

Info

Publication number: DE2128682C3
Application number: DE19712128682
Authority: DE
Inventors: Erich Dr. 6700 Ludwigshafen Giesler
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1971-06-09
Filing date: 1971-06-09
Publication date: 1981-11-26
Also published as: DE2128682A1; DE2128682B2

Description

Das am häufigsten ausgeübte Verfahren zur Herstellung von Bortrifluorid ist die Umsetzung von Flußspat mit geeigneten Bor-Verbindungen wie Borsäureanhydrid (B₂O₃), Natriumborat (Na₂B₄O₇) und Borsäure (H₃BO₃) in konzentrierter Schwefelsäure. Die Reaktion verläuft unter Abspaltung von Wasser, welches von der Schwefelsäure aufgenommen wird gemäß folgender Gleichung:

B2O3+3 CaF₂+3 H₂SO₄-* 3 CaSO₄+3 H₂O + 2 BF₃

Es ist bekannt, daß die Reaktion um so vollständiger abläuft, je niedriger der Endwassergehalt der Schwefelsäure ist Dadurch ist die pro Gewichtseinheit Schwefelsäure maximal produzierbare Menge an BF₃ weitgehend vorgegeben.

Höhere Raum-Zeit-Ausbeuten lassen sich erzielen, v/enu man anstelle von konzentrierter Schwefelsäure Oleum oder aber auch direkt Schwefeltrioxid als wasserbindendes Mittel einsetzt. Die Verwendung von reinem Schwefeltrioxid (D.P. 532 765) ist sehr aufwendig und erfordert den Einsatz von Autoklaven.

In der englischen Patentschrift 3 24 016, die der US-Patentschrift 18 98 532 entspricht, ist ein Verfahren angegeben, gemäß dem Borsäure oder Borate und Metallfluoride mit Schwefelsäure in Gegenwart eines dehydratisierenden Mittels, z. B. Schwefeltrioxid, umgesetzt werden. Gemäß obiger Reaktionsgleichung kann dabei das Schwefeltrioxid in solchen Mengen eingesetzt werden, als zur Bindung des bei der Umsetzung entstehenden Wassers erforderlich ist. Selbstverständlich kann auch eine geringere Menge an Schwefeltrioxid eingesetzt werden. Im einzelnen wird dabei so verfahren, daß man die Borsäure in SO₃ enthaltender Schwefelsäure löst und anschließend durch Zugabe von Flußspat und Erhöhung der Temperatur das Gemisch zu Bortrifluorid reagieren läßt.

Bei dieser Arbeitsweise, bei der man Oleum vorlegt, entweichen aus demselben vor dem Lösen und während des Lösens der Borsäure oder ihren Derivaten mehr oder weniger große Mengen an Schwefeltrioxid in den Gasraum, wodurch es sich praktisch nicht verhindern läßt, daß ein mit diesem Produkt verunreinigtes Borfluorid entsteht. Dieser Effekt tritt dann verstärkt auf, wenn, wie in der Praxis im allgemeinen üblich, ein vom vorigen Ansatz noch heißer Reaktionskessel mit Oleum beschickt wird.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Bortrifluorid hoher Reinheit und in hohen Raum-Zeit-Ausbeuten durch Umsetzen von Borsäure oder ihren Derivaten in konzentrierter Schwefelsäure und maximal soviel Schwefeltrioxid, als zur Bildung wasserfreier Schwefelsäure erforderlich ist, anschließende Zugabe von Flußspat und Erwärmung des Reaktionsgemisches herzustellen.
^ Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, daß die Zugabe des Schwefeltrioxids erst nach der Umsetzung der Borsäure oder ihrer Derivate mit der konzentrierten Schwefelsäure erfolgt

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß Borsäure und ihre Derivate schon in der Kälte rasch gemäß folgender Reaktionsgleichung

