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六氟化鎢
來源:互聯(lián)網(wǎng)

六氟化鎢(英文名:Tungsten hexafluoride、Tungsten fluoride,別名:氟化鎢),是自然界中最活潑的元素——氟的一種無機化合物,在室溫下是無色的氣體、淺黃色液體或固體,固體為易潮解的白色結(jié)晶,其分子式為WF6。

六氟化鎢的相對分子質(zhì)量為297.84,液體密度為3.441g/cm3,三相點為2.0℃,熔點為2.3℃,相對密度為3.44(15℃),沸點為17.2℃/743mmHg。在常溫時六氟化鎢的分子具有對稱的正八面體結(jié)構(gòu),并具有抗磁性,能溶于多數(shù)有機溶劑。六氟化鎢在常溫常壓下穩(wěn)定,遇水則迅速發(fā)生水解反應(yīng)。六氟化鎢能與許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),腐蝕性很強,能侵蝕幾乎所有的金屬,并能迅速腐蝕濕的玻璃。

六氟化鎢可用于鎢的化學(xué)蒸鍍,用作氟化劑;還在電子工業(yè)中作為一種原材料制作二硅化鎢(WSi?),形成大規(guī)模集成電路(LSI)中的配線材料;以及作為一種鎢和錸的復(fù)合涂層,用于電子工業(yè)中太陽能吸收器和X射線發(fā)射電極的制造等。

理化性質(zhì)

物理性質(zhì)

六氟化鎢常態(tài)結(jié)構(gòu)為對稱正八面體形狀,氣體狀態(tài)下其形狀為無色、無味,有毒。液體為淺黃色,固體為易潮解的白色結(jié)品,在潮濕空氣中冒煙。

化學(xué)性質(zhì)

六氟化鎢具有腐蝕性,其腐蝕性受外界環(huán)境影響較大,外界環(huán)境較為干燥時,腐蝕性較小。相反外界環(huán)境較為潮濕的情況,就會增強六氟化鎢的腐蝕性,甚至能腐蝕玻璃。這是因為氣態(tài)下六氟化鎢遇水會迅速溶解,并快速分解成具有強烈腐蝕性的氟化氫三氧化鎢,會對人體皮膚、眼睛以及呼吸道造成嚴(yán)重灼傷。

六氟化鎢(WF6)是唯一能穩(wěn)定存在的鎢的氟化物,其相對分子量為297.84,熔點2.3℃,沸點17.1℃,氣體密度12.7kg/m3,20℃時蒸汽壓為112.47kPa。WF6的分子具有抗磁性,能溶于多數(shù)有機溶劑,并使它們著色。WF6是一種強氟化劑,除鎳、蒙乃爾合金和耐酸鋼外,在室溫下能與多種金屬氟化,且遇水很快水解,生成氟化氫(HF)和三氧化鎢(WO3),因此,在空氣中毒性與HF相同。

主要用途

六氟化鎢可用于鎢的化學(xué)蒸鍍,用作氟化劑。六氟化鎢作為一種強氟化劑,在電子工業(yè)中發(fā)揮著很大的作用,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:一是在電子工業(yè)中作為一種原材料,即經(jīng)過化學(xué)氣相沉積工藝后形成的金屬鎢,可以將其用于制作成WSi2,然后再形成大規(guī)模集成電路(LSI)中的配線材料;二是作為一種鎢和錸的復(fù)合涂層,是通過混合金屬的化學(xué)氣相沉積工藝而制作出來的,將其用于電子工業(yè)中太陽能吸收器和X射線發(fā)射電極的制造;三是在電子工業(yè)中可以用作半導(dǎo)體電極和導(dǎo)電漿糊等的原材料。

合成方法

合成WF6的方法很多,美國和日本等國有許多廠家的生產(chǎn)方法均獲得專利,以下介紹幾種主要的合成方法。

1.用CI2-HF混合物氟化劑的工藝

金屬鎢在沒有水分和空氣存在的條件下與CI2-HF混合物反應(yīng)制備WF6,反應(yīng)在蒙乃爾合金制成的高壓釜中進行,反應(yīng)式為:

為確保產(chǎn)物有良好的收率,通常使CI2和HF適當(dāng)過量,與六氟化鎢的理論摩爾比為3:1,實踐中采用3~6:1,氟化氫與六氟化鎢的理論摩爾比為6:1,實踐中采用6~10:1。反應(yīng)溫度控制在150~450℃,提高反應(yīng)溫度有利于反應(yīng)的進行,但是溫度過高會導(dǎo)致裝置腐蝕嚴(yán)重,而且WF6會部分發(fā)生分解。由于反應(yīng)過程中連續(xù)通入過量的CI2-HF,這不僅導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升,同時還將造成較為嚴(yán)重的環(huán)境污染。反應(yīng)只適用于間歇性生產(chǎn),不適合工業(yè)化大批量生產(chǎn)。

