353-42-4 / 三氟化硼甲醚的應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

富集硼-10同位素的方法有許多種，但真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的方法主要有三種：氟化硼-乙醚絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法、三氟化硼-甲醚絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法、三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法。其中，三氟化硼-乙醚絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法已經(jīng)被三氟化硼-甲醚絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法和三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法所取代。

上世紀(jì)，我國(guó)曾用三氟化硼-乙醚絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法來(lái)富集生產(chǎn)硼-10同位素產(chǎn)品，但是沒(méi)有成功。當(dāng)前我國(guó)有幾家企業(yè)依據(jù)三氟化硼-甲醚絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法，建設(shè)了硼-10同位素產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)裝置，來(lái)富集生產(chǎn)硼-10同位素產(chǎn)品，雖然能間斷生產(chǎn)出少量硼-10同位素產(chǎn)品，但是遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的水平。

三氟化硼-甲醚絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法的具體工藝是：將三氟化硼-甲醚絡(luò)合物直接加入到精餾塔中，在減壓的條件下加熱蒸餾，最終，三氟化硼-10在塔釜中濃縮，而三氟化硼-11從塔頂分離出來(lái)。該工藝具有流程簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。但由于從市場(chǎng)采購(gòu)的三氟化硼-甲醚絡(luò)合物含水高，即使經(jīng)過(guò)脫水處理，三氟化硼-甲醚絡(luò)合物中含水仍高達(dá)0.01%—0.03%，由水而引發(fā)的副反應(yīng)導(dǎo)致大量的副產(chǎn)物堵塞管道、換熱器等，且嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，使生產(chǎn)無(wú)法連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行。

應(yīng)用^[3]

三氟化硼甲醚主要用于硼-10同位素的分離。

高純富集11B三氟化硼氣體的制備：

富集11B：將11B豐度≥90%（at.)的三氟化硼甲醚配合物加入雙塔串聯(lián)高效精餾塔內(nèi)，在真空度為負(fù)0.05Mpa～負(fù)0.1Mpa條件下，加熱升溫到80～110°C，進(jìn)行精餾，經(jīng)過(guò)72～384小時(shí)精餾，當(dāng)?shù)谝患?jí)塔塔頂回流液中11B豐度達(dá)到高于95%（at.)時(shí)，將物料取出，得到純度高于99wt%11B三氟化硼甲醚配合物。

制備^[2]

將原料甲醚液體用泵送至分子篩吸附塔，從分子篩吸附塔下部往上通過(guò)分子篩床層，停留時(shí)間為30分鐘。吸附過(guò)程在0.5MpaG、0℃下進(jìn)行。經(jīng)過(guò)分子篩吸附處理，精制甲醚中含水降至0.001%。原料三氟化硼氣體進(jìn)入低溫精餾塔，塔頂溫度控制在-105℃，壓力控制在O.1MpaG，經(jīng)精餾處理，精制三氟化硼從塔頂出來(lái)，不含氟化氫、四氟化硅等雜質(zhì)。

精制甲醚從上往下流過(guò)絡(luò)合反應(yīng)器列管，精制三氟化硼氣體從下往上進(jìn)入絡(luò)合反應(yīng)器列管，甲醚和三氟化硼在列管的填料上進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)。絡(luò)合反應(yīng)控制在0.6MpaG，溫度控制在-10℃。生成的絡(luò)合物用泵送往交換反應(yīng)精餾塔。交換反應(yīng)精餾塔真空度150mmHg，塔頂溫度為85℃，塔釜溫度為90℃。最終，在交換精餾塔達(dá)到交換反應(yīng)和精餾平衡后，從塔頂?shù)玫?9%以上豐度的三氟化硼-11氣體，從塔釜得到豐度95%以上的三氟化硼甲醚-10同位素產(chǎn)品。

主要參考資料

[1]黎志萬(wàn). (2006). 硼同位素分離. 四川省核學(xué)會(huì)放射化學(xué)與化工學(xué)術(shù)交流會(huì).

[2] 韓莉果, 于景陽(yáng), & 張衛(wèi)江. (2006). 高豐度硼同位素分離生產(chǎn)技術(shù)的研究進(jìn)展. 同位素, 19(1), 48-53.

[3] 王美玲, 付道貴, 王貫春, 劉曉珍, 簡(jiǎn)敏, & 鄒從沛. (2013). 同位素分離理論在硼同位素分離中的應(yīng)用. 化學(xué)工程, 41(12), 20-22.