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JP2007176768A - Method for producing fluorine gas - Google Patents

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JP2007176768A
JP2007176768A JP2005379629A JP2005379629A JP2007176768A JP 2007176768 A JP2007176768 A JP 2007176768A JP 2005379629 A JP2005379629 A JP 2005379629A JP 2005379629 A JP2005379629 A JP 2005379629A JP 2007176768 A JP2007176768 A JP 2007176768A
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fluorine gas
fluorine
metal fluoride
producing
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JP2005379629A
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Japanese (ja)
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Junichi Torisu
純一 鳥巣
Masakazu Oka
正和 岡
Tomoyuki Fukuyo
知行 福世
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Resonac Holdings Corp
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Showa Denko KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing a fluorine gas, that is employable as an etching gas and a cleaning gas in producing semiconductors or liquid crystals, inexpensively on a massive scale. <P>SOLUTION: The method of producing fluorine gas comprises heating a higher metal fluoride under a gas flow. Examples of the higher valence metal fluoride preferably include a manganese fluoride represented by MnF<SB>x</SB>and a nickel potassium fluoride represented by K<SB>3</SB>NiF<SB>y</SB>wherein y is 6-7. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高次金属フッ化物を加熱してフッ素ガスを製造する方法に関する。より詳しくは、ガス流通下で高次金属フッ化物を加熱して効率的にフッ素ガスを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a fluorine gas by heating a higher-order metal fluoride. More specifically, the present invention relates to a method for efficiently producing fluorine gas by heating a high-order metal fluoride under gas flow.

フッ素ガスは、各種フッ化物の合成原料に使用されるとともに、最近では半導体や液晶などの電子部品のクリーニングガスやエッチングガスとして使用され始めている。一般的なフッ素ガスの工業的製造はKF・2HF溶融塩の電気分解によって行われる。この方法で得られたフッ素ガスには、HF、O2、N2、CO2、CF4、SiF4等の電極や原料由
来の不純物ガスが含まれることがあり、高純度のフッ素ガスを得ることは困難である。また、フッ素電解槽はメンテナンスや安全運転が難しい。さらに、付帯設備が必要なことから設備投資が高く、ある程度の使用量がないとフッ素ガスが非常に高価になり、これまで安価な高純度フッ素ガスを供給することは難しかった。
Fluorine gas is used as a raw material for synthesizing various fluorides, and recently has begun to be used as a cleaning gas and etching gas for electronic parts such as semiconductors and liquid crystals. General industrial production of fluorine gas is performed by electrolysis of KF · 2HF molten salt. The fluorine gas obtained by this method may contain impurity gases derived from electrodes and raw materials such as HF, O 2 , N 2 , CO 2 , CF 4 , SiF 4, etc., and a high-purity fluorine gas is obtained. It is difficult. Moreover, maintenance and safe operation are difficult for a fluorine electrolytic cell. Furthermore, since ancillary facilities are required, the capital investment is high, and the fluorine gas becomes very expensive if there is no amount of use, so far it has been difficult to supply inexpensive high-purity fluorine gas.

また、フッ素ガスは最も強い酸化性を持つ支燃性ガスであり、毒性も高く、材料腐食性も強いため、日本においては特別な場合を除き、商業ベースでは希釈していない圧縮ガスボンベとしてほとんど流通していない。   Fluorine gas is the most oxidative combustion-supporting gas, highly toxic, and highly corrosive to materials. Therefore, in Japan, except for special cases, it is almost distributed as a compressed gas cylinder that is not diluted on a commercial basis. Not done.

ボンベ以外のフッ素ガスの供給方法として、従来から高次金属フッ化物などのフッ素吸蔵合金を用いた吸蔵法が知られている。たとえば、特表平5−502981号公報(特許文献1)には、フッ素ガスを固体に吸蔵させた状態で保存し、フッ素ガスを使用する際にその固体を収めた容器を加熱して、下記式(1)の反応によりフッ素ガスを発生させるフッ素ガス発生器が開示されている。   As a method for supplying fluorine gas other than a cylinder, an occlusion method using a fluorine occlusion alloy such as a higher order metal fluoride has been conventionally known. For example, in Japanese Patent Publication No. 5-502981 (Patent Document 1), fluorine gas is stored in a solid state, and when the fluorine gas is used, the container containing the solid is heated, A fluorine gas generator that generates fluorine gas by the reaction of the formula (1) is disclosed.

3NiF7 → K3NiF6 + 1/2F2 ・・・(1)
吸蔵法は、フッ素吸蔵合金にフッ素を吸蔵させ、フッ素吸蔵合金を加熱することによりフッ素ガスを発生させる方法であり、フッ素吸蔵合金を加熱するという簡単な操作だけでフッ素ガスを発生できるため、フッ素ガス発生装置を簡易かつ小型化できる。したがって、吸蔵法を利用したフッ素ガス発生装置はオンサイト型のフッ素ガス発生装置として有用である。
K 3 NiF 7 → K 3 NiF 6 + 1 / 2F 2 (1)
The storage method is a method of generating fluorine gas by storing fluorine in the fluorine storage alloy and heating the fluorine storage alloy. Since fluorine gas can be generated by a simple operation of heating the fluorine storage alloy, The gas generator can be simplified and downsized. Therefore, the fluorine gas generator using the occlusion method is useful as an on-site type fluorine gas generator.

