催化劑二氟化鈷的制備

吳祥虎，王百林，程 緊

·研究與開發(fā)·

催化劑二氟化鈷的制備

吳祥虎1，王百林2，程 緊3

(1.廣東華特氣體股份有限公司，廣東 佛山 528241；2.郴州湘能半導(dǎo)體氣體有限公司，湖南 郴州 423000；3.江西華特電子化學(xué)品有限公司，江西 九江 330321)

在特定的溫度和介質(zhì)中，將潮濕的二氯化鈷放在特制的烘箱中烘干，得到硬化成型的二氯化鈷，造粒過篩并裝入反應(yīng)塔，在通入氬氣加熱進(jìn)一步脫水后與氟化氫反應(yīng)，通過控制反應(yīng)溫度與通入氟化氫的流量制備二氟化鈷。分析了得到的二氟化鈷的純度與性能，與理論計(jì)算值非常接近。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在特定的工藝條件下，由二氯化鈷與氟化氫反應(yīng)制備的二氟化鈷純度可達(dá)99%以上，還原性良好，所產(chǎn)生的氯化氫也可以回收利用。

二氟化鈷；二氯化鈷；氟化氫；氯化氫

0 引 言

隨著時(shí)代的發(fā)展，電子產(chǎn)品的應(yīng)用日漸廣泛，電子芯片生產(chǎn)中必不可少的氟碳類氣體更是供不應(yīng)求，雖然氟碳類氣體應(yīng)用廣泛，但是產(chǎn)量卻是少之又少，20世紀(jì)90年代氟碳類氣體產(chǎn)品主要靠國外進(jìn)口，近年來我國自主研發(fā)的氟碳類氣體產(chǎn)品也有所增加，進(jìn)而穩(wěn)固了我國電子氣的市場。

氟碳類產(chǎn)品的生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的催化劑主要是CoF2，由于CoF2屬于無機(jī)金屬鹽類，難以固化成型，且CoF2易潮解，故對(duì)產(chǎn)量造成了一定影響。

本文就CoF2的制備方法和設(shè)備(見圖1)做了一定的研究，得到了純度為99%且還原性較好的CoF2，用此方法制得的CoF2作催化劑，合成的C3F8粗品純度最高可達(dá)99.8%，大大降低了C3F8精餾純化的時(shí)間，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

1 CoCl2脫水

CoCl2干燥箱裝置見圖1，將潮濕的CoCl2依次均勻的裝入托盤內(nèi)，裝好后依次放于干燥箱托盤支架2上，關(guān)上箱蓋7并用石墨盤根密封，緊好螺栓后將干燥箱放入烘箱，接好Ar進(jìn)口管6和排氣管7。

CoCl2脫水流程見圖2，依次打開堿洗罐5、水洗罐4、干燥箱3的進(jìn)、排氣閥，開啟氬氣瓶1的閥門，并調(diào)節(jié)好壓力和流量，將烘箱2的溫度設(shè)定為50℃，1 h后加熱至80℃，保持4 h后升溫至120℃，之后依次以40℃/2 h的加熱速率加熱至280℃。共計(jì)脫水24 h后，打開烘箱，待干燥箱3冷卻至常溫后打開干燥箱蓋取出呈天藍(lán)色干燥好的CoCl2，將硬化的CoCl2造粒后過篩稱重，并做好相關(guān)記錄。

1.Ar進(jìn)氣管分布器；2.托盤支架；3.螺栓孔；4.箱體； 5.混合氣出口接頭；6.Ar進(jìn)口接頭；7.箱蓋；8.手柄圖1 CoCl2干燥箱Fig.1 CoCl2 oven

圖2 CoCl2干燥流程Fig.2 CoCl2 drying process

2 CoF2的制備

本次共取300 kg干燥成型后的CoCl2裝特制反應(yīng)塔內(nèi)，再一次通入Ar并加熱，溫度控制在280℃，以進(jìn)一步脫水干燥。干燥24 h后開始通入HF合成CoF2，CoCl2與HF反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

CoCl2+2HF→CoF2+2HCl
130 40 97 73
300 kgM1M2

由以上反應(yīng)式可得出300 kg CoCl2完全轉(zhuǎn)換為CoF2所需HF重量為：M1=40×300÷130=92 kg；生成的CoF2重量為：M2=97×300÷130=224 kg。

