【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及新能源材料領域，用于鋰離子電池電解質六氟磷酸鋰的制備原料，具體涉及高純五氟化磷的連續制備方法。
技術介紹
1、近年來，鋰離子電池作為新能源領域的研究熱點，其電解液中電解質六氟磷酸鋰的制備受到廣泛的關注和深入的研究。一般地，六氟磷酸鋰的制備工藝包括：1)采用五氯化磷和氟化氫為原料制備獲得五氟化磷與氯化氫的混合氣體；2)混合氣體再與溶解有氟化鋰的氟化氫溶液反應制備六氟磷酸鋰的氟化氫溶液；3)低溫冷凍溶有六氟磷酸鋰的氟化氫溶液，六氟磷酸鋰結晶，經過濾和干燥得到六氟磷酸鋰固體產品。其中，結晶包括靜態結晶工藝和動態結晶工藝，動態結晶工藝獲得的六氟磷酸鋰產品不溶物含量低，酸度低，優于靜態結晶獲得的產品質量。
2、為了滿足更高品質鋰離子電池電解液的需求，除了通過調整電解質鹽的結晶工藝外，人們開始通過研究高純五氟化磷來獲得高質量的六氟磷酸鋰，以進一步提高電解液的質量。
3、專利cn112850670a公開了采用精餾塔對三氯化磷、氯氣和氟化氫為原料制備獲得的五氟化磷混合氣進行純化的方法，該方法可提高五氟化磷的純度，但精餾五氟化磷需要低溫高壓條件，能耗較高；且五氟化磷與氯化氫沸點相近，難以完全分離，無法獲得高純五氟化磷。
4、專利cn113955729a公開了一種以多聚磷酸與氟化氫為原料，采用發煙硫酸或三氧化硫除去反應時產生的水，并通過加熱反應產物六氟磷酸獲得五氟化磷的方法。但該方法同時獲得副產物三氟氧磷，需要分離三氟氧磷才能得到五氟化磷；同時此方法產生的混酸量較大，給三廢處理帶來困難。專利cn10
5、專利cn112320824a公開了一種六氟磷酸鋰的生產方法，其中包括：在五氯化磷與氟化氫反應獲得的五氟化磷、氟化氫和氯化氫混合氣體中，加入縛氟劑和縛氯劑來分別除去氟化氫和氯化氫，但使用的縛氟劑和縛氯劑為三氧化硫，生成的廢酸量大，難以處理。
6、專利cn114014283a公開了一種采用六氟磷酸鹽與催化劑溶液進行催化反應，并經冷凝、加壓液化以及吸附雜質后得到五氟化磷的方法，但該方法操作繁雜，設備成本高。
7、專利cn102372264a公開了一種純化五氟化磷的方法，先通過氟氣和紅磷反應獲得純度≥95％的粗品五氟化磷氣體，再經冷凍液化獲得液態的五氟化磷氣體，之后在五氟化磷液體中通入高純惰性氣體，鼓泡吹脫獲得高純五氟化磷。雖然該方法可獲得純度優于99.9％的產品，但氟氣成本太高、反應條件苛刻、設備要求高，不利于產業化生產。
8、基于此，在現有工藝的基礎上提出了一種反應工藝可行，過程無需高壓低溫物理分離過程，設備結構易于制造，產品純度高，生產過程安全可控、環境友好、適合工業化生產的高純五氟化磷制備工藝是非常有研究價值和實用價值的。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題，本專利技術提出了一種以氟化鋁為載體，五氟化磷混合氣體為原料，無需混合氣體高壓低溫物理分離，效率高、產品純度高，反應過程安全可控、環境友好，具有產業化可行性和實用性的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法。
2、本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：
3、一種高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，所述制備方法包括：
4、(1)含五氟化磷的混合氣體和固體氟化鋁反應，制備獲得六氟磷酸鋁固體，所述混合氣體包含五氟化磷、氟化氫和氯化氫；
5、(2)所述六氟磷酸鋁固體在250～450℃之間受熱分解，收集獲得高純五氟化磷氣體。
6、優選地，所述六氟磷酸鋁固體在250～350℃之間受熱分解，更優選在250～300℃之間受熱分解。
7、本專利技術的固體氟化鋁并非任意，必須是由干法制備獲得、不含結晶水的多孔氟化鋁，且其孔徑≤100nm，比表面積≥1.0m2/g；
8、優選孔徑≤50nm，比表面積≥20m2/g；
9、更優選孔徑≤20nm，比表面積≥30m2/g。
10、所述固體氟化鋁呈現為內部空隙結構發達、比表面積大、吸附能力強的微晶狀物質，粒度和孔徑分布均勻，本專利技術所述氟化鋁只與混合氣體中的五氟化磷發生反應。
11、在一種實施方式中，所述含五氟化磷的混合氣體由五氯化磷和氟化氫反應獲得。制備時由固體五氯化磷加入到液體氟化氫中，或由液體氟化氫加入到固體五氯化磷中，五氯化磷和氟化氫的摩爾配比為1：(1～10)，反應溫度控制為-20～100℃，反應壓力控制為0.01～0.5mpa；
12、優選反應溫度50～80℃，優選反應壓力0.1～0.3mpa。
13、反應可以是間歇反應，也可以是連續反應，優選連續反應。
14、五氯化磷和氟化氫反應生成五氟化磷和副產氯化氫氣體，反應放熱使得五氟化磷和氯化氫在溢出時帶出部分未反應的氟化氫，形成含五氟化磷、氯化氫和氟化氫的混合氣體。將所述混合氣體導入裝有固體氟化鋁的反應器，混合氣體中的五氟化磷和氟化鋁反應生成六氟磷酸鋁。
15、在另一種實施方式中，所述含五氟化磷的混合氣體由三氯化磷、氟化氫和液氯反應制備獲得，三氯化磷、氟化氫和液氯的摩爾配比為1：(1～10)：(1～1.1)，反應溫度控制為-10～50℃，反應壓力控制為0.5～3.0mpa；
16、優選反應溫度為5～20℃，反應壓力為1.0～2.5mpa，以確保三氯化磷完全轉化為五氟化磷。同樣地，該反應可以是間歇反應，也可以是連續反應，優選連續反應。
17、上述兩種實施方式獲得的混合氣體中的五氟化磷和固體氟化鋁反應，五氟化磷完全反應，未反應的氟化氫和氯化氫進入分離系統，經加壓低溫分離分別獲得氟化氫和氯化氫，氟化氫可循環使用，氯化氫進入吸收系統制備工業鹽酸。