しかしながら、吸蔵法を利用した従来のフッ素ガス発生装置はフッ素ガスの発生圧力がそれほど高くなく、ガス発生量も十分ではなかった。さらに、従来からフッ素の発生速度を高めるためにガス発生装置のヒーターの熱量を増大させたり、内部フィンを設置して熱効率を改良する方法が採用されているが、加熱温度を高くしても十分な量のフッ素ガスが得られないことがあった。   However, the conventional fluorine gas generator using the occlusion method does not have a high fluorine gas generation pressure, and the gas generation amount is not sufficient. Furthermore, in order to increase the generation rate of fluorine, conventional methods of increasing the amount of heat of the heater of the gas generator or improving the thermal efficiency by installing internal fins are sufficient, but it is sufficient even if the heating temperature is raised A sufficient amount of fluorine gas could not be obtained.

また、K3NiF7に比べて多くのフッ素ガスを発生できるフッ化金属として、CoF3
やMnF4等が知られているが、フッ素ガスの発生速度や純度、工業的なレベル(kg単
位以上)で効率的にフッ素ガスを製造する方法についてはこれまで検討されていなかった。しかしながら、半導体等の電子産業の分野では年々微細加工化が進んでおり、エッチングガスとしてフッ素ガスを使用する技術の開発も進められ、さらに、フッ素ガスが地球温暖化係数の少ないガスであることからCVDチャンバーのクリーニングガスとしての利用も期待されており、安価なフッ素ガスの製造方法の開発が求められている。
特表平5−502981号公報
Further, CoF 3 is a metal fluoride that can generate more fluorine gas than K 3 NiF 7.
And MnF 4 are known. However, the generation rate and purity of fluorine gas, and a method for efficiently producing fluorine gas at an industrial level (kg unit or more) have not been studied so far. However, in the field of electronic industries such as semiconductors, microfabrication is progressing year by year, and the development of technology that uses fluorine gas as an etching gas is also progressing. Furthermore, fluorine gas is a gas with a low global warming potential. Use as a cleaning gas for a CVD chamber is also expected, and development of an inexpensive method for producing fluorine gas is required.
Japanese National Patent Publication No. 5-502981

本発明は、上記のような従来技術に伴う問題を解決しようとするものであって、解決すべき課題は、例えば、半導体や液晶を製造する際にエッチングガス及びクリーニングガスとして使用することができるフッ素ガスを安価に、かつ大量に製造する方法を提供することにある。   The present invention is intended to solve the problems associated with the prior art as described above, and the problem to be solved can be used, for example, as an etching gas and a cleaning gas when manufacturing semiconductors and liquid crystals. The object is to provide a method for producing a large amount of fluorine gas at low cost.

本発明者らは、上記問題点を解決すべく鋭意研究した結果、装置全体でのガス発生速度が高くならず、最終的なガス発生量も少なくなる原因が、吸蔵合金へのフッ素の吸着脱離平衡にあると考えた。すなわち、フッ素吸蔵法において、フッ素は吸蔵合金に対して吸着と脱離の平衡状態にあり、容器に充填されたフッ素吸蔵合金(高次金属フッ化物)を加熱した場合、高次金属フッ化物充填層内に熱分布が生じるため、上記吸着脱離平衡により、高温部ではフッ素が脱離してフッ素ガスが発生するが、発生したガスが低温部で再吸着すると考えた。そこで、本発明者らは、高次金属フッ化物層内にガスの流れを形成し、ガス流通下で高次金属フッ化物を加熱することにより、高次金属フッ化物層からフッ素ガスを発生させ、発生したフッ素ガスの金属フッ化物への再吸収を防ぐことができ、その結果、フッ素ガスのガス発生速度が増大して、フッ素発生剤(高次金属フッ化物)当りの最終的なガス発生量を増加させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記[1]から[9]で構成される。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the reason why the gas generation rate in the entire apparatus is not increased and the final gas generation amount is reduced is the adsorption and desorption of fluorine from the storage alloy. I thought it was in equilibrium. That is, in the fluorine storage method, fluorine is in an equilibrium state of adsorption and desorption with respect to the storage alloy, and when the fluorine storage alloy (high order metal fluoride) filled in the container is heated, the high order metal fluoride is filled. Since heat distribution occurs in the layer, the above adsorption / desorption equilibrium caused fluorine to desorb and generate fluorine gas at the high temperature part, but the generated gas was considered to be re-adsorbed at the low temperature part. Therefore, the present inventors generate fluorine gas from the high order metal fluoride layer by forming a gas flow in the high order metal fluoride layer and heating the high order metal fluoride under the gas flow. , Re-absorption of the generated fluorine gas into the metal fluoride can be prevented. As a result, the gas generation rate of the fluorine gas is increased, and the final gas generation per fluorine generator (higher metal fluoride) is achieved. The inventors have found that the amount can be increased and have completed the present invention.
That is, the present invention includes the following [1] to [9].

[1]ガス流通下で高次金属フッ化物を加熱することを特徴とするフッ素ガスの製造方法。   [1] A method for producing fluorine gas, comprising heating a higher-order metal fluoride under gas flow.

