JP2019019024A - Method for producing tungsten hexafluoride - Google Patents

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真聖 長友
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Abstract

To provide a method for producing tungsten hexafluoride that, as compared with conventional art of giving tungsten hexafluoride through a single step from metal tungsten, is capable of giving an increased amount of tungsten hexafluoride per reactor.SOLUTION: A method for producing tungsten hexafluoride is provided which comprises a first step of giving tungstic fluoride by allowing tungsten oxide to contact a fluorine-containing gas and a second step of giving tungsten hexafluoride by allowing the tungstic fluoride to contact the fluorine-containing gas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、フッ素と酸化タングステンとを反応させて、タングステン酸フッ化物を経由して六フッ化タングステンを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing tungsten hexafluoride via a tungstic acid fluoride by reacting fluorine and tungsten oxide.

六フッ化タングステンは、タングステンおよびタングステン化合物を化学気相蒸着する際の前駆体として有用である。六フッ化タングステンを製造する方法として、フッ素とタングステン、又は三フッ化窒素とタングステンを反応させる方法が広く用いられている(例えば、特許文献1、2を参照)。反応式(1)の標準生成熱ΔH298K、1atmは−1722kJ/WF6mol、反応式(2)の標準生成熱ΔH298K、1atmは−1458kJ/WF6molである。
W(s)+F(g)→WF(g) …反応式(1)
W(s)+2NF(g)→WF(g)+N(g) …反応式(2)
Tungsten hexafluoride is useful as a precursor in chemical vapor deposition of tungsten and tungsten compounds. As a method for producing tungsten hexafluoride, a method of reacting fluorine and tungsten or nitrogen trifluoride and tungsten is widely used (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In the reaction formula (1), the standard heat of formation ΔH 298K , 1 atm is −1722 kJ / WF6 mol, and in the reaction formula (2), the standard heat of formation ΔH298K , 1 atm is −1458 kJ / WF6 mol.
W (s) + F 2 (g) → WF 6 (g) ... Reaction formula (1)
W (s) + 2NF 3 (g) → WF 6 (g) + N 2 (g) Reaction formula (2)

また、フッ化ナトリウムを成型助剤として成型した酸化タングステンと、フッ素又は三フッ化窒素から六フッ化タングステンを得る方法が開示されている(特許文献3、4を参照)。反応式(3)の標準生成熱ΔH298K、1atmは−879kJ/WF6mol、反応式(4)の標準生成熱ΔH298K、1atmは−615kJ/WF6molである。
WO(s)+3F(g)→WF(g)+3/2O(g) …反応式(3)
WO(s)+2NF(g)→WF(g)+3/2O(g)+N(g) …反応式(4)
Also disclosed is a method for obtaining tungsten hexafluoride from tungsten oxide molded with sodium fluoride as a molding aid and fluorine or nitrogen trifluoride (see Patent Documents 3 and 4). In the reaction formula (3), the standard heat of formation ΔH 298K , 1 atm is −879 kJ / WF6 mol, and in the reaction formula (4), the standard heat of formation ΔH298K , 1 atm is −615 kJ / WF6 mol.
WO 3 (s) + 3F 2 (g) → WF 6 (g) + 3 / 2O 2 (g) Reaction formula (3)
WO 3 (s) + 2NF 3 (g) → WF 6 (g) +3/2 O 2 (g) + N 2 (g) ... Reaction formula (4)

特開平1−234301号公報JP-A-1-234301 特開平1−234303号公報JP-A-1-234303 特開平1−234302号公報JP-A-1-234302 特開平1−234304号公報JP-A-1-234304

しかしながら、本発明者らが、酸化タングステンと、フッ素又は三フッ化窒素を反応させたところ、主にWOFが得られ、WFはほとんど得られなかった。WFを多量に製造するためには、フッ素又は三フッ化窒素をタングステンに対して大過剰にする必要があり、フッ素の利用効率が悪く、反応器あたりの六フッ化タングステンの製造量を増やすことが難しかった。 However, when the present inventors reacted tungsten oxide with fluorine or nitrogen trifluoride, WOF 4 was mainly obtained, and WF 6 was hardly obtained. In order to produce a large amount of WF 6 , it is necessary to make fluorine or nitrogen trifluoride excessive with respect to tungsten, the use efficiency of fluorine is poor, and the production amount of tungsten hexafluoride per reactor is increased. It was difficult.

また、金属タングステンを原料として、固気反応による一段階で進行する六フッ化タングステンを製造する方法は、局所的に進行する固気反応であるため、蓄熱し易く、反応器の大型化が困難であり、反応器あたりの六フッ化タングステンの製造量を増加させることが難しいという課題があった。   Also, the method of producing tungsten hexafluoride that proceeds in one step by solid-gas reaction using tungsten metal as a raw material is a solid-gas reaction that proceeds locally, so it is easy to store heat and it is difficult to increase the size of the reactor Thus, there is a problem that it is difficult to increase the production amount of tungsten hexafluoride per reactor.

本発明は、金属タングステンから一段階で六フッ化タングステンを得る従来技術に比べて、反応器あたりの製造量を増加させることができる六フッ化タングステンの製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for producing tungsten hexafluoride capable of increasing the production amount per reactor as compared with the conventional technique for obtaining tungsten hexafluoride from metallic tungsten in one step.

