特許 6687843 五フッ化ヨウ素の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6687843

(24)【登録日】2020年4月7日

(45)【発行日】2020年4月28日

(54)【発明の名称】五フッ化ヨウ素の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 7/24 20060101AFI20200421BHJP

【ＦＩ】

   C01B7/24

【請求項の数】9

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-76936(P2016-76936)

(22)【出願日】2016年4月7日

(65)【公開番号】特開2017-24971(P2017-24971A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2019年1月22日

(31)【優先権主張番号】特願2015-145678(P2015-145678)

(32)【優先日】2015年7月23日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002200

【氏名又は名称】セントラル硝子株式会社

(72)【発明者】

【氏名】長友 真聖

(72)【発明者】

【氏名】池田 晋也

(72)【発明者】

【氏名】柴山 茂朗

【審査官】 廣野 知子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−３０６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２０３５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０４７８７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００８／１５５９６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１００８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８５３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５５７４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ７／００−９／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素を有する反応槽に、七フッ化ヨウ素を供給して、ヨウ素と七フッ化ヨウ素とを反応させて、五フッ化ヨウ素を製造する工程を含む、五フッ化ヨウ素の製造方法。

【請求項2】

固体ヨウ素と七フッ化ヨウ素の反応中に、反応槽内を攪拌しつつ七フッ化ヨウ素を供給する、請求項１に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法。

【請求項3】

前記ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素は、溶解しているヨウ素を含む溶液状態、または液相中に固体のヨウ素が分散及び沈殿している状態である、請求項１または請求項２に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法。

【請求項4】

前記ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素中に、ヨウ素と五フッ化ヨウ素の総量に対する含有率で表して、ヨウ素を０．０１質量％以上、７０質量％以下含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法。

【請求項5】

前記ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素中に、五フッ化ヨウ素と七フッ化ヨウ素の総量に対する含有率で表して、七フッ化ヨウ素が０．００１質量％以上、９１質量％以下含まれる、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法。

【請求項6】

請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法で、
ヨウ素と七フッ化ヨウ素を反応させて五フッ化ヨウ素を得る工程と、
得られた五フッ化ヨウ素にフッ素ガスを反応させて七フッ化ヨウ素を得る工程を含む、七フッ化ヨウ素の製造方法。

【請求項7】

前記七フッ化ヨウ素を得る工程において、
金属フッ化物を含有する充填物を内部に有する反応器に、五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスを供給して反応させる、請求項６に記載の七フッ化ヨウ素の製造方法。

【請求項8】

前記金属フッ化物が、ＮｉＦ₂、ＦｅＦ₃、及びＣｏＦ₂からなる群より選ばれる少なくとも１種類の化合物を含む、請求項７に記載の七フッ化ヨウ素の製造方法。

【請求項9】

前記五フッ化ヨウ素ガスと前記フッ素ガスが反応する際の前記金属フッ化物の温度が、１５０℃以上、３５０℃以下である、請求項７または請求項８に記載の七フッ化ヨウ素の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヨウ素と七フッ化ヨウ素とを反応させて五フッ化ヨウ素を製造する方法および五フッ化ヨウ素から七フッ化ヨウ素を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

フッ素化剤や含フッ素化合物の中間体製造の原料として有用な五フッ化ヨウ素を製造する方法としては、ヨウ素とフッ素を反応させる方法が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、「溶融沃素の直接弗素化による五弗化沃素の製造方法」が開示されている。

【0004】

特許文献２には、「（１）（イ）液状のヨウ素にフッ素ガスを通じて反応させ五フッ化ヨウ素とヨウ素とを含む蒸気混合物を生成させ、（ロ）既に生成されていた液状の五フッ化ヨウ素の存在下で該蒸気混合物と新たなフッ素ガスとを反応させてさらに五フッ化ヨウ素を生成させる、ことを特徴とする五フッ化ヨウ素の製造方法。」が開示されている。

【0005】

フッ素とヨウ素を反応させて五フッ化ヨウ素を生成する反応は、生成熱が８００ｋＪ／ｍｏｌを超え、大きな発熱を伴う。そのため、固体（非特許文献１）、液体（特許文献１）、気体（特許文献２）を問わず、純粋なヨウ素とフッ素を反応させると、局所的に反応し発熱し、反応を制御し難いという懸念があった。

【0006】

以上を鑑みて、特許文献３には「フッ素とヨウ素との反応を穏やかに実施して、結果的に、より安全に、また、より生産性に優れた五フッ化ヨウ素の製造方法を提供する」ために「フッ素とヨウ素とを反応させて五フッ化ヨウ素を製造する方法であって、ヨウ素を含む五フッ化ヨウ素の液相に隣接する気相にフッ素を供給することを特徴とする五フッ化ヨウ素の製造方法」が開示されている。