[2]前記高次金属フッ化物が、平均組成式MnFx(xは3〜4)で表されるフッ化
マンガンおよび平均組成式K3NiFy(yは6〜7)で表されるフッ化ニッケルカリウムから選ばれる少なくとも1種の金属フッ化物であることを特徴とする上記[1]に記載のフッ素ガスの製造方法。
[2] The higher-order metal fluoride contains manganese fluoride represented by an average composition formula MnF x (x is 3 to 4) and a fluoride represented by an average composition formula K 3 NiF y (y is 6 to 7). The method for producing a fluorine gas according to the above [1], which is at least one metal fluoride selected from nickel potassium bromide.

[3]前記高次金属フッ化物が、平均組成式MnFx(xは3〜4)で表されるフッ化
マンガンであることを特徴とする上記[2]に記載のフッ素ガスの製造方法。
[3] The method for producing fluorine gas according to [2], wherein the higher-order metal fluoride is manganese fluoride represented by an average composition formula MnF x (x is 3 to 4).

[4]高次金属フッ化物の加熱温度が300〜450℃であることを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれかに記載のフッ素ガスの製造方法。   [4] The method for producing a fluorine gas according to any one of the above [1] to [3], wherein the heating temperature of the high-order metal fluoride is 300 to 450 ° C.

[5]前記ガスを予め加熱することを特徴とする上記[1]〜[4]のいずれかに記載のフッ素ガスの製造方法。   [5] The method for producing a fluorine gas according to any one of the above [1] to [4], wherein the gas is heated in advance.

[6]前記加熱温度が280〜500℃であることを特徴とする上記[5]に記載のフッ素ガスの製造方法。   [6] The method for producing fluorine gas as described in [5] above, wherein the heating temperature is 280 to 500 ° C.

[7]前記ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンおよびネオンから選ばれる少なくとも1種の不活性ガスであることを特徴とする上記[1]〜[6]のいずれかに記載のフッ素ガスの製造方法。   [7] The fluorine gas according to any one of [1] to [6], wherein the gas is at least one inert gas selected from nitrogen, argon, helium, krypton, and neon. Production method.

[8]前記ガスがフッ素ガスを含むことを特徴とする上記[1]〜[6]のいずれかに記載のフッ素ガスの製造方法。   [8] The method for producing fluorine gas according to any one of [1] to [6], wherein the gas contains fluorine gas.

[9]上記[1]〜[8]のいずれかに記載の製造方法に使用した後の金属フッ化物にフッ素ガスを吸蔵させ、得られた高次金属フッ化物を用いて上記[1]〜[8]のいずれ
かに記載の製造方法によりフッ素ガスを発生させることを特徴とするフッ素ガスの製造方法。
[9] The metal fluoride after being used in the production method according to any one of [1] to [8] described above is occluded with fluorine gas, and the obtained higher-order metal fluoride is used to obtain the above [1] to [1] to [9]. [8] A method for producing fluorine gas, comprising generating fluorine gas by the production method according to any one of [8].

本発明によると、高次金属フッ化物から発生したフッ素ガスの金属フッ化物への再吸収を防ぎ、フッ素ガスの発生速度を向上させることができ、フッ素ガスを大量に製造することができる。さらに、ガスを流通させない場合に比べて低い温度で加熱することができ、設備投資の軽減やランニングコストの削減など経済的にも有利である。   According to the present invention, it is possible to prevent reabsorption of fluorine gas generated from a higher-order metal fluoride into the metal fluoride, improve the generation rate of fluorine gas, and produce a large amount of fluorine gas. Furthermore, it can be heated at a lower temperature than when no gas is circulated, which is economically advantageous in terms of reducing capital investment and running costs.

以下、本発明について詳しく説明する。
本発明に用いられる高次金属フッ化物は、固体として安定に存在し、加熱によりフッ素ガスを発生するものであれば特に限定されず、従来公知の方法によって調製することができ、たとえば、HF等の酸化力の弱いフッ素化剤で金属または金属塩をフッ素化して得られる金属フッ化物を、さらに酸化力の強いフッ素化剤でフッ素化して金属の価数を増加させた金属フッ化物である。本発明では、このような高次金属フッ化物のうち、平均組成式MnFx(xは3〜4)で表されるフッ化マンガンおよび平均組成式K3NiFy(yは6
〜7)で表されるフッ化ニッケルカリウムが好ましく、高次金属フッ化物に対するフッ素ガス発生割合が10質量%以上である点で、平均組成式MnFx(xは3〜4)で表され
るフッ化マンガンがより好ましく、加熱温度をより低くでき、容器の材質にかかるコストを低減でき、さらにフッ素ガス発生割合がより高くなる点で、xは大きい方が好ましい。
The present invention will be described in detail below.
The high-order metal fluoride used in the present invention is not particularly limited as long as it is stably present as a solid and generates fluorine gas by heating, and can be prepared by a conventionally known method, such as HF. This is a metal fluoride obtained by fluorinating a metal fluoride obtained by fluorinating a metal or a metal salt with a fluorinating agent having a weak oxidizing power, and further increasing the metal valence by fluorinating with a fluorinating agent having a strong oxidizing power. In the present invention, among such highly oxidized metal fluoride, the average composition formula MnF x (x is 3-4) is manganese fluoride and the average composition formula K 3 NiF y (y is represented by 6
To 7) are preferred, and the average composition formula MnF x (x is 3 to 4) is that the fluorine gas generation ratio relative to the higher-order metal fluoride is 10% by mass or more. Manganese fluoride is more preferable, x can be lower in that the heating temperature can be lowered, the cost of the container material can be reduced, and the fluorine gas generation rate is higher.

