一种制备高纯五氟化磷气体的方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种制备高纯五氟化磷气体的方法和应用，包括，多聚磷酸与无水氟化氢反应得到六氟磷酸水溶液；将三氧化硫滴入六氟磷酸水溶液，加热，气液分离，得到五氟化磷气体粗产物和硫酸，其中，三氧化硫与多聚磷酸的摩尔比为(12.2～14.0):1；将五氟化磷气体粗产物精制，得到高纯五氟化磷气体。本发明专利技术通过精准的控制三氧化硫与多聚磷酸的摩尔比，能够显著的降低五氟化磷气体中氟化氢的含量，同时充分利用三氧化硫对六氟磷酸的脱水作用，既提高原料的利用率，还能够降低五氟化磷粗产物中的杂质含量，进而简化五氟化磷粗产物的精制步骤，实现高纯五氟化磷气体的制备。现高纯五氟化磷气体的制备。现高纯五氟化磷气体的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种制备高纯五氟化磷气体的方法及应用


[0001]本专利技术涉及五氟化磷制备工艺领域，具体涉及一种制备高纯五氟化磷气体的方法及应用。

技术介绍

[0002]五氟化磷(PF5)为无色气体，常压下熔点为
‑
93.8℃，沸点为
‑
84.6℃，在潮湿空气中会剧烈水解产生有毒和腐蚀性的氟化氢白色烟雾，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，在有机合成领域可作为催化氟化剂。
[0003]近年来，随着新能源汽车的日益普及和推广，以六氟磷酸锂为电解质的锂离子电池因具有诸多优越性从而得到广泛使用，而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。用作锂离子电池电解液的电解质必须满足以下性能，即电导率高、化学及电化学稳定性高，可使用范围宽，安全性能好，价格低。基于上述要求，用作电解质的六氟磷酸锂的纯度要达到99.9％以上，因此，对用于制备六氟磷酸锂的五氟化磷气体的纯度有一定要求。
[0004]目前，五氟化磷气体制备工艺主要有五氯化磷法、发烟硫酸法和氟气法，现有的制备方法所用的原料多，很容易引入杂质，和产生副产物，因而制得的五氟化磷纯度低。采用多聚磷酸为原材料虽然解决了引入杂质的问题，但现有技术中大多利用多聚磷酸制备的五氟化磷，需要经过多次冷凝、多级加压以及精馏过程才能实现五氟化磷气体的纯化，工艺繁杂。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的五氟化磷气体制备的五氟化磷纯度低且精制工艺繁杂的缺陷，从而提供一种制备高纯五氟化磷气体的方法及应用。
[0006]一种制备高纯五氟化磷气体的方法，包括如下步骤：
[0007]S1，多聚磷酸与无水氟化氢反应得到六氟磷酸水溶液；
[0008]S2，将三氧化硫滴入六氟磷酸水溶液，加热，气液分离，得到五氟化磷气体粗产物和硫酸，其中，三氧化硫与多聚磷酸的摩尔比为(12.2～14.0):1；
[0009]S3，将五氟化磷气体粗产物精制，得到高纯五氟化磷气体。
[0010]步骤S2中，三氧化硫与多聚磷酸的摩尔比为(12.5～13.5):1，三氧化硫滴入六氟磷酸水溶液时，控制六氟磷酸水溶液温度为
‑
20～10℃，三氧化硫的滴入速度为300～800kg/h，加热温度为80～110℃，控制反应体系压力为0.04～0.10MPa，气液分离的冷凝温度控制在
‑
15～
‑
5℃。
[0011]步骤S1中，多聚磷酸与无水氟化氢的摩尔比为1:(20～28)，控制反应体系温度
‑
20～20℃，反应体系压力0.02～0.09MPa，反应时间3～6h。
[0012]步骤S3将五氟化磷气体粗产物精制的过程包括，将五氟化磷气体粗产物洗涤，经过一次、二次冷凝后，回流冷凝得到高纯五氟化磷气体，其中，对五氟化磷气体粗产物洗涤
的介质为冷却后的无水氟化氢，洗涤温度0～18℃，一次冷凝的温度为
‑
25～
‑
15℃，二次冷凝的温度为
‑
60℃～
‑
50℃，回流冷凝出口温度为
‑
80～
‑
68℃，回流冷凝中的冷却液温度为
‑
82℃～
‑
68℃。
[0013]本专利技术还提供一种上述制备高纯五氟化磷气体的方法制得的高纯五氟化磷气体在制备六氟磷酸锂工艺中的应用
