JP2000103609A - 三弗化窒素ガスの製造方法 - Google Patents

三弗化窒素ガスの製造方法

Info

Publication number
JP2000103609A
JP2000103609A JP10278799A JP27879998A JP2000103609A JP 2000103609 A JP2000103609 A JP 2000103609A JP 10278799 A JP10278799 A JP 10278799A JP 27879998 A JP27879998 A JP 27879998A JP 2000103609 A JP2000103609 A JP 2000103609A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cathode
nickel
electrolysis
anode
electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10278799A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsuma Morokuma
辰馬 諸隈
Takashi Shimaoka
隆 島岡
Isao Harada
功 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Chemicals Inc filed Critical Mitsui Chemicals Inc
Priority to JP10278799A priority Critical patent/JP2000103609A/ja
Publication of JP2000103609A publication Critical patent/JP2000103609A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解液中にニッケル電極が溶解しない
ように、長期間電解を継続して行うこと。 【解決手段】 陽極及び陰極を定期的に切り替えて電
解を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は三弗化窒素(N
)ガスの製造方法に関する。更に詳しくは、工業的
に安定的に三弗化窒素を提供する製造方法に関する。
【0002】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】NF
は、超LSI半導体製造時のドライエッチング用ガス
として、或いはプラズマCVD装置のドライクリーニン
グ用ガスとして用いられる工業的に重要なガスである。
NFは種々の方法で製造されるが、中でも溶融塩電解
法は収率がよく、しかも量産が他の方法より容易である
ので工業的な製造方法として広く利用されている。溶融
塩電解法によるNFの製造においては、陽極からはN
ガスと窒素(N)ガスが発生し、陰極からは水素
(H)ガスが発生する。
【0003】溶融塩電解法に使用される電解液は、弗化
アンモニウム、またはアンモニアと弗化水素より合成さ
れた弗化アンモニウム、またはそれに弗化水素を添加し
た酸性弗化アンモニウムの電解液が通常用いられる。電
解に用いる電極は炭素電極、またはニッケル電極を用い
るが、不純物の混入の少ないニッケル電極が広く用いら
れている。陽極のニッケル電極は電解により僅かに電解
液中に溶解し、長期間電解を継続するとニッケル電極は
消耗し、やがて電極の更新が必要になる。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上記溶
融塩電解法の欠点を排除し、効率良くNFを製造する
ことにある。本発明者等はこれらの課題を解決するため
に鋭意検討した結果、電解により陽極より溶解したニッ
ケルの陰極への析出率には経時変化があり、電解開始時
から10日前後までは溶解したニッケルのほぼ100%
に近い量が陰極に析出することを見いだし、本発明を完
成するに至った。
【0005】即ち、本発明は陽極及び陰極をニッケル電
極とし、フッ化アンモニウム(NH F)−フッ化水素
(HF)系溶融塩を電解液として用いる電解法による三
弗化窒素ガスの製造方法において、該陽極及び陰極を定
期的に切り替えて電解を行うことを特徴とする三弗化窒
素ガスの製造方法に関する。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に開示する。
本発明に用いる電解槽は、フッ化アンモニウム(NH
F)−フッ化水素(HF)系溶融塩を原料とした電解法
による三フッ化窒素製造に用いることが可能な電解槽で
有れば、特別な構造を有する必要はない。また、電解槽
の構成により、本発明の効果が影響を受けるものでもな
い。
【0007】電極には陽極及び陰極ともにニッケルを使
用するが、モネル合金(ニッケル分65重量%前後)で
は、不働態化するため好ましくない。概ねニッケル分9
0重量%を超えるニッケルであれば問題ない。尚、工業
的には汎用品の使用が好都合であり、いわゆる純ニッケ
ル(ニッケル含有量は概ね99重量%以上)やDura