通常、フッ化マンガンMnFx(xは3〜4)、ならびにフッ化ニッケルカリウムK3NiFy(yは6〜7)は、それぞれ、MnF3で表される結晶とMnF4で表される結晶と
の混合物ならびにK3NiF6で表される結晶とK3NiF7で表される結晶との混合物として得られる。上記平均組成式は、このような混合物の平均組成を表し、たとえば、MnF3を50%、MnF4を50%含有するフッ化マンガンの場合には、MnF3.5と表され、
3NiF6を50%、K3NiF7を50%含有するフッ化マンガンの場合には、K3Ni
6.5と表される。
Usually, manganese fluoride MnF x (x is 3 to 4) and nickel fluoride potassium K 3 NiF y (y is 6 to 7) are crystals represented by MnF 3 and MnF 4 , respectively. And a mixture of crystals represented by K 3 NiF 6 and crystals represented by K 3 NiF 7 . The above average composition formula represents the average composition of such a mixture. For example, in the case of manganese fluoride containing 50% MnF 3 and 50% MnF 4 , it is expressed as MnF 3.5 .
K 3 NiF 6 to 50%, in the case of manganese fluoride containing K 3 NiF 7 50% is, K 3 Ni
Expressed as F 6.5 .

また、上記「高次金属フッ化物に対するフッ素ガス発生割合」とは、フッ素ガス生成反応式から理論的に求められる値である。たとえば、MnF4の場合、下記式(2)
MnF4 → MnF3 + 1/2F2 ・・・(2)
のように、MnF41モル(131g)からF2が1/2モル(19g)が生成する。従って、MnF4からのフッ素ガス発生割合は19/131×100=15質量%となる。
The “fluorine gas generation ratio with respect to the higher-order metal fluoride” is a value theoretically obtained from the fluorine gas generation reaction formula. For example, if the MnF 4, the following formula (2)
MnF 4 → MnF 3 + 1 / 2F 2 (2)
As described above, ½ mol (19 g) of F 2 is produced from 1 mol (131 g) of MnF 4 . Therefore, the fluorine gas generation ratio from MnF 4 is 19/131 × 100 = 15 mass%.

本発明では、上記高次金属フッ化物を1種単独で、または2種以上を混合して使用して
もよい。
本発明では、上記高次金属フッ化物をガス発生容器に装入し、このガス発生容器にガスを流通させて高次金属フッ化物を加熱する。この加熱により、たとえば、MnF4の場合
には、下記式(3)のようにフッ素ガスが発生する。
In the present invention, the higher-order metal fluorides may be used alone or in combination of two or more.
In the present invention, the high-order metal fluoride is charged into a gas generation container, and the high-order metal fluoride is heated by circulating gas in the gas generation container. By this heating, for example, in the case of MnF 4 , fluorine gas is generated as shown in the following formula (3).

2MnF4 → 2MnF3 + F2 ・・・(3)
上記ガス発生容器の容量は、下記工程で発生するガスの量により適宜設定することができる。ガス発生容器の材質は、ニッケル、モネル、ステンレス等の耐食性の金属材料を選択することが好ましく、これらの金属材料の表面をフッ素ガスで予め不動態化することが好ましい。また、金属材料の表面にニッケルメッキを施した後、その表面をフッ素ガスで不動態化してもよい。
2MnF 4 → 2MnF 3 + F 2 (3)
The capacity of the gas generating container can be appropriately set depending on the amount of gas generated in the following steps. The material of the gas generating container is preferably selected from corrosion-resistant metal materials such as nickel, monel, and stainless steel, and the surface of these metal materials is preferably passivated in advance with fluorine gas. Alternatively, after nickel plating is applied to the surface of the metal material, the surface may be passivated with fluorine gas.

高次金属フッ化物はガス発生容器に充填装入してもよいが、適度な隙間を空けて装入す
ることが好ましい。特に、高次金属フッ化物を密に充填すると、高次金属フッ化物層により圧力損失が発生し、ガスの流通が妨げられることがあり好ましくない。また、高次金属フッ化物からのフッ素ガス生成反応(上記式(3))は、下記式(4)
2MnF3 + F2 → 2MnF4 ・・・(3)
のような吸収反応と平衡関係にあり、ガス発生容器内のガスの流通が十分でないと、発生したフッ素ガスが迅速に容器から流出せず、再度、金属フッ化物に吸収することがある。
The high-order metal fluoride may be charged into the gas generating container, but it is preferable to charge with a proper gap. In particular, when the high-order metal fluoride is densely filled, pressure loss is generated by the high-order metal fluoride layer, which may hinder the gas flow. In addition, the fluorine gas generation reaction from the higher order metal fluoride (the above formula (3)) is expressed by the following formula (4)
2MnF 3 + F 2 → 2MnF 4 (3)
If the gas distribution in the gas generation container is not sufficiently distributed, the generated fluorine gas may not quickly flow out of the container and may be absorbed again by the metal fluoride.

