JP6467955B2 - 五フッ化ヨウ素の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヨウ素とフッ素とを反応させて五フッ化ヨウ素（ＩＦ_５）を製造する方法及び五フッ化ヨウ素から七フッ化ヨウ素（ＩＦ_７）を製造する方法に関する。

フッ素化剤や含フッ素化合物の中間体製造の原料として有用な五フッ化ヨウ素を製造する方法としては、ヨウ素とフッ素を反応させる方法が知られている。一方で、フッ素とヨウ素を反応させて五フッ化ヨウ素を生成する反応は、生成エンタルピーが８００ｋＪ／ｍｏｌを超え、大きな発熱を伴う。そのため、固体（非特許文献１）、液体（特許文献１）、気体（特許文献２）を問わず、純粋なヨウ素とフッ素を反応させると、局所反応や反応暴走の恐れがあった。

そのため、フッ素とヨウ素を穏やかに反応させて安全に五フッ化ヨウ素を製造するために、液相の五フッ化ヨウ素に分散又は溶解させたヨウ素に、フッ素ガスを含む気相を接触させて反応させることで五フッ化ヨウ素を製造することが開示されている（特許文献３）。

特公昭５６−１７２８３号公報 特開昭５８−１４５６０２号公報 国際公開２００８／０４７８７１号

Walter C. Schumb、外１名、「Ind. Eng. Chem.」、1950、42 (7)、 pp 1383-1386

しかしながら、各文献に記載のいずれの製造方法においても、不活性ガスで希釈したフッ素ガスを反応槽に供給しているが、反応後の排出ガスは廃棄されていた。また、排出ガスに未反応のフッ素ガスが含まれているため、排気系にフッ素ガスの除害装置が必要であり、廃棄物の量が増加するという問題点があった。

また、特許文献３に記載のように、気相中のフッ素と、液相から気化したヨウ素や液相中のヨウ素とを接触させるだけでは、フッ素とヨウ素の反応が遅く、五フッ化ヨウ素の生成速度が十分でないという問題点があった。

即ち、本発明は、反応槽内の液相の五フッ化ヨウ素に分散又は溶解させたヨウ素に、フッ素ガスを含む気相を接触させて反応させる方法において、反応槽からの排出ガスの有効利用と五フッ化ヨウ素の高速生成を実現可能な五フッ化ヨウ素を製造する方法及び更に七フッ化ヨウ素を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、五フッ化ヨウ素を製造する反応槽から排出されるガスを、反応槽の液相をバブリングさせるように再度反応槽に供給する循環系を設けることで、排出ガスを有効利用しながら五フッ化ヨウ素を高速で製造することができることを見出し、本発明に到ったものである。

すなわち、本発明は、ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素を有し、前記液相の上部に前記液相に接触する気相を有する反応槽であって、前記気相にフッ素ガスを供給するフッ素ガス供給源と、フッ素ガスを希釈する不活性ガスを前記気相に供給する不活性ガス供給源と、を設けた反応槽を用いて、前記気相にフッ素ガスを供給して、気相中、液相中、及び気相と液相との界面でヨウ素とフッ素とを反応させて五フッ化ヨウ素を製造する方法において、前記反応槽から排出されるガスを、前記反応槽に供給する循環系を設け、前記反応槽の気相から排出された未反応のフッ素ガスが含まれるガスが、前記液相をバブラによりバブリングしながら前記反応槽の液相中及び気相中に循環供給されて、前記未反応のフッ素ガスと前記液相中及び気相中のヨウ素とを反応させることを特徴とする五フッ化ヨウ素の製造方法を提供するものである。

また、反応開始前に、前記五フッ化ヨウ素の液相中にヨウ素を０．１〜７０質量％含み、前記反応槽に循環供給されるガスが、不活性ガスとフッ素ガスを含み、液相の五フッ化ヨウ素をバブリングすることが好ましい。

また、本発明は、混合槽において、液相の五フッ化ヨウ素にヨウ素を添加して、ヨウ素を含む五フッ化ヨウ素を調製する工程と、前記ヨウ素を含む五フッ化ヨウ素を反応槽に供給する工程と、を備える、ことが好ましい。

