一種四氟化鈦的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氟化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種四氟化鈦的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]四氟化鈦，分子式TiF4,白色固體，吸濕性較強(qiáng)，屬于有毒物質(zhì)。密度2.798g/cm3，熔點(diǎn)123.89°C，升華點(diǎn)284°C。在微電子工業(yè)中用作化學(xué)氣相沉積或離子注入形成硅化鈦或鈦膜，制作低電阻、高熔點(diǎn)的電路互聯(lián)線和柵極。其制備方法有兩種，一種是采用高純金屬鈦粉直接氟化，反應(yīng)產(chǎn)物在280?290 °C下進(jìn)行升華純化，可獲得純度達(dá)99%的四氟化鈦產(chǎn)品，如中國(guó)專(zhuān)利CN102849792A公開(kāi)的一種制備四氟化鈦的方法即采用高純金屬鈦粉直接氟化的方法；另一種是將無(wú)水氟化氫和TiCl4反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在無(wú)水情況下進(jìn)行蒸餾，11匕在2841時(shí)升華即生成白色固體TiF4。上述兩種方法，一種是采用價(jià)格昂貴的氟氣和金屬鈦粉為原料，生產(chǎn)成本相對(duì)偏高，制約了其應(yīng)用范圍，生產(chǎn)過(guò)程中安全控制不易保障；另一種是將無(wú)水氟化氫和11(:14反應(yīng)制備TiF 4，副產(chǎn)大量含氟鹽酸，對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，環(huán)保處理成本較高，環(huán)保瓶頸制約其技術(shù)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供成本低的四氟化鈦制備方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種四氟化鈦的制備方法，包括以下操作步驟:
[0006]一種四氟化鈦的制備方法，包括以下操作:三氟化鐵與鈦鐵礦在1100?1500°C下反應(yīng)后，冷卻，制得固體四氟化鈦。
[0007]上述四氟化鈦的制備方法中涉及的反應(yīng)方程式為:
[0008]3FeTi03(c)+4FeF3(c) — 2Fe203(c)+3TiF4(g)+3Fe0(c) (I)
[0009]上述式(I)中四氟化鈦的制備方法以鈦鐵礦為原料，與三氟化鐵經(jīng)過(guò)一步反應(yīng)即制備得到四氟化鈦，原料成本低，且產(chǎn)物為氣固兩相產(chǎn)物，易于分離純化，副產(chǎn)的含氟水蒸氣和三氧化二鐵與氧化亞鐵的混合物可以作為產(chǎn)品直接出售。
[0010]所述三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.0?4.5:3.0。
[0011]所述反應(yīng)時(shí)間為5?1h。
[0012]上述三氟化鐵可以為市售商品；也可以為了進(jìn)一步的降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)工藝綠色環(huán)保，所述三氟化鐵由以下方法制備而得:氟化氫與三氧化二鐵在300?500°C下反應(yīng)制得四氟化鐵。
[0013]上述三氟化鐵制備過(guò)程中涉及的反應(yīng)方程式為:
[0014]6HF(1)+Fe203 (c) — 2FeF3(c)+3H20(g) (2)
[0015]上述式(I)中副產(chǎn)的三氧化二鐵和氧化亞鐵混合物經(jīng)氧化制得三氧化二鐵直接返回式(2)中作為原料使用，而且式(2)中副產(chǎn)的含氟水蒸氣經(jīng)氫氧化鈉容易吸收后用于生產(chǎn)冰晶石，實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物直接回收再利用和閉路循環(huán)，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保，提高經(jīng)濟(jì)效益。
[0016]所述氟化氫與三氧化二鐵的摩爾比為5.96?6.25:1.0。
[0017]所述三氟化鐵制備過(guò)程中反應(yīng)時(shí)間為0.2?5h。
[0018]本發(fā)明四氟化鈦的制備方法，以?xún)r(jià)格低廉的鈦鐵礦為主要原料，降低成產(chǎn)成本，反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)單易于控制，并且每步反應(yīng)均生成氣固兩相產(chǎn)物，產(chǎn)物易于分離純化，副產(chǎn)的三氧化二鐵與氧化亞鐵的混合物可以作為產(chǎn)品直接出售。
[0019]進(jìn)一步的，本發(fā)明采用氟化氫與三氧化二鐵反應(yīng)生產(chǎn)三氟化鐵，副產(chǎn)的含氟水蒸氣可直接經(jīng)氫氧化鈉吸收用于生產(chǎn)冰晶石，同時(shí)，四氟化鈦副產(chǎn)的三氧化二鐵和氧化亞鐵的混合物經(jīng)氧化制得三氧化二鐵后可直接用于生產(chǎn)三氟化鐵，實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物的直接回收再利用，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)工藝綠色環(huán)保，提高經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為實(shí)施例4中四氟化鈦制備方法工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例四氟化鈦的制備方法，2.25kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.5:3.0，置于1500°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)5小時(shí)，生成1.56Kg四氟化鈦粗氣體，精餾提純冷卻后得到純度為99.5%的四氟化鈦固體1.43kg。其中三氟化鐵為市售商品。
[0024]實(shí)施例2
[0025]本實(shí)施例四氟化鈦的制備方法，1.91kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.0:3.0，置于1200°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)10小時(shí)，生成1.42Kg四氟化鈦粗氣體，精餾提純冷卻后得到純度為99.7%的四氟化鈦固體1.36kg。其中三氟化鐵為市售商品。
[0026]實(shí)施例3
[0027]本實(shí)施例四氟化鈦的制備方法，2.2kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.5:3.0，置于1500°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)5小時(shí)，生成1.55Kg四氟化鈦粗氣體，精餾提純后得到純度為99.52%的四氟化鈦固體1.42kg。其中三氟化鐵為市售商品。
[0028]實(shí)施例4