nickel alloy301(ニッケル含有量94
重量%、INCO製)が挙げられる。
【0008】本発明に用る電解液は、酸性弗化アンモニ
ウム叉は弗化アンモニウム、或いはアンモニアと弗化水
素とを原料とするNHF・HF系や、これに酸性弗化
カリウム、叉は弗化カリウム、又は弗化リチウムを原料
として加えたKF・NH・HF系電解液である。
【0009】電解液溶融塩の組成モル比(HF/NH
F)としては、1〜3が好適である。モル比が1未満の
電解液は熱分解性を帯びるため好ましくない。また、モ
ル比が3を超えるとHFの蒸気圧が増大し、HFの損失
量が増加するため電解液組成の変動が大きくなるため、
やはり好ましくない。工業的実施のためより高い組成安
定性を求めるならば、1.5〜2.5の範囲が好まし
く、更に好ましくは1.6〜1.8の範囲が最適であ
る。
【0010】溶融塩を電解液として用いる電解法により
長期間電解を行った場合、溶解したニッケルの多くは陰
極に析出するが、一部はニッケル錯塩スラッジとして電
解液中に蓄積し、該電解液を汚染する。ニッケル錯塩ス
ラッジがさらに増加すると電解液の粘度が増加し、電解
液自体の対流を阻害する。電解液温度を一定に保つため
通常電解槽は外部ジャケットにより加熱、または冷却さ
れているが、電解液の対流量が低下すると、電解槽内で
局所的な温度分布が徐々に発生してくる。
【0011】さらに電解を継続すると電解液の冷却、又
は加熱による温度制御が困難となり、電解運転を停止せ
ざるを得なくなる。また、生成したニッケル錯塩スラッ
ジは、電解槽下部に沈降、蓄積し、ついには電極ととも
に短絡してガスをを発生し爆発する危険性もある。
【0012】このため、電解液の更新が必要となるが、
これらの作業は大変煩雑で、連続操業を困難なものとし
ている。電極や電解液の更新頻度は電流量や電極の大き
さによって異なるが、工業的には操業効率を低下させる
最大の原因であり、大きな問題となっている。
【0013】特開平3−236486号公報には、電解
により発生したニッケル錯塩スラッジ及び電解液を電解
槽下部に設置したスクリューフィーダーで連続的に電解
槽から抜き出し、分離器によりニッケル錯塩スラッジを
除去した後、電解液を電解槽に戻す方法が述べられてい
る。
【0014】しかしながら、この方法はニッケル錯塩ス
ラッジの発生を抑制するものではなく、根本的解決には
ならない。さらに、この方法によると電解槽の構造が複
雑になり、電解槽外に抜き出したニッケル錯塩スラッジ
の処理も必要となる。一方、これまで電解の運転条件に
より発生するガスの組成が変化する事が知られており、
通常目的成分であるNFの組成が最大になるように、
モル比、電解温度、電流、電圧が決められている。しか
し、これまで電解条件とニッケル錯塩スラッジの生成は
殆ど考慮されていなかった。
【0015】以下、ニッケル錯塩スラッジの発生機構を
説明する。電解開始後、陽極のニッケルが徐々に電解液
中に溶解していく。溶解したニッケルの多くは陰極に析
出するが、一部は電解液中にとどまる。電解槽内では外
部ジャケットによる加熱、冷却による対流により溶解し
たニッケルイオンは拡散していくが、電解を継続してい
くと電解槽内で局所的にニッケルイオン濃度の高い部分
が発生する。このニッケルイオンの濃度の高い部分でニ
ッケル錯塩スラッジが生成する。発生するスラッジは、
ニッケルの弗化物、酸性弗化アンモニウム、及びそれら
からなる錯体である。電解液に溶解するニッケルを少な
くするか、又は陰極への析出量を多くし、電解槽内でニ
ッケルイオンの高濃度部分を発生させないことにより、
ニッケル錯塩スラッジの生成を抑制することができる。
【0016】本発明者等はこれらの課題を解決するため
に鋭意検討した結果、電解により陽極より溶解したニッ
ケルの陰極への析出率には経時変化があり、電解開始時
から10日前後までは溶解したニッケルのほぼ100%
に近い量が陰極に析出することを見いだし、本発明を完
成するに至った。
【0017】本発明は陽極及び陰極を定期的に切り替え
て電解を行う。陽極及び陰極の切り替え周期は7〜14
日が好適である。切り替え周期が7日未満では陰極への
Niの析出率で見れば100%近い値が得られ好適な範
囲であるが、運転操作上、陽極及び陰極のガスラインの
切り替えに要する作業が頻繁に発生することになり、そ
の結果、操業率が下がり効率が悪くなる。また切り替え
周期が14日を越えると、陰極へ析出する結晶が多くな
りすぎ、陰極の表面積を増大させ見かけの電流密度が低
下し、陰極での電位がニッケルイオンの析出電位以下に
なり、その結果二ッケル析出量が低下するため、運転操
作上好ましくない。そのため工業的な操作安定性を考え
た場合、切り替え周期は7〜14日範囲が、更には10
〜12日の範囲が操業率等考慮した場合最適な範囲であ
る。
【0018】本発明では、前記のように溶融塩電解法に
おいて電解時に陽極と陰極を定期的に切り替える以外は
従来公知の方法により実施される。電解時の電圧は5〜
10V、電解温度は80〜140℃程度で好適に実施出
来る。
【0019】本発明によれば、従来技術では不可能であ
ったニッケル錯塩スラッジの発生抑制が達成出来ると共