したがって、高次金属フッ化物はガスの流通経路を確保できる程度に隙間を空けてガス発生容器に装入することが好ましい。ガス流通経路を確保する手段としては、ガス発生容器内に通気性を有する構造体により複数の区画を設け、構造体の通気性を損なわないように各区画内に高次金属フッ化物を装入する方法が挙げられる。このように、ガスの流通経路を確保できる程度に隙間を空けて高次金属フッ化物をガス発生容器に装入することにより、ガスが圧力損失等により阻害されることなく流通し、発生したフッ素ガスを迅速にガス発生容器外に流出させることができ、フッ素の再吸収を防止し、フッ素ガスの発生量を増加させることができ、フッ素ガスの製造効率を高めることができる。   Therefore, it is preferable to insert the high-order metal fluoride into the gas generation container with a gap so as to ensure a gas flow path. As a means for securing the gas flow path, a plurality of compartments are provided in the gas generation container by a gas-permeable structure, and a high-order metal fluoride is introduced into each compartment so as not to impair the gas permeability of the structure. The method of doing is mentioned. In this way, by introducing a high-order metal fluoride into the gas generation container with a gap to an extent that can secure a gas flow path, the gas can be circulated without being hindered by pressure loss or the like and generated fluorine. The gas can be quickly discharged out of the gas generation container, fluorine reabsorption can be prevented, the amount of fluorine gas generated can be increased, and the production efficiency of fluorine gas can be increased.

高次金属フッ化物の加熱温度は、300〜450℃が好ましく、330〜420℃がより好ましく、350〜400℃が特に好ましい。加熱温度を300℃以上にすると、フッ素ガス発生装置の圧力をフッ素ガス供給先の圧力よりも高くすることができ、フッ素ガスの供給圧力を容易に調整することができる。しかし、フッ素ガスの発生圧力は加熱温度に対して指数関数的に増加するため、高圧になりやすい。加熱温度が上記範囲を超えると高圧のフッ素ガスが発生し、安全面において好ましくなく、また、ガス発生容器の耐圧を高めるために容器の肉厚を厚くする必要があり、経済的にも好ましくない。   The heating temperature of the higher order metal fluoride is preferably 300 to 450 ° C, more preferably 330 to 420 ° C, and particularly preferably 350 to 400 ° C. When the heating temperature is set to 300 ° C. or higher, the pressure of the fluorine gas generator can be made higher than the pressure of the fluorine gas supply destination, and the supply pressure of the fluorine gas can be easily adjusted. However, since the generation pressure of fluorine gas increases exponentially with respect to the heating temperature, it tends to be high pressure. When the heating temperature exceeds the above range, high-pressure fluorine gas is generated, which is not preferable in terms of safety, and it is necessary to increase the thickness of the container in order to increase the pressure resistance of the gas generating container, which is not preferable economically. .

上記加熱は、フッ素ガス発生装置の外部からヒーター等により行なうことができるが、これに加えて、フッ素ガス発生装置の内部に伝熱体を設けて加熱することが好ましい。この伝熱体により高次金属フッ化物は効率的に加熱され、フッ素ガス発生速度の低下を防止することができる。上記伝熱体は、フッ素ガス生成時の吸熱反応による温度低下を補えるものであれば特に制限はなく、フッ素ガス発生装置の内壁に伝熱体の一部が接触していればよい。   Although the said heating can be performed with a heater etc. from the exterior of a fluorine gas generator, in addition to this, it is preferable to provide and heat a heat-transfer body inside a fluorine gas generator. The higher order metal fluoride is efficiently heated by this heat transfer body, and a decrease in the fluorine gas generation rate can be prevented. The heat transfer body is not particularly limited as long as it can compensate for a temperature decrease due to an endothermic reaction during the generation of fluorine gas, and it is sufficient that a part of the heat transfer body is in contact with the inner wall of the fluorine gas generator.

ガス発生装置に流通させるガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、ネオンなどの不活性ガスが挙げられ、これらを1種単独で用いても2種以上の混合ガスとして用いてもよい。また、上記ガスにはフッ素ガスが含まれていてもよい。特に、上記ガスとしてフッ素ガスを流通させると濃度100質量%のフッ素ガスを製造することができる。   Examples of the gas to be circulated through the gas generator include inert gases such as nitrogen, argon, helium, krypton, and neon, and these may be used alone or as a mixture of two or more. . Further, the gas may contain fluorine gas. In particular, when fluorine gas is circulated as the gas, fluorine gas having a concentration of 100% by mass can be produced.

ガス発生装置へのガス供給速度は、特に限定されず、所望のフッ素ガス流量、フッ素ガス濃度等に応じて適宜設定することができる。
また、上記ガスは、ガス発生装置に供給される前に予め加熱されていることが好ましい。この加熱により、フッ素ガス生成時の吸熱反応による温度低下を補うことができ、フッ素ガス発生速度の低下を防止することができる。ガスの加熱温度は280〜500℃が好ましい。
The gas supply rate to the gas generator is not particularly limited, and can be appropriately set according to a desired fluorine gas flow rate, fluorine gas concentration, and the like.
The gas is preferably preheated before being supplied to the gas generator. This heating can compensate for a temperature decrease due to an endothermic reaction during the generation of fluorine gas, and can prevent a decrease in the fluorine gas generation rate. The heating temperature of the gas is preferably 280 to 500 ° C.

このようにして製造したフッ素ガスは、窒素ガス等により適宜希釈して任意の濃度のフッ素ガスとして使用することができる。また、上記方法によりフッ素ガスを製造した後の金属フッ化物は、金属の価数が低下しているが、この金属フッ化物にフッ素ガスを吸蔵させることにより高次金属フッ化物に変換することができ、再度、上記フッ素ガスの製造に使用できる。   The fluorine gas thus produced can be appropriately diluted with nitrogen gas or the like and used as a fluorine gas having an arbitrary concentration. Further, the metal fluoride after the fluorine gas is produced by the above method has a reduced metal valence, but the metal fluoride can be converted into a higher-order metal fluoride by occluding the fluorine gas. It can be used again for the production of the fluorine gas.

