PL116040B1 - Process for manufacturing concentrated fluoroboric acidof high purity - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia stezonego kwasu fluoroborowego o wysokiej czystosci.Kwas fluoroborowy wytwarzany jest zazwyczaj przez dzialanie kwasem fluorowodorowym na kwas borowy, lub na bezwodnik kwasu borowe¬ go. Zachodzace reakcje przebiegaja wedlug sche¬ matów: H3BOs¦+ 4(HF • n H20) -? HBF4 + (3 + 4 n) H20 B2Os + 8 (HF • n HaO) -? 2 HBF4 + (3 + 8 n) HaO Stezenie uzyskiwanego kwasu fluoroborowego uza¬ leznione jest od stezenia uzytego kwasu fluoro¬ wodorowego. I tak na przyklad: stosujac kwas fluorowodorowy o stezeniu 70% uzyskuje sie w reakcji z kwasem borowym roztwory zawierajace okolo 50% HBF4, a w reakcji z bezwodnikiem, roztwory o zawartosci okolo 59% HBF4.Kwas fluoroborowy stosowany jest w kapielach galwanicznych, gdzie wymagana jest wysoka czy¬ stosc tego kwasu. Zawartosc zanieczyszczen takich jak Ca, Fe, Pb, Ni, Cr, S rzedu 10-8%.Uzyskanie kwasu fluoroborowego o tak wyso¬ kiej czystosci wymaga stosowania bardzo czyste¬ go kwasu borowego lub bezwodnika kwasu boro¬ wego i czystego kwasu fluorowodorowego. Oczy¬ szczanie tych substancji jest uciazliwe i wymaga licznych operacji.Kwas fluoroborowy moze w reakcji miedzy kwasem fluorkiem boru: powstawac równiez fluorowodorowym i 10 15 20 25 30 BF* + HF • n H20 - HBF4 + n HsO Z reakcji tej wynika, ze mozna w ten sposób uzyskac znacznie bardziej stezone roztwory HBF4.Stosujac kwas fluorowodorowy o stezeniu 30% HF uzyskamoby roztwór zawierajacy 65% HBF4.Przy 50% HF mozmatoy uzyskac 81% HBF4.Jednak silnie egzotermiczny przebieg reakcji utrudnia jej prowadzenie. Przy pochlanianiu ga¬ zowego fluorku boru w kwasie fluorowodorowym uklad reakcyjny dochodzi do stanu wrzenia, w którym to stanie BF3 przestaje byc pochlaniany, a HF ulega odpedzeniu. Wymagane jest tu in¬ tensywne chlodzenie, jednak wszystkie stosowane w technice metale i stopy ulegaja korozji w kwa¬ sie fluofoborowyni zanieczyszczajac roztwór W niedopuszczalnym Stopniu.Stosowanie elementów chlodzacych z tworzyw sztucznych takich jak: polipropylen czy poliety¬ len zabezpiecza przed zanieczyszczeniem roztworu, jednak ze wzgledu na niskie przewodnictwo cie¬ plne tych materialów stosunek powierzchni wy¬ miany ciepla do objetosci chlodzonej cieczy jest bardzo wysoki i praktycznie trudny do zrealizo¬ wania. Fluorek boru, jako gaZj nie zawiera za¬ nieczyszczen metalicznych jakie zAwierfc kwas bo- 116 0403 rowy, jednak zazwyczaj jest zanieczyszczony zwiazkami takimi jak SiF4, HSO3F, S03. Uzyskanie czystego kwasu fluoroborowego wymaga usuniecia tych skladników z gazowego fluorku boru.Celem wynalazku jest unikniecie podanych nie¬ dogodnosci, a zadaniem technicznym — opraco¬ wanie sposobu, za pomoca którego bedzie mozna otrzymac kwas fluoroborowy o wysokiej czy¬ stosci, na drodze reakcji miedzy kwasem fluoro¬ wodorowym a fluorkiem boru.Niespodziewanie stwierdzono, ze mozna rozwia¬ zac to zadanie, jezeli proces poprowadzi sie na¬ stepujaco: Do wytworzonego uprzednio stezonego kwasu fluoroborowego dodaje sie kwas fluorowodorowy w ilosci takiej, ze