に、3ヶ月の電解で通常30重量%以上ある陽極の溶解
量を、10重量%前後に抑制出来るようになり、長期安
定運転及び電極のコスト削減が出来る。
【0020】
【実施例】以下に実施例で本発明を詳細に説明する。な
お、%は特記しないかぎり重量基準を表す。 実施例1 工業的に用いられる電解槽により三弗化窒素の製造を行
った。NHF・HF系(モル比:HF/NHF=
1.7)の電解液を0.5m3調合し、これを電極材質
がニッケルで容積0.7m3の電解槽に入れて電解を開
始した。電解開始後8日目で電解をストップし、陽極、
陰極の切り替え作業を実施後電解を再開した。前記の切
り替え周期にて3ヶ月(85日)の長期連続電解を行っ
たところ、電解液温度はほぼ一定で推移し局所的温度上
昇はみられなかった。また、電圧の上昇は発生せず、も
ちろんガスの混合による爆発や、ニッケル錯塩スラッジ
による電極の短絡を生ずることなく長期にわたって安全
に三弗化窒素を製造することができた。3ヶ月(85
日)運転後、陽極、陰極の重量変化を測定したところ、
表1に示すように電極の溶解率はTotalで約5%で
そのうち析出したニッケルの割合は92%であった。こ
のとき電解液中のニッケル濃度は0.15%であった。
【0021】実施例2 陰,陽極の切り替え周期を14日にした以外は実施例1
と同様の操作を実施し、3ヶ月(85日)の運転を実施
した。3ヶ月(85日)運転後、陽極、陰極の重量変化
を測定したところ、表1に示すように溶解した電極の溶
解率はTotalで7%、そのうち析出したニッケルの
割合は90%であった。このとき電解液中のニッケル濃
度は0.24%であった。
【0022】比較例1 電極の切り替えを行わず、その他の条件は実施例1と同
様にして電解を行なった。実施例1と同様に3カ月長期
連続電解を目指して本電解を行ったところ、1ヶ月を経
過したころから、電解槽内に局所的に温度分布が発生
し、電解液の温度制御が困難となった。そこでジャケッ
トの通液を60℃の温水から、20℃の冷却水に変更し
電解を継続した。電解停止後、電極重量を測定したとこ
ろ、陽極の溶解率は約32%と大きく、そのうち陰極に
析出したニッケルの割合は60%であった。このとき電
解液中のニッケル濃度は1.15%と高かった。
【0023】
【表1】 (1)電極の溶解率[%] (2)溶解したニッケルのうち析出したニッケルの割合
[%] *実施例1及び2は、電極2枚のトータル重量から算出
した値 (3)運転終了時の電解液中のニッケル量 [%]
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、従来技術では不可能で
あったニッケル錯塩スラッジの発生が抑制できるため、
電解液の更新頻度の低減、交換作業の低減及び、これら
による操業率の向上が図れ、工業的にNFを連続かつ
安定的に製造する事が出来る。即ち、本発明の範囲外の
比較例は電解槽内でニッケルイオンの高濃度になる部分
が発生しており、ニッケル錯塩スラッジが発生し、電解
液の対流が阻害され安定運転が出来ない。これに対し、
本発明の範囲内の実施例は電極を切り替えることで、溶
解したニッケルの陰極での析出率を高く保持出来る、こ
れにより電解液中のニッケル濃度が相対的に低下しニッ
ケル錯塩スラッジの発生が抑制されているのは明かであ
る。又、陰極の状態で析出したニッケルが極性を切り替
え陽極として使用する場合、先に再溶解することで、陽
極の消耗が少なくなり、結果、陽極の寿命が延びること
になり、大幅なコスト削減が出来るようになる、すなわ
ち、本発明は三弗化窒素を工業的に製造する上で極めて
有意義なことである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陽極及び陰極をニッケル電極とし、フ
    ッ化アンモニウム(NHF)−フッ化水素(HF)系
    溶融塩を電解液として用いる電解法による三弗化窒素ガ
    スの製造方法において、該陽極及び陰極を定期的に切り
    替えて電解を行うことを特徴とする三弗化窒素ガスの製
    造方法。
  2. 【請求項2】 陽極及び陰極を定期的に切り替える周
    期が、7〜14日である請求項1記載の三弗化窒素ガス
    の製造方法。
JP10278799A 1998-09-30 1998-09-30 三弗化窒素ガスの製造方法 Pending JP2000103609A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10278799A JP2000103609A (ja) 1998-09-30 1998-09-30 三弗化窒素ガスの製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10278799A JP2000103609A (ja) 1998-09-30 1998-09-30 三弗化窒素ガスの製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000103609A true JP2000103609A (ja) 2000-04-11

Family

