JPH03140488A - 電解槽 - Google Patents

電解槽

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JPH03140488A
JPH03140488A JP1277248A JP27724889A JPH03140488A JP H03140488 A JPH03140488 A JP H03140488A JP 1277248 A JP1277248 A JP 1277248A JP 27724889 A JP27724889 A JP 27724889A JP H03140488 A JPH03140488 A JP H03140488A
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JP
Japan
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anode
cathode
gas
electrolysis
generated
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Pending
Application number
JP1277248A
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English (en)
Inventor
Tokuyuki Iwanaga
岩永 徳幸
Yoshihiro Tsujikawa
辻川 芳浩
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融塩電解法による三弗化窒素ガスの製造の
際に使用される電解槽に関するものである。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕三弗化
窒素(NFz)ガスは半導体のドライエツチング剤やC
VD装置のクリーニンクーガスとして、近年需要が増加
しており、これらの用途においては特に四弗化炭素(C
F4)の少ない高純度なガスでないと使用することがで
きない。
NFyガス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有力視されている。更
に、前述したようなCF4の少ない高純度のガスを得る
には、溶融塩電解法で得られるNFffが最も低コスト
であることから有力視されている。
該溶融塩電解法によるNF3ガスの製造は酸性弗化アン
モニウムまたは弗化アンモニウムと弗化水素を原料とす
る)lH,F −HF系や、これに更に酸性弗化カリウ
ムまたは弗化カリウムを原料として加えたKF −NH
4F −)IF系溶融塩電解法による方法によって行な
われる。
しかして、NF、ガスの製造においては、陽極からはN
FIガスと窒素(Nz)ガスが発生し、陰極からは水素
(H2)ガスが発生する、いわゆる画電極共にガス発生
反応である。そして陽極から発生するNF、ガスと陰極
から発生するH2ガスが混合すると爆発を引き起こす危
険性があり、爆発を引き起こさないように安全対策を行
なう必要がある。
従って、この爆発を防止するため電解槽には第1図及び
第2図に示すように、陽極と陰極を隔離するための隔板
が設けられている。
また隔板は腐食及び隔板自体が電極化するのを防止する
ため、通常弗素系樹脂を用いるか、あるいは弗素系樹脂
で被覆するのが好ましい。
ここで、陽極はカーボン(C)またはニッケル(Ni)
電極が使用可能であるが、よりCF、の少ない高純度ガ
スを得るには陽極にNi電極を使用するのが好ましい。
しかしながら、該Ni電極を泪いた際には、Niがわず
かに溶解する欠点を存する。
本発明者等がN i電極を用いて長期間使用を行なった
ところ、陰極に溶解したNiの一部が析出し、長期間使
用により次第に陰極と隔板間の距離が小さくなって行く
ことがわかった。従って、陰極と隔板間の距離が小さ過
ぎると陰極で発生する1(2ガスが陽極から発生するN
hガスと混合し、陽極室内で爆発限界内の混合ガスを生
成する危険性がある。
また、Ni電極より発生するNFiガスの気泡を観察す
ると、多量の細かい気泡が発生している。このため気泡
は電極に沿ってまっすぐには立ち上がらずに、斜め上方
向に拡散しながら発生している。
本発明者等が長期間使用を行なったところ、経時的に陽
極が短くなって行き、陽極の電流密度が上昇する。即ち
、Ni電極の単位面積当りのNFIガス発生量が多くな
るために、このNF、ガス拡散がますます激しくなって
いくのである。NF3ガス拡散が激しくなるにしたがい
、陽極と隔板間の距離が小さ過ぎると、陽極から発生す
るNF3ガスが陰極で発生する11□ガスと混合し、前
述と同じように陰極室内で爆発限界内の混合ガスを生成
する危険性がある。
以上述べたように溶融塩電解法によるNF3ガスの製造
においては、陽極または陰極の電極と陽極と陰極とを隔
離する隔板の距離が安全上大変重要である。しかし、電
解槽の構造の検討は殆どなされておらず、特に電極と隔
板の距離の具体的構造についての報告例は知られていな
い。
〔問題を解決するための手段〕
本発明者等は上記状況に鑑み溶融塩電解法によるNF+
製造用電解槽において、陽極または陰極の電極と陽極と
陰極とを隔離する隔板の距離について種々検討を重ねた
結果、その距離を一定の範囲に限定すれば、安全に、か
つ長期にわたってNF3ガスが製造可能であることを見
出し、本発明を完成するに至ったものである。