2.用NF3作為氟化劑

將精制后的高純度NF3,導(dǎo)入一個用鎳或蒙乃爾合金制成的反應(yīng)器中,NF3與金屬鎢在200~400℃下直按反應(yīng),制備WF6,反應(yīng)式為:

該方法要求采用低溫冷凝法使NF3,在-130~-78℃冷卻,水分凝固后分離以得到精制的NF3,而且NF3的價格很高,這就導(dǎo)致生產(chǎn)成本很高,有較高的投資風(fēng)險,不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

3.用氟氣做氟化劑的工藝

金屬鎢與氟氣直接發(fā)生反應(yīng),制得WF6,其反應(yīng)式為:

反應(yīng)是通過使氟氣流過含金屬鎢的流化床或固定床來完成的,反應(yīng)結(jié)束后,以液體形式收集WF6,該上藝在實際操作中存在產(chǎn)物中易夾帶鎢粉、反應(yīng)器效率低等問題。為此,三井化學(xué)對該工藝進行了改進,使鎢粉與某種高熔點固體氟化物在壓模機中加壓捏合成具有一定強度的固體模片,經(jīng)過脫氧和脫水處理后,丁加熱條件下通入氟氣來制備WF6。模片中鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在30%~70%,成型樂力為50~1000MPa。模片的形狀利尺寸取決于反應(yīng)器的形狀和尺寸。當(dāng)采用圓柱型模片時,其直徑通常為反應(yīng)器直徑的1/20~1/5,高度為反應(yīng)器直徑的1/40~1/10。反應(yīng)于250~500℃、0.1~1MPa下進行,可完全避免鎢粉的夾帶。該直接反應(yīng)法制備六氟化鎢的工藝流程較簡單、操作方便,是國外一些公司普遍采用的比較成功的方法。

安全事宜

毒理信息

(一)不良影響

皮膚毒素——皮膚灼傷。

毒性肺炎——因吸入金屬煙霧病有毒氣體和蒸汽而引起的肺部炎癥。

(二)急性影響

以上參考資料

(三)毒性數(shù)據(jù)

LC50(大鼠)= 1430mg/m3

健康危害

六氟化鎢為A級無機化合物劇毒品,具有強腐蝕性、強刺激性,吸入、攝入或經(jīng)皮膚吸收可能致命。蒸氣具有極強的刺激性和腐蝕性。接觸氣體或液化氣體可能導(dǎo)致燒傷、嚴(yán)重傷害和/或凍傷?;馂?zāi)會產(chǎn)生刺激性、腐蝕性和/或有毒氣體。消防用水或稀釋用水的徑流可能造成環(huán)境污染。呈現(xiàn)為氣體時,其密度較其他氣體大,人體一旦接觸,會對人體肺部、眼睛以及皮膚造成強烈刺激。

急救措施

緊急急救:確保已進行充分的消毒。如果患者無法呼吸,應(yīng)開始人工呼吸,最好按照培訓(xùn)使用需求瓣復(fù)蘇器、袋閥面罩裝置或口袋面罩。必要時進行心肺復(fù)蘇。立即用輕柔流動的水沖洗受污染的眼睛。不要催吐。如果出現(xiàn)嘔吐,患者應(yīng)前傾或側(cè)臥(如可能,頭朝下),以保持氣道暢通并防止吸入。讓患者安靜,保持體溫正常。尋求醫(yī)療幫助。

基礎(chǔ)治療:建立通暢氣道(如有需要,可使用口咽或鼻咽氣道)。必要時吸痰。注意呼吸功能不全的跡象,必要時協(xié)助通氣。通過非呼吸面罩以10至15升/分鐘的速率給氧。監(jiān)測肺水腫,必要時治療;監(jiān)測休克情況,必要時給予治療;預(yù)判癲癇發(fā)作,必要時進行治療;對于眼睛污染,應(yīng)立即用水沖洗眼睛。運輸過程中,持續(xù)用0.9%生理鹽水(NS)沖洗每只眼睛,不要使用嘔吐劑。口服時,漱口后給藥5毫升/公斤至最多200毫升水以稀釋,前提是能吞咽、有強烈的嘔吐反射且不流口水。消毒后用干燥無菌敷料覆蓋皮膚燒傷(氟及相關(guān)化合物)。