本発明は、反応後の排出ガスの有効利用と高速生成を実現可能な五フッ化ヨウ素を製造する方法及びこの製造方法で製造された五フッ化ヨウ素から更に七フッ化ヨウ素を製造する方法を提供することができ、低コストで五フッ化ヨウ素及び七フッ化ヨウ素を製造することができる。

第１の実施形態に係る反応装置を示した説明図である。 第２の実施形態に係る反応装置を示した説明図である。

本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る反応装置１０は、反応槽１１内に固体のヨウ素１２が沈殿、分散、又は溶解している液相の五フッ化ヨウ素１３を有し、気相中のフッ素ガスと、液相中のヨウ素１２を反応させて五フッ化ヨウ素を形成することができる。気相１４には、フッ素ガス供給源１５から供給されるフッ素ガスと、不活性ガス供給源１６から供給され、フッ素ガスを希釈する不活性ガスが含まれる。未反応のフッ素ガスと不活性ガスは、気相１４から冷却器１７とポンプ１８を経由して、反応槽１１の下部に設けられたバブラ１９により液相に循環供給される。

フッ素とヨウ素の反応は、気相中、液相中、気相と液相との界面で起こる。すなわち、液相の五フッ化ヨウ素１３中に存在するヨウ素１２は、蒸気圧相当の気体が気相１４に移動し、気相１４に存在するフッ素と気相中で反応する。また、気相１４に存在するフッ素ガスは、気相１４から液相の五フッ化ヨウ素１３中に移動して、液相中に存在するヨウ素と液相中で反応する。また、気相１４に存在するフッ素が、液相の五フッ化ヨウ素に存在するヨウ素と、気相と液相の界面で反応する。

以下、反応槽１１からの排出ガスには未反応のフッ素ガスと不活性ガスの両方が含まれることとして説明を進めるが、排出ガスに両方含まれていなくてはならないわけではなく、未反応のフッ素ガスのみ、又は不活性ガスのみが含まれていてもよい。不活性ガスのみを循環させる場合でも、不活性ガス中に含まれる蒸気圧相当の五フッ化ヨウ素についての除害装置を設ける必要がなく、バブリングにより液相と気相の接触が促進され、フッ素ガスと液相中のヨウ素との反応速度を上げることができ、かつ液相の五フッ化ヨウ素１３を冷却することができる。また、未反応のフッ素ガスのみが循環する場合でも、バブリングによりフッ素ガスと液相中のヨウ素との反応速度を上げることができ、かつ液相の五フッ化ヨウ素１３を冷却することができる。

反応槽１１は、図示しない水冷装置により冷却され、反応槽１１中の五フッ化ヨウ素１３は、１０〜９５℃に保たれ、液相の状態を維持している。さらに、五フッ化ヨウ素１３は、１５〜７５℃に保たれることがより好ましく、２０〜６０℃に保たれることがより好ましい。五フッ化ヨウ素を過度に低い温度で保つことを目指すと、五フッ化ヨウ素が凝固してしまう可能性もあるうえに、冷却に必要なエネルギー消費も大きくなる。一方で、五フッ化ヨウ素を過度に高い温度で保つことを目指すと、反応槽１１内の圧力が高くなる上に、揮発する五フッ化ヨウ素の量が増え、後述する冷却装置１７への負荷が大きくなるなどの問題を生じる。

製造プロセスにおける反応槽１１内の圧力は、絶対圧で４０〜１３３ｋＰａ内にあることが好ましく、６７〜１０１ｋＰａ内にあることがより好ましい。反応槽１１内の圧力が低すぎると、フッ素ガスの分圧も低くなり、反応速度が低下する。反応槽１１内の圧力が高すぎると、反応槽１１の製造コストが高くなる上に、ガス等が漏洩するリスクが生じる。

