DE1159911B - Verfahren zur Herstellung von Bortrifluorid - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Bortrifluorid Nach einem Verfahren wird Bortrifluorid technisch hergestellt, indem man Calciumfluorid, Schwefelsäure, Oleum und Bortrioxid aufeinander einwirken läßt. Das bei diesem Verfahren als Rückstand anfallende saure Calciumsulfat ist relativ wertlos. Außerdem ist dieses Verfahren nachteilig, weil die gegen Ende anzuwendende höhere Temperatur eine starke Korrosion des Gefäßmaterials bedingt.
• Um nicht verwertbare Rückstände zu vermeiden, setzt man Borsäure oder Bortrioxid mit Fluorwasserstoff nach den allgemeinen Gleichungen (1) oder (II) um.

  2 B(OH),., -#- 6 HF 2 BFS + 6 H.,0 (I)

  B#>0:1 + 6 HF 2 BF, i + 3 11,0 (11)

  Praktisch geht man dabei so vor, daß man Borsäure oder Bortrioxid in Schwefelsäure löst. Dadurch liegen die Borverbindungen in einer transportablen, für die Reaktion geeigneten Form vor. Die Schwefelsäure kann hernach wiedergewonnen und in den Prozeß zurückgeführt werden. Bei einem bekannten Verfahren wird so viel Schwefelsäure angewendet, daß sie das gebildete Reaktionswassei aufzunehmen vermag. Dabei verdünnt sie sich und muß vor der Wiederverwendung konzentriert werden. Dieses kann durch Erhitzen geschehen. Nachteilig ist, daß das Reaktionsgemisch bei den hohen Temperaturen, die in der Apparatur herrschen, starke Korrosion verursacht. Ihr kann nur bei Verwendung teurer Werkstoffe begegnet werden. Außerdem bietet auch die Konzentrierung dei Schwefelsäure korrosionsmäßig und auch apparaturmäßig Schwierigkeiten. Wollte man das Konzentrieren durch Versetzen mit Oleum erreichen, se würde aus dem Prozeß zu entfernende Schwefelsäure entstehen, deren Menge nach den Reaktionsgleichungen (I) und (11) 6 bzw. 3 Mol Schwefeltrioxid entspricht.
• Nach einem anderen Verfahren ist die wasserentziehende Substanz bereits bei der Reaktion zugegen, indem man Borsäure mit Fluorsulfonsäure umsetzt [Gleichung (111)].

  2 H. BO + 6 FSO,H -#- 2 BF,# + 6 H.,SO

  4

  Dabei entstehen 6 Mol Schwefelsäure, die aus dem Prozeß entfernt werden müssen. Der gesamte Fluorwasserstoff ist dabei an Schwefeltrioxid gebunden, also an mehr Schwefeltrioxid, als für die Bildung von Bortrifluorid erforderlich ist, wie die Reaktionsgleichung (IV) zeigt:

  B,03 + 6 FSO,H

  2 BF .I + 3 H#, S 04 +3S0. 1 (IV)

  Es ist nachteilig, daß die bei dem Prozeß anfallende Schwefelsäure borhaltig und daher für andere Verwendung nur bedingt brauchbar ist. Man sollte also bestrebt sein, den Anteil an auszuscheidender Schwefelsäure möglichst klein zu halten.
• Es wurde nun gefunden, daß man Bortrifluorid in technisch befriedigender Weise erhält, wenn man Dihydroxyfluorborsäure mit einer Lösung von Fluorsulfonsäure in Oleum bzw. Schwefeltrioxid umsetzt. Die Reaktion findet nach der allgemeinen Gleichung (V) statt:

  3 HBF#(OH)#> + 3 FSO3H + 3 S03

  , 3 BF#i + 6 H,>SO4 (V)

  Dihydroxyfluorborsäure ist flüssig. Sie enthält das Bor in einer leicht transportablen und umsetzungsfreudigen Form. Sie wird z. B. hergestellt durch Einleiten von Fluorwasserstoff in Bortrioxid:

  + 9 HF --->- 3 HBF.(OH), + BF.