【0007】

特許文献３に記載の五フッ化ヨウ素の製造方法は、液相の五フッ化ヨウ素に分散または溶解させたヨウ素に、フッ素ガスを含む気相を接触させてヨウ素とフッ素ガスを反応させることで五フッ化ヨウ素を製造する方法である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開昭５４−６５１９６号公報

【特許文献2】特開昭５８−１４５６０２号公報

【特許文献3】国際公開ＷＯ２００８／０４７８７１号のパンフレット

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】Walter C. Schumb、外１名、「Ind. Eng. Chem.」、1950、42 (7)、 pp 1383〜1386

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、特許文献３に記載の液相の五フッ化ヨウ素に分散または溶解させたヨウ素に、フッ素ガスを含む気相を接触させてヨウ素とフッ素ガスを反応させることで五フッ化ヨウ素を製造する五フッ化ヨウ素の製造方法において、気相中のフッ素と、液相から気化したヨウ素または液相中のヨウ素とを接触させる限りにおいては、気相のフッ素ガスは液相の五フッ化ヨウ素に溶解し難く、フッ素ガスとヨウ素との反応が進み難いという懸念があった。

【0011】

即ち、本発明は、五フッ化ヨウ素を温和な反応により、局所反応および急な発熱を発生させることなく、五フッ化ヨウ素の生成速度が高い製造方法、言い換えれば、単位時間当たりの五フッ化ヨウ素の生成量が多い製造方法を提供することを目的とする。

【0012】

さらに、本発明は、得られた五フッ化ヨウ素から七フッ化ヨウ素を簡便に製造する七フッ化ヨウ素の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明者らが鋭意検討した結果、ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素を有する反応槽中の反応系に、七フッ化ヨウ素ガスを溶解または分散させて、ヨウ素と七フッ化ヨウ素を接触させ反応させることで五フッ化ヨウ素の生成速度が高い製造をすることが可能となることを見出し、本発明の五フッ化ヨウ素の製造方法を完成させるに至った。

【0014】

ヨウ素（Ｉ₂）と七フッ化ヨウ素（ＩＦ₇）から五フッ化ヨウ素（ＩＦ₅）を得る際の反応式は、以下の通りである。

【0015】

【化1】

【0016】

本発明者らは、フッ素ガスは液相の五フッ化ヨウ素に溶解し難いが、七フッ化ヨウ素ガスは液相の五フッ化ヨウ素に容易に溶解することに着目した。フッ素ガスは液相の五フッ化ヨウ素に難溶なので、液相の五フッ化ヨウ素中でのフッ素ガスとヨウ素との反応は、気液反応または気固反応であり、五フッ化ヨウ素の生成速度を高くすることが期待できない。しかしながら、七フッ化ヨウ素ガスは液相の五フッ化ヨウ素に易溶であり、液相の五フッ化ヨウ素中での七フッ化ヨウ素とヨウ素との反応は、気液反応、気固反応だけでなく、七フッ化ヨウ素とヨウ素との液固反応または液液反応で進行し、五フッ化ヨウ素の生成速度は高い。

【0017】

本明細書の実施例１および比較例２に示すように、本発明に係る「ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素を有する反応槽に、七フッ化ヨウ素ガスを供給して、ヨウ素と七フッ化ヨウ素とを反応させる五フッ化ヨウ素の製造方法」では速やかに進行し五フッ化ヨウ素が得られたのに対し（実施例１）、従来の方法「ヨウ素を含む五フッ化ヨウ素の液相に隣接する気相にフッ素を供給し、ヨウ素とフッ素を反応させる五フッ化ヨウ素の製造方法」では進行し難かった（比較例２）。

