CN115806316B - 一种四氟氧化钼的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核燃料循环技术领域，具体公开了一种四氟氧化钼的制备方法，包括以下步骤：步骤1：氟气‑氮气混合气的制备；步骤2：反应炉预处理；步骤3：反应生成粗产品；步骤4：粗产品分离收集；步骤5：四氟氧化钼的提纯。采用本发明方法实现了四氟氧化钼的安全高效产出，简化了流程，大幅提高了产品的纯度。
Description
技术领域
本发明属于核燃料循环技术领域，具体涉及一种四氟氧化钼的制备方法。
背景技术
目前，四氟氧化钼(MoOF4)还并未大规模工业化生产，因此对其研究并不多。MoOF4的制备方法主要有如下两种：
(1)采用干燥的氟气，氧气和钼粉末在一定温度下反应，即可生成MoOF4，反应方程式如下：
Mo+F2+O2→MoOF4+MoF6
(2)利用MoOCl4与氟化氢反应，也可生成MoOF4，反应方程式如下：
MoOCl4+HF→MoOF4+HCl
第一种方法，需要同时引入氧气、氟气两种气体，反应过程中控制难度较大，而且氟气重于氧气，会阻碍MoOF4的生成，得到的产品中六氟化钼含量较多。第二种方法由于是替代反应，氟难以将氯替代完全，会在产品中引入钼的氯化物杂质。
基于上述因素，亟需提出一种四氟氧化钼的制备方法，以得到纯度符合要求的MoOF4产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四氟氧化钼的制备方法，简化流程，提高产品纯度和收率。
本发明的技术方案如下：
一种四氟氧化钼的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：氟气-氮气混合气的制备
将氟气与氮气进在混合气瓶中进行混合，确保氟气在使用过程的安全性；
步骤2：反应炉预处理
在反应炉内放置盛有三氧化钼粉末的托盘，向反应炉内缓慢通入氮气，再将反应炉进行加热烘干，排出反应炉内的水分；
步骤3：反应生成粗产品
继续加热反应炉，将步骤1得到的混合气通入反应炉中，氟气与三氧化钼在反应炉内进行气固反应，生成四氟氧化钼及六氟化钼粗产品；
步骤4：粗产品分离收集
将粗产品在冷凝器中进行分离，四氟氧化钼粗产品经冷凝后，收集在捕收器中，其余气体进行尾气处理；
步骤5：四氟氧化钼的提纯
将四氟氧化钼粗产品通过精馏提纯，得到纯度高达99％以上的四氟氧化钼固体产品。
步骤1中，混合气中氟气比例为20～30％。
步骤2中，所述的托盘为镍基材料。
步骤2中，保证反应炉内气压维持在0.1～0.2MPa。
步骤3中，继续加热反应炉使其内部温度控制在200～300℃。
步骤3中，通入气体流速为30～200mL/min。
步骤3中，气固反应温度控制在300～400℃，反应时间为3～6小时，反应压力控制在0.1～0.2MPa。
步骤4中，冷凝器温度控制在100～120℃。
步骤5中，将四氟氧化钼粗产品送入精馏塔，此时四氟氧化钼变为气态，回流后将产品收集罐温度控制在室温，得到纯度高达99％以上的四氟氧化钼固体产品。
步骤5中，精馏塔温度为190～210℃，回流温度为170～180℃。
本发明的显著效果在于：
(1)采用本发明方法实现了四氟氧化钼的安全高效产出，简化流程，大幅提高了产品的纯度，四氟氧化钼纯度达到99％以上。
(2)本发明采取三氧化钼粉为原料，在一定温度下于镍基反应炉中通入氟气与之反应，通过冷凝器分离得到粗制MoOF4，并将粗制产品进行蒸馏提纯，去除多余的副产品，得到纯度符合要求的MoOF4产品。
附图说明
图1为四氟氧化钼制备流程示意图。
图中：1-电解制氟装置；2-净化装置；3-混合气瓶；4-反应炉；5-冷凝器；6-粗产品收集器；7-精馏塔；8-产品收集罐。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的一种四氟氧化钼的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：氟气-氮气混合气的制备
通过电解制氟装置1得到氟气，氟气通过净化装置2中的氟化钠进行净化，去除其中的氟化氢气体，再进入混合气瓶3与氮气进行混合，混合气中氟气比例为20～30％，确保氟气在使用过程的安全性。
所述的电解制氟装置1为氟气电解槽，净化装置2为净化吸收塔。
步骤2：反应炉预处理
在反应炉4内放置盛有三氧化钼粉末的镍基材料托盘，向反应炉4内缓慢通入氮气，保证反应炉4内气压维持在0.1～0.2MPa，再将反应炉4进行加热烘干至160～200℃，排出反应炉4内的水分。
步骤3：反应生成粗产品
继续加热反应炉4，使反应炉4内部温度控制在200～300℃，然后将混合气瓶3中的混合气通入反应炉4中，氟气与三氧化钼在反应炉4内进行气固反应，生成四氟氧化钼及六氟化钼粗产品；其反应方程式如下：
MoO3+F2→MoOF4+MoF6+O2
气固反应温度控制在300～400℃，反应时间为3～6小时，气体进料流速为30～200mL/min，反应压力控制在0.1～0.2MPa。通入气体流速不应过快也不应过慢，过快会导致气体将托盘内的三氧化钼粉末带出反应炉4，造成产品质量下降，同时浪费气体，而过慢会导致反应不完全。
步骤4：粗产品分离收集