即ち、本発明は溶融塩電解法によるNF、ガス製造用電
解槽において、陽極または陰極と陽極と陰極とを隔離す
る隔板の距離が各々30〜200mmであることを特徴
とする電解槽に関するものである。
〔発明の詳細な開示〕
以下、本発明を添付する図面を参照しながら詳細に説明
する。
本発明で最も重要な点は、Nhを安全にかつ長期間にわ
たって製造するための電解槽における陽極または陰極の
電極と陽極と陰極とを隔離する隔板の距離である。
第1図は本発明の実施に好適な、Nhガス製造用電解槽
の一例を示す縦断面図であり、第2図は第1図における
A−A’矢視図を示す。
本発明においては、陽極5または陰極6と隔板10の距
離は各々30〜200mmで、好ましくは30〜100
1である。
本発明の電解槽の陽極または陰極の電極と陽極と陰極と
を隔離する隔板の距離は上述の如き構成であるが、陰極
6と隔板1oとの距離が30mmより短くなると、長期
間使用した場合陽極のNi電極の溶解に伴い陰極にこの
溶解したNiの一部が析出し、それが突起状に成長して
次第に陰極6と隔板1o間の距離が小さくなって行き、
陰極6で発生するH2ガスが隔板10の下を抜けて陽極
室内に11□ガスが移動し、陽極5から発生するNF、
ガスと混合して、陽極室内で爆発限界内の混合ガスを生
成するという非常に大きな問題点を生じる。
また、陰極6と隔板1oとの距離が200mmより長く
なると、それに伴い電解槽の大きさも大きくなり、過剰
な設備となる欠点が生じる。さらにこの電解浴は非常に
吸湿性が強いので、原料調製の段階でどうしても空気中
の水分を吸湿する。従ってNF、の製造に際しては、予
め本電解時の電流密度よりも低い電流を流して行なう脱
水電解が不可欠であり、脱水電解終了後引続いて本電解
に移行する。このことより、電解槽が大きすぎると、こ
の脱水電解の時間が長くなりすぎ効率が悪くなるという
欠点も生じる。
一方、陽極5と隔板10との距離が30mmより短くな
ると、Ni陽極5より発生するNFiガスの気泡が多量
かつ細かくて斜め上方向に拡散しながら発生しているた
め、長期間使用において陽極のNi電極の溶解に伴い陽
極が短くなる。該陽極が短くなるにしたがって電流密度
が上昇し、単位面積当りのガス発生量が増加するので拡
散がより激しくなり、陽極から発生するNF3ガスが拡
散で陰極で発生する水素ガスと混合し、陰極室内で爆発
限界内の混合ガスを生成するという非常に大きな問題点
を生しる。
また、陽極5と隔板10との距離が200mmより長く
なると、陰極の場合と同様に、過剰な設備となる欠点と
脱水電解の時間が長くなりすぎ効率が悪くなるという欠
点も生じる。
尚、溶融塩電解法によるNF、ガス製造用電解槽におい
ては、電解槽本体の底板部には通常弗素系用脂の板が敷
樹脂あり、これにより該底板部の腐食を防止しているが
、本発明の電解槽においても、第1図に示すように弗素
系樹脂板2が設けである。更に、電解槽は底板部のみな
らず溶融塩及び電解により発生したガスと接する部分は
、弗素系樹脂で被覆(ライニングまたはコーティング)
することが電解槽の腐食を防止する上で好ましい。
このような弗素系樹脂を例示すると、例えばポリテトラ
フルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、
ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライド
、テトラフルオロエチレンへキサフルオロプロピレン共
重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、
テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニル
エテル共重合体、クロロトリフルオロエチレン−エチレ
ン共重合体等通常公知のものが何れも使用可能であるが
、これらの中でもポリテトラフルオロエチレン及びテト
ラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエー
テル共重合体が耐熱性、耐酸性が優れているので、特に
好ましい。
〔実施例] 実施例I NF、F −HF系の溶融塩を用い、(HF/NF、F
モル比=1.8)これを第1図に示す陽極5または陰極
6と隔板10の距離が各々40m5+である電解槽を使
用して、50アンペア(A)の電流を流して(陽極平均
電流密度2A/dm” )脱水電解を開始した。陽極発
生ガス中の02a度をガスクロマトグラフィーで分析し
たところ、徐々に減少していき100時間後から2容量
%(以下、単に容量%は%と記す)付近で一定となり脱
水電解が終了したと判断した。
脱水が完了したと考えられる100時間後に引続いて本
電解に移行し、電流250A (陽極平均電流密度10
A/da”)で3力月長期連続電解を行ないながら、陽
極発生ガス中のH2及び陰極発生ガス中のNF3濃度を
ガスクロマトグラフィーで分析したところ、各々1%以
下を維持し、もちろん爆発を生ずることなく長期にわた
って安全にNF、を製造することができた。
実施例2〜4 陽極5または陰極6と隔板10の距離が第1表に示す数
値である以外は、実施例1と同様にして第1表に示す条
件で脱水電解及び本電解を行なった(溶融塩は実施例1
と同一のものを使用した)。
脱水電解が終了したと判断した陽極発生ガスのガスクロ
マトグラフィー分析による0□4度の値が、徐々に減少
して2%付近で一定となった時間は第1表に示す通りで