本発明者らは、鋭意検討した結果、酸化タングステンを原料とし、タングステン酸フッ化物を経て六フッ化タングステンを製造する二段階反応を採用することで、タングステンを原料として一段階反応で六フッ化タングステンを製造する方法よりも、反応の一段階あたりの反応熱が小さくなることを見出し、本発明の六フッ化タングステンの製造方法を完成させるに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have adopted a two-stage reaction in which tungsten oxide is used as a raw material and tungsten hexafluoride is produced via tungstic oxyfluoride. It has been found that the reaction heat per one stage of the reaction is smaller than that of the method for producing tungsten, and the production method for tungsten hexafluoride according to the present invention has been completed.

具体的には、酸化タングステンをフッ素ガスと反応させて、タングステン酸フッ化物を経由して六フッ化タングステンを得る際の反応式は以下の通りである。
WO(s)+3F(g)→WOF+O(g) …反応式(3−1)
WOF+2F(g)→WF(g)+1/2O(g) …反応式(3−2)
酸化タングステンを三フッ化窒素ガスと反応させて、タングステン酸フッ化物を経由して六フッ化タングステンを得る際の反応式は以下の通りである。
WO(s)+4/3NF(g)→WOF+O(g)+2/3N(g) …反応式(4−1)
WOF+2/3NF(g)→WF(g)+1/2O(g)+1/3N(g) …反応式(4−2)
反応式(3−1)と反応式(3−2)の標準生成熱ΔH298K、1atmは各々−564kJ/WOF4mol、−315kJ/WF6mol、反応式(4−1)と反応式(4−2)の標準生成熱ΔH298K、1atmは各々−388kJ/WOF4mol、−227kJ/WF6molである。
Specifically, the reaction formula when tungsten oxide is reacted with fluorine gas to obtain tungsten hexafluoride via tungstic acid fluoride is as follows.
WO 3 (s) + 3F 2 (g) → WOF 4 + O 2 (g) Reaction formula (3-1)
WOF 4 + 2F 2 (g) → WF 6 (g) + 1 / 2O 2 (g) Reaction formula (3-2)
The reaction formula for obtaining tungsten hexafluoride via tungsten oxyfluoride by reacting tungsten oxide with nitrogen trifluoride gas is as follows.
WO 3 (s) + 4 / 3NF 3 (g) → WOF 4 + O 2 (g) + 2 / 3N 2 (g) Reaction formula (4-1)
WOF 4 + 2 / 3NF 3 (g) → WF 6 (g) + 1 / 2O 2 (g) + 1 / 3N 2 (g) ... Reaction formula (4-2)
The standard heats of formation ΔH 298K and 1 atm of the reaction formula (3-1) and the reaction formula (3-2) are −564 kJ / WOF 4 mol, −315 kJ / WF 6 mol, the reaction formula (4-1) and the reaction formula (4- The standard heats of formation ΔH 298K and 1 atm of 2) are −388 kJ / WOF 4 mol and −227 kJ / WF 6 mol, respectively.

本発明者らは、酸化タングステンとフッ素含有ガスを原料とする六フッ化タングステンを製造する際に、タングステン酸フッ化物を中間体として、二段階反応とすることで、反応の一段階あたりの反応熱を小さくすることが可能であることに着目した。   When the present inventors produce tungsten hexafluoride using tungsten oxide and a fluorine-containing gas as raw materials, the reaction per stage of the reaction is performed by using a tungstic acid fluoride as an intermediate and a two-stage reaction. It was noted that it was possible to reduce the heat.

具体的には、酸化タングステンとフッ素を原料とする反応式(3−1)と(3−2)によるそれぞれの反応熱は、タングステンとフッ素を原料とする反応式(1)の3分の1以下である。酸化タングステンと三フッ化窒素を原料とする反応式(4−1)と(4−2)のそれぞれの反応熱は、タングステンと三フッ化窒素を原料とする反応式(2)の3分の1以下である。   Specifically, each reaction heat according to the reaction formulas (3-1) and (3-2) using tungsten oxide and fluorine as raw materials is one third of the reaction formula (1) using tungsten and fluorine as raw materials. It is as follows. Each reaction heat of reaction formulas (4-1) and (4-2) using tungsten oxide and nitrogen trifluoride as raw materials is 3 minutes of reaction formula (2) using tungsten and nitrogen trifluoride as raw materials. 1 or less.

即ち、本発明は、酸化タングステンを、フッ素含有ガスと接触させることでタングステン酸フッ化物を得る第一工程と、前記タングステン酸フッ化物を、フッ素含有ガスと接触させることで六フッ化タングステンを得る第二工程と、を含むことを特徴とする六フッ化タングステンの製造方法である。   That is, in the present invention, tungsten hexafluoride is obtained by contacting tungsten oxide with a fluorine-containing gas, and a first step of obtaining tungsten oxyfluoride by contacting the tungsten oxide with a fluorine-containing gas. A method for producing tungsten hexafluoride, comprising: a second step.

本発明の六フッ化タングステンの製造方法によれば、反応の一段階ごとの六フッ化タングステンあたりの反応熱を小さくさせることが可能となり、反応器あたりの製造量を増加させることができる。   According to the method for producing tungsten hexafluoride of the present invention, the heat of reaction per tungsten hexafluoride for each stage of the reaction can be reduced, and the production amount per reactor can be increased.

実施形態に係る反応装置を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the reaction apparatus which concerns on embodiment.

