一种联产卤化钨与四氟化碳的工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种联产卤化钨和四氟化碳的工艺方法，将碳化钨或碳化钨与炭的混合物加入反应器中，再将三氟化氯气体通入反应器中，控制反应器的温度为

【技术实现步骤摘要】
一种联产卤化钨与四氟化碳的工艺方法


[0001]本专利技术涉及氟化工产业
，尤其涉及一种联产卤化钨与四氟化碳的工艺方法
。

技术介绍

[0002]六氯化钨为带蓝紫色的黑色结晶，被用于气相沉积法镀钨，制取单晶钨丝
、
玻璃表面导电层及作烯烃聚合催化剂
。
主要被用于钨的提纯和有机物合成
。
此外也被广泛应用于汽车及玻璃行业等新材料领域
。
常规制取方法为金属钨粉与干燥氯气在
500
～
600℃
条件下反应制得
。
[0003]五氯化钨为闪光墨绿色晶体，作为一种罕见的钨氯比为
1:5
的化合物，具有独特的钨变价与氯原子分解特性，其变价规律与释放出的氯自由基具有定时定位可控性强的优势，被视为未来半导体
、
太阳能
、
催化及高精尖
的潜力物质
。
其常规制备方法为在石英管中将六氯化钨在
410
～
425℃
加热，通入氢气还原得到
。
[0004]六氟化钨，无色气体或浅黄色液体，固体为易潮解的白色结晶，主要应用在集成电路制造领域，具体来说，在化学气相沉积工艺中，通过沉积和堆叠制成大规模集成电路中的导电膜和金属配线材料
。
目前工业化合成六氟化钨主要由两种，一种是钨粉与氟气在
300
～
400℃
下直接反应合成；一种是钨粉与三氟化氮在
300
～
500℃
下三氟化氮分解产生氟自由基，氟自由基与钨粉反应合成六氟化钨，其对原料三氟化氮中的水分含量要求较高，直接关系六氟化钨产品的纯度
。
[0005]四氟化碳，无色
、
不燃的易压缩气体，主要用于各种集成电路的等离子刻蚀工艺，也用作激光气体及制冷剂
。
其合成主要由氟气与碳直接反应制得
。
[0006]四种产品均在集成电路行业具有重要用途，其中六氯化钨的合成温度在
500℃
以上，五氯化钨的反应温度在
400℃
以上，且涉及
H2还原，安全风险较高；六氟化钨的合成对氟化原料的纯度要求较高，三氟化氮为原料合成后产生
N2尾气，原子利用率较低；三种卤化钨的合成钨原料均需高纯钨粉，原料成本高；卤化钨合成反应最初阶段均需要外加热，消耗能源，且加热反应器器壁温度可达
500℃
以上，原料气对反应器的腐蚀严重
。

