JPH11189405A - 三弗化窒素の製造方法 - Google Patents

三弗化窒素の製造方法

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JPH11189405A
JPH11189405A JP35766697A JP35766697A JPH11189405A JP H11189405 A JPH11189405 A JP H11189405A JP 35766697 A JP35766697 A JP 35766697A JP 35766697 A JP35766697 A JP 35766697A JP H11189405 A JPH11189405 A JP H11189405A
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JP
Japan
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nickel
fluoride
nitrogen trifluoride
electrolysis
molar ratio
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JP35766697A
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English (en)
Inventor
Tadashi Yoshino
正 芳野
Kiyoto Doi
清人 土井
Takeshi Yasutake
剛 安武
Takashi Shimaoka
隆 島岡
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Mitsui Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Chemicals Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 三弗化窒素を効率よく、長期間安定に
製造しニッケル錯塩スラッジの発生が少ない方法。 【解決手段】 溶融塩電解法により三弗化窒素を製造
する方法において、電解液が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する酸性弗化アンモニウム
で、酸性弗化アンモニウムと弗化水素のモル比(HF/
NHF)が1.5〜1.9であり、陽極に用いる電極
がニッケルであるニッケル錯塩スラッジの発生が少ない
三弗化窒素の製造方法。

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
)の製造方法に関する。更に詳しくは、ニッケル錯
塩スラッジの発生が少ない三弗化窒素の製造方法に関す
る。
【0002】
【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。三弗化窒素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。
【0003】溶融塩電解法による三弗化窒素の製造にお
いては、陽極からは三弗化窒素と窒素(N)ガスが発
生し、陰極からは水素(H)ガスが発生する。
【0004】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が用いら
れるが、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。
【0005】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。さらに電解を継続すると電解
液の冷却また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
は電極が短絡してガスをを発生し爆発する危険性もあ
る。
【0006】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。
【0007】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および電解液を、
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。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。
【0008】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
的成分である三弗化窒素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。
【0009】
【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、効率良く三弗化窒素を製造
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、電解液中の酸性弗化アンモニ
ウムを酸性弗化アンモニウムと弗化水素のモル比(HF
/NHF)を特定し、電極にニッケルを用いることに
よりニッケル錯塩スラッジの発生が少なくなる事実を見
いだした。
【0010】即ち、本発明は溶融塩電解法により三弗化
窒素を製造する方法において、電解液が弗化アンモニウ
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
ンモニウムであり、酸性弗化アンモニウムと弗化水素の
モル比(HF/NHF)が1.5〜1.9であり、陽
極に用いる電極がニッケルであるニッケル錯塩スラッジ
の発生が少ないことを特徴とする三弗化窒素の製造方法
を提供するものである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に開示する。
本発明で用いる電解槽はニッケル等の耐食性金属材料も
使用出来るが、弗素樹脂製もしくは弗素樹脂をライニン
グまたはコーティングした容器が望ましい。陽極電極は
ニッケル製であり、ニッケル含有量が90重量%以上が
好ましい。陰極の材質は鉄、ニッケル等工業的に用いら
れる材質が何ら問題なく使用出来る。
【0012】本発明に用いられる電解液は、酸性弗化ア