【0018】

また、本発明者らは、得られた五フッ化ヨウ素から七フッ化ヨウ素を簡便に製造する七フッ化ヨウ素の製造方法を見出した。

【0019】

即ち、本発明は、以下の発明１〜９を含む。
［発明１］
ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素を有する反応槽に、七フッ化ヨウ素を供給して、ヨウ素と七フッ化ヨウ素とを反応させて、五フッ化ヨウ素を製造する工程を含む、五フッ化ヨウ素の製造方法。
［発明２］
ヨウ素と七フッ化ヨウ素との反応中に、反応槽内を攪拌しつつ七フッ化ヨウ素を供給する、発明１の五フッ化ヨウ素の製造方法。
［発明３］
前記ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素は、溶解しているヨウ素を含む溶液状態、または液相中に固体のヨウ素が分散及び沈殿している状態である、発明１または発明２の五フッ化ヨウ素の製造方法。
［発明４］
前記ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素中に、ヨウ素と五フッ化ヨウ素の総量に対する含有率で表して、ヨウ素を０．０１質量％以上、７０質量％以下含む、発明１〜３の五フッ化ヨウ素の製造方法。
［発明５］
前記ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素中に、ヨウ素と五フッ化ヨウ素及び七フッ化ヨウ素との総量に対する含有率で表して、七フッ化ヨウ素が０．００１質量％以上、９１質量％以下含まれる、発明１〜４の五フッ化ヨウ素の製造方法。
［発明６］
発明１〜５の五フッ化ヨウ素の製造方法で、
ヨウ素と七フッ化ヨウ素を反応させて五フッ化ヨウ素を得る工程と、
得られた五フッ化ヨウ素にフッ素ガスを反応させて七フッ化ヨウ素を得る工程を含む、七フッ化ヨウ素の製造方法。
［発明７］
前記七フッ化ヨウ素を得る工程において、
金属フッ化物を含有する充填物を内部に有する反応器に、五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスを供給して反応させる、発明６の七フッ化ヨウ素の製造方法。
［発明８］
前記金属フッ化物が、ＮｉＦ₂、ＦｅＦ₃、及びＣｏＦ₂からなる群より選ばれる少なくとも１種類の化合物を含む、発明７の七フッ化ヨウ素の製造方法。
［発明９］
前記五フッ化ヨウ素ガスと前記フッ素ガスが反応する際の前記金属フッ化物の温度が、１５０℃以上、３５０℃以下である、発明７または発明８に記載の七フッ化ヨウ素の製造方法。

【発明の効果】

【0020】

本発明の五フッ化ヨウ素の製造方法によれば、五フッ化ヨウ素の生成速度を高くすることが可能であり、さらに当該製造方法で製造された五フッ化ヨウ素から七フッ化ヨウ素を簡便に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施形態に係る反応装置を示した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

１．五フッ化ヨウ素の製造方法
本発明は、ヨウ素を含む液相の五フッ化ヨウ素を有する反応槽に、七フッ化ヨウ素ガスを供給して、ヨウ素と七フッ化ヨウ素とを反応させて、五フッ化ヨウ素を製造する工程を含む、五フッ化ヨウ素の製造方法である。

【0023】

本発明の五フッ化ヨウ素の製造方法の実施形態の一例を、図１を用いて説明する。本発明は、以下に示す実施の形態に限定されるものではない。

【0024】

尚、本発明において、液相とは物質が液体の状態である相を言い、気相とは物質が気体の状態にある相を言う。

【0025】

［反応装置］
本発明の五フッ化ヨウ素の製造方法の実施形態に係る反応装置１０を図１に示す。反応装置１０は、反応槽１１内にヨウ素１２が沈殿、分散または溶解している液相（液状）の五フッ化ヨウ素１３を有する。反応槽１１内の液相１５中に七フッ化ヨウ素を供給し、液相１５中で七フッ化ヨウ素とヨウ素１２を反応させて五フッ化ヨウ素を生成することができる。

【0026】

その際、七フッ化ヨウ素は液相１５中に供給してもよく、気相１４中に供給してもよい。七フッ化ヨウ素を液相１５中に供給した場合、七フッ化ヨウ素は気相１４中にある割合で移動し、七フッ化ヨウ素を気相１４に供給した場合、七フッ化ヨウ素は液相１５中にある割合で移動する。七フッ化ヨウ素を、ヨウ素１２を含む五フッ化ヨウ素である液相１５中に吹き込む方が、七フッ化ヨウ素ガスを液相１５中に速やかに溶解させることができ、七フッ化ヨウ素とヨウ素１２の反応が効率よく進行し、五フッ化ヨウ素の生成速度を高めることができる。

【0027】

七フッ化ヨウ素は、好ましくは反応槽１１に付設された七フッ化ヨウ素供給源１６から液相１５中に供給される。五フッ化ヨウ素の蒸気圧は低いので、反応槽１１の圧力制御を容易にするため並びにポンプ１９の駆動圧力を確保するため、緩衝ガス（バッファー）として不活性ガスを、反応槽１１に付設される不活性ガス供給源１８から反応槽１１中に、好ましくは気相１４中に供給してもよい。不活性ガスとしては、ヨウ素、七フッ化ヨウ素、五フッ化ヨウ素に反応しないガス、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを挙げることができる。好ましくは、入手が容易な窒素ガスである。