stezenie wolnego HF wynosi kilka procent i nie przekracza w zasadzie 10%.Nastepnie roztwór ten nasyca sie uprzednio oczy¬ szczonym gazowym fluorkiem boru az do zwia¬ zania calej ilosci HF. Cieplo reakcji odbierane jest przez duza ilosc roztworu przez co wzrost temperatury nie jest gwaltowny. Duza objetosc roztworu pozwala umiescic i rozwinac w nim do¬ statecznie duza powierzchnie wymiany ciepla, stosujac na elementy chlodzace materialy z two¬ rzyw sztucznych takich jak polietylen czy poli¬ propylen.Po przereagowaniu HF z BF3 wytworzony kwas fluoroborowy odprowadza sie jako gotowy pro¬ dukt, pozostawiajac w ukladzie reakcyjnym po¬ czatkowo znajdujaca sie w nim ilosc HBF4, po czym rozpoczyna sie ponowny cykl wytwarzania.Odpowiednia czystosc gazowa BF3 uzyskuje sie przez przemywanie tego gazu stezonym roztwo¬ rem kwasu hydroksyfluoroborowego.Fluorek boru rozpuszcza sie w wodzie, przy czym zachodzace tutaj wielokierunkowe reakcje, w przypadku uzyskiwania stezonych roztworów mozna przedstawic sumarycznie nastepujacym schematem BF3 + H20 -+ HBF8OH Stwierdzono, ze w roztworach, w których ste¬ zenie kwasu hydroksyfluoroborowego wynosi oko¬ lo 50% fluorek boru juz sie nie rozpuszcza, nato¬ miast w roztworach takich absorbuje sie towa¬ rzyszace mu zanieczyszczenia: HSOsF + H20 -+ HtS04 + HF S03 + H20 -+ HgSCU 3SiF4 + 2H.5O -+ 2H2SiF6 + Si02 W miare nagromadzania sie zanieczyszczen w kwa¬ sie hydroksyfluoroborowym, kwas ten stopniowo wycofuje sie i uzupelnia ciecz dodatkiem wody.Chwilowe obnizenie stezenia HBFjOH powoduje, ze przez pewien czas absorbowany jest w niej równiez fluorek boru. Po uzyskaniu stezenia w wysokosci okolo ,90%; BF8 przestaje sie rozpusz¬ czac, a w cieczy absorbowane sa tylko zanieczysz¬ czenia. Wycofany kwas hydroksyfluoroborowy moze byc przerobiony na fluorek boru na przy¬ klad przez oddestylowanie.Przedstawiony cykliczny sposób wytwarzania 040 4 kwasu fluoroborowego moze byc równiez prze¬ ksztalcony na sposób ciagly.W sposobie ciaglym do reaktora napelnionego ste¬ zonym kwasem fluoroborowym wprowadza sie* 5 równoczesnie kwas fluorowodorowy i oczyszczony uprzednio fluorek boru. Jednoczesnie z reaktora odbiera sie przelewem wytworzony HBF4 w ilos¬ ci równowaznej ilosciom wprowadzanych reagen¬ tów. Objetosc cieczy pozostajacej w reaktorze w jq stosunku do objetosci wytwarzanego w ciagu go¬ dziny kwasu fluoroborowego winna byc co naj- mmniej 2 razy wieksza.Sposób wedlug wynalazku jest dokladnie wy¬ jasniony na podstawie przykladu jego wykonania-. 15 a schemat stosowanych operacji przedstawiony jest na rysunku.Fluorek boru kieruje sie do kolumny z wypel¬ nieniem 1 zraszanej cyrkulujacym w obiegu kwa¬ sem hydroksyfluoroborowym podawanym ze zbiór- 20 nika 2 poprzez pompe 3. Przemyty i oczyszczony BF8 wprowadza sie do reaktora 4 wypelnionego kwasem fluoroborowym do którego dodawany jest. kwas fluorowodorowy. Reaktor 4 ochladzany jest poprzez wbudowane do niego chlodnice zasilane- 25 woda lub inna ciecza chlodzaca. Temperature w reaktorze utrzymuje sie w zakresie 30—50°C. Wy¬ tworzony kwas fluoroborowy odbiera sie z reak¬ tora okresowo lub w sposób