本発明の六フッ化タングステンの製造方法の実施形態を、図1を用いて詳細に説明する。しかしながら、本発明は、以下に示す実施の形態に限定されるものではない。   An embodiment of the method for producing tungsten hexafluoride according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. However, the present invention is not limited to the embodiments described below.

[反応装置]
反応装置01は、フッ素含有ガスと酸化タングステンを反応させるための第一反応器15、フッ素含有ガスとタングステン酸フッ化物を反応させるための第二反応器17を有する。反応装置01は、図示しない加熱器及び冷却器によって温度制御されてもよく、加熱及び冷却する方法は特に限定されることなく、例えば、水、蒸気、電気ヒータ、空気、温冷媒などを選択することができる。第一反応器15と第二反応器17は、反応熱の除熱と反応開始温度までの昇温のため、水と蒸気、及び空気と電気ヒータを併用することが好ましく、導管は電気ヒータが好ましい。また、第一反応器15、第二反応器18の内部の構造は、特に限定されることなく、例えば、フィン、空筒、充填物を設けてもよい。
[Reactor]
The reaction device 01 has a first reactor 15 for reacting a fluorine-containing gas and tungsten oxide, and a second reactor 17 for reacting the fluorine-containing gas and tungstic acid fluoride. The temperature of the reaction device 01 may be controlled by a heater and a cooler (not shown), and the heating and cooling method is not particularly limited. For example, water, steam, an electric heater, air, a hot refrigerant, or the like is selected. be able to. The first reactor 15 and the second reactor 17 preferably use water and steam and air and an electric heater in combination for removing heat of reaction and raising the temperature to the reaction start temperature. preferable. Moreover, the structure inside the 1st reactor 15 and the 2nd reactor 18 is not specifically limited, For example, you may provide a fin, an empty cylinder, and a filler.

反応装置の材質として、特に限定されないが、使用温度によって、適宜選択すればよく、150℃を超える場合、耐食性の高いニッケル、ニッケル基合金(モネル、ハステロイ、インコネル)が好ましく、150℃未満の場合、ステンレス鋼が好ましい。   The material of the reactor is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the operating temperature. When the temperature exceeds 150 ° C., nickel and nickel-based alloys (monel, hastelloy, inconel) with high corrosion resistance are preferable, and the temperature is lower than 150 ° C. Stainless steel is preferred.

反応装置内での反応熱の拡散、タングステン酸フッ化物及び六フッ化タングステンの分圧を下げることで析出及び凝縮を防ぐために、不活性ガス供給器12から不活性ガスを供給してもよい。   In order to prevent precipitation and condensation by reducing the diffusion of reaction heat in the reactor and reducing the partial pressure of tungsten oxyfluoride and tungsten hexafluoride, an inert gas may be supplied from the inert gas supplier 12.

反応中における第一反応器15、第二反応器18、及び導管内の気相の圧力は、好ましくは絶対圧で10kPa以上、300kPa以下であり、より好ましくは30kPa以上、200kPa以下である。圧力が10kPa未満であると、圧力を維持するための付帯設備、例えば、減圧ポンプの負荷が大きくなる。圧力が300kPaを超える場合、反応装置を圧力及び腐食に耐える構造にする必要がある。   The pressure of the gas phase in the first reactor 15, the second reactor 18, and the conduit during the reaction is preferably 10 kPa or more and 300 kPa or less, more preferably 30 kPa or more and 200 kPa or less in absolute pressure. If the pressure is less than 10 kPa, the load of incidental equipment for maintaining the pressure, for example, a decompression pump, is increased. When the pressure exceeds 300 kPa, the reactor must be structured to withstand pressure and corrosion.

<第一反応器>
第一反応器15では、酸化タングステン供給器13から供給された固体の酸化タングステンが固定層として充填される酸化タングステン充填部14と、フッ素含有ガス供給器11から供給されたフッ素含有ガスが接触することによって、反応式(3−1)又は(4−1)の反応が進行してタングステン酸フッ化物を生成させる。生成したWOFは、気体状態で第二反応器17に流入する。
<First reactor>
In the first reactor 15, the tungsten oxide filling portion 14 in which solid tungsten oxide supplied from the tungsten oxide supplier 13 is filled as a fixed layer and the fluorine-containing gas supplied from the fluorine-containing gas supplier 11 are in contact with each other. As a result, the reaction of reaction formula (3-1) or (4-1) proceeds to produce tungstic acid fluoride. The produced WOF 4 flows into the second reactor 17 in a gaseous state.

第一反応器15での反応は、酸化タングステン供給器13とフッ素含有ガス供給器11の供給方法によって連続式、半回分式、回分式で反応を実施できる。連続式は、酸化タングステンとフッ素含有ガスを各々連続的に供給する方式、半回分式は間欠的に酸化タングステンを供給するのに対してフッ素含有ガスを連続的に供給する方式、回分式は、酸化タングステンとフッ素含有ガスを各々間欠的に供給する方式である。連続式の場合、固体の酸化タングステンを供給する際に酸化タングステン供給器11と第一反応器15との間で閉塞するおそれがある。回分式の場合、気体状のフッ素含有ガスの間欠的な供給は単位時間当たりの生産量が小さくなる。第一反応器15での反応は半回分式が好ましい。   The reaction in the first reactor 15 can be carried out by a continuous method, a semi-batch method, or a batch method depending on the supply method of the tungsten oxide supplier 13 and the fluorine-containing gas supplier 11. The continuous type is a method for continuously supplying tungsten oxide and fluorine-containing gas, the semi-batch type is for supplying tungsten oxide intermittently while the semi-batch type is for intermittently supplying tungsten oxide, and the batch type is for In this method, tungsten oxide and fluorine-containing gas are supplied intermittently. In the case of the continuous type, there is a risk of clogging between the tungsten oxide supplier 11 and the first reactor 15 when supplying solid tungsten oxide. In the case of the batch type, intermittent supply of gaseous fluorine-containing gas reduces the production amount per unit time. The reaction in the first reactor 15 is preferably a semi-batch type.

