JPH0239443B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は元素状のヨウ素とフツ素とを出発物質
として五フツ化ヨウ素を製造する方法に係り、ヨ
ウ素、あるいは、七フツ化ヨウ素を全く含まない
高純度の五フツ化ヨウ素を技術的に容易に、経済
的に有利に得ることを可能ならしめる新規な製造
方法を提供するものである。

五フツ化ヨウ素IF₅は沸点98℃、融点9.6℃の常
温で無色の液状物質である。適度の安定性と反応
性とを併せ有する化学物質で種々のフツ素含有化
学物質を誘導するために極めて重要な工業化学中
間薬剤として注目されている。

しかしながら、従来、五フツ化ヨウ素は工業
的、経済的に製造することが困難であつたため
に、敢えてこれを製造するものがなく、市場で需
めんとしても、入手できない状態であつた。

元素状のヨウ素とフツ素ガスとは漠大な熱の発
生を伴つて、白熱的に反応して、五フツ化ヨウ素
と七フツ化ヨウ素（IF₇）との混合物を生成する。
七フツ化ヨウ素は極めて激しい反応性を有し、危
険で取扱いの難しい物質である。このような理由
から、五フツ化ヨウ素を得るには装置の材質とそ
の構造について特別な配慮が必要になり、経済的
な工業的製造方法が確立していなかつたのであ
る。

本発明者等は、五フツ化ヨウ素の工業的重要性
に着目し、高品位の製品を得ることを可能ならし
める経済的な製造方法を開発せんとして、原料物
質と生成物との化学的ならびに物理的性質につい
て広汎な検討を加え、さらに、この合成化学反応
について種々の実験研究を行なつて来たのである
が、ここに、遂に、極めて優れた全く新しい五フ
ツ化ヨウ素の製造方法を編み出すことに成攻し
た。その詳細を次ぎに記述する。

液状のヨウ素の上にフツ素ガスご導く。反応に
よつて五フツ化ヨウ素を生成する。多量の反応熱
が伴われる。ヨウ素は沸点184.4℃の物質である
から、この反応熱は概ねこの温度でのヨウ素の蒸
発に費される。すなわち、液状のヨウ素が存在す
る限り、約180℃の温度が保たれる。従つて、反
応系から押し出されて来る生成物は五フツ化ヨウ
素とヨウ素とから成る約180℃の混合蒸気で、そ
の成分モル比は、五フツ化ヨウ素１モルに対し
て、ヨウ素16〜18モルである。この混合蒸気中に
は七フツ化ヨウ素は全く含まれない。

次ぎに、この混合蒸気（五フツ化ヨウ素１モ
ル、および、ヨウ素16〜18モル）に対して、この
ヨウ素と当量のフツ素ガス（すなわち、40〜45モ
ル）および、液状の五フツ化ヨウ素800モル以上、
好ましくは、1000モル以上を混じる。この操作に
よつて、ヨウ素とフツ素とは温和に殆ど定量的に
反応して、この系は全体が五フツ化ヨウ素にな
り、そのうち、約750モルは蒸気で、残余は液で
ある。三者混合後のこの系の温度は約100℃であ
る。

この系においては導入されるフツ素ガスの量
が、ヨウ素の五フツ化ヨウ素に転化するための当
量を上廻つた場合でも、七フツ化ヨウ素の生成は
全く見られず、過剰分はそのまま未反応のフツ素
ガスとして止まる。これは、五フツ化ヨウ素を液
化の後、次ぎの原料として合成に使用できる。

フツ素ガスが多少不足する程度の割合で供給さ
れた場合には、凝縮冷却後に得られる五フツ化ヨ
ウ素液は、過剰となつた未反応のままの元素状の
ヨウ素が、この中に溶含されるため、ワイン色に
着色している。この場合には、液中にフツ素ガス
をさらに吹き込むことによつて残存する元素状の
ヨウ素を五フツ化ヨウ素に転化することができ
る。

本発明では液状の五フツ化ヨウ素の添加の割合
を800モル以上とするが、これはヨウ素とフツ素
ガスとの反応に伴つて発生する熱によつて蒸発さ
れる五フツ化ヨウ素の量よりも多く五フツ化ヨウ
素の液を添加することを意味し、反応の後にもな
おかなりの五フツ化ヨウ素の液が存在するように
なり、この反応が進行する全過程で、この系が五
フツ化ヨウ素の沸点98℃に保たれるのである。

反応器の構造によつても多少の差異はあるが、
一般には1000モル以上の五フツ化ヨウ素液を添加
するようにした方が良い。

本発明の方法で操作すると極めて円滑に反応が
進行し、しかも、第一反応過程は約180℃で、ま
た、第二反応過程は約100℃で行なわれるので、
極めて温和な反応過程と言うべきである。

