专利名称：一种制备高纯三溴化硼的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高纯三溴化硼的制备方法及装置，采用工业硼粉与液溴为原料，经溴化、除溴、精馏等步骤得到纯度大于6N的BBr3产物，属于无机化工技术领域。
背景技术：
三溴化硼是一种无色的发烟液体，对金属有腐蚀性，遇水快速分解为硼酸和溴化 氢。三溴化硼是一种极好的脱甲基或脱烷基化药剂，可作为聚合、烷化和酰化反应的催化剂 和中间体，在医药行业得到了广泛的应用。同时在电子工业应用中，高纯三溴化硼可作为 硼源在前扩散过程中对半导体进行掺杂，也可经氢还原进一步得到半导体行业所用高纯硼 粉。三溴化硼还可用于有机硼的合成，如硼烷的制取。三溴化硼的制取方法主要有以下几种元素硼溴化法(直接合成法)、碳化硼溴化 法、复分解法等制备方法。其中元素硼溴化法是采用工业硼粉和单质溴直接反应合成，碳化 硼溴化法是将碳化硼在高温下溴化而得，复分解法是将溴化铝与三氟化硼复分解反应而制 得三溴化硼。目前，国内外厂家一般采用元素硼溴化法生产三溴化硼，但合成产物纯度低， 这是由于硼粉中含有大量的金属杂质，如Mg、Al、Fe、Ca、Cu、Zn、Sn、Ni等金属及其氧化物， 硼粉经溴化后，溴化硼中带有未反应完全的单质溴和以上金属的溴化物杂质，从而影响了 高纯溴化硼的性能。针对这些问题，根据溴的化学性质和不同溴化物沸点的差异，设计了一种高纯溴 化硼的制备方法和装置，可生产5N-7N的高纯溴化硼。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种流程简单，工艺稳定，设备投资少，操作安 全方便，环境友好的高纯溴化硼的制备方法和装置。采用工业硼粉和液溴为原料，经溴化、 除溴、分馏等步骤获得高纯度溴化硼液体。为了解决上述技术问题，本发明是通过下列方法实现的一种高纯溴化硼的制备方法，它包括以下步骤(1)将工业硼粉经酸洗后制成硼块；(2)将化学纯的液溴进行分液提纯，减少液溴中的水含量；(3)将提纯后的液溴气化后与步骤(1)中制成的工业硼块在溴化炉中经高温反 应，得到含有杂质的三溴化硼液体，反应温度为600-850°C ；(4)采用高纯铝作为脱溴剂，去除三溴化硼中多余的Br2，得到白色三溴化硼气体 经水冷形成白色三溴化硼液体；其中，脱溴温度为50-150°C ；(5)将白色三溴化硼液体经分馏柱分馏，去除高沸点和低沸点杂质，得到无色三溴 化硼液体，三溴化硼的分馏温度为85-120°C。本发明中用酸洗工业硼粉主要为了去除Mg和Fe杂质，因为工业硼粉中含Mg和Fe 比较多，如果仅靠分馏方法分离杂质的话，理论上虽然可行，但要想得到6N以上纯度的溴化硼，在现实操作中仅进行一步分馏，效果并不理想，需要多次除杂才能去除干净。本发明中采用高纯铝除溴，高纯铝可选锭状、块状和片状中的任一种，纯度为 4N-6N。高纯铝价格便宜，来源广泛，且不会对溴化硼引入其他金属杂质，溴化铝与溴化硼的 分馏相对于溴与溴化硼的分馏容易实现，降低分馏过程中溴化硼的损失。本发明中对液溴采用分液提纯是为了减少液溴中的水含量，因为溴化硼极易水解 生成氧化硼和溴化氢，反应非常剧烈。国内化学纯液溴中含有大量的水，如果直接与硼长时 间反应，会导致爆炸。其中，步骤(1)中所使用的工业硼粉与步骤(2)中所使用的液溴质量比为1 10。分液提纯溶剂是化学纯液溴，分液提纯后液溴的纯度> 99. 9质量％。原料工业硼粉的纯度为80 98质量％。酸洗硼粉可选用盐酸、硫酸和硝酸中的 一种，浓度为0. 3 2mol/L，酸洗后Mg和Fe的杂质含量能降低80%。本发明中将硼粉制成硼块的目的是为了使溴化反应时的气体流通，不影响与液溴 的反应，硼块的体积约为1cm3。根据溴化硼与杂质之间沸点的差异，可将杂质分为低沸点杂质和高沸点杂质，各 物质的沸点如表1所示。先于溴化硼蒸发的低沸点杂质包括HBr、Br2、FeBr3等。高沸点杂 质包括B2O3、A1 Br3、MgBr3、PbBr2、ZnBr3、AsBr3、SnBr3、CuBr2等高沸点杂质留在收集器中，从 而实现溴化硼与杂质的分离。三溴化硼的分馏温度优选为100-120°C。表1溴化硼与各杂质的沸点