第一反応器15での、導入したフッ素含有ガスのうち酸化タングステンとの反応に使用された割合であるフッ素含有ガスの転化率は、特に限定されないが、転化率80%以上、より好ましくは転化率98%以上が好ましい。転化率80%未満の場合、フッ素含有ガスが過剰となるため、第一反応器15の出口での六フッ化タングステンの割合を増やすことが可能ではあるが、酸化タングステンの残量によって転化率が変化するため操業を安定させることが難しく、未反応のタングステン酸フッ化物が反応器に析出するおそれや、未反応のフッ素含有ガスにより総流量が増加するため第二反応器での負担が増加するおそれがある。特に、第二反応器17へ流入するタングステン酸フッ化物の流量に影響するため、第一反応器15での反応が安定している必要があり、例えば、転化率98%以上が好ましい。   The conversion rate of the fluorine-containing gas which is the ratio used for the reaction with tungsten oxide in the introduced fluorine-containing gas in the first reactor 15 is not particularly limited, but the conversion rate is 80% or more, more preferably conversion. The rate is preferably 98% or more. When the conversion rate is less than 80%, the fluorine-containing gas becomes excessive. Therefore, it is possible to increase the proportion of tungsten hexafluoride at the outlet of the first reactor 15, but the conversion rate depends on the remaining amount of tungsten oxide. It is difficult to stabilize the operation because of the change, unreacted tungstic fluoride may be deposited in the reactor, and the total flow rate increases due to the unreacted fluorine-containing gas, increasing the burden on the second reactor. There is a fear. In particular, since it affects the flow rate of tungstic acid fluoride flowing into the second reactor 17, the reaction in the first reactor 15 needs to be stable. For example, a conversion rate of 98% or more is preferable.

第一反応器15の温度としては、プロセス圧力、熱交換方法、反応器の材質によって決定され、特に限定されることはないが、反応開始時の温度としては、50℃以上400℃以下が好ましい。50℃未満では反応が進行しないおそれがあり、400℃を超える温度では反応が開始した際、反応器温度の上昇が止められず反応器が損傷するおそれがある。反応が安定したときの温度としては、80℃以上400℃以下が好ましく、100℃以上350℃以下が特に好ましい。80℃未満では生成したタングステン酸フッ化物が第一反応器15内に析出して閉塞するおそれがある。400℃を超える温度では、反応器が損傷するおそれがある。   The temperature of the first reactor 15 is determined by the process pressure, the heat exchange method, and the material of the reactor, and is not particularly limited, but the temperature at the start of the reaction is preferably 50 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. . If the temperature is lower than 50 ° C., the reaction may not proceed. If the temperature exceeds 400 ° C., when the reaction starts, the increase in the reactor temperature cannot be stopped and the reactor may be damaged. The temperature when the reaction is stabilized is preferably 80 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, particularly preferably 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower. If it is less than 80 ° C., the produced tungstic acid fluoride may be deposited in the first reactor 15 and clogged. At temperatures above 400 ° C, the reactor may be damaged.

反応の開始時と安定時で熱交換方法を変更してもよく、例えば、反応開始時では、蒸気及び電気ヒータで加熱し、反応安定時では、水及び空気で冷却してもよい。   The heat exchange method may be changed between when the reaction starts and when it is stable, for example, when the reaction starts, it may be heated with steam and an electric heater, and when the reaction is stable, it may be cooled with water and air.

第一反応器15では、反応式(3)、(4)、(3−2)、(4−2)によって、六フッ化タングステンが生成することあるが、以下の反応式(5)によって生成した六フッ化タングステンの全量又はほとんどがタングステン酸フッ化物に転化される。反応式(5)の標準生成熱ΔH298K、1atmは+22kJ/WOF4molである。
2WF+WO→3WOF …反応式(5)
In the first reactor 15, tungsten hexafluoride may be generated by the reaction formulas (3), (4), (3-2), and (4-2), but it is generated by the following reaction formula (5). All or most of the tungsten hexafluoride converted is converted to tungstic acid fluoride. The standard heat of formation ΔH 298K and 1 atm in the reaction formula (5) are +22 kJ / WOF 4 mol.
2WF 6 + WO 3 → 3WOF 4 ... Reaction formula (5)

<第二反応器>
第二反応器17では、第一反応器15から流入する気体状のタングステン酸フッ化物と、第一反応器15で消費されなかったフッ素含有ガス、及び、フッ素含有ガス供給器16から供給されたフッ素含有ガスを接触させることによって、反応式(3−2)、反応式(4−2)の反応が進行して六フッ化タングステンを生成させる。
<Second reactor>
In the second reactor 17, the gaseous tungstic acid fluoride flowing from the first reactor 15, the fluorine-containing gas that was not consumed in the first reactor 15, and the fluorine-containing gas supplier 16 were supplied. By contacting the fluorine-containing gas, the reactions of the reaction formulas (3-2) and (4-2) proceed to generate tungsten hexafluoride.