なお、本発明の方法を理解を一層明確にするた
めに、図によつて説明する。

第１図は本発明の方法を実施するための装置の
一例である。Ａは第一反応器で、そのまま底部は
液状のヨウ素で充たされている。Ｇはフツ素ガス
供給管、Ｈはヨウ素仕込口である。第一反応器Ａ
で生成した五フツ化ヨウ素と発生したヨウ素蒸気
とから成る混合蒸気は第一反応器Ａを出て第二反
応器Ｂに移行する。またポンプＥによつて第二反
応器Ｂの頂部に送り込まれた五フツ化ヨウ素液が
第二反応器Ｂ中に注下される。第一反応器Ａから
移入される五フツ化ヨウ素１モルとヨウ素蒸気16
〜18モルとから成る混合蒸気に対して、ポンプＥ
によつて送り込まれる五フツ化ヨウ素液は約1000
モルの割合である。なお、第二反応器Ｂには補助
反応器Ｆを通過して主としてフツ素から成るガス
が送り込まれる。これはさきの混合蒸気中に含ま
れるヨウ素と当量に僅かに不足する量のフツ素ガ
スが用いられる。これらが反応塔内の充填物の間
隙を下方へ通過、ならびに、その表面上を流下す
る間にヨウ素とフツ素とは五フツ化ヨウ素に転化
し、その反応熱によつて五フツ化ヨウ素液は蒸発
気化する。この間、温度は自然的に約100℃に保
たれる。約100℃の五フツ化ヨウ素の液と蒸気と
は第二反応器Ｂの器底から出て、凝縮冷却器Ｃに
導かれ、冷水によつて熱を奪われ、低温の五フツ
化ヨウ素液になる。これは受器Ｄに行き、廃ガス
は排気口Ｊから系外に出される。排気は通常ほと
んどないのであるが、原料フツ素ガス中にはフツ
化水素などが含まれていることもあり、この場合
にはフツ化水素が五フツ化ヨウ素の蒸気を僅かに
伴つて排気される。この廃ガスは、例えば、苛性
カリ、亜硫酸カリ水溶液で洗浄することで除害処
理すればよい。受器Ｄに溜る五フツ化ヨウ素は僅
かに溶存する元素状ヨウ素によつてワイン様に着
色されている。この五フツ化ヨウ素液は、ポンプ
Ｅによつて、大部分が第二反応器Ｂの塔頂に戻さ
れ、循環するのであるが、増加分は、すなわち受
器Ｄ内の五フツ化ヨウ素の液位が一定位を維持す
るように、補助反応器Ｆの塔頂に分流され、その
塔内を流下する。一方、フツ素ガスが、供給口Ｉ
から補助反応器Ｆの下部に送り込まれる。このフ
ツ素ガスは、塔内を上昇する間に、塔内を流下す
る五フツ化ヨウ素液中に溶残しているヨウ素をフ
ツ素化して、五フツ化ヨウ素に転化する。補助反
応器Ｆの底部には五フツ化ヨウ素取出口Ｋがあ
り、無色純粋の五フツ化ヨウ素が取り出される。
補助反応器Ｆの上部から出たフツ素ガスは第二反
応器Ｂの上部に導かれる。供給口Ｉからのフツ素
ガスの量は、受器Ｄに溜る五フツ化ヨウ素液が淡
紅色を呈するように調節すればよい。この操作に
よつて極めて純粋な無色の五フツ化ヨウ素がほと
んど理論量の収率で得られる。

第２図も本発明の方法を実施するための別の一
例を示すものである。第一反応器A′の底部には
液状のヨウ素が湛えられている。フツ素ガス供給
管G′とヨウ素仕込口H′がついている。ここで発
生した混合蒸気は、第二反応器B′の五フツ化ヨ
ウ素液中に導かれる。補助反応器F′を通過して来
たフツ素ガスもこの五フツ化ヨウ素液中に導かれ
る。液中でヨウ素とフツ素ガスとが反応して五フ
ツ化ヨウ素に転化する。反応熱によつて五フツ化
ヨウ素液は沸騰状態となり、多量の五フツ化ヨウ
素蒸気が発生し、凝縮冷却器C′に導かれる。冷水
によつて凝縮冷却された五フツ化ヨウ素液は受器
D′に導かれる。排気口J′から非凝縮廃ガスが排出
される。五フツ化ヨウ素液は第二反応器B′に戻
る。第二反応器B′の五フツ化ヨウ素の液面は一
定位に保たれ、増加分は補助反応器F′に移行し、
この塔内を流下する間、フツ素ガス供給管I′から
送り込まれたフツ素ガスと向流接触し、溶残のヨ
ウ素を五フツ化ヨウ素に転化し、純粋な五フツ化
ヨウ素となり、製品流出口K′から取り出される。
フツ素ガス供給管I′からのフツ素ガスの仕込み量
は第二反応器B′の五フツ化ヨウ素液が淡紅色を
呈すように調節される。この操作が極めて簡易で
あることは以上の記述によつて明らかである。ま
た、きわめて純粋な五フツ化ヨウ素が理論量の収
率で得られる。