CoCl2與HF的反應(yīng)流程見圖3，依次打開堿洗罐5、水洗罐4、反應(yīng)器3的進(jìn)、排氣閥，打開N2瓶2閥門對(duì)系統(tǒng)吹掃置換5次后保成常壓，同時(shí)給HF罐1外部加熱，溫度控制在45℃，關(guān)閉N2瓶2閥門后開啟HF罐1閥門給反應(yīng)器通入HF，并將溫度控制在280℃，HF流量控制在1～2 m3/h。并做好相關(guān)數(shù)據(jù)記錄。

1.HF罐；2.N2鋼瓶；3.反應(yīng)器；4.水洗罐；5.堿洗罐圖3 CoCl2與HF反應(yīng)流程Fig.3 CoCl2 reaction flow with HF

本次所用的HF純度為99.9%，理論所需HF原料重量為：92/0.999=92.1 kg，當(dāng)通入的HF達(dá)(92.1×80%)=74 kg時(shí)開始在反應(yīng)器3出口取樣檢測，當(dāng)通入的HF原料達(dá)90 kg時(shí)，樣品中開始有HF成分，此時(shí)停止進(jìn)HF原料，并開始對(duì)系統(tǒng)用氮?dú)獯祾咧脫Q。當(dāng)反應(yīng)器3出口取樣檢測沒有HF成分時(shí)，停止吹掃，并從反應(yīng)器3頂部、中部和底部各取樣3 kg，以每一個(gè)樣1 kg進(jìn)行檢測分析，結(jié)果見表1。

表1 反應(yīng)器3 CoF2純度檢測結(jié)果Table 1 CoF2 purity test results for reactor 3

由表1可知CoF2的純度約為97.1%，用本次反應(yīng)制得的CoF2做催化劑制備C3F8，取C3F8粗品進(jìn)行檢測分析，結(jié)果見表2。

表2 C3F8粗品純度檢測結(jié)果Table 2 Purity test results of C3F8 crude product

注：1) X表示原料。

3 結(jié) 論

由表2可得，多次使用此CoF2所制備的C3F8平均純度可達(dá)99.4%，反應(yīng)過程穩(wěn)定，易控制，原料平均轉(zhuǎn)換率高達(dá)99.2%。由本文所述的方法制備CoF2過程中會(huì)產(chǎn)生大量的HCl，可以由圖3中水洗罐4回收再利用，過剩的HF和HCl經(jīng)過堿洗罐5后再經(jīng)過噴淋塔即可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)排放要求。本文制備CoF2所用的干燥箱結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，操作簡便，環(huán)保節(jié)能，CoF2的純度高，較為適合氟碳類產(chǎn)品的合成，可運(yùn)用到生產(chǎn)中提高生產(chǎn)效率。

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The Preparation Method of a Kind of COF2and Equipment

WU Xianghu1，WANG Bailin2，CHENG Jin3

[ 1.Guangdong Huate Gas Co.,Ltd.,Foshan 528241,China; 2.Xiangneng Semi Gas (Chenzhou) Co.,Ltd.,Chenzhou 423000,China; 3.Jiangxi Huate Electronic Chemicals Co.,Ltd.,Jiujiang 330321,China ]

In specific temperature and medium,put wet CoCl2special baking in the oven,CoCl2by hardening molding granulation sieving and load reaction tower,the heating ventilation with Ar further and HF after dehydration reaction,by controlling the reaction temperature and the flow of ventilation with HF preparation CoF2,the purity of the CoF2and performance were analyzed,with the theoretical calculation value is very close.Experimental results show that under certain technological conditions,CoCl2and HF synthesis get CoF2purity can reach more than 99%,good reducibility,produced by the HCl can also be recycled.

cobalt difluoride; cobalt chloride; hydrogen fluoride; hydrogen chloride

2017-07-01

TQ13

A

1007-7804(2017)04-0009-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.04.003

吳祥虎(1989)，男，大學(xué)本科，廣東華特氣體股份有限公司，廣東佛山，研發(fā)中心，從事特種氣體產(chǎn)品研發(fā)工作。