第二反応器17でフッ素含有ガスとタングステン酸フッ化物を反応させる際、第二反応器17の温度とプロセス圧力によってタングステン酸フッ化物(WOFの場合、融点107℃、沸点186℃)の形態を固体、液体、及び気体から選択することができる。タングステン酸フッ化物が固体の場合、固体状態を維持するための温度が反応するための温度に対して低いため、時間当りの製造量が小さくなるため、好ましくない。タングステン酸フッ化物が液体の場合、液体状態を維持するための温度制御が難しいため、好ましくない。タングステン酸フッ化物が気体の場合、フッ素含有ガスとの気気混合が容易となり、時間あたりの生産量を増加させることができるため、好ましい。 When the fluorine-containing gas and tungstic acid fluoride are reacted in the second reactor 17, the form of tungstic acid fluoride (melting point 107 ° C., boiling point 186 ° C. in the case of WOF 4 ) depends on the temperature and process pressure of the second reactor 17. Can be selected from solids, liquids, and gases. When the tungstic acid fluoride is a solid, the temperature for maintaining the solid state is lower than the temperature for the reaction, which is not preferable because the production amount per hour becomes small. When the tungstic acid fluoride is liquid, it is not preferable because temperature control for maintaining the liquid state is difficult. When the tungstic acid fluoride is a gas, it is preferable because air-gas mixing with the fluorine-containing gas is facilitated and the production amount per hour can be increased.

第一反応器15から第二反応器17に流入する流体は、フッ素含有ガス、第一反応器15での反応生成物であるタングステン酸フッ化物、酸素、窒素(フッ素含有ガスとして三フッ化窒素を用いる場合)、及び不活性ガスである。
第二反応器17へのフッ素含有ガスの供給は、第一反応器15での酸化タングステンとフッ素含有ガスの供給方法によって決定される。第一反応器15で、連続式及び半回分式で酸化タングステン及び原料が供給される場合、第二反応器の温度としては、80℃以上400℃以下が好ましく、100℃以上350℃以下が特に好ましい。80℃未満では、タングステン酸フッ化物とフッ素含有ガスとの反応速度が低下して単位時間当たりの六フッ化タングステンの生成量が小さいおそれがあり、流入したタングステン酸フッ化物が析出、凝縮するおそれがある。反応温度400℃を超える温度では反応器が損傷するおそれがある。
The fluid flowing into the second reactor 17 from the first reactor 15 is a fluorine-containing gas, a tungstic acid fluoride which is a reaction product in the first reactor 15, oxygen, nitrogen (nitrogen trifluoride as a fluorine-containing gas). And an inert gas.
The supply of the fluorine-containing gas to the second reactor 17 is determined by the supply method of tungsten oxide and fluorine-containing gas in the first reactor 15. When tungsten oxide and raw materials are supplied in the first reactor 15 in a continuous and semi-batch manner, the temperature of the second reactor is preferably 80 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, particularly 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower. preferable. If it is less than 80 ° C., the reaction rate between the tungstic acid fluoride and the fluorine-containing gas may decrease, and the amount of tungsten hexafluoride produced per unit time may be small, and the inflowed tungstic acid fluoride may precipitate and condense. There is. If the reaction temperature exceeds 400 ° C, the reactor may be damaged.

第二反応器17に導入するフッ素含有ガスの流量は、第一反応器15から流入するタングステン酸フッ化物の流量によって決定され、特に限定されないが、タングステン酸フッ化物に対する反応等量比1以上、3未満が好ましい。反応等量比1未満の場合、六フッ化タングステンを製造することはできるが、未反応のタングステン酸フッ化物が第二反応器の後段に析出する可能性があるため、好ましくない。反応等量比3未満の場合、未反応のフッ素含有ガスを再利用する設備が大型化するので好ましくない。   The flow rate of the fluorine-containing gas introduced into the second reactor 17 is determined by the flow rate of the tungstic acid fluoride flowing from the first reactor 15, and is not particularly limited. Less than 3 is preferred. When the reaction equivalence ratio is less than 1, tungsten hexafluoride can be produced, but it is not preferable because unreacted tungsten oxyfluoride may be precipitated in the subsequent stage of the second reactor. A reaction equivalence ratio of less than 3 is not preferable because the equipment for reusing unreacted fluorine-containing gas is enlarged.

[反応に使用する材料]
不活性ガス供給器12から供給される不活性ガスとしては、フッ素、三フッ化窒素、酸化タングステン、タングステン酸フッ化物、六フッ化タングステンに反応しないガス、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、酸素ガスを挙げることができる。好ましくは、入手が容易な窒素ガスである。
フッ素含有ガス供給器11、16から供給されるフッ素含有ガスとしては、フッ素ガス、三フッ化窒素ガス、又はその混合ガスや、これらのガスが不活性ガスで希釈されたガスを用いることができる。フッ素含有ガスの純度としては、反応生成物の捕集、不純物の分離を考慮すると、95%以上が好ましい。
[Materials used for reaction]
Examples of the inert gas supplied from the inert gas supplier 12 include gases that do not react with fluorine, nitrogen trifluoride, tungsten oxide, tungsten oxyfluoride, and tungsten hexafluoride, such as nitrogen gas, argon gas, and helium gas. And oxygen gas. Nitrogen gas that is easily available is preferable.
As the fluorine-containing gas supplied from the fluorine-containing gas supply devices 11 and 16, fluorine gas, nitrogen trifluoride gas, or a mixed gas thereof, or a gas obtained by diluting these gases with an inert gas can be used. . The purity of the fluorine-containing gas is preferably 95% or more in consideration of collection of reaction products and separation of impurities.