[実施例]
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は、この実施例により何ら限定されるものではない。実施例および比較例は、20体積%のフッ素ガスを1000cc/minで供給する場合について実施した結果を示す。
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited at all by this Example. The examples and comparative examples show the results of the case where 20 vol% fluorine gas is supplied at 1000 cc / min.

(フッ素ガスの分析方法)
フッ素ガス濃度は、5質量%のKI水溶液にサンプリングしたガスを流通させ、遊離したI2を0.1NのNa223水溶液にて滴定して求めた。
(Fluorine gas analysis method)
Fluorine gas concentration, is passed through a 5% by weight of the aqueous solution of KI in sampled gas was determined by titrating the liberated I 2 with Na 2 S 2 O 3 aqueous solution of 0.1 N.

図1に示すフッ素ガス製造装置を用いた。ガス発生容器7(Ni製、内容量5L、φ100mm×640mm)にMnF3.8を6500g装入した。バルブ1を開け、マスフロ
ーコントローラー3で流量を400cc/minに制御して窒素をプレヒートカラム2に供給し、プレヒーター4で360℃に加熱した後、ガス発生容器7に供給した。ヒーター5により上記MnF3.8を窒素ガス存在下で350℃に加熱し、フッ素ガスを発生させた
。同時に、バルブ12を開け、希釈ガスとしてマスフローコントローラー11で流量を400cc/minに制御した窒素ガスを供給し、上記フッ素ガスと混合した。このとき、フローメーター8の表示は1000cc/minを示した。また、バルブ9およびバルブ13よりサンプリングしてフッ素ガス濃度を測定した。結果を表1に示す。
The fluorine gas production apparatus shown in FIG. 1 was used. 6500 g of MnF 3.8 was charged into a gas generation container 7 (made of Ni, internal volume 5 L, φ100 mm × 640 mm). The valve 1 was opened, the flow rate was controlled to 400 cc / min with the mass flow controller 3, nitrogen was supplied to the preheat column 2, heated to 360 ° C. with the preheater 4, and then supplied to the gas generation container 7. The heater 5 heated the MnF 3.8 to 350 ° C. in the presence of nitrogen gas to generate fluorine gas. At the same time, the valve 12 was opened, nitrogen gas whose flow rate was controlled to 400 cc / min by the mass flow controller 11 was supplied as a dilution gas, and mixed with the fluorine gas. At this time, the display of the flow meter 8 showed 1000 cc / min. Further, the fluorine gas concentration was measured by sampling from the valve 9 and the valve 13. The results are shown in Table 1.

Figure 2007176768
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引き続き、加熱を継続したところ、フローメーター8におけるガス流量が960cc/minに低下した。このとき、バルブ9およびバルブ13よりサンプリングしてフッ素ガス濃度を測定した。結果を表2に示す。   When the heating was continued, the gas flow rate in the flow meter 8 decreased to 960 cc / min. At this time, the fluorine gas concentration was measured by sampling from the valve 9 and the valve 13. The results are shown in Table 2.

Figure 2007176768
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その後、フローメーター8におけるガス流量が1000cc/minとなるように、マスフローコントローラー3における窒素ガス流量を500cc/minに調整し、マスフローコントローラー11における窒素ガス流量を300cc/minに調整した。このとき、バルブ9およびバルブ13よりサンプリングしてフッ素ガス濃度を測定した。結果を表3に示す。   Thereafter, the nitrogen gas flow rate in the mass flow controller 3 was adjusted to 500 cc / min so that the gas flow rate in the flow meter 8 was 1000 cc / min, and the nitrogen gas flow rate in the mass flow controller 11 was adjusted to 300 cc / min. At this time, the fluorine gas concentration was measured by sampling from the valve 9 and the valve 13. The results are shown in Table 3.

Figure 2007176768
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引き続き、加熱を継続したところ、フローメーター8におけるガス流量が低下したため、フローメーター8におけるガス流量が1000cc/minとなるように、マスフローコントローラー3におけるガス流量を増大させ、マスフローコントローラー11におけるガス流量を低下させた。マスフローコントローラー11におけるガス流量を0cc/min(全閉)、マスフローコントローラー3におけるガス流量を800cc/minに調整し、フローメーター8におけるガス流量が1000cc/minとなった時点で、バルブ9およびバルブ13よりサンプリングしてフッ素ガス濃度を測定した。結果を表4に示す。   Subsequently, when the heating was continued, the gas flow rate in the flow meter 8 decreased so that the gas flow rate in the mass flow controller 3 was increased so that the gas flow rate in the flow meter 8 was 1000 cc / min. Reduced. When the gas flow rate in the mass flow controller 11 is adjusted to 0 cc / min (fully closed), the gas flow rate in the mass flow controller 3 is adjusted to 800 cc / min, and the gas flow rate in the flow meter 8 reaches 1000 cc / min, the valves 9 and 13 Further sampling was performed to measure the fluorine gas concentration. The results are shown in Table 4.