反応開始前の、すなわち、仕込み時の五フッ化ヨウ素１３中のヨウ素１２の濃度は、０．１〜７０質量％であり、５〜６５質量％であることが好ましい。五フッ化ヨウ素の液相中には、ヨウ素は１質量％程度しか溶解することができないので、それ以上のヨウ素は固体の状態で液相中に分散及び沈殿している。ヨウ素の濃度が低すぎると、１回の反応で生産できる五フッ化ヨウ素の量が少なく、原料となる固体ヨウ素１２を頻繁に投入しなくてはならなくなり、生産効率が悪くなる。一方で、ヨウ素の濃度が高すぎると、反応熱を除去できずに、局所反応や反応暴走を引き起こす恐れがある。なお、五フッ化ヨウ素の生産量を高めるため、反応開始前の固体ヨウ素１２の濃度は高いほうが好ましく、例えば５０〜７０質量％である。

また、反応槽１１の気相１４には、フッ素ガス供給源１５からフッ素ガスが供給される。フッ素ガス供給源１５は、反応で消費された分のフッ素ガスだけを補給できるよう、フッ素ガスのみ、すなわち純度９８質量％以上、好ましくは純度９９質量％以上のフッ素ガスを供給することが好ましい。フッ素ガス供給源１５としては、高純度フッ素ガスを充填したボンベなどが挙げられる。

一方で、気相１４中に含まれ、フッ素ガスを希釈する不活性ガスは、反応で消費されないため、一度循環を開始した後は、基本的には不活性ガス供給源１６から補給する必要はない。但し、不活性ガスの量に不足が生じた場合は、循環中でも不活性ガス供給源１６から補給してもよい。なお、不活性ガスとしては、窒素ガスや、アルゴンをはじめとする希ガスを用いることができ、不活性ガス供給源１６としては、不活性ガスを充填したボンベなどが挙げられる。

反応槽１１の排出ガスを反応槽１１に循環させることで、排出ガス中に含まれる未反応のフッ素ガスと不活性ガスを再利用することが可能となり、フッ素ガスや不活性ガスの有効利用が可能になる。また、排出ガス中のフッ素ガスや、蒸気圧相当の五フッ化ヨウ素を除害するための除害装置を備える必要がなくなり、廃棄物を減らすこともできる。そのため、低コストで五フッ化ヨウ素を製造することができる。

冷却器１７は、反応槽１１からの排出ガス中に混入した五フッ化ヨウ素やヨウ素を冷却して凝集させて除去する。具体的には、排出ガスを水などの冷媒で冷却し、凝集した固体又は液体をトラップで取り除く。冷却器１７で排出ガス中の五フッ化ヨウ素などを除去することで、ポンプ１８に不具合を生じることを防ぐことができる。また、排出ガスから分離した五フッ化ヨウ素を回収してもよく、反応槽１１に還流させて連続的に供給してもよい。

ポンプ１８は、反応槽１１からの排出ガスを循環させるため、不活性ガスで希釈されたフッ素ガスをバブラ１９に供給する。

バブラ１９は、微細な孔を多数持ち、供給されたガスを微細な気泡にして液相中に供給することができ、液相をバブリングすることができる。バブラ１９は、反応槽１１内の液相を効率的に攪拌するため、液相の液面よりも下の位置に設けられ、反応槽１１の底部又はその近傍、例えば底面より２０ｃｍ以内に設けることが好ましい。なお、必ずしもバブラ１９を設ける必要はなく、攪拌が可能であれば、バブラ１９を用いずに循環ガスを液相内に管から直接供給してもよい。

固体ヨウ素は五フッ化ヨウ素よりも比重が大きいため、ヨウ素が溶解している液相の五フッ化ヨウ素１３中の固体ヨウ素１２の大部分は沈殿している。そこで、ヨウ素とフッ素ガスとの反応熱を分散させるため、何らかの方法で反応槽１１内の液相を攪拌する必要がある。