将粗产品在冷凝器5中进行分离，冷凝器5温度控制在100～120℃，四氟氧化钼粗产品经冷凝后，收集在捕收器6中，其余气体进行尾气处理。
步骤5：四氟氧化钼的提纯
步骤4中得到四氟氧化钼粗产品中会含有气体带出的三氧化钼粉末，通过精馏提纯四氟氧化钼；将四氟氧化钼粗产品送入精馏塔7，精馏塔7温度为190～210℃，此时四氟氧化钼变为气态，回流温度为170～180℃，将产品收集罐8温度控制在室温，得到纯度高达99％以上的四氟氧化钼固体产品。
实施例1
制得混合气中氟气比例为20％，反应炉4内放置盛有100g三氧化钼粉末的镍基材料托盘，首先向反应炉内缓慢通入氮气，保证反应炉内气压维持在0.1MPa，再将镍基材料反应炉进行加热烘干至180℃，排出反应炉内的水分。逐渐加热反应炉，使反应炉内部温度控制在200℃，后将混合气体通入镍基材料反应炉中。反应温度控制在300℃加热方式，反应时间为3小时，反应压力控制在0.1MPa。反应炉后接冷凝器5，冷凝温度为120℃，四氟氧化钼粗产品经冷凝后，收集在捕收器6。提高捕收器6的精馏温度至210℃，回流温度为170℃，最终产品收集罐8温度控制在室温，得到纯度高达99％以上的四氟氧化钼固体产品。
实施例2
制得混合气中氟气比例为25％，反应炉4内放置盛有100g三氧化钼粉末的镍基材料托盘，首先向反应炉内缓慢通入氮气，保证反应炉内气压维持在0.1MPa，再将镍基材料反应炉进行加热烘干至180℃，排出反应炉内的水分。逐渐加热反应炉，使反应炉内部温度控制在250℃，后将混合气体通入镍基材料反应炉中。反应温度控制在350℃加热方式，反应时间为5小时，反应压力控制在0.15MPa。反应炉后接冷凝器5，冷凝温度为100℃，四氟氧化钼粗产品经冷凝后，收集在捕收器6。提高捕收器6的精馏温度至200℃，回流温度为180℃，最终产品收集罐8温度控制在室温，得到纯度高达99％以上的四氟氧化钼固体产品。
实施例3
制得混合气中氟气比例为30％，反应炉4内放置盛有100g三氧化钼粉末的镍基材料托盘，首先向反应炉内缓慢通入氮气，保证反应炉内气压维持在0.2MPa，再将镍基材料反应炉进行加热烘干至180℃，排出反应炉内的水分。逐渐加热反应炉，使反应炉内部温度控制在300℃，后将混合气体通入镍基材料反应炉中。反应温度控制在400℃加热方式，反应时间为6小时，反应压力控制在0.2MPa。反应炉后接冷凝器5，冷凝温度为100℃，四氟氧化钼粗产品经冷凝后，收集在捕收器6。提高捕收器6的精馏温度至190℃，回流温度为175℃，最终产品收集罐8温度控制在室温，得到纯度高达99％以上的四氟氧化钼固体产品。
本发明公开了一种四氟氧化钼的制备方法，以得到纯度高的产品。通过电解制氟得到氟气，氟气净化去除其中的氟化氢气体，再与氮气进行混合，混合气中氟气比例为20～30％；将混合气体通入镍基反应炉中，与三氧化钼在反应炉内进行气固反应，生成四氟氧化钼及六氟化钼，反应温度为300～400℃，反应时间为3～6小时，压力为0.1～0.3MPa；反应炉后接冷凝器，将产物在冷凝器中进行分离，得到四氟氧化钼粗产品；通过精馏提纯四氟氧化钼，得到纯度高达99％以上的产品。本发明的反应过程简单，工艺操作安全，产品纯度高。
Claims (5)
1.一种四氟氧化钼的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：氟气-氮气混合气的制备
将氟气与氮气进在混合气瓶中进行混合，确保氟气在使用过程的安全性；
步骤2：反应炉预处理
在反应炉内放置盛有三氧化钼粉末的托盘，向反应炉内缓慢通入氮气，再将反应炉进行加热烘干，排出反应炉内的水分；
步骤3：反应生成粗产品
继续加热反应炉，将步骤1得到的混合气通入反应炉中，氟气与三氧化钼在反应炉内进行气固反应，生成四氟氧化钼及六氟化钼粗产品；
步骤4：粗产品分离收集
将粗产品在冷凝器中进行分离，四氟氧化钼粗产品经冷凝后，收集在捕收器中，其余气体进行尾气处理；
步骤5：四氟氧化钼的提纯
将四氟氧化钼粗产品通过精馏提纯，得到纯度高达99％以上的四氟氧化钼固体产品；
步骤2中，保证反应炉内气压维持在0.1～0.2MPa；
步骤3中，继续加热反应炉使其内部温度控制在200～300℃；气固反应温度控制在300～400℃，反应时间为3～6小时，反应压力控制在0.1～0.2MPa；
步骤4中，冷凝器温度控制在100～120℃；
步骤5中，精馏塔温度为190～210℃，回流温度为170～180℃。
2.如权利要求1所述的一种四氟氧化钼的制备方法，其特征在于：步骤1中，混合气中氟气比例为20～30％。
3.如权利要求1所述的一种四氟氧化钼的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述的托盘为镍基材料。
4.如权利要求1所述的一种四氟氧化钼的制备方法，其特征在于：步骤3中，通入气体流速为30～200mL/min。
5.如权利要求1所述的一种四氟氧化钼的制备方法，其特征在于：步骤5中，将四氟氧化钼粗产品送入精馏塔，此时四氟氧化钼变为气态，回流后将产品收集罐温度控制在室温，得到纯度高达99％以上的四氟氧化钼固体产品。
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