ID=17602345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10278799A Pending JP2000103609A (ja) 1998-09-30 1998-09-30 三弗化窒素ガスの製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000103609A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019049834A1 (ja) 2017-09-06 2019-03-14 関東電化工業株式会社 電極及びその製造方法並びに再生電極の製造方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019049834A1 (ja) 2017-09-06 2019-03-14 関東電化工業株式会社 電極及びその製造方法並びに再生電極の製造方法
CN110651069A (zh) * 2017-09-06 2020-01-03 关东电化工业株式会社 电极及其制造方法以及再生电极的制造方法
KR20200047446A (ko) 2017-09-06 2020-05-07 칸토 덴카 코교 가부시키가이샤 전극 및 그의 제조 방법 그리고 재생 전극의 제조 방법
JPWO2019049834A1 (ja) * 2017-09-06 2020-08-20 関東電化工業株式会社 電極及びその製造方法並びに再生電極の製造方法
EP3680366A4 (en) * 2017-09-06 2021-06-09 Kanto Denka Kogyo Co., Ltd. ELECTRODE AND ITS PRODUCTION PROCESS, AND PROCESS FOR PRODUCING A REGENERATED ELECTRODE
JP7122315B2 (ja) 2017-09-06 2022-08-19 関東電化工業株式会社 電極及びその製造方法並びに再生電極の製造方法
CN110651069B (zh) * 2017-09-06 2023-04-18 关东电化工业株式会社 电极及其制造方法以及再生电极的制造方法
US11821099B2 (en) 2017-09-06 2023-11-21 Kanto Denka Kogyo Co., Ltd. Electrode production method
KR102614534B1 (ko) 2017-09-06 2023-12-14 칸토 덴카 코교 가부시키가이샤 전극 및 그의 제조 방법 그리고 재생 전극의 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1840742B (zh) 电解阳极和应用此电解阳极电解合成含氟物质的方法
US8349164B2 (en) Conductive diamond electrode structure and method for electrolytic synthesis of fluorine-containing material
JP5772102B2 (ja) フッ素化合物の電解合成用電極
CN101624708B (zh) 电解合成三氟化氮的方法
JP2000103609A (ja) 三弗化窒素ガスの製造方法
KR100742484B1 (ko) 기화되는 불산을 최소화한 고순도 삼불화질소 제조용전해조 및 이를 이용한 삼불화 질소의 제조방법
KR101570795B1 (ko) 불소 함유 니켈 슬라임으로부터 고순도 니켈의 제조방법
JP3986175B2 (ja) 三弗化窒素ガスの製造方法
JP7428126B2 (ja) 電解合成用陽極、及び、フッ素ガス又は含フッ素化合物の製造方法
JPH11189405A (ja) 三弗化窒素の製造方法
CN115305568A (zh) 一种多晶硅的冶炼方法
RU2355634C1 (ru) Способ получения особо чистого кремния
JP3043251B2 (ja) 三フッ化窒素の製造方法
JPH03236486A (ja) 三フッ化窒素の溶融塩電解による製造方法
RU2775862C1 (ru) Электролитический способ получения кремния из расплавленных солей
JPH11335105A (ja) 三フッ化窒素ガスの製造方法
KR101411714B1 (ko) 니켈계 전극 및 이를 이용한 삼불화질소 제조방법
JP3986173B2 (ja) 三フッ化窒素ガスの製造方法及びその装置
JP2004011001A (ja) フッ素電解槽
JP2002121691A (ja) フッ素の製造方法
JP3162594B2 (ja) 電解液及びそれを用いる三フッ化窒素ガスの製造方法
JP2001181882A (ja) 電解槽
JP2000104188A (ja) 電解槽(2)
JPH0551779A (ja) 三弗化窒素ガスの製造方法
JP2003268469A (ja) 三フッ化窒素ガス製造用Ni合金アノード電極