本发明涉及一种新的高纯度五氟化磷气体制备方法,属于精细化工技术领域。
技术背景
五氟化磷(PF5)在电子工业、电池制造、高分子材料和催化剂等领域中有广泛的应用。以PF5为原料制备的LiPF6是锂离子电池的主要电解质，其使用寿命和充电次数较传统电解质显著增加。PF5的合成方法主要分为直接法和间接法2种，直接法中通过使红磷与F2直接反应的方法可得到纯度及选择性极高的PF5产品，特别适合用于制造高纯LiPF6电解质。目前工业上广泛使用的方法是使PCl5或P2O5与HF反应，该方法的优点是原料易得、工艺简单且易于控制。由于PF5与HCl沸点相近，不能用普通蒸馏进行分离，工业上多采用加压蒸馏或吸附法进行精制。这些方法难以工业化，需开发一种易于工业化的技术工艺。
技术实现要素：
本发明的目的是一种适合工业化的五氟化磷的合成工艺。其反应方程式如下：
KCl+2HF→KHF2+HCl
KHF2+4HF+H3PO4→KPF6↓+4H2O
KPF6+HF(g)→PF5↑+KHF2
氟化氢钾制备：将饱和的氯化钾水溶液加入到内衬四氟的反应器中，控制温度在80-85℃，通入氟化氢气体，反应5-6小时，反应产生氟化氢钾液体。
六氟磷酸钾制备：氟化氢钾液体冷却至室温后，加入另一个内衬四氟的反应器中，滴加计量的85％磷酸，常温搅拌反应6小时，有六氟磷酸钾固体产生，抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤2次，真空干燥得到六氟磷酸钾成品。
五氟化磷制备：干燥的六氟磷酸钾放入一内衬四氟的固定床反应器中，加热至60℃，通入干燥的氟化氢气体，产生五氟化磷气体，经入通冷冻盐水的冷凝器，再经一干燥器，得到高纯度的五氟化磷。固定床反应器中的副产品氟化氢钾回收用于制备六氟磷酸钾。
发明优点:
本发明的创新点在于采用六氟磷酸钾来制备高纯度的五氟化磷，反应温和可控，氟氢化钾可以回收套用，适合工业化生产。
具体实施方式：
以下通过实施例对本发明一种新的高纯度五氟化磷气体制备方法,进行具体描述或作进一步说明，其目的在于更好的理解本发明的技术内涵，但是本发明的保护范围不限于以下的实施范围。
实施例1
在500ml四口四氟烧瓶中加入50g氯化钾和150g蒸馏水，加热至80℃，通入氟化氢气体81g，搅拌反应5小时，得到氟化氢钾水溶液。冷却至室温，缓慢滴加85％磷酸75g，常温搅拌反应6小时，有六氟磷酸钾固体产生，反应结束后，抽滤，滤饼用50ml蒸馏水漂洗2次，真空干燥得到六氟磷酸钾成品49.7g，收率95％，产品纯度99.0％。
取干燥的六氟磷酸钾固体100g置于内衬四氟的固定床反应器中，固定床反应器为F25×100，加热至60℃，通入干燥的氟化氢气体，反应器出口为五氟化磷气体和氟化氢气体混合气体，混合气体进入通-15℃冷冻盐水的冷凝器，再经一干燥器，得到高纯度的五氟化磷，纯度为99.5％。固定床反应器中的副产品氟化氢钾回收用于制备六氟磷酸钾。
实施例2
在5L内衬四氟反应瓶中加入600g氯化钾和250g蒸馏水，加热至85℃，通入氟化氢气体1000g，搅拌反应5小时，得到氟化氢钾水溶液。冷却至室温，缓慢滴加85％磷酸900g，常温搅拌反应6小时，有六氟磷酸钾固体产生，反应结束后，抽滤，滤饼用500ml蒸馏水漂洗2次，真空干燥得到六氟磷酸钾成品600g，收率97％，产品纯度99.1％。
取干燥的六氟磷酸钾固体1000g置于内衬四氟的固定床反应器中，固定床反应器为F50×200，加热至65℃，通入干燥的氟化氢气体，反应器出口为五氟化磷气体和氟化氢气体混合气体，混合气体进入通-15℃冷冻盐水的冷凝器，再经一干燥器，得到高纯度的五氟化磷，纯度为99.5％。固定床反应器中的副产品氟化氢钾回收用于制备六氟磷酸钾。
实施例3
在5m3内衬四氟的反应釜中500Kg氯化钾和2500Kg蒸馏水，加热至85℃，通入氟化氢气体1000kg，搅拌反应6小时，得到氟化氢钾水溶液。冷却至室温，缓慢滴加85％磷酸1000kg，常温搅拌反应6小时，有六氟磷酸钾固体产生，反应结束后，离心机离心分离，滤饼用500kg蒸馏水漂洗2次，真空干燥得到六氟磷酸钾成品500kg，收率95.6％，产品纯度99.0％。
取干燥的六氟磷酸钾固体500kg置于内衬四氟的固定床反应器中，固定床反应器为F200×1500，加热至65℃，通入干燥的氟化氢气体，反应器出口为五氟化磷气体和氟化氢气体混合气体，混合气体进入通-15℃冷冻盐水的冷凝器，再经一干燥器，得到高纯度的五氟化磷，纯度为99.5％。固定床反应器中的副产品氟化氢钾回收用于制备六氟磷酸钾。