权利要求
一种制备高纯三溴化硼的方法，其特征在于包括以下步骤(1)将工业硼粉经酸洗后制成硼块；(2)将化学纯的液溴进行分液提纯，减少液溴中的水含量；(3)将分液提纯后的液溴气化后与步骤(1)中制成的硼块经高温反应，得到含有杂质的三溴化硼气体；(4)采用高纯铝作为脱溴剂，去除步骤(3)中得到的三溴化硼气体中多余的Br2，得到白色三溴化硼气体经水冷形成白色三溴化硼液体；(5)将白色三溴化硼液体经分馏柱分馏，去除高沸点和低沸点杂质，得到无色三溴化硼液体。
2.根据权利要求1所述的一种高纯三溴化硼的制备方法，其特征在于在所述的步骤 (1)中，采用的原料工业硼粉的纯度为80 98质量％。
3.根据权利要求1所述的一种高纯三溴化硼的制备方法，其特征在于在所述的步骤 (1)中，酸洗硼粉采用盐酸、硫酸和硝酸中的一种，浓度为0. 3 2mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种高纯三溴化硼的制备方法，其特征在于在所述的步骤 (3)中，硼块与气化后的液溴的反应温度为600 850°C。
5.根据权利要求1所述的除溴方法，其特征在于在所述的步骤(4)中，高纯铝为锭 状、块状和片状中的任一种，纯度为4N 6N。
6.根据权利要求1所述的除溴方法，其特征在于在所述步骤(4)中的脱溴温度为 50 150 。
7.一种制备高纯三溴化硼的装置，其特征在于，该装置是由以下部件汽化器、溴化 炉、除溴炉、收集器、分馏柱和成品贮藏罐组成，其中，汽化器的出口通过管道连接位于溴化 炉底部的溴化炉进口 ；位于溴化炉顶部的溴化炉出口通过管道连接位于除溴炉底部的除溴 炉进口 ；位于除溴炉顶部的除溴炉出口通过管道连接收集器进口 ；收集器出口通过管道连 接位于分馏柱底部的分馏柱进口 ；位于分馏柱顶部的分馏柱出口通过管道连接成品贮藏罐 的进口 ；所述的溴化炉和除溴炉均为立式结构，炉体内壁均设有加热器，在炉内均设有石英 玻璃管，石英玻璃管的两端均为敞口，并分别与溴化炉或除溴炉的进出口相对，在石英玻璃 管中分别充填工业硼块或高纯铝的锭、块或片；所述的收集器由加热器和石英烧瓶组成。
8.根据权利要求7所述的一种制备高纯三溴化硼的装置，其特征在于各部件之间连接 管道材质均为高纯石英玻璃，密封材料为聚四氟乙烯。
全文摘要
本发明提供了一种高纯三溴化硼的制备方法及装置，将工业硼粉经酸洗后制成硼块；将化学纯的液溴进行分液提纯后与业硼块在溴化炉中经高温反应，得到含有杂质的三溴化硼液体，反应温度为600-850℃；采用高纯铝作为脱溴剂，去除三溴化硼中多余的Br2，得到白色三溴化硼气体经水冷形成白色三溴化硼液体；经分馏柱分馏，去除高沸点和低沸点杂质，得到纯度大于6N的BBr3产物，三溴化硼的分馏温度为85-120℃。本发明的制备高纯三溴化硼的装置由汽化器、溴化炉、除溴炉、收集器、分馏柱和成品贮藏罐依次通过高纯石英玻璃材质的管道连接而成。本发明生产出的三溴化硼杂质少，纯度高，可达到6N以上；原料易得，成本低廉；装置简单，设备投资少，可实现产业化生产。
文档编号C01B35/06GK101955189SQ200910088270
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月13日 优先权日2009年7月13日
发明者于丽敏, 傅钟臻, 夏文, 窦维喜, 蒋文全 申请人:北京有色金属研究总院