Способ извлечения гексафторида вольфрама из смеси "гексафторид вольфрама - безводный фтористый водород" методом экстракции

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ основан на экстракционном извлечении WF₆ из смеси (WF₆:HF) бензолом (С₆Н₆). Процесс экстракции ведут при соотношении бензола к смеси гексафторида вольфрама и фтористого водорода от 7:1 до 2:1 при температуре от 300 до 303 К в течение 15 минут при механическом перемешивании. Далее смесь охлаждают до 278÷283 К и перемещают полученный раствор на делительное устройство. Процесс очистки ведется в жидкой фазе без использования твердых сорбентов. Изобретение позволяет разделить азеотропную смесь гексафторида вольфрама и фтористого водорода. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к технологии неорганических материалов и касается разработки способа получения высокочистого гексафторида вольфрама. Высокочистый гексафторид вольфрама является исходным веществом для производства различных товарных форм (оксид вольфрама (VI) [1], металлический вольфрам и др.).

Основным из известных способов очистки гексафторида вольфрама от фтористого водорода является метод сорбционной очистки на твердых сорбентах. Также существует способ очистки гексафторида вольфрама от различных примесей методом газоцентрифужного разделения на очистительных каскадах.

Целью изобретения является извлечение гексафторида вольфрама из смеси «гексафторид вольфрама - безводный фтористый водород» методом экстракции с использованием в качестве растворителя бензола. Это позволяет, во-первых, извлекать значительные количества гексафторида вольфрама из смеси с фтористым водородом, которые простыми физическими способами извлечь не удается, во-вторых, значительно увеличивает производительность процесса очистки, поскольку она зависит только от объема реактора смешения.

В качестве ближайших аналогов могут быть рассмотрены два способа:

Способ очистки гексафторида вольфрама [1, 2].

В первом аналоге способ очистки гексафторида вольфрама включает в себя сочетание ректификации и сорбции примесей на неорганических фторидах. Целевой продукт в данном способе получают на стадии ректификации, а низкокипящие погоны ректификационного процесса подвергают сорбционной очистке от основного количества примесей и, далее, вновь возвращают на ректификацию.

Одной из ключевых проблем данного способа является невозможность разделения азеотропа, который существует в 30%-ной смеси гексафторида вольфрама и безводного фтористого водорода. Как известно из литературных источников [3], физическими способами данные азеотропы разделить невозможно.

Отличиями предлагаемого способа от первого аналога являются следующие особенности:

- способ основан на процессах экстракции;

- способ направлен на извлечение из смеси гексафторида вольфрама путем его растворения в бензоле, которое сопряжено с разрушением образованных азеотропов.

Отличиями предлагаемого способа от второго аналога являются:

- процесс направлен на извлечение гексафторида вольфрама из азеотропной смеси с фтористым водородом;

- в процессе не используется установка дистилляции, которая ввиду физико-химических свойств гексафторида вольфрама должна работать под определенным разряжением.

Во втором аналоге способ очистки гексафторида вольфрама включает в себя дистилляцию с последующей фильтрацией потока газообразного продукта через фторопластовый волокнистый фильтр.

Ключевой проблемой данного способа является достаточно большое количество стадий, необходимых для очистки гексафторида вольфрама. Данный способ очистки гексафторида вольфрама используется для очистки от примесей летучих и нелетучих фторидов металлов, но не применим для очистки от фтористого водорода, который, как было сказано выше, образует с гексафторидом вольфрама азеотропную смесь.

Для осуществления процесса очистки гексафторида вольфрама от безводного фтористого водорода предлагается способ очистки методом экстракции гексафторида вольфрама из смеси с безводным фтористым водородом, с использованием в качестве экстрагента органического растворителя - бензола.

Процесс ведется в жидкой фазе без использования твердых сорбентов при последовательном охлаждении и нагревании до температур (283÷303) К.

Способ осуществляют следующим образом.

Процесс экстракции гексафторида вольфрама из смеси с фтористым водородом ведется в закрытом объеме. Герметичная емкость-реактор необходимого объема, футерованная внутри фторопластом, откачивается до давления менее 50 мкм рт.ст. Расчетное количество бензола помещается в реактор методом перелива и замораживается до температуры жидкого азота. Затем в реактор с замороженным бензолом подается смесь гексафторида вольфрама и фтористого водорода (C_WF6~30% масс.) в соотношении от 7:1 до 2:1. Смесь нагревается до температуры от 300 до 303 К. Для интенсификации процесса экстракции гексафторида вольфрама система подвергается перемешиванию. После выдерживания при данной температуре в течение 10÷15 минут, для снижения давления насыщенных паров, смесь охлаждается до температуры (278÷283) К, после чего полученный раствор перемещается на делительное устройство. Из-за несмешиваемости фтористого водорода и бензола происходит разделение фаз с образованием четкой границы. Безводный фтористый водород переходит в одну фазу, а бензол и растворенный в нем гексафторид вольфрама - в другую. При декантации в нижней части делительного устройства происходит отделение фтористого водорода, а в верхней части - бензола с растворенным в нем гексафторидом вольфрама. При этом раствор гексафторида вольфрама в бензоле имеет ярко-малиновую окраску, а фтористый водород окрашивается в бледно-желтый цвет из-за незначительного растворения в нем бензола.

При получении оксида вольфрама (IV), гидролиз WF₆ производится непосредственно в бензоле. Для этого к имеющейся смеси бензола и гексафторида вольфрама приливают расчетное количество воды. В результате получается смесь бензола и раствора вольфрамовой кислоты. Бензол из данной смеси отделяется простой перегонкой. В результате перегонки образуется раствор вольфрамовой кислоты, который остается в кубе, и бензол, пригодный для повторной экстракции. Кубовый остаток - раствор вольфрамовой кислоты, упаривается и прокаливается, в результате чего образуется оксид вольфрама (IV) высокой чистоты.

Полученные результаты показывают, что данным способом удается разделить азеотропную смесь гексафторида вольфрама и фтористого водорода. При этом остаточное содержание гексафторида вольфрама во фтористом водороде становится не более 4,5% (масс.). Содержание фтористого водорода в бензоле при этом составляет около 8÷9% (масс.). Для извлечения гексафторида вольфрама из смеси с фтористым водородом оптимальное содержание гексафторида вольфрама в бензоле должно составлять 8÷12%.

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение №2342323 «Способ очистки гексафторида вольфрама».

2. Заявка на изобретение №2003101555 «Способ очистки гексафторида вольфрама».

3. Химическая энциклопедия. T.1, Научное изд-во «Большая российская энциклопедия», М., 1998 г.

1. Способ извлечения гексафторида вольфрама (WF₆) из смеси «гексафторид вольфрама - безводный фтористый водород» методом экстракции с использованием в качестве растворителя бензола (С₆Н₆), отличающийся тем, что процесс экстракции ведут при соотношении бензола и смеси гексафторида вольфрама и фтористого водорода от 7:1 до 2:1 при температуре от 300 до 303 К в течение 15 мин с последующим охлаждением до температуры 278÷283 К и перемещением полученного раствора на делительное устройство.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут при механическом перемешивании.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс очистки ведется в жидкой фазе без использования твердых сорбентов.