ンモニウムもしくは弗化アンモニウム、またはアンモニ
アと弗化水素とを原料とするNHFHF系や、これに
酸性弗化カリウムまたは弗化カリウム、または弗化リチ
ウムを原料として加えたKFNHHF系電解液であ
る。
【0013】本発明者らの検討では、電解液のモル比を
低くすれば、陰極へのニッケルの析出が促進されるが、
それに伴い陽極での三弗化窒素の発生量が若干低下する
ことが明らかとなった。電解条件によるが、電解液中の
酸性弗化アンモニウムと弗化水素のモル比(HF/NH
F)(以下、単にモル比とする)を約0.1低下させ
ると三弗化窒素の発生量が約3容量%低下する。したが
って、モル比は三弗化窒素の生産性を考慮して決定され
るべきであるが、本発明において十分効果があるモル比
の範囲は1.5〜1.9であり、好ましくは1.6〜
1.8であり、さらに好ましくは1.65〜1.75が
好適である。モル比が1.5未満では電解液の融点およ
び粘度が高くなり、対流量が減少して電解槽内の温度分
布が大きくなり、ついには温度制御が不能となり電解を
中止せざるを得ない状況になる。さらに発生ガス出口付
近で酸性弗化アンモニウムの析出、閉塞が起こり電解の
継続が不可能となる。また、1.9を越えると弗素ガス
が生成し始め、三弗化窒素の生成割合が除々に低下し生
産性の低下を招く。
【0014】本発明では上記条件を外れることによりニ
ッケル錯塩スラッジの発生が多くなる。以下、さらに詳
しく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一部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。
【0015】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。発明者
らは、種々のモル比の電解液を作成し電解を行い、ニッ
ケル錯塩スラッジの発生機構について鋭意検討を行った
ところ、電解液のモル比がニッケルの陰極析出量に大き
く影響を及ぼし、電解液のモル比を制御することでニッ
ケル錯塩スラッジの生成を抑制出来ることを見出し本発
明の完成に至ったものである。
【0016】本発明では、前記のように溶融電解法にお
いて電解液のモル比を1.5〜1.9の範囲に調整する
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、電解密度は1〜15A/dm、電解
温度は80〜140℃程度で好適に実施出来る。
【0017】
【実施例】以下、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%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。NF・HF系(モル比:HF/NHF=1.
67)の電解液を0.05m調合し、これを電極材質
がニッケルで、容積0.07mの電解槽に入れて電解
した。電流250A(陽極平均電流密度10A/d
)、電解液温度120℃に制御して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に示すように溶解した陽極
のニッケルのうち、陰極に析出したニッケルの割合は7
5%で、運転終了時の電解液中のニッケル濃度は0.1
2%であり、電解槽の底部にニッケル錯塩スラッジが約
65mm堆積していた。
【0018】比較例1 電解液のモル比をHF/NHF=1.82にした以外
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。さらに、1ヶ月電解を
継続したが、電解槽内の温度が局所的に上昇しはじめ、
制御困難となったため安全性を考え、それ以上の電解続
行は危険と判断し電解を中止した。電解液、及び電解槽
内を確認したところ、電解液はニッケル錯塩スラッジに
より黄色く着色し、電解槽底部にはニッケル錯塩スラッ
ジが約150mm堆積していた。この時の電解液中のニ
ッケル濃度は0.32%であった。
【0019】
【表1】
【0020】
【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、本発明の範囲外で
ある比較例では電解槽内でニッケルイオンの濃度が高く
なり、ニッケル錯塩スラッジが多量に発生し、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
明の範囲内である実施例では電解液のモル比を特定する
ことにより、陰極へのニッケル析出が促進されることに
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
り、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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島岡 隆 山口県下関市彦島迫町七丁目1番1号 三 井化学株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融塩電解法により三弗化窒素を製造
    する方法において、電解液が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する酸性弗化アンモニウム
    で、酸性弗化アンモニウムと弗化水素のモル比(HF/
    NHF)が1.5〜1.9であり、陽極に用いる電極
    がニッケルであるニッケル錯塩スラッジの発生が少ない
    ことを特徴とする三弗化窒素の製造方法。
  2. 【請求項2】 陽極に用いるニッケルの純度が90重
    量%以上である請求項1記載の三弗化窒素の製造方法。
  3. 【請求項3】 電解液中の酸性弗化アンモニウムと弗
    化水素のモル比(HF/NHF)が1.6〜1.8で
    ある請求項1記載の三弗化窒素の製造方法。
  4. 【請求項4】 電解液中の酸性弗化アンモニウムと弗
    化水素のモル比(HF/NHF)が1.65〜1.7
    5である請求項1記載の三弗化窒素の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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