酸化タングステン供給器13から供給される酸化タングステンとして、WO(x=2〜4)で構成される、YTO(Yellow tungsten oxide)、BTO(Blue tungsten oxide)が好ましい。酸化タングステンの純度としては、特に限定されることはないが、反応生成物の捕集、不純物の分離を考慮すると、純度95%以上、より好ましくは99%以上が好ましい。酸化タングステンの形状は特に限定されず、粉末、及び粉末を成型したものを使用することができる。 Tungsten oxide supplied from the tungsten oxide supplier 13 is preferably YTO (Yellow Tungsten Oxide) or BTO (Blue Tungsten Oxide) composed of WO x (x = 2 to 4). The purity of tungsten oxide is not particularly limited, but it is preferably 95% or more, more preferably 99% or more in consideration of collection of reaction products and separation of impurities. The shape of tungsten oxide is not particularly limited, and a powder and a powdered powder can be used.

本発明の六フッ化タングステンの製造方法は、第一反応器での酸化タングステンを酸フッ化タングステンにする反応は固気反応であるが、金属タングステンを六フッ化タングステンにする反応よりも反応熱が少なく、反応器の冷却が容易であり、固体原料の過熱を防ぐことができる。   In the method for producing tungsten hexafluoride according to the present invention, the reaction of converting tungsten oxide into tungsten oxyfluoride in the first reactor is a solid-gas reaction, but the reaction heat is higher than the reaction of converting metal tungsten into tungsten hexafluoride. Therefore, the reactor can be easily cooled, and overheating of the solid raw material can be prevented.

本発明の六フッ化タングステンの製造方法は、第二反応器での酸フッ化タングステンを六フッ化タングステンにする反応は、金属タングステンを六フッ化タングステンにする反応よりも反応熱が少なく、反応器の冷却が容易である上に、特に、第二反応器にて酸フッ化タングステンを気体にて反応させる気気反応を行う場合、特に冷却が容易な上に、反応速度を高めることができる。   In the method for producing tungsten hexafluoride according to the present invention, the reaction for converting tungsten oxyfluoride to tungsten hexafluoride in the second reactor requires less reaction heat than the reaction for converting tungsten metal to tungsten hexafluoride. In addition to easy cooling of the reactor, particularly when performing an air-gas reaction in which tungsten oxyfluoride is reacted with gas in the second reactor, the cooling rate is particularly easy and the reaction rate can be increased. .

以上のとおり、本発明の六フッ化タングステンの製造方法は、金属タングステンを六フッ化タングステンにする反応よりも反応器の大型化が容易となり、反応器あたりの製造量を増加させることができる。   As described above, the method for producing tungsten hexafluoride according to the present invention makes it easier to increase the size of the reactor than the reaction in which tungsten metal is converted to tungsten hexafluoride, and the production amount per reactor can be increased.

具体的な実施例により、本発明の六フッ化タングステンの製造方法を説明する。しかしながら、本発明の六フッ化タングステンの製造方法は、以下の実施例により限定されるものではない。   The method for producing tungsten hexafluoride according to the present invention will be described with reference to specific examples. However, the method for producing tungsten hexafluoride according to the present invention is not limited to the following examples.

実施例1
図1に示す様に、内径28.4mm、長さ500mmのNi製の第一反応器15に、酸化タングステン供給器13から、酸化タングステン(YTO)を重量で500g充填し、図示しない電気ヒータで180℃に加熱した。内径28.4mm、長さ500mmのNi製の第二反応器17を図示しない電気ヒータで230℃に加熱した。フッ素含有ガス供給器11からフッ素ガスを1.2SLM(0℃、1atmにおける体積流量L/min)、フッ素含有ガス供給器16からフッ素ガスを0.66SLM、各々導入し、プロセス圧力を絶対圧で50kPaに保持して、フッ素ガスと酸化タングステン、及びフッ素ガスとタングステン酸フッ化物を反応させた。
Example 1
As shown in FIG. 1, a Ni-made first reactor 15 having an inner diameter of 28.4 mm and a length of 500 mm is filled with 500 g of tungsten oxide (YTO) by weight from a tungsten oxide supplier 13, and an electric heater (not shown) is used. Heated to 180 ° C. A second Ni reactor 17 having an inner diameter of 28.4 mm and a length of 500 mm was heated to 230 ° C. with an electric heater (not shown). Fluorine gas was introduced from the fluorine-containing gas supply 11 to 1.2 SLM (volume flow rate L / min at 0 ° C., 1 atm), and fluorine gas was introduced from the fluorine-containing gas supply 16 to 0.66 SLM, and the process pressure was absolute. Holding at 50 kPa, fluorine gas and tungsten oxide, and fluorine gas and tungstic acid fluoride were reacted.