バブラ１９から供給される循環ガスにより、ヨウ素が溶解している液相の五フッ化ヨウ素１３をバブリングすることで、液相が攪拌されるため、反応槽１１には特に攪拌器、例えば攪拌羽根を回転する機械式攪拌器などを設ける必要がなく、攪拌器の設置と運転に必要とするコストを削減することができる。一方で、ガスの循環量などの点で液相の攪拌が不十分である場合は、別途の液相を攪拌する装置を設置すればよく、機械式攪拌のほかにも、例えば、反応槽１１の液相のみを抜き出して再度反応槽１１に供給する措置を講じて液相を攪拌することもできる。

循環ガスでバブリングすることで、液相と気相との接触面積が大きくなり、気相中、液相中、気相と液相の界面でのフッ素とヨウ素との反応が促進され、五フッ化ヨウ素を高速で生成することができる。

また、循環ガスでバブリングすることで、循環ガスが五フッ化ヨウ素１３の熱を拡散させて五フッ化ヨウ素１３の冷却を効率的に行うことができ、反応槽１１内の温度を均一にすることができる。特に、五フッ化ヨウ素の生産量を高めるため、反応槽１１内の液相中のヨウ素１２の濃度を、５０〜７０質量％まで高めた場合、不活性ガスのバブリングにより熱を拡散させなければ、反応槽内の温度分布が著しく不均一となり、局所的な高温箇所が発生し、反応が不安定になる恐れがある。

第１の実施形態にかかる反応装置１０を用いた五フッ化ヨウ素の製造方法の一例を説明する。まず、不活性ガスで置換された反応槽１１に、固体ヨウ素１２を沈殿、分散又は溶解させた液相の五フッ化ヨウ素１３を仕込み、ポンプ１８を起動させて不活性ガスの循環を開始する。その後、フッ素ガス供給源１５からフッ素ガスを気相１４に供給し、フッ素ガスとヨウ素１２との反応を開始する。フッ素ガスとヨウ素の反応中は、ポンプ１８を稼動させて、不活性ガス及び未反応のフッ素ガスを循環させる。反応槽１１は、冷却水などにより冷却し、反応槽１１の内部が過度に高温にならないようにする。消費されたフッ素を供給しながら反応を進行させ、所定の量の五フッ化ヨウ素が生成したら回収する。

なお、五フッ化ヨウ素の回収については適当な方法で実施してよく、反応槽からオーバーフローによりヨウ素と五フッ化ヨウ素を含む混合液を抜き出してもよいし、反応槽下部に取出口を設け、ヨウ素と五フッ化ヨウ素を含む混合液を取り出してもよい。さらに、混合液をフッ素ガスと再度接触させてヨウ素から五フッ化ヨウ素を生成させることで五フッ化ヨウ素を回収してもよく、混合液から蒸留などで五フッ化ヨウ素を回収してもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態における反応装置２０は、第１の実施形態に、ヨウ素が溶解している液相の五フッ化ヨウ素に固体ヨウ素を加える混合槽２１をさらに有する。

混合槽２１は、液相の五フッ化ヨウ素に固体ヨウ素２２を投入してヨウ素を溶解させ、ヨウ素が溶解している液相の五フッ化ヨウ素１３を調製する。

また、反応槽１１と混合槽２１は配管で接続されており、ポンプ２３、２４を使用することでヨウ素が溶解している液相の五フッ化ヨウ素１３を相互に移送可能である。このように、反応槽１１と混合槽２１を接続することで、混合槽２１からヨウ素が溶解している五フッ化ヨウ素１３を反応槽１１に供給することができる。

また、反応槽１１の液面近傍には、貯槽２５に通じる出口が設けられており、ヨウ素が溶解している液相の五フッ化ヨウ素をオーバーフローさせて貯槽２５に回収することができる。オーバーフローにより液面付近からヨウ素が溶解している液相の五フッ化ヨウ素を抜き出すことができる。