高級治療:對于無意識、嚴(yán)重肺水腫或嚴(yán)重呼吸窘迫的患者,考慮口氣管或鼻氣管插管以控制氣道。使用氣囊閥面罩裝置進行正壓通氣技術(shù)可能有益??紤]用藥治療肺水腫,監(jiān)測心律,必要時治療心律失常,開始靜脈注射D5W/SRP:“保持開啟”,最低流量。如果出現(xiàn)低血容量跡象,使用0.9%生理鹽水(NS)或乳酸林格氏菌(LR)。對于低血壓且出現(xiàn)低血容量癥狀,請謹(jǐn)慎輸液。如果患者血壓低且液體量正常,可以考慮使用血管增壓藥。注意液體過載的跡象,用地西泮或勞拉西泮治療癲癇發(fā)作,使用鹽酸普拉卡因輔助眼部沖洗(氟及相關(guān)化合物)。

接觸限值

根據(jù)2006年TSCA(美國環(huán)保署)庫存更新報告數(shù)據(jù),在工業(yè)制造、加工和使用六氟化物過程中,合理可能暴露的人數(shù)為1至99人。美國職業(yè)安全與保健管理局規(guī)定的允許暴露極限值為0.2ppm。車間空氣中化物衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB16228-1996)規(guī)定了車間空氣中氟化物最高容許濃度為1.0mg/m3(以氟計)。車間空氣中鎢衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB16229-1996)規(guī)定了車間空氣中鎢的最高容許濃度為6mg/m3。

防護方法

呼吸系統(tǒng)防護:可能接觸毒物時,必須佩戴防毒面具。

眼睛防護:戴安全防護眼鏡。

身體防護:穿膠布防毒服。

手防護:戴防化學(xué)品手套。

其他防護:工作現(xiàn)場嚴(yán)禁吸煙。注意個人清潔衛(wèi)生。進入罐、限制性空間或其他高濃度區(qū)作業(yè),須有人監(jiān)護。

安全標(biāo)志

以上參考資料

泄露應(yīng)急措施

1.撥打911,然后撥打運單上的緊急救援電話號碼。如果運單找不到或無人接聽,請參考封底內(nèi)頁列出的相應(yīng)電話號碼。

2.禁止未經(jīng)授權(quán)的人員靠近。

3.保持上風(fēng)、上坡和/或上游方向。

4.許多氣體比空氣重,會沿著地面擴散,并聚集在低洼或封閉的區(qū)域(下水道、地下室、儲罐等)。

5.進入封閉空間前應(yīng)先通風(fēng),但前提是必須經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)并配備相應(yīng)設(shè)備。

發(fā)展前景

國際諸如美日等發(fā)達國家,于20世紀(jì)40年代開始制備六氟化鎢,至20世紀(jì)末開發(fā)了六氟化鎢提純技術(shù),并廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。加之近些年來,電力元件對六氟化鎢需求量不斷提升,國外相關(guān)廠家不斷擴大六氟化鎢生產(chǎn)規(guī)模,其生產(chǎn)工藝亦不斷優(yōu)化。當(dāng)前國外生產(chǎn)六氟化鎢的廠家有美國AP公司、普拉賽爾技術(shù)有限公司以及日本關(guān)東電化公司等等。其中日本關(guān)東電化公司六氟化鎢生產(chǎn)規(guī)模最大,普拉賽爾技術(shù)有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品純度最高。相對國外先進生產(chǎn)廠家,當(dāng)前國內(nèi)專門生產(chǎn)六氟化鎢廠家屈指可數(shù),主要由于前期國內(nèi)對于該領(lǐng)域研究存在空白,工業(yè)化生產(chǎn)也未達到條件。中國重工718所在國家重大專項的大力支持下,經(jīng)過多年技術(shù)開發(fā),研究出高純六氟化鎢5N產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)線并逐年擴產(chǎn),現(xiàn)已達到國內(nèi)市場占有率40%,國際市場占有率約20%。預(yù)計到2020年,六氟化鎢全球需求量超過7000t/a,國內(nèi)需求量遠超4100t/a。加上近幾年來六氟化鎢價格久高不下,所以開展六氟化鎢生產(chǎn)研究前景廣闊。國內(nèi)亦應(yīng)盡快實現(xiàn)建廠生產(chǎn),滿足國內(nèi)電子工業(yè)領(lǐng)域需求。

參考資料 >

六氟化鎢.pubchem.2026-01-20

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