第一反応器15の後段ガスの一部を抜き出して紫外分光光度計でフッ素ガスの濃度を分析した結果、フッ素ガスの転化率は99%以上であり、第二反応器17でのタングステン酸フッ化物に対するフッ素ガスの反応当量比は1.1であった。第二反応器17の後段ガスの一部を抜き出して赤外分光光度計で六フッ化タングステンの濃度を分析した結果、第二反応器17でのタングステン酸フッ化物の転化率は99%以上だった。第一反応器、及び第二反応器での標準状態(25℃、1atm)を基準とした発熱量は、各々252W、141Wであるが、各反応器の温度は一定に推移し、60分間安定して六フッ化タングステンを0.6SLMで製造することができた。   As a result of extracting a part of the latter stage gas of the first reactor 15 and analyzing the concentration of the fluorine gas with an ultraviolet spectrophotometer, the conversion rate of the fluorine gas is 99% or more, and the tungstic acid fluoride in the second reactor 17 is obtained. The reaction equivalent ratio of fluorine gas to the fluoride was 1.1. As a result of extracting a part of the gas after the second reactor 17 and analyzing the concentration of tungsten hexafluoride with an infrared spectrophotometer, the conversion rate of tungstic acid fluoride in the second reactor 17 was 99% or more. It was. The calorific values based on the standard conditions (25 ° C., 1 atm) in the first reactor and the second reactor are 252 W and 141 W, respectively, but the temperature of each reactor remains constant and stable for 60 minutes. Thus, tungsten hexafluoride could be produced at 0.6 SLM.

実施例2
フッ素含有ガス供給11、16から三フッ化窒素ガスを各々0.8SLM、0.44SLMとする以外は、実地例1と同様に三フッ化窒素ガスと酸化タングステン、及び三フッ化窒素ガスとタングステン酸フッ化物を反応させた。
第一反応器15の後段ガスの一部を抜き出して赤外分光光度計で三フッ化窒素ガスの濃度を分析した結果、三フッ化窒素ガスの転化率は99%以上であり、第二反応器17でのタングステン酸フッ化物に対するフッ素ガスの反応当量比は1.1であった。第二反応器17の後段ガスの一部を抜き出して赤外分光光度計で六フッ化タングステンの濃度を分析した結果、第二反応器17でのタングステン酸フッ化物の転化率は99%以上だった。第一反応器、及び第二反応器での標準状態(25℃、1atm)を基準とした発熱量は、各々173W、101Wであるが、各反応器の温度は一定に推移し、60分間安定して六フッ化タングステンを0.6SLMで製造することができた。
Example 2
Nitrogen trifluoride gas and tungsten oxide, and nitrogen trifluoride gas and tungsten as in Example 1, except that the nitrogen trifluoride gas is changed to 0.8 SLM and 0.44 SLM from the fluorine-containing gas supplies 11 and 16, respectively. The acid fluoride was reacted.
As a result of extracting a part of the rear gas of the first reactor 15 and analyzing the concentration of nitrogen trifluoride gas with an infrared spectrophotometer, the conversion rate of nitrogen trifluoride gas is 99% or more, and the second reaction The reaction equivalent ratio of fluorine gas to tungstic acid fluoride in the vessel 17 was 1.1. As a result of extracting a part of the gas after the second reactor 17 and analyzing the concentration of tungsten hexafluoride with an infrared spectrophotometer, the conversion rate of tungstic acid fluoride in the second reactor 17 was 99% or more. It was. The calorific values based on the standard conditions (25 ° C., 1 atm) in the first reactor and the second reactor are 173 W and 101 W, respectively, but the temperature of each reactor remains constant and stable for 60 minutes. Thus, tungsten hexafluoride could be produced at 0.6 SLM.

比較例1
実施例1における六フッ化タングステンの合計の製造量は0.6SLMであり、その総発熱量の割合は第一反応器で64%である。第一反応器での六フッ化タングステンの製造量が0.6SLMの64%である、0.384SLMとなるようにタングステンとフッガスを反応させた。
第一反応器15に金属タングステンを重量で400g充填し、フッ素含有ガス供給器11からフッ素ガスを1.15SLM導入した。
第一反応器15の後段ガスの一部を各々抜き出して赤外分光光度計で六フッ化タングステンの濃度を分析した結果、フッ素ガスの転化率は99%以上だった。第一反応器での標準状態(25℃、1atm)を基準とした発熱量は、493Wであるが、第一反応器の温度が経時で徐々に上昇し、特に原料の金属タングステンの温度上昇が著しかったため、六フッ化タングステンの製造を停止した。
Comparative Example 1
The total production amount of tungsten hexafluoride in Example 1 is 0.6 SLM, and the ratio of the total calorific value is 64% in the first reactor. Tungsten and fluorine were reacted so that the production amount of tungsten hexafluoride in the first reactor was 0.384 SLM, which is 64% of 0.6 SLM.
The first reactor 15 was charged with 400 g of metallic tungsten by weight, and 1.15 SLM of fluorine gas was introduced from the fluorine-containing gas supply device 11.
As a result of extracting each part of the latter stage gas of the first reactor 15 and analyzing the concentration of tungsten hexafluoride with an infrared spectrophotometer, the conversion rate of the fluorine gas was 99% or more. The calorific value based on the standard condition (25 ° C., 1 atm) in the first reactor is 493 W, but the temperature of the first reactor gradually increases with time, and particularly the temperature rise of the metallic tungsten as a raw material The production of tungsten hexafluoride was stopped because it was remarkable.