次ぎに実施例を記載する。

実施例 第１図に示した軟鋼製の装置によつて五フツ化
ヨウ素を製造した。

下記各反応器の壁厚は９mmであつた。

第一反応器Ａは径300mmの円筒型で、その下半
分はヨウ素液で充たされている。その量は約30Kg
である。ヨウ素仕込口Ｈからヨウ素（純度99.8
％）を毎時15.3Kg、フツ素ガス供給管Ｇからフツ
素ガス（純度99.7％）毎分3.2（約0.32Kg／時）
を供給する。五フツ化ヨウ素（約0.8Kg／時）と
元素状ヨウ素（約14.8Kg／時）とから成る発生蒸
気は第二反応器Ｂに移行する。

第二反応器Ｂは径300mm、高さ1200mmの充填塔
で、第一反応器Ａからの混合蒸気、補助反応器Ｆ
からのフツ素ガス、および、ポンプＥからの五フ
ツ化ヨウ素液毎時800Kgを受け入れる。元素状の
ヨウ素とフツ素ガスとは五フツ化ヨウ素に転化
し、第二反応器Ｂの塔底からは五フツ化ヨウ素の
蒸気と液とが排出され、凝縮冷却器Ｃ、受器Ｄを
経て、五フツ化ヨウ素液はポンプＥによつて第二
反応器Ｂの塔頂に戻される。

受器Ｄ内の五フツ化ヨウ素の液面が一定位を維
持するように、ポンプＥで送られる五フツ化ヨウ
素液の一部（約26.6Kg／時）は分流されて補助反
応器Ｆの塔頂に移される。

補助反応器Ｆは径100mm、高さ2700mmの充填塔
でその下部のフツ素ガス供給管Ｉからフツ素ガス
毎分110（約11.2Kg／時）を供給される。塔頂
から流下する五フツ化ヨウ素液は溶残していた元
素状のヨウ素を完全に五フツ化ヨウ素に転化さ
れ、高純度の五フツ化ヨウ素が塔底の五フツ化ヨ
ウ素取出口から取り出される。その量は毎時26.6
Kg（純度99.9％以上）で理論相当量であつた。

上記操作を断続的に延11.7ケ月に相当する期間
実施して、装置の腐食状態を目視で調べたとこ
ろ、第一反応器の内壁が最も腐食を受けていた
が、その腐食の程度は装置の運転に支障を与える
程に重大ではなく、装置はなお満足に使用できる
状態にあることが確認された。

比較例 径100mm、高さ200mmのニツケル製の容器に、フ
ツ素ガス供給管、ヨウ素仕込口、蒸気排出管を取
り付ける。ヨウ素毎分15ｇ、フツ素ガス毎分6.6
を仕込んだ。白熱的反応のため、反応器は数分
で破滅的変形を蒙つた。外部から水を注いで容器
を冷却しながら行なつても数時間で破損した。

経時的に分析したところ生成物には１〜５％の
七フツ化ヨウ素が五フツ化ヨウ素中に含まれてい
た。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ本発明方法を
実施する装置の具体例の概念図である。図中の主
要な記号は下記の通りである。 Ａ，A′；第１反応器、Ｂ，B′；第２反応器、
Ｃ，C′；凝縮冷却器、Ｄ，D′；受器、Ｇ，G′；
フツ素ガス供給管、Ｈ，H′；液状ヨウ素仕込口、
Ｆ，F′；補助反応器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (イ) 常圧で過剰の液状のヨウ素の上にフツ素
   ガスを通じて反応させ、液状のヨウ素が残留し
   続ける状態で五フツ化ヨウ素とヨウ素とを含む
   蒸気混合物を生成させる工程、 (ロ) 該蒸気混合物中の五フツ化ヨウ素１モルに対
   して少なくとも800モル以上の液状の五フツ化
   ヨウ素の存在下で、該蒸気混合物と、下記(ハ)の
   工程よりのフツ素ガスとを反応させてさらに五
   フツ化ヨウ素を生成させる工程、 (ハ) (ロ)の工程から出た五フツ化ヨウ素を凝縮させ
   た後、新たなフツ素ガスと向流接触させる工
   程、 よりなることを特徴とする五フツ化ヨウ素の製造
   方法。