第２の実施形態における反応装置２０を用いた五フッ化ヨウ素の製造方法の一例を説明する。まず、混合槽２１で、液相の五フッ化ヨウ素に固体ヨウ素２２を加えてヨウ素が溶解している五フッ化ヨウ素１３を得る。その後、ヨウ素が溶解している液相の五フッ化ヨウ素１３を、不活性ガスで満たされた反応槽１１に供給する。ポンプ１８を起動させて不活性ガスの循環を開始する。その後、フッ素ガス供給源１５からフッ素ガスを気相１４に供給し、フッ素ガスとヨウ素１２との反応を開始する。フッ素ガスとヨウ素の反応中は、ポンプ１８を稼動させて、不活性ガス及び未反応のフッ素ガスを循環させる。反応槽１１は、冷却水などにより冷却され、反応槽１１の内部が過度に高温にならないように保たれる。所定の量の五フッ化ヨウ素が生成したら、五フッ化ヨウ素を回収する。

また、反応装置２０を用いた五フッ化ヨウ素の製造方法の別の例として、連続的な運転を行ってもよい。例えば、ポンプ２３により混合槽２１から、ヨウ素が溶解している液相の五フッ化ヨウ素１３を反応槽１１に供給しながら、反応槽１１でヨウ素とフッ素ガスとの反応を進行させ、生成した五フッ化ヨウ素を、オーバーフローにより液面付近から回収することができる。このような方法であれば、混合槽２１から反応槽１１に、連続的にヨウ素を供給することができるため、反応槽１１を連続的に稼動させることができ、装置効率を向上させることができる。

さらに、反応装置２０では、反応槽１１における反応は五フッ化ヨウ素に溶解しているヨウ素とフッ素ガスとの反応であるため、固体ヨウ素とフッ素ガスとの反応と比較して、温和に反応を進行させることができ、熱暴走を防ぐことができる。

（七フッ化ヨウ素の製造）
本発明で得られた五フッ化ヨウ素に、フッ素ガスを反応させることで、七フッ化ヨウ素を製造することができる。

五フッ化ヨウ素とフッ素ガスを反応させる方法の例としては、五フッ化ヨウ素の液にフッ素ガスを吹き込み、得られる五フッ化ヨウ素ガスと同伴するフッ素ガスを、反応器に導入し、フッ素と五フッ化ヨウ素を反応させることができる。あるいは、五フッ化ヨウ素を加熱により気化して反応器に供給する方法や、液相の五フッ化ヨウ素を反応器に直接供給する方法も考えられる。

特に、七フッ化ヨウ素を得る工程において、金属フッ化物を含有する充填物を内部に有する反応器に、五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスを供給して反応させることが好ましい。充填物を使用することで、五フッ化ヨウ素を基準とした七フッ化ヨウ素の収率を高くする、例えば７０％以上に向上させることができる。

本発明で使用される充填物に含有する金属フッ化物として、金属をフッ素化したものであれば特に限定されない。例えば、ＮｉＦ_２、ＦｅＦ_３、ＣｏＦ_２、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２などが挙げられるが、安価且つ収率向上の寄与が大きいことを考慮すると、遷移金属のフッ化物であるＮｉＦ_２、ＦｅＦ_３、及びＣｏＦ_２のいずれか１種類以上からなるものが好ましい。

使用する充填物の形状は、フッ素ガスと五フッ化ヨウ素ガスが効率よく接触し、且つ、流通させる両原料のガスが閉塞しなければ特に限定されない。充填物は、例えば、メッシュ状の金属片をフッ素ガス、三フッ化塩素ガス、七フッ化ヨウ素ガス等によりフッ素化することにより、金属表面に金属フッ化物が生成した形で得られたり、又は粉体状の金属フッ化物をペレット形状に成型して得ることができる。

フッ素ガスと五フッ化ヨウ素ガスを反応させる時の充填物の温度は、１５０℃以上３５０℃以下が好ましい。１５０℃未満ではフッ素と五フッ化ヨウ素の反応速度が遅くなる恐れがあり、３５０℃超では生成した七フッ化ヨウ素がフッ素と五フッ化ヨウ素に分解する逆反応が進行する恐れがある。特に、２００℃以上３３０℃以下が好ましい。また、充填物を充填した状態で反応器を電気ヒータや蒸気などで加熱することにより、充填物を所望の温度にできる。