Figure 2007176768
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その後、ヒーター5による加熱温度を360℃に上昇させた。このとき、フローメーター8の表示は1220cc/minを示した。また、バルブ9およびバルブ13よりサンプリングしてフッ素ガス濃度を測定した。結果を表5に示す。   Thereafter, the heating temperature by the heater 5 was increased to 360 ° C. At this time, the display of the flow meter 8 showed 1220 cc / min. Further, the fluorine gas concentration was measured by sampling from the valve 9 and the valve 13. The results are shown in Table 5.

Figure 2007176768
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その後、フローメーター8におけるガス流量が1000cc/minとなるように、マスフローコントローラー11におけるガス流量を220cc/min、マスフローコントローラー3におけるガス流量を580cc/minに調整した。このとき、バルブ9およびバルブ13よりサンプリングしてフッ素ガス濃度を測定した。結果を表6に示す。   Thereafter, the gas flow rate in the mass flow controller 11 was adjusted to 220 cc / min and the gas flow rate in the mass flow controller 3 was adjusted to 580 cc / min so that the gas flow rate in the flow meter 8 was 1000 cc / min. At this time, the fluorine gas concentration was measured by sampling from the valve 9 and the valve 13. The results are shown in Table 6.

Figure 2007176768
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引き続き、加熱を継続したところ、フローメーター8におけるガス流量が低下したため、上記と同様に、フローメーター8におけるガス流量が1000cc/minとなるように、マスフローコントローラー3におけるガス流量を増大させ、マスフローコントローラー11におけるガス流量を低下させた。また、上記と同様に、マスフローコントローラー11におけるガス流量を0cc/minまで低下させた場合は、その後のヒーター5による加熱温度を上昇させ、フローメーター8におけるガス流量が1000cc/minとなるように、マスフローコントローラー3におけるガス流量とマスフローコントローラー11におけるガス流量を調整した。370℃、380℃、390℃、400℃におけるフッ素ガス濃度を表7に示す。   When the heating was continued, the gas flow rate in the flow meter 8 decreased, so that the gas flow rate in the mass flow controller 3 was increased so that the gas flow rate in the flow meter 8 became 1000 cc / min as described above. The gas flow rate at 11 was reduced. Similarly to the above, when the gas flow rate in the mass flow controller 11 is reduced to 0 cc / min, the subsequent heating temperature by the heater 5 is increased so that the gas flow rate in the flow meter 8 becomes 1000 cc / min. The gas flow rate in the mass flow controller 3 and the gas flow rate in the mass flow controller 11 were adjusted. Table 7 shows the fluorine gas concentrations at 370 ° C, 380 ° C, 390 ° C, and 400 ° C.

Figure 2007176768
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ヒーター5による加熱温度が400℃、マスフローコントローラー3におけるガス流量が800cc/min、フローメーター8におけるガス流量が1000cc/minとなった時点で、ガスの製造を停止した。製造終了後、ガス発生容器の減少重量を測定してフッ素ガスの発生量を算出したところ、900gであった。   Gas production was stopped when the heating temperature by the heater 5 was 400 ° C., the gas flow rate in the mass flow controller 3 was 800 cc / min, and the gas flow rate in the flow meter 8 was 1000 cc / min. After the production was completed, the amount of fluorine gas generated was calculated by measuring the reduced weight of the gas generating container and found to be 900 g.

[比較例1]
図2に示すフッ素ガス製造装置を用いた。ガス発生容器7(Ni製、内容量5L、φ100mm×640mm)にMnF3.8を6500g装入し、ヒーター5により360℃に
加熱し、フッ素ガスを発生させた。マスフローコントローラー14によりフッ素ガスの流量を200cc/minに制御した。同時に、バルブ12を開け、希釈ガスとしてマスフローコントローラー11で流量を800cc/minに制御した窒素ガスを供給し、上記フッ素ガスと混合した。このとき、バルブ9よりサンプリングしてフッ素ガス濃度を測定した。結果を表8に示す。
[Comparative Example 1]
The fluorine gas production apparatus shown in FIG. 2 was used. 6500 g of MnF 3.8 was charged into a gas generation container 7 (made of Ni, internal volume 5 L, φ100 mm × 640 mm), and heated to 360 ° C. by the heater 5 to generate fluorine gas. The flow rate of fluorine gas was controlled to 200 cc / min by the mass flow controller 14. At the same time, the valve 12 was opened, nitrogen gas whose flow rate was controlled to 800 cc / min by the mass flow controller 11 was supplied as a dilution gas, and mixed with the fluorine gas. At this time, the fluorine gas concentration was measured by sampling from the valve 9. The results are shown in Table 8.

Figure 2007176768
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引き続き、加熱を継続したところ、マスフローコントローラー14におけるフッ素ガス流量を200cc/minに維持できなくなったため、加熱温度を徐々に上昇させてマスフローコントローラー14におけるフッ素ガス流量を200cc/minに維持した。加熱温度を380℃にした時点でバルブ9よりサンプリングしてフッ素ガス濃度を測定した。結果を表9に示す。   Subsequently, when the heating was continued, the fluorine gas flow rate in the mass flow controller 14 could not be maintained at 200 cc / min. Therefore, the heating temperature was gradually increased to maintain the fluorine gas flow rate in the mass flow controller 14 at 200 cc / min. When the heating temperature was 380 ° C., sampling was performed from the valve 9 to measure the fluorine gas concentration. The results are shown in Table 9.