18、步驟(1)中，含五氟化磷的混合氣體和固體氟化鋁反應在雙層流化床中連續進行。在雙層流化床反應過程中，含五氟化磷的混合氣體和氟化鋁逆向輸送，具體為：氟化鋁固體從上端加料口進入反應器，含五氟化磷的混合氣體從底層反應床進入，經過下層反應床層反應后，未反應氣體再進入上層反應床層與固體氟化鋁反應，五氟化磷與氟化鋁的停留時間為10～600秒，優選為30～480秒，更優選為60～300秒，使五氟化磷完全轉化。
19、步驟(1)中，含五氟化磷的混合氣體和氟化鋁也可在雙層氣固相反應器或氣固相反應塔中進行，含五氟化磷的混合氣體和氟化鋁的停留時間為10～600秒，以確保反應本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述固體氟化鋁為干法制備的、不含結晶水的氟化鋁，其孔徑≤100nm，比表面積≥1.0m2/g。
3.根據權利要求1所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述含五氟化磷的混合氣體由五氯化磷和氟化氫反應獲得，反應溫度控制為-20～100℃，反應壓力控制為0.01～0.5MPa。
4.根據權利要求1所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述含五氟化磷的混合氣體由三氯化磷、氟化氫和液氯反應制備獲得，反應溫度控制為-10～50℃，反應壓力控制為0.5～3.0MPa。
5.根據權利要求1所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中含五氟化磷的混合氣體，以五氟化磷的量計，五氟化磷與氟化鋁的摩爾比為1：(1.0～100)。
6.根據權利要求1所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，含五氟化磷的混
7.根據權利要求5或6所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述步驟(1)的反應在雙層流化床中連續進行，含五氟化磷的混合氣體和氟化鋁逆向輸送，五氟化磷與氟化鋁的停留時間為10～600秒；以確保反應物料完全反應。
8.根據權利要求1所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：步驟(2)中，六氟磷酸鋁熱分解時間為0.1～10h。
9.根據權利要求8所述的高純五氟化磷的連續制備方法，其特征在于：步驟(2)的反應在溫度可控的熱分解反應器中進行。
10.根據權利要求1-9任一所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：連續制備方法具體包括：
11.根據權利要求1-9任一所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：半連續制備方法具體包括：
12.根據權利要求10所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：A2步驟中，所述熱分解反應器內設有螺桿輸送機。
13.根據權利要求12所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述螺桿輸送機為單螺桿輸送機或雙螺桿輸送機。
14.根據權利要求11所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：B2步驟中，所述熱分解反應器為熱分解反應釜。
15.根據權利要求10所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：A2步驟中，加熱分解獲得的氟化鋁返回A1步驟繼續反應；B2步驟中，加熱分解獲得的氟化鋁返回B1步驟繼續反應。
16.根據權利要求1-15任一所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：制備獲得的高純五氟化磷氣體的純度≥99.95％，氯離子含量≤2ppm。
...【技術特征摘要】
1.一種高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述固體氟化鋁為干法制備的、不含結晶水的氟化鋁，其孔徑≤100nm，比表面積≥1.0m2/g。
3.根據權利要求1所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述含五氟化磷的混合氣體由五氯化磷和氟化氫反應獲得，反應溫度控制為-20～100℃，反應壓力控制為0.01～0.5mpa。
4.根據權利要求1所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述含五氟化磷的混合氣體由三氯化磷、氟化氫和液氯反應制備獲得，反應溫度控制為-10～50℃，反應壓力控制為0.5～3.0mpa。
5.根據權利要求1所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中含五氟化磷的混合氣體，以五氟化磷的量計，五氟化磷與氟化鋁的摩爾比為1：(1.0～100)。
6.根據權利要求1所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，含五氟化磷的混合氣體和氟化鋁的反應溫度為0～150℃，反應壓力為0.1～2.0mpa。
7.根據權利要求5或6所述的高純五氟化磷的連續或半連續制備方法，其特征在于：所述步驟(1)的反應在雙層流化床中連續進行，含五氟化磷的混合氣體和氟化鋁逆向輸送，五氟化磷與氟化鋁的停留時間為10～600秒；以確保反...
【專利技術屬性】
技術研發人員：任建綱，吳海鋒，馬小紅，陳先進，張國利，
申請(專利權)人：中化藍天集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
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