反応器の滞在時間として、逆反応が顕著とならない反応温度であれば、滞在時間の増加とともに収率は増加するが、生産性は滞在時間の増加により低下する恐れがある。したがって、滞在時間は、所望の収率と生産性を考慮し、種々選択できる。生産性を考慮する場合、滞在時間は短い方が望まれる。例えば、Ｆ_２／ＩＦ_５のモル比が１以上でフッ素ガスと五フッ化ヨウ素ガスを反応させる場合、金属フッ化物の温度が２００℃以上３３０℃以下であれば、少なくとも滞在時間は４秒以上あれば、収率は８０％以上得ることができる。

上記流通式の場合のフッ素ガスと五フッ化ヨウ素ガスの導入時の流量比や、上記密閉式の場合のフッ素ガスと五フッ化ヨウ素ガスの混合比は、いずれもフッ素と五フッ化ヨウ素のモル比（Ｆ_２／ＩＦ_５）で１以上が好ましい。特に、モル比が１．３以上では、滞在時間４秒以上で収率８０%以上を得ることができるが、モル比を３５以上とすると、収率の向上に対し、フッ素ガスの使用量増加による経済性の低下が顕著になるため好ましくない。またモル比が１未満では、未反応の五フッ化ヨウ素が増加するため七フッ化ヨウ素の収率が低下する恐れがある。

反応時の反応器内の圧力は、フッ素、五フッ化ヨウ素、七フッ化ヨウ素に毒性があるために、漏洩を防止するために大気圧以下が好ましく、経済性を考慮すると４０ｋＰａ（絶対圧）以上が好ましい。

以下に本発明の実施例を比較例とともに挙げるが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。

［実施例１］
窒素でパージされた容積２．３Ｌのステンレス製容器に、液相の五フッ化ヨウ素３０３６ｇを入れ、ヨウ素３７１０ｇを添加した。仕込み時の液相の五フッ化ヨウ素中のヨウ素の濃度は約５５質量％であった。窒素ガスを３ＳＬＭの流量で循環させた。反応槽に導入するガスの出口であるバブラは、ステンレス製容器の底部近傍に設けられた。バブラの位置が、五フッ化ヨウ素の液面より下にあり、液相の五フッ化ヨウ素は、循環ガスによりバブリングされた。容器の気相にフッ素ガスを供給し、ヨウ素とフッ素の反応を開始した。反応中の反応槽内の圧力は９３ｋＰａ（絶対圧）に保たれ、循環ガス中のフッ素ガスの濃度はＵＶ−Ｖｉｓ（株式会社日立ハイテクサイエンス製Ｕ２８１０）による分析の結果、約７０体積％で安定に推移した。圧力調整弁によって反応で減少したフッ素ガス分が供給されるようにした。また、反応中の反応槽の温度は３０〜６０℃になるように冷却しつつ、６０分間反応させた。フッ素ガスのボンベの圧力減少量から、反応期間中の五フッ化ヨウ素の平均の製造速度を見積もった。

［実施例２］
反応槽に設置したアンカー型の攪拌羽根を持つ機械式攪拌器を１００ｒｐｍで反応中に作動する以外は、実施例１と同様に反応させた。フッ素ガスのボンベの圧力減少量から、反応期間中の五フッ化ヨウ素の平均の製造速度を見積もった。

実施例１、２に示すように、反応槽からの排出ガスを循環させても五フッ化ヨウ素を製造できた。また、実施例１では、循環ガスでバブリングしているため、攪拌器での攪拌を行わなくとも、攪拌器でも攪拌を行った実施例２と同等の五フッ化ヨウ素の製造速度を達成することができた。

［実施例３］
反応槽に液相の五フッ化ヨウ素５２６５ｇを入れ、ヨウ素２７７ｇを添加して、仕込み時の液相の五フッ化ヨウ素中のヨウ素の濃度は約５質量％とする以外は、実施例１と同様に反応させた。フッ素ガスのボンベの圧力減少量から、反応期間中の五フッ化ヨウ素の平均の製造速度を見積もった。