比較例2
実施例2における六フッ化タングステンの合計の製造量は0.6SLMであり、その総発熱量の割合は第一反応器で63%である。第一反応器での六フッ化タングステンの製造量が0.6SLMの63%である、0.378SLMとなるようにタングステンと三フッ化窒素ガスを反応させた。
第一反応器15に金属タングステンを重量で400g充填し、フッ素含有ガス供給11から三フッ化窒素ガスを0.76SLM導入した。
第一反応器15の後段ガスの一部を各々抜き出して赤外分光光度計で六フッ化タングステンの濃度を分析した結果、フッ素ガスの転化率は99%以上だった。第一反応器での標準状態(25℃、1atm)を基準とした発熱量は、410Wであるが、第一反応器の温度が経時で徐々に上昇し、特に原料の金属タングステンの温度上昇が著しかったため、六フッ化タングステンの製造を停止した。
Comparative Example 2
The total production amount of tungsten hexafluoride in Example 2 is 0.6 SLM, and the ratio of the total calorific value is 63% in the first reactor. Tungsten and nitrogen trifluoride gas were reacted so that the production amount of tungsten hexafluoride in the first reactor was 0.378 SLM, which is 63% of 0.6 SLM.
The first reactor 15 was charged with 400 g of tungsten metal by weight, and 0.76 SLM of nitrogen trifluoride gas was introduced from the fluorine-containing gas supply 11.
As a result of extracting each part of the latter stage gas of the first reactor 15 and analyzing the concentration of tungsten hexafluoride with an infrared spectrophotometer, the conversion rate of the fluorine gas was 99% or more. The calorific value based on the standard condition (25 ° C., 1 atm) in the first reactor is 410 W, but the temperature of the first reactor gradually increases with time, and in particular, the temperature rise of the metallic tungsten as a raw material The production of tungsten hexafluoride was stopped because it was remarkable.

各実施例の製造条件と結果を表1に示す。
本発明の実施例1、2では、六フッ化タングステンを安定して製造できたのに対して、従来の技術を用いた比較例1、2では、実施例1、2と反応器あたり対応する量を製造しようとすると発熱量が大きいために製造を停止せざるをえなかった。なお、比較例1、2の第一反応器を、実施例1、2の第一反応器と同程度の発熱量で稼動させる場合、六フッ化タングステンの製造量は0.25〜0.3SLM程度となるため、第二反応器の存在を考慮したとしても、実施例1、2の方が、比較例1、2に比べて、反応器あたりの六フッ化タングステンの製造量が大きい。
The production conditions and results for each example are shown in Table 1.
In Examples 1 and 2 of the present invention, tungsten hexafluoride could be stably produced, whereas in Comparative Examples 1 and 2 using the conventional technique, this corresponds to Examples 1 and 2 per reactor. When it was going to manufacture quantity, since the emitted-heat amount was large, manufacturing had to be stopped. In addition, when the first reactor of Comparative Examples 1 and 2 is operated with the same calorific value as the first reactor of Examples 1 and 2, the production amount of tungsten hexafluoride is 0.25 to 0.3 SLM. Therefore, even if the presence of the second reactor is taken into consideration, the production amount of tungsten hexafluoride per reactor is larger in Examples 1 and 2 than in Comparative Examples 1 and 2.

Figure 2019019024
Figure 2019019024

01 反応装置
11 フッ素ガス供給器
12 不活性ガス供給器
13 酸化タングステン供給器
14 酸化タングステン充填部
15 第一反応器
16 フッ素含有ガス供給器
17 第二反応器
18 排出口
21、22、23、25、26 バルブ
01 Reactor 11 Fluorine Gas Supply Unit 12 Inert Gas Supply Unit 13 Tungsten Oxide Supply Unit 14 Tungsten Oxide Filler 15 First Reactor 16 Fluorine-Containing Gas Supply Unit 17 Second Reactor 18 Exhaust Ports 21, 22, 23, 25 , 26 Valve

Claims (5)

酸化タングステンを、フッ素含有ガスと接触させることでタングステン酸フッ化物を得る第一工程と、
前記タングステン酸フッ化物を、フッ素含有ガスと接触させることで六フッ化タングステンを得る第二工程と、
を含むことを特徴とする六フッ化タングステンの製造方法。
A first step of obtaining tungsten oxyfluoride by contacting tungsten oxide with a fluorine-containing gas;
A second step of obtaining tungsten hexafluoride by contacting the tungstic acid fluoride with a fluorine-containing gas;
A process for producing tungsten hexafluoride, comprising:
前記第一工程における前記フッ素含有ガスと、前記第二工程における前記フッ素含有ガスが、それぞれ独立に、Fガス、NFガスからなる群から選ばれる含フッ素ガスであることを特徴とする請求項1に記載の六フッ化タングステンの製造方法。 The fluorine-containing gas in the first step and the fluorine-containing gas in the second step are each independently a fluorine-containing gas selected from the group consisting of F 2 gas and NF 3 gas. Item 2. A method for producing tungsten hexafluoride according to Item 1. 前記第一工程において、フッ素含有ガスの転化率が80%以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の六フッ化タングステンの製造方法。   The method for producing tungsten hexafluoride according to claim 1 or 2, wherein in the first step, the conversion rate of the fluorine-containing gas is 80% or more. 前記第一工程において、反応温度が50℃以上400℃以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の六フッ化タングステンの製造方法。   The method for producing tungsten hexafluoride according to any one of claims 1 to 3, wherein in the first step, the reaction temperature is 50 ° C or higher and 400 ° C or lower. 前記第二工程において、反応温度が80以上400℃以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の六フッ化タングステンの製造方法。

5. The method for producing tungsten hexafluoride according to claim 1, wherein, in the second step, the reaction temperature is 80 to 400 ° C. 5.

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