  3 (VI)

  Zweckmäßigerweise trägt man das Bortrioxid in Dihydroxyfluorborsäure aus einem früheren Ansatz ein, um eine rührfähige Paste zu erhalten, in die der Fluorwasserstoff eingeleitet wird. Die Fluorsuffonsäure kann man durch Einleiten von Fluorwasserstoff in Schwefeltrioxid oder in 65%iges Oleum herstellen:

  3 HF + 6 SO 3 --->- 3 FSO 3 H + 3 SO3 (VII)

  Dabei wird nur die Hälfte des in dem Oleum vorhandenen Schwefeltrioxids zur Umsetzung gebracht, so daß ein versehentlicher überschuß von freiem Fluorwasserstoff in der Apparatur leicht vermieden werden kann. Die andere Hälfte des Schwefeltrioxids dient bei der Durchführung der Reaktion(V) zur Entfernung der Bestandteile des Wassers aus der Dihydroxyfluorborsäure. Die summarische Gleichung dieses Prozesses lautet:

  B203 -LI- 6 HF + 3 SO3

  --> 2 BF3 + 3 H2S04 MM

  Man vermeidet also, Schwefelsäure als Lösungsmittel verwenden zu müssen und braucht nur halb soviel der entstehenden Schwefelsäure zu entfernen wie bei den Verfahren, die von Borsäure ausgehen. Dieses Verfahren bietet noch weitere Vorteile. Der Gesamtprozeß ist stark exotherin. Durch Aufteilung in die genannten drei Reaktionsschritte ist die Mög- lichkeit gegeben, die einzelnen Reaktionswärmen verhältnismäßig leicht abzuführen, so daß die auftretenden Temperaturen auf einfache Weise so niedrig gehalten werden können, daß das Gefäßmaterial wenig angegriffen wird.
• Das bei der Umsetzung von Dihydroxyfluorborsäure mit Fluorsulfonsäure in der ablaufenden Schwefelsäure gelöste Bortrifluorid wird soweit wie möglich ausgeheizt. Die aus den Reaktionen (V) und (VI) stammenden Mengen Bortrifluorid können vereinigt und abgeführt werden. Man kann eine Wäsche des rohen Bortrifluorids anschließen und es in üblicher Weise komprimieren oder direkt in die bekannten Addukte überführen.
• Beispiel Man trägt 38,6kg Bortrioxida in ein geschlossenes Rührgefäß 5 ein, das mit einem Kühlmantel versehen ist und in dem sich bereits 77,2kg vorher hergestellte Dihydroxyfluorborsäure b befinden und leitet 49,9 kg Fluorwasserstoff c ein. Gleichzeitig drückt man 16,6kg Flußsäurec durch den einen Schenkel eines T-Rohres zu 204 kg 65%iges Oleum d, die durch den zweiten Schenkel 4 fließen, und sammelt die abfließende Lösung e von Fluorsulfonsäure in Oleum in einem gekühlten Auffanggefäß 7. Die Reaktionszone wird gut gekühlt. Durch zwei Dosierpumpen 1 und 3 werden die beiden entstandenen Flüssigkeiten zusammengeführt, 2, wobei die Hauptmenge des Bortrifluorids f entweicht. Die abfließende Flüssigkeit wird in einem Wärmeaustauscher 6 auf höhere Temperatur, vornehmlich 180' C, erhitzt. Die abfließende Schwefelsäure g enthält nur noch geringe Mengen Bor. Es entstehen innerhalb von 4 Stunden 66,8 kg Bortrifluorid.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Bortrifluorid, dadurch gekennmichnet, daß man Dihydroxyfluorborsäure mit einer Lösung von Fluorsulfonsäure in Oleum bzw. Schwefeltrioxid umsetzt.