Способ получения трифторида калия

Способ получения трифторида калия

Реферат

Изобретение относится к электролитическим способам получения соединений галогенов, а именно фтористых соединений калия, и может быть использовано для получения фтора.

Известно, что получение фтора в промышленности осуществляют посредством электролитического разложения трифторида калия при температуре 70-100°С. Получение исходного трифторида калия является достаточно сложной задачей.

Известен способ получения фторидов калия методом смешивания металлического калия и растворов фторидов аммония [И.Г.Рысс. Химия фтора и его неорганических соединений. М.: Госхимиздат, 1956, 707 с.]

Известен способ получения фторидов щелочных металлов при взаимодействии соответствующих гидроокисей или карбонатов с фтористоводородной кислотой [Галкин Н.П., Крутиков А.Б. Технология фтора. М.: Атомиздат, 1968, 32 с.].

Недостатком этого способа является необходимость использования высокоагрессивной и токсичной фтористоводородной кислоты.

Известен прототип получения трифторида калия методом барботажного насыщения фторида калия газообразным фтористым водородом [Галкин Н.П., Крутиков А.Б. Технология фтора. М.: Атомиздат, 1968, 34 с.].

Недостаток этого способа заключается в необходимости использования фтористого водорода, который является газообразным высокотоксичным соединением.

Поставлена задача получить трифторид калия без использования фтористого водорода.

Поставленная задача решена тем, что исходное калийсодержащие сырье и фториды аммония смешивают в стехиометрической пропорции и полученную смесь нагревают в интервале температур 75-240°С. При этом в качестве фторидов аммония используют фторид аммония (NH₄F), гидродифторид аммония (NH₄F·HF) и их смесь (NH₄F·nHF).

Известно, что температура плавления фторида аммония - 126°С. С повышением температуры расплав фторида аммония теряет аммиак и при температуре 240°С превращается в гидродифторид аммония. При дальнейшем повышении температуры гидродифторид аммония испаряется с разложением на аммиак и фтористый водород. При взаимодействии фторидов аммония с соединениями калия (например гидроксидом калия) происходит их фторирование и получение фторида калия по реакции:

KOH+NH₄F=KF+NH₃+H₂O.

При температуре выше 100°С вода и аммиак испаряются, остается чистый фторид калия. Если фториды аммония взяты с избытком, то полученный фторид калия будет растворяться в расплаве фторида аммония с образованием легкоплавкой эвтектики KF·2HF по реакции:

KF+2NH₄F=KF·2HF+2NН₃

Таким образом, можно записать суммарную реакцию образования трифторида калия из гидроксида калия и фторида аммония

KOH+3NH₄F=KF·2HF+3NH₃+Н₂О

Следовательно, способ включает операции получения фторида калия и насыщения его избыточным фтороводородом. С технологической стороны удобство заключается в способе насыщения, поскольку используемые в настоящее время в промышленности способы насыщения предполагают использование газообразного фтористого водорода, что сопряжено с рядом технических трудностей. Использование трифторида калия в качестве электролита для получения фтора предъявляет к нему жесткие требования по примесям. Не допускается избыточное содержание фторида аммония в электролите, поскольку это приводит к загрязнению фтора трифторидом азота. Фториды аммония необходимо вносить в калийсодержащее вещество с некоторым недостатком. В процессе электролиза трифторид калия постепенно теряет фтороводород и превращается в дифторид калия и фторид калия. Истощенный по фториду водорода фторид калия возможно регенерировать, добавляя в него новые порции фторида аммония.

Пример 1

Гидроксид калия массой 1 кг смешивают с 1,98 кг фторида аммония, смесь нагревают до температуры 130°С. В результате выделяется 0,91 кг аммиака, 0,32 кг паров воды и в твердом остатке остается 1,75 кг трифторида калия.

Пример 2

Гидроксид калия массой 1 кг смешивают с 1,53 кг гидродифторида аммония, смесь нагревают до температуры 130°С. В результате выделяется 0,46 кг аммиака, 0,32 кг паров воды и в твердом остатке остается 1,75 кг трифторида калия.

Пример 3

Фторид калия массой 1 кг смешивают с 2,95 кг фторида аммония, смесь нагревают до температуры 130°С. В результате выделяется 0,88 кг аммиака и в твердом остатке остается 1,69 кг трифторида калия.

Способ получения трифторида калия, заключающийся в насыщении фторидов калия фтористым водородом, отличающийся тем, что калийсодержащее сырье и фторирующий агент смешивают в стехиометрической пропорции и полученную смесь нагревают в интервале температур 75-240°С, при этом в качестве фторирующего агента используют фторид, или гидродифторид аммония, или их смесь.