［実施例４］
反応槽に液相の五フッ化ヨウ素５４０２ｇを入れ、ヨウ素５５ｇを添加して、仕込み時の液相の五フッ化ヨウ素中のヨウ素の濃度は約１質量％とする以外は、実施例１と同様に反応させた。実施例４では、フッ素ガスのボンベの圧力減少量は他の実施例と異なり、経過時間に対して比例的に変化しなかった。ヨウ素とフッ素の反応している期間のフッ素ガスのボンベの圧力減少量から、反応期間中の五フッ化ヨウ素の平均の製造速度を見積もった。

実施例１、３、４に示すように、ヨウ素濃度が低下すると五フッ化ヨウ素の製造速度は低下するが、排出ガスを循環させても五フッ化ヨウ素を製造できた。

［比較例１］
循環させるガスの出口は、ステンレス製容器の上部に設けられ、五フッ化ヨウ素の液面より上にあり、液相の五フッ化ヨウ素は、循環ガスによりバブリングされなかった以外は、実施例１と同様に反応させた。フッ素ガスのボンベの圧力減少量から五フッ化ヨウ素の平均の製造速度を見積もった。

［比較例２］
反応槽に設置したアンカー型の攪拌羽根を持つ機械式攪拌器を１００ｒｐｍで反応中に作動する以外は、比較例１と同様に反応させた。フッ素ガスのボンベの圧力減少量から五フッ化ヨウ素の製造速度を見積もった。

比較例１、２に示すように、循環させるガスの出口が液面より上部、即ち気相である場合、液相をフッ素ガスでバブリングしないため、フッ素とヨウ素の反応速度が遅く、比較例２のように攪拌器を作動させても、五フッ化ヨウ素の製造速度は低かった。

各実施例の製造条件と、結果を以下のように、表１にまとめた。

［実施例５］
実施例１で得られたＩＦ_５を用いて、ＩＦ_７を合成した。具体的な製造プロセスは以下のとおりである。
粉末のＮｉＦ_２（純度９９％、Ａｐｏｌｌｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｌｉｍｉｔｅｄ製）を加圧成型によりペレット状（４ｍｍ×４ｍｍ×２ｍｍ）にした金属フッ化物を総量で４８ｇ（０．５モル）を、反応器として用いる電気ヒータ及び圧力計を備えたニッケル製の光輝焼鈍管（内径２２．１ｍｍ、長さ０．３ｍ）に充填した。電気ヒータにより光輝焼鈍管を加熱することにより充填物の温度を２７０℃とした。この温度で、Ｆ_２とＩＦ_５の混合ガス（モル比（Ｆ_２／ＩＦ_５）＝３０．３（Ｆ_２濃度９６．８体積％、ＩＦ_５濃度３．２０体積％））を光輝焼鈍管の両端の一方（入口）から導入し、他方（出口）から排出させた。この時、光輝焼鈍管内の圧力を６６．７ｋＰａ（絶対圧）とし、混合ガスの流量を１７３０ｃｍ^３／ｍｉｎ（滞在時間４秒）で１時間流通させた。また、混合ガスの流通時に、反応器出口からのガスを冷却捕集器に導入した。冷却捕集器の冷媒として液体アルゴン（温度：−１８６℃）を用いてＩＦ_７とＩＦ_５を冷却捕集した。混合ガスの流通完了後、冷却捕集器内の捕集物の質量測定及びＦＴ−ＩＲ（株式会社島津製作所製Ｐｒｅｓｔｉｇｅ２１）によるＩＦ_７とＩＦ_５の組成を分析した。質量測定及び組成分析結果に基づき、ＩＦ_５の供給量を基準としたＩＦ_７の理論捕集量に対する収率を算出したところ、ＩＦ_５を基準としたＩＦ_７の収率は９９．８％だった。