[0029]本實(shí)施例四氟化鈦的制備方法，具體流程如圖1所示，具體操作步驟如下:
[0030]I)將50mol無(wú)水氟化氫與8mol三氧化二鐵在流化床500°C下反應(yīng)3小時(shí)，制得
2.25kg三氟化鐵固體，副產(chǎn)0.56kg含氟水蒸氣經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后用于生產(chǎn)冰晶石；
[0031]2)步驟I)制得的2.25kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.5:3.0，置于1500°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)5小時(shí)，生成1.56Kg四氟化鈦粗氣體，精餾提純冷卻后得到純度為99.5%的四氟化鈦固體1.43kg ;其中副產(chǎn)的三氧化二鐵和氧化亞鐵與氧氣反應(yīng)制得三氧化二鐵返回步驟I)。
[0032]實(shí)施例5
[0033]本實(shí)施例四氟化鈦的制備方法，具體操作步驟為:
[0034]I)將50mol無(wú)水氟化氫與8.4mol三氧化二鐵在流化床300°C下反應(yīng)0.25小時(shí)，制得1.91kg三氟化鐵固體，副產(chǎn)0.52kg含氟水蒸氣經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后用于生產(chǎn)冰晶石；
[0035]2)步驟I)制得的1.91kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.0:3.0，置于1200°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)10小時(shí)，生成1.42Kg四氟化鈦粗氣體，精餾提純冷卻后得到純度為99.7%的四氟化鈦固體1.36kg。
[0036]實(shí)施例6
[0037]本實(shí)施例四氟化鈦的制備方法，具體操作步驟為:
[0038]I)將50mol無(wú)水氟化氫與8mol三氧化二鐵在流化床500°C下反應(yīng)0.2小時(shí)，制得
2.2kg三氟化鐵固體，副產(chǎn)0.55kg含氟水蒸氣經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后用于生產(chǎn)冰晶石；
[0039]2)步驟I)制得的2.2kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.5:3.0，置于1500°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)5小時(shí)，生成1.55Kg四氟化鈦粗氣體，精餾提純冷卻后得到純度為99.5%的四氟化鈦固體1.42kg。
[0040]實(shí)施例7
[0041]本實(shí)施例四氟化鈦的制備方法，具體操作步驟如下:
[0042]I)將50mol無(wú)水氟化氫與8.33mol三氧化二鐵在流化床400°C下反應(yīng)3小時(shí)，制得
2.35kg三氟化鐵固體，副產(chǎn)0.52kg含氟水蒸氣經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后用于生產(chǎn)冰晶石；
[0043]2)步驟I)制得的2.35kg三氟化鐵與鈦鐵礦混合，其中三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.2:3.0，置于1100°C回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)6小時(shí)，生成1.4Kg四氟化鈦粗氣體，精飽提純冷卻后得到純度為99.8%的四氟化鈦固體1.32kg。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種四氟化鈦的制備方法，其特征在于，三氟化鐵與鈦鐵礦在1100?1500°C下反應(yīng)后，冷卻，制得固體四氟化鈦。
2.如權(quán)利要求1所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，所述三氟化鐵與鈦鐵礦中鈦酸鐵的摩爾比為4.0?4.5:3。
3.如權(quán)利要求1所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)時(shí)間為5?10小時(shí)。
4.如權(quán)利要求1所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，所述三氟化鐵由以下方法制備而得:氟化氫與三氧化二鐵在300?500°C下反應(yīng)制得。
5.如權(quán)利要求4所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，所述氟化氫與三氧化二鐵的摩爾比為5.96?6.25:1。
6.如權(quán)利要求4所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)時(shí)間為0.2?5小時(shí)。
7.如權(quán)利要求4所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)中副產(chǎn)含氟水蒸氣經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后用于生產(chǎn)冰晶石。
8.如權(quán)利要求4所述的四氟化鈦的制備方法，其特征在于，生產(chǎn)四氟化鈦過(guò)程中副產(chǎn)的三氧化二鐵和氧化亞鐵混合物經(jīng)氧化制得三氧化二鐵直接用于生產(chǎn)三氟化鐵。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種四氟化鈦的制備方法，屬于氟化工技術(shù)領(lǐng)域。該制備方法，采用三氟化鐵與鈦鐵礦在1100～1500℃下反應(yīng)制得四氟化鈦，原料成本低，每步反應(yīng)均生成氣固兩相產(chǎn)物，產(chǎn)物易于分離純化。進(jìn)一步的，本發(fā)明采用氟化氫與三氧化二鐵在300～500℃下反應(yīng)制得三氟化鐵，副產(chǎn)的含氟水蒸氣可直接經(jīng)氫氧化鈉吸收用于生產(chǎn)冰晶石，同時(shí)，四氟化鈦副產(chǎn)的三氧化二鐵和氧化亞鐵的混合物經(jīng)氧化制得三氧化二鐵后可直接用于生產(chǎn)三氟化鐵，實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物的直接回收再利用，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)工藝綠色環(huán)保，提高經(jīng)濟(jì)效益。
【IPC分類(lèi)】C01G23-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104803413
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510114062
【發(fā)明人】劉海霞, 于賀華, 薛旭金, 陳宏偉, 薛峰峰, 王建萍, 侯紅軍, 楊華春
【申請(qǐng)人】多氟多化工股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月16日