あり、実施例1と同様に3力月長期連続電解を行ないな
がら、陽極発生ガス中の1(2及び陰極発生ガス中のN
F、fi度をガスクロマトグラフィーで分析したところ
、各々1%以下を維持し、もちろん爆発を生ずることな
く長期にわたって安全にNFffを製造することができ
た。
比較例1〜2 陽極5または陰極6と隔板10の距離が第2表に示す数
値のもの(本発明で規定する数値を越えるもの)を使用
して、実施例1と同様にして脱水電解及び本電解を行な
った(溶融塩は実施例1と同−のものを使用した)。
脱水電解が終了したと判断した陽極発生ガスのガスクロ
マトグラフィー分析による0□4度の値が、徐々に減少
して2%付近で一定となった時間は第1表に示す通りで
ある。引き続き実施例1〜4と同様に3力月長期連続電
解を目脂して本電解を行い、陽極発生ガス中の11□及
び陰極発生ガス中のNF+a度をガスクロマトグラフィ
ーで分析したところ、第2表に示す様に約1カ月付近で
陽極発生ガス中の112及び陰極発生ガス中のNF3′
a度が上昇して、爆発限界近くに達し危険を怒じたので
、もはや電解続行は不可能と判断し、直ちに電解を中止
した。
比較例3〜4 陽極5または陰極6と隔板10の距離が第3表に示す数
値のもの(本発明で規定する数値を越えるもの)を使用
して、実施例1と同様にして脱水電解及び本電解を行な
った(溶融塩は実施例1と同一のものを使用した)。
脱水電解が終了したと判断した陽極発生ガスの第2表 註0陽極発生ガスのガスクロマトグラフィー分析による
0□濃度の値が、徐々に減少して2%付近で一定となっ
た時間。
2)本電解に移行して1力月後における陽極発生ガス中
の11□及び陰極発生ガス中のNFj 6度のガスクロ
マトグラフィーによる分析イ九 第3表 註Il陽瘉発生ガスのガスクロマトグラフィー分析によ
る02濃度のイ勤(徐々に減少して2%付近で一定とな
った時間。
ガスクロマトグラフィー分析によるoJ度の値が、徐々
に減少して2%付近で一定となった時間は第1表に示す
通りであり、実施例1〜4と比較して非常に長い時間を
有し効率が悪いことがわかった。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、本発明は溶融塩電解法によ
るNFs製造用電解槽であって、陽極または陰極と陽極
と陰極とを隔離する隔板の距離を特定することにより、
NF3ガスを安全かつ長期にわたって製造することを可
能にしたものである。
本発明者等はこの発明により、NF3製造用電解槽の電
極において、陽極または陰極と陽極と陰極とを隔離する
隔板の距離の最適値を得ることに成功したが、これはN
F3ガスを工業的に安全かつ長期にわたって製造する上
で極めて有意義なことである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施に好適な、NF、ガス製造用電解
槽の一例を示す縦断面図であり、第2図は第1図におけ
るA−A”矢視図を示す。 図において、 ■−−−−電解槽本体、  2−一一一弗素系樹脂板、
3−−−一蓋板、     4−−−、−電解浴、5−
−−一陽極、     6−−−−陰極、7a、7b−
−−一接続捧、  8a、8b−−−一絶縁材、9a、
9b−−一接続棒固定用袋ナット、10−−−一隔板、 11−−−一隅板固定用蓋板、 12−−−一陽極発生ガス出口管、 13−−−一陰極発生ガス出口管、 14−−−−バッキング、 15−−−一蓋板用ボルトナソト、 16−−−−隅板固定用ボルト、 を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)溶融塩電解法による三弗化窒素ガス製造用電解槽に
    おいて、陽極または陰極と陽極と陰極とを隔離する隔板
    の距離が各々30〜200mmであることを特徴とする
    電解槽。
JP1277248A 1989-10-26 1989-10-26 電解槽 Pending JPH03140488A (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1277248A JPH03140488A (ja) 1989-10-26 1989-10-26 電解槽
DE69018761T DE69018761T2 (de) 1989-10-26 1990-10-10 Methode zur Herstellung von Stickstofftrifluorid.
US07/595,284 US5085752A (en) 1989-10-26 1990-10-10 Electrolytic cell
EP90119385A EP0424727B1 (en) 1989-10-26 1990-10-10 Method for producing nitrogen trifluoride
KR1019900017250A KR930001975B1 (ko) 1989-10-26 1990-10-26 전해조
US07/660,743 US5084156A (en) 1989-10-26 1991-02-26 Electrolytic cell

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JP1277248A JPH03140488A (ja) 1989-10-26 1989-10-26 電解槽

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