ciagly. Cyrkulujacy w obiegu kwas hydroksyfluoroborowy stopniowo 30 wycofuje sie ze zbiornika 2 uzupelniajac okreso¬ wo obiegowa ciecz dodatkiem wody.Przyklad stosowania sposobu wedlug wynalazku..Do reaktora w którym znajdowalo sie 750 kg 65% HBF4 wprowadzono 150 kg 30% HF. Po wy- 35 mieszaniu ciecz zawierala 5% wolnego HF.Do kolumny zraszanej 90% HBFsOH wprowar dzono 154 kg gazowego BF8 zawierajacego 0,3 kgr S08 i 0,2 kg SiF4. Z kolumny odebrano 153 kg oczyszczonego BF8, który wprowadzono do reakto- 40 ra. Zawartosc reaktora zwiekszyla sie o 303 kg roz¬ tworu HBF4 o stezeniu 65%. Ilosc te odprowadzo¬ no z reaktora. Wyitworzomy kwas zawieral 0,003% H2S04 i 0,005% H^SiFe. 45 Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania stezonego kwasu fluoro¬ borowego o wysokiej czystosci, znamienny tym^ ze do reaktora zawierajacego wytworzony uprzed- 50 nio kwas fluoroborowy dodaje sie kwas fluoro¬ wodorowy w ilosci takiej, ze stezenie wolnego HF nie przekracza 10%, a nastepnie wprowadza sie i absorbuje w cieczy gazowy fluorek boru, oczysz¬ czony przedtem przez przemywanie stezonym roz- 15 tworem kwasu hydroksyfluoroborowego, az do zwiazania calej ilosci HF, chlodzi' sie reagujacy uklad za pomoca elementów wykonanych z two¬ rzyw sztucznych, po czym odprowadza- sie. wy¬ tworzony kwas fluoroborowyr pozostawiajac w re- II aktorze ilosc potrzebna do nastepnego cyklu. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze* kwas hydroksyfluoroborowy usuwa sie stopniowo^ w miare nagromadzenia sie w nim zanieczyszczen* usuwanych z fluorku boru 1 uzupelnia; ciecz do*- 6f datkiem wody.116 040 6 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze do reaktora napelnionego stezonym kwasem flu- oroborowym doprowadza sie równoczesnie kwas fluorowodorowy oraz oczyszczony uprzednio fluorek boru odprowadzajac przelewem z okreslo¬ nego poziomu wytworzony kwas fluoroborowy.HSFiOH PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania stezonego kwasu fluoro¬ borowego o wysokiej czystosci, znamienny tym^ ze do reaktora zawierajacego wytworzony uprzed- 50 nio kwas fluoroborowy dodaje sie kwas fluoro¬ wodorowy w ilosci takiej, ze stezenie wolnego HF nie przekracza 10%, a nastepnie wprowadza sie i absorbuje w cieczy gazowy fluorek boru, oczysz¬ czony przedtem przez przemywanie stezonym roz- 15 tworem kwasu hydroksyfluoroborowego, az do zwiazania calej ilosci HF, chlodzi' sie reagujacy uklad za pomoca elementów wykonanych z two¬ rzyw sztucznych, po czym odprowadza- sie. wy¬ tworzony kwas fluoroborowyr pozostawiajac w re- II aktorze ilosc potrzebna do nastepnego cyklu.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze* kwas hydroksyfluoroborowy usuwa sie stopniowo^ w miare nagromadzenia sie w nim zanieczyszczen* usuwanych z fluorku boru 1 uzupelnia; ciecz do*- 6f datkiem wody.116 040 6
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze do reaktora napelnionego stezonym kwasem flu- oroborowym doprowadza sie równoczesnie kwas fluorowodorowy oraz oczyszczony uprzednio fluorek boru odprowadzajac przelewem z okreslo¬ nego poziomu wytworzony kwas fluoroborowy. HSFiOH PL