技术实现思路

[0007]针对上述
技术介绍
，本专利技术提供了一种联产卤化钨与四氟化碳的工艺方法，以解决现有工艺中反应温度高，且安全风险大的问题
。
[0008]本专利技术的目的在于提供一种联产卤化钨与四氟化碳的工艺方法，具体技术方案如下：
[0009]一种联产卤化钨与四氟化碳的工艺方法，包括以下步骤：
[0010]S1、
反应工序，将碳化钨或碳化钨与炭的混合物加入反应器中，再将三氟化氯气体通入反应器中，控制反应器的温度为
340
～
400℃
，反应压力为
0.01
～
0.15MPa
，进行反应，得到包含六氯化钨
、
五氯化钨
、
六氟化钨和四氟化碳的混合物；
[0011]S2、
收集工序，反应完成后的反应产物依次经过四级冷阱分级收集产品，第一级收集六氯化钨，第二级收集五氯化钨，第三级收集六氟化钨，第四级收集四氟化碳
。
[0012]优选的，所述步骤
S1
中碳化钨与炭的混合物中炭的比例为0～
10wt
％，三氟化氯在反应器内的停留时间为
10
～
120s
，碳化钨及炭粉的粒径小于等于
20
μ
m
[0013]优选的，所述步骤
S1
中炭为木制炭粉
、
果壳制炭粉
、
煤制炭粉和石油类炭粉中的一种
。
[0014]优选的，所述步骤
S1
三氟化氯的纯度在
70.0
‑
99.9
％之间，其余组分为
F2、Cl2或
ClF
中的一种或多种
。
[0015]优选的，所述步骤
S1
中反应器为卧式反应器，反应器的材质为蒙乃尔或纯镍中的一种
。
[0016]优选的，所述步骤
S2
中第一级收集冷阱的温度为
280
～
320℃
，收集物为液体粗品六氯化钨；第二级收集冷阱的温度为
215
～
240℃
，收集物为固体粗品五氯化钨；第三级收集冷阱的温度为
‑
30
～
‑
10℃
，收集物为固体粗品六氟化钨；第四级冷阱的收集温度为
‑
180
～
‑
150℃
，收集物为液相粗品四氟化碳
。
[0017]优选的，所述反应生成的混合物，经第三级收集冷阱后，通过碱洗
、
低温除水及吸附工序，再进入第四级收集工序
。
[0018]优选的，所述对步骤
S2
中收集的产品进行纯化，第一
、
二级收集的产品的纯化方式为降温抽真空，得到高纯六氯化钨
、
五氯化钨；第三级收集的产品的纯化方式为常压精馏联合吸附，得到高纯六氟化钨，第四级收集的产品的纯化方式为加压精馏，得到高纯四氟化碳产品
。
[0019]本专利技术的一种联产卤化钨与四氟化碳的工艺方法，具有以下有益效果：
[0020]1、
三氟化氯作为氧化原料，碳化钨及炭粉作为起始原料，取代了反应起始阶段的加热环节，较少了原料气对反应器器壁的腐蚀，降低了能源消耗
。
[0021]2、
碳化钨作为原料，相较于高纯钨粉，大大降低了合成卤化钨的成本
。
[0022]3、
本专利技术对氧化原料三氟化氯的纯度要求较低，三氟化氯合成试验中未完全反应的氟气
、
氯气及部分一氟化氯均能参与反应，且合成产品均可提纯为高纯产品，原子经济性高
。
[0023]4、
本专利技术反应条件相对温和，反应温度低于
400℃
，安全性更高，本技术原料成本低
、
原子经济性高
、
安全性更高
、
能耗更低
、
无副产物产生，具有较大的经济效益和发展前景；符合化工企业安全
、
环保
、
高效
、
循环经济的生产要求
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种联产卤化钨与四氟化碳的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
反应工序，将碳化钨或碳化钨与炭的混合物加入反应器中，再将三氟化氯气体通入反应器中，控制反应器的温度为
340
～
400℃
，反应压力为
0.01
～
0.15MPa
，进行反应，得到包含六氯化钨
、
五氯化钨
、
六氟化钨和四氟化碳的混合物；
S2、
收集工序，反应完成后的反应产物依次经过四级冷阱分级收集产品，第一级收集六氯化钨，第二级收集五氯化钨，第三级收集六氟化钨，第四级收集四氟化碳
。2.
根据权利要求1所述的一种联产卤化钨与四氟化碳的工艺方法，其特征在于，步骤
S1
中碳化钨与炭的混合物中炭的比例为0～
10wt
％，三氟化氯在反应器内的停留时间为
10
～
120s
，碳化钨及炭粉的粒径小于等于
20
μ
m。3.
根据权利要求1所述的一种联产卤化钨与四氟化碳的工艺方法，其特征在于，步骤
S1
中炭为木制炭粉
、
果壳制炭粉
、
煤制炭粉和石油类炭粉中的一种
。4.
根据权利要求1所述的一种联产卤化钨与四氟化碳的工艺方法，其特征在于，步骤
S1
三氟化氯的纯度在
70.0
‑
99.9
％之间，其余组分为
F2、Cl2或

【专利技术属性】
技术研发人员：马领军，陈志斌，张龙，宋朝阳，赵星，马志方，胡阳，刘波涛，
申请(专利权)人：中船邯郸派瑞特种气体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：