１０ 反応装置
１１ 反応槽
１２ 固体ヨウ素
１３ 五フッ化ヨウ素（ヨウ素が溶解している）
１４ 気相
１５ フッ素ガス供給源
１６ 不活性ガス供給源
１７ 冷却器
１８ ポンプ
１９ バブラ
２０ 反応装置
２１ 混合槽
２２ 固体ヨウ素
２３ ポンプ
２４ ポンプ
２５ 貯槽

Claims (13)

1. ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素を有し、前記液相の上部に前記液相に接触する気相を有する反応槽であって、前記気相にフッ素ガスを供給するフッ素ガス供給源と、フッ素ガスを希釈する不活性ガスを前記気相に供給する不活性ガス供給源と、を設けた反応槽を用いて、
   前記気相にフッ素ガスを供給して、気相中、液相中、及び気相と液相との界面でヨウ素とフッ素とを反応させて五フッ化ヨウ素を製造する方法において、
   前記反応槽から排出されるガスを、前記反応槽に供給する循環系を設け、
   前記反応槽の気相から排出された未反応のフッ素ガスが含まれるガスが、前記液相をバブラによりバブリングしながら前記反応槽の液相中及び気相中に循環供給されて、前記未反応のフッ素ガスと前記液相中及び気相中のヨウ素とを反応させることを特徴とする五フッ化ヨウ素の製造方法。
2. 前記フッ素ガス供給源から、前記反応槽の前記気相に、反応で消費された分のフッ素ガスだけを補給することを特徴とする請求項１に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法。
3. 前記反応槽に循環供給されるガスに、前記不活性ガスが含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法。
4. 前記反応槽から排出されたガスを、冷却器にて冷却し、凝集した固体及び液体を除去した後に前記反応槽に循環供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法。
5. 五フッ化ヨウ素の前記液相は、溶解しているヨウ素を含む溶液状態、又は液相中にヨウ素が分散及び沈殿している状態であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法。
6. 反応開始前に、前記五フッ化ヨウ素の液相中にヨウ素を０．１〜７０質量％含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法。
7. 反応開始前に、前記五フッ化ヨウ素の液相中にヨウ素を０．１〜７０質量％含み、
   前記反応槽に循環供給されるガスが、不活性ガスとフッ素ガスを含み、前記液相の五フッ化ヨウ素をバブリングすることを特徴とする請求項１に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法。
8. 混合槽において、液相の五フッ化ヨウ素にヨウ素を添加して、ヨウ素を含む五フッ化ヨウ素を調製する工程と、
   前記ヨウ素を含む五フッ化ヨウ素を反応槽に供給する工程と、を備える、
   請求項１に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法で、ヨウ素とフッ素を反応させて五フッ化ヨウ素を得る工程と、
   得られた五フッ化ヨウ素にフッ素ガスを反応させて七フッ化ヨウ素を得る工程と、
   を備えることを特徴とする七フッ化ヨウ素の製造方法。
10. 金属フッ化物を含有する充填物を内部に有する反応器に、請求項１〜８のいずれか１項に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法で得られた五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスを供給して反応させて七フッ化ヨウ素を得ることを特徴とする七フッ化ヨウ素の製造方法。
11. 前記金属フッ化物が、ＮｉＦ_２、ＦｅＦ_３、及びＣｏＦ_２からなる群より選ばれる少なくとも１種類の化合物を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の七フッ化ヨウ素の製造方法。
12. 前記五フッ化ヨウ素ガスと前記フッ素ガスが反応する際の前記金属フッ化物の温度が、１５０℃以上３５０℃以下であることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の七フッ化ヨウ素の製造方法。
13. ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素を有する反応槽に、フッ素ガスを供給して、ヨウ素
    とフッ素とを反応させて五フッ化ヨウ素を製造する際に、前記反応槽から排出されたガスが、前記液相をバブリングしながら前記反応槽に循環供給されることを特徴とする五フッ化ヨウ素の製造方法で、五フッ化ヨウ素を得る工程と、
    金属フッ化物を含有する充填物を内部に有する反応器に、得られた五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスを供給して反応させて七フッ化ヨウ素を得る工程と、
    を備えることを特徴とする七フッ化ヨウ素の製造方法。

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