Способ получения тетракис-(трифторфосфина) никеля

Изобретение относится к технологии синтеза тетракис-(трифторфосфина) никеля, используемого для нанесения покрытий из никеля при осаждении из газовой фазы, и в качестве рабочего газа при газоцентрифужном обогащении изотопов никеля для производства бета-вольтаических источников тока. Способ получения тетракис-(трифторфосфина) никеля включает обезвоживание и разложение оксалата никеля путем его нагревания до температуры 300-350°C в вакууме с остаточным давлением в реакторе синтеза не более 5 Па. Далее проводят взаимодействие образованного порошка никеля с трифторидом фосфора при температуре 100-150°C и давлении 40-60 атм. Изобретение позволяет повысить безопасность процесса получения тетракис-(трифторфосфина) никеля за счет исключения использования газообразного водорода, повысить выход и чистоту продукта по содержанию серы. 1 табл.

 

Изобретение относится к способу получения фторфосфиновых соединений никеля, а более конкретно - к технологии синтеза тетракис-(трифторфосфина) никеля, используемого для получения покрытий из никеля по технологии химического осаждения из газовой фазы и в качестве рабочего газа при газоцентрифужном обогащении изотопов никеля для производства бета-вольтаических источников тока.

В качестве аналога выбран способ получения тетракис-(трифторфосфина) никеля, включающий взаимодействие трифторфосфина с никелевым порошком, предварительно обработанным водородом (см. авторское свидетельство №SU 1061391, C01B 25/10, опубликовано 15.02.87, бюллетень №6).

Известный способ осуществляют в следующей последовательности.

Порошок никеля природного изотопного состава предварительно обрабатывают водородом при температуре 200-500°C и давлении 1-3 атм, а затем проводят синтез тетракис-(трифторфосфина) никеля при взаимодействии активированного порошка никеля с трифторидом фосфора в условиях его непрерывной циркуляции. Процесс протекает при температуре 60-70°C и давлении 2-5 атм.

К недостаткам известного способа относится необходимость использования в процессе синтеза тетракис-(трифторфосфина) никеля водорода при повышенной температуре и давлении, что создает потенциальную опасность из-за возможности пожара и взрыва при утечках водорода. Также технологически весьма сложной является организация циркуляции трифторфосфина при повышенном давлении: соответствующее насосное оборудование является нестандартным.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий к предлагаемому изобретению способ получения тетракис-(трифторфосфина) никеля, заключающийся в нагревании оксалата никеля в присутствии серы, последующей обработке продуктов нагревания водородом и их взаимодействии с трифторидом фосфора (см. авторское свидетельство №SU 1406966, C01B 25/10, C01G 53/00, опубликовано 30.08.90, бюллетень №32).

Данный способ осуществляется по следующей технологии.

Готовят шихту из оксалата никеля и 0,1-3,0 масс. % элементной серы, которую помещают в аппарат для проведения процесса. Аппарат вакуумируют, шихту обезвоживают при температуре 120-150°C. Затем в аппарат напускают водород и проводят активацию при температуре 300-350°C и давлении 1-2 атм. После этого проводят процесс фторфосфинирования газообразным трифторидом фосфора при температуре 60-70°C и давлении 2-5 атм. Механизм процесса:

Недостатком прототипа является присутствие примеси в полученном соединении тетракис-(трифторфосфина) никеля в виде трифторфосфина серы. Технически достаточно сложно очистить продукт реакции - тетракис-(трифторфосфин) никеля от примесей трифторфосфина серы. Наличие примесей серы в продукте ведет к загрязнению никеля на стадии получения никелевых покрытий. Также в известном методе требуется применение водорода, что делает процесс пожаро- и взрывоопасным.

Задачей изобретения является получение химически чистого тетракис-(трифторфосфина) никеля в условиях, позволяющих использовать стандартное оборудование и аппараты.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе в качестве исходного продукта используется оксалат никеля, полученный осаждением при взаимодействии нитрата никеля и щавелевой кислоты. Оксалат никеля загружается в реактор для проведения процесса синтеза, который представляет собой сосуд из нержавеющей стали (реактор синтеза). Реактор синтеза с загруженным оксалатом никеля вакуумируется до остаточного давления не более 1-5 Па, после чего нагревается до температуры 300-350°C. В процессе нагрева остаточное давление в реакторе синтеза не должно превышать 5 Па. После завершения разложения оксалата никеля, сопровождающегося выделением паров воды и двуокиси углерода, реактор охлаждают до комнатной температуры. После чего в реактор подается газообразный трифторид фосфора до давления 40-60 атм, реактор герметизируется и нагревается при температуре 100-150°C в течение 30-40 часов. При этом из порошкообразного никеля, образовавшегося при разложении оксалата никеля в вакууме, и трифторфосфина протекает процесс образования тетракис-(трифторфосфин) никеля. Для отделения избытка трифторфосфина от продукта реакции реактор охлаждают до температуры -70°C и трифторфосфин удаляют в вакууме. Продукт дополнительно очищают при перегонке тетракис-(трифторфосфин) никеля из реактора в приемный баллон. Перегонку осуществляют путем переконденсации в вакууме при температуре реактора 0-20°C и температуре приемного контейнера -60°C при давлении 10-20 Па. Выход продукта (по никелю) составляет 95-98%. Результаты испытаний приведены в таблице.

Таким образом, предложенный способ, в отличие от прототипа, позволяет получать тетракис-(трифторфосфин) никеля без использования газообразного водорода, что приводит к повышению безопасности процесса и, соответственно, понижению класса безопасности установки и помещения, где осуществляют процесс получения тетракис-(трифторфосфина) никеля. Кроме того, полученный продукт не содержит примесей серы и осуществляется без использования дополнительной обработки водородом исходного сырья.

Способ получения тетракис-(трифторфосфина) никеля, включающий обезвоживание и разложение оксалата никеля путем его нагревания при 300-350°C при пониженном давлении и последующее взаимодействие полученного продукта с газообразным трифторидом фосфора при повышенной температуре и давлении, отличающийся тем, что разложение оксалата никеля в реакторе синтеза осуществляют при остаточном давлении в реакторе синтеза не более 5 Па, а процесс синтеза тетракис-(трифторфосфина) никеля проводят при температуре 100-150°C и давлении 40-60 атм.