Na₂B₄O₇+7 H₂SO₄- 2 B₂(SO₄J₃-HNa₂SO₄+? H₂O

mit Schwefelsäure reagieren und daß das nachfolgend zugegebene Schwefeltrioxid durch Bindung an das bei dieser Reaktion schon vorgebildete Wasser so schnell verbraucht wird, so daß ein Obertritt in den Gasraum nicht mehr erfolgt Im Hinblick auf die Ausführungen in Gmelins Handbuch der Anorganischen Cnemie, 8. Auflage, 1926, Bor, System Nr. 13, Seite 134 war dies nicht vorherzusehen gewesen, da bei der Bildung von Borylsulfat hohe Temperaturen und lange Einwirkungszeiten einzuhalten sind und bei der Bildung von Borsulfat das Reaktionsgemisch mit überschüssigem Schwefeltrioxid in geschlossenem Rohr erhitzt werden muß.

Erfindungsgemäß wird bei einem Teil der bekannten Verfahren der Lösung maximal soviel SO₃ zugesetzt, als zur UmseUung des in der Schwefelsäure gegebenenfalls vorhandenen freien Wassers, d. h. falls die H₂S0₄-Kon-

JO zentration der Ausgangssäure weniger als 100% beträgt, und des gemäß obiger Gleichung beim Lösevorgang entstehenden Wassers zu Schwefelsäure erforderlich ist Mindestens soll etwa so viel SO₃ der Lösung zugegeben werden, als zur Erzielung einer 99gew.-%igen Schwefelsäure erforderlich wäre. Die sofort stattfindende Reaktion zwischen dem freien SO₃ und Wasser verhindert auch bei heißem Reaktionssystem und hoher SO3-Konzentration des Oleums, bzw. auch bei Zugabe von reinem gasförmigem SO₃ jegliche Nebelbildung. Dementsprechend kann man für das Verfahren Oleum beliebiger SO₃-Konzentration einsetzen.

Unter Borsäure oder ihren Derivaten im Sinne der vorliegenden Erfindung werden z. B. Borsäureanhydrid, wasserfreies oder kristallwasserhaltiges Natriumborat, Borsäure selbst und Erdalkaliborate verstanden.

Anschließend an die Zugabe des Schwefeltrioxids wird in üblicher Weise weiterverfahren, d. h. man setzt der Lösung Flußspat zu und führt dann die Reaktion durch Erwärmen der Reaktionsmisctumg auf Temperaturen von 140 bis 200° C durch.

Beispiel I

In einem gußeisernen Rührkessel werden in 720 Gew.-Teilen 95gew.-°/oiger Schwefelsäure 191 Gew.- Teile wasserfreies Borax aufgelöst und anschließend

3850 Gew,-Teile 24gew.-%iges Oleum zugefügt. Nach

Zugabe von 1200 Gew.-Teilen Flußspat wird die Umsetzung bei einer Temperatur von 140 bis 190° C

durchgeführt

Man erhält 620 Gew.-Teile Bortrifluorid, was einer Ausbeute, bezogen auf das in Form von Borax und Bortrioxid eingesetzte Bor, von 98,2% entspricht. Das Bortrifluorid ist frei von Schwefeltrioxid.

Beispiel 2

In dem gleichen Rührkessel werden 2100 Teile 95gew.-%ige Schwefelsäure vorgelegt und nach Auflö-

sen von 191 Teilen Borax wasserfrei und 200 Teilen Bortrioxid 2300 Teile 65gew.-%iges Oleum zugegeben. Dann wird wie in Beispiel I beschrieben weiterverfahren.

Es werden 625 Teile Bortrifluorid enthalten, was einer Borausbeute von 99,0% entspricht Das Bortrifluorid ist frei von Schwefeltrioxid.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Bortrifluorid durch Umsetzen von Borsäure oder ihren Derivaten in konzentrierter Schwefelsäure und maximal soviel Schwefeltrioxid, als zur Bildung wasserfreier Schwefelsäure erforderlich ist, anschließende Zugabe von Flußspat und Erwärmung des Reaktionsgemisches, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des Schwefeltrioxides erst nach der Umsetzung der Borsäure oder ihrer Derivate mit der konzentrierten Schwefelsäure erfolgt