[0014]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0015]1.本专利技术提供的一种制备高纯五氟化磷气体的方法，包括，多聚磷酸与无水氟化氢反应得到六氟磷酸水溶液；将三氧化硫滴入六氟磷酸水溶液，加热，气液分离，得到五氟化磷气体粗产物和硫酸，其中，三氧化硫与多聚磷酸的摩尔比为(12.2～14.0):1；将五氟化磷气体粗产物精制，得到高纯五氟化磷气体。本专利技术通过精准的控制三氧化硫与多聚磷酸的摩尔比，将三氧化硫注入到多聚磷酸与无水氟化氢反应生成的六氟磷酸水溶液中，能够显著的降低五氟化磷气体中氟化氢的含量，同时充分利用三氧化硫对六氟磷酸的脱水作用，既提高原料的利用率，还能够降低五氟化磷粗产物中的杂质含量，进而简化五氟化磷粗产物的精制步骤，实现高纯五氟化磷气体的制备。
[0016]2.本专利技术提供的制备高纯五氟化磷气体的方法，控制三氧化硫注入六氟磷酸锂水溶液的滴加速度，能够在六氟磷酸锂水溶液的脱水过程中，通过将三氧化硫缓慢的滴入六氟磷酸水溶液，确保脱水充分，另外，三氧化硫与水反应过程剧烈，很容易导致六氟磷酸水溶液沸腾而影响六氟磷酸水溶液的脱水，同时造成五氟化磷气体的转化量，因此，通过控制三氧化硫注入六氟磷酸水溶液的滴加速度，确保脱水充分，保证五氟化磷气体的转化量。
[0017]3.本专利技术提供的制备高纯五氟化磷气体的方法，通过限定多聚磷酸与无水氟化氢的摩尔比，能够限定无水氟化氢的注入量，无水氟化氢与多聚磷酸充分反应，减少五氟化磷粗产物的杂质量，降低五氟化磷气体粗产物精制的难度，提高制备得到的高纯五氟化磷气体的纯度。
[0018]4.本专利技术提供的制备高纯五氟化磷气体的方法，所述五氟化磷气体粗产物仅需经过洗涤和两次冷凝回流即可得到高纯五氟化磷气体，本专利技术的制备方法能够充分分离五氟化磷粗产物中的氟化氢和水等杂质，制得的高纯五氟化磷气体纯度满足制备六氟磷酸锂的要求。
[0019]5.本专利技术提供的一种制备高纯五氟化磷的方法，多聚磷酸(H6P4O
13
)的转化率可高达100％，能够显著降低五氟化磷中水和氟化氢的含量，具有工艺简单、原料易得、产品纯度高、原料利用率高、便于工业化生产等优点。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1制备高纯五氟化磷气体的方法的流程图。
具体实施方式
[0021]提供下述实施例是为了更好地进一步理解本专利技术，并不局限于所述最佳实施方式，不对本专利技术的内容和保护范围构成限制，任何人在本专利技术的启示下或是将本专利技术与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本专利技术相同或相近似的产品，均落在本专利技术的保护范围之内。
[0022]实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
[0023]本专利技术依据的化学方程式如下：
[0024]H6P4O
13
+24HF＝4HPF6+13H2O
[0025]13SO3+13H20＝13H2SO4[0026]本专利技术实施例和对比例中使用的无水氟化氢、多聚磷酸(H6P4O
13
)和三氧化硫的性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备高纯五氟化磷气体的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，多聚磷酸与无水氟化氢反应得到六氟磷酸水溶液；S2，将三氧化硫滴入六氟磷酸水溶液，加热，气液分离，得到五氟化磷气体粗产物和硫酸，其中，三氧化硫与多聚磷酸的摩尔比为(12.2～14.0):1；S3，将五氟化磷气体粗产物精制，得到高纯五氟化磷气体。2.根据权利要求1所述的制备高纯五氟化磷气体的方法，其特征在于，步骤S2中，三氧化硫与多聚磷酸的摩尔比为(12.5～13.5):1。3.根据权利要求2所述的制备高纯五氟化磷气体的方法，其特征在于，所述步骤S2中，三氧化硫滴入六氟磷酸水溶液时，控制六氟磷酸水溶液温度为
‑
20～10℃，三氧化硫的滴入速度为300～800kg/h。4.根据权利要求3所述的制备高纯五氟化磷气体的方法，其特征在于，所述步骤S2中的加热温度为80～110℃，控制反应体系压力为0.04～0.10MPa，气液分离的冷凝温度控制在
‑
15～
‑
5℃。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备高纯五氟化磷气体的方法，其特征在于，步骤S1中，多聚磷酸与无水氟化氢的摩尔比为1:(20～28)，控制反应体系温度

【专利技术属性】
技术研发人员：王福良，陈春财，
申请(专利权)人：金石资源集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：