Figure 2007176768
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引き続き、マスフローコントローラー14におけるフッ素ガス流量が200cc/minとなるように加熱温度を徐々に上昇させたところ、400℃まで上昇した時点でフッ素ガス流量を200cc/minに維持できなくなり、ガスの製造を停止した。このとき、バルブ9よりサンプリングしてフッ素ガス濃度を測定した。結果を表10に示す。   Subsequently, when the heating temperature was gradually increased so that the flow rate of fluorine gas in the mass flow controller 14 was 200 cc / min, when the temperature increased to 400 ° C., the flow rate of fluorine gas could not be maintained at 200 cc / min. Stopped. At this time, the fluorine gas concentration was measured by sampling from the valve 9. The results are shown in Table 10.

Figure 2007176768
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製造終了後、ガス発生容器の減少重量を測定してフッ素ガスの発生量を算出したところ、650gであった。   After the completion of the production, the amount of fluorine gas generated was calculated by measuring the reduced weight of the gas generating container and found to be 650 g.

フッ素ガスは極めて支燃性の高いガスであり、従来のようにフッ素ガスが充填されたボンベを運搬することは非常に危険であるが、本発明によると、フッ素ガス自体を運搬することなく、オンサイトでフッ素ガスを容易に大量に入手することができる。   Fluorine gas is a gas with extremely high combustion support, and it is very dangerous to transport a cylinder filled with fluorine gas as in the past, but according to the present invention, without transporting the fluorine gas itself, Fluorine gas can be easily obtained in large quantities on site.

図1は、本発明に用いられるフッ素ガス発生装置の一例の概略図を示す。FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of a fluorine gas generator used in the present invention. 図2は、従来のフッ素ガス発生装置の一例の概略図を示す。FIG. 2 shows a schematic diagram of an example of a conventional fluorine gas generator.

符号の説明Explanation of symbols

1 ストップバルブ
2 プレヒーターカラム
3 マスフローコントローラー
4 プレヒーター
5 ガス発生容器用加熱ヒーター
6 フッ素発生剤(たとえば、MnFx
7 ガス発生容器
8 フローメーター
9 サンプリングバルブ
10 出口バルブ
11 マスフローコントローラー
12 ストップバルブ
13 サンプリングバルブ
14 マスフローコントローラー
1 stop valve 2 preheater column 3 the mass flow controller 4 preheater 5 gassing container heater 6 fluorine generating agent (e.g., MnF x)
7 Gas generation vessel 8 Flow meter 9 Sampling valve 10 Outlet valve 11 Mass flow controller 12 Stop valve 13 Sampling valve 14 Mass flow controller

Claims (9)

ガス流通下で高次金属フッ化物を加熱することを特徴とするフッ素ガスの製造方法。   A method for producing fluorine gas, comprising heating a higher-order metal fluoride under gas flow. 前記高次金属フッ化物が、平均組成式MnFx(xは3〜4)で表されるフッ化マンガ
ンおよび平均組成式K3NiFy(yは6〜7)で表されるフッ化ニッケルカリウムから選ばれる少なくとも1種の金属フッ化物であることを特徴とする請求項1に記載のフッ素ガスの製造方法。
The higher-order metal fluoride is manganese fluoride represented by an average composition formula MnF x (x is 3 to 4) and nickel potassium fluoride represented by an average composition formula K 3 NiF y (y is 6 to 7). The method for producing fluorine gas according to claim 1, wherein the fluorine gas is at least one metal fluoride selected from the group consisting of:
前記高次金属フッ化物が、平均組成式MnFx(xは3〜4)で表されるフッ化マンガ
ンであることを特徴とする請求項2に記載のフッ素ガスの製造方法。
The highly oxidized metal fluoride, a manufacturing method of a fluorine gas as claimed in claim 2, wherein an average composition formula MnF x (x is 3-4) is a manganese fluoride represented by.
高次金属フッ化物の加熱温度が300〜450℃であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のフッ素ガスの製造方法。   The method for producing a fluorine gas according to any one of claims 1 to 3, wherein the heating temperature of the high-order metal fluoride is 300 to 450 ° C. 前記ガスを予め加熱することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のフッ素ガスの製造方法。   The said gas is heated previously, The manufacturing method of the fluorine gas in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 前記加熱温度が280〜500℃であることを特徴とする請求項5に記載のフッ素ガスの製造方法。   The said heating temperature is 280-500 degreeC, The manufacturing method of the fluorine gas of Claim 5 characterized by the above-mentioned. 前記ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンおよびネオンから選ばれる少なくとも1種の不活性ガスであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のフッ素ガスの製造方法。   The said gas is at least 1 sort (s) of inert gas chosen from nitrogen, argon, helium, krypton, and neon, The manufacturing method of the fluorine gas in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 前記ガスがフッ素ガスを含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のフッ素ガスの製造方法。   The said gas contains fluorine gas, The manufacturing method of the fluorine gas in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法に使用した後の金属フッ化物にフッ素ガスを吸蔵させ、得られた高次金属フッ化物を用いて請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法によりフッ素ガスを発生させることを特徴とするフッ素ガスの製造方法。   The metal fluoride after being used in the production method according to any one of claims 1 to 8 occludes a fluorine gas, and the resulting higher-order metal fluoride is used. A method for producing fluorine gas, comprising generating fluorine gas by a production method.
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