【0028】

ヨウ素１２と七フッ化ヨウ素の反応中、反応槽１１内の液相１５は、ポンプ１９または攪拌器２０によって攪拌される。

【0029】

［ヨウ素と七フッ化ヨウ素の反応］
ヨウ素と七フッ化ヨウ素の反応は、気相１４中において、液相１５中において、または気相１４と液相１５との界面において起こる。すなわち、液相１５において、五フッ化ヨウ素１３中に存在するヨウ素１２は蒸気圧相当の気体となって気相１４に移動し、気相１４中に存在する七フッ化ヨウ素と反応する。また、気相１４中に存在する七フッ化ヨウ素は、気相１４から液相１５に移動して、液相１５中に存在するヨウ素１２と反応する。また、気相１４中に存在する七フッ化ヨウ素は、液相１５において五フッ化ヨウ素１３中に存在するヨウ素１２と、気相１４と液相１５の界面で反応する。また、液相１５中において七フッ化ヨウ素が、五フッ化ヨウ素１３中に存在するヨウ素１２と反応する。

【0030】

反応槽１１は、図示しない水冷装置により冷却されてもよい。ヨウ素と七フッ化ヨウ素の反応中に反応槽１１中の液相１５を温度１０℃以上、９５℃以下に保つことで、液相の状態を維持することが好ましい。液相１５を１０℃未満で維持した場合、五フッ化ヨウ素１３が凝固する懸念があり、冷却に必要なエネルギー消費も大きくなる。一方で、液相１５を９５℃よりも高い温度で維持した場合、反応中に反応槽１１内の圧力が高くなる上に、液相１５において、五フッ化ヨウ素１３に溶解している七フッ化ヨウ素の量が減少し、五フッ化ヨウ素の生成速度が低下するなどの問題が生じる虞がある。液相１５の維持される温度は、好ましくは１５℃以上、７５℃以下であり、より好ましくは２０℃以上、５０℃以下である。

【0031】

反応中における反応槽１１内の気相１４の圧力は、好ましくは絶対圧で４０ｋＰａ以上、１３３ｋＰａ以下であり、より好ましくは６７ｋＰａ以上、１０１ｋＰａ以下である。反応槽１１内の圧力が４０ｋＰａ未満であると、五フッ化ヨウ素１３に溶解する七フッ化ヨウ素の量が減少し、五フッ化ヨウ素の生成速度が低下する。反応槽１１内の圧力が１３３ｋＰａより高いと、反応槽１１を圧力に耐える構造とする必要がある。圧力は、七フッ化ヨウ素ガス１６の供給速度、反応槽１１の冷却、不活性ガスの添加等によって調整することができる。七フッ化ヨウ素の供給速度は、反応装置の大きさおよび反応のスケールによるが、反応中において、反応槽１１内の気相１４の圧力が上記範囲内に収まることが好ましい。

【0032】

［反応時のヨウ素および七フッ化ヨウ素の含有率］
ヨウ素１２は、反応開始前に反応槽１１内に仕込んでもよいし、反応開始時および反応中に間欠的または連続的にヨウ素供給源１７から反応槽１１中に供給してもよい。本発明の五フッ化ヨウ素の製造方法において、反応槽１１中のヨウ素１２の含有率は、反応槽１１中のヨウ素と五フッ化ヨウ素の総量を１００質量％とする含有率で表して、好ましくは０．０１質量％以上、７０質量％以下である。

【0033】

ヨウ素の含有率が０．０１質量％より少ないと、生成する五フッ化ヨウ素の量が少ない。ヨウ素の含有率が７０質量％より多いと、反応熱を除去できずに局所反応や反応暴走を引き起こす虞がある。なお、五フッ化ヨウ素の生産量を高めるため、ヨウ素１２の濃度は高いほうが好ましく、より好ましくは、１質量％以上、６０質量％以下である。

【0034】

尚、温度圧力等の条件にもよるが、液相１５において、液状の五フッ化ヨウ素１３中にヨウ素１２は約１質量％以上溶解することができない。五フッ化ヨウ素１３中に溶解できないヨウ素１２は固体の状態で液相１５中に分散および沈殿することになる。

【0035】

反応において、反応槽１１の液相１５中に七フッ化ヨウ素供給源１６から七フッ化ヨウ素ガスを供給することが好ましい。気相１４中に七フッ化ヨウ素を供給することによってもヨウ素１２と七フッ化ヨウ素の反応は進み、五フッ化ヨウ素を製造することができる。しかしながら、ヨウ素１２と七フッ化ヨウ素の反応効率を高め、五フッ化ヨウ素の生成速度が高い製造を行うためには、液相１５中に七フッ化ヨウ素を供給することが好ましい。

【0036】

反応中、反応槽１１中の液相１５における七フッ化ヨウ素の含有率は、反応槽１１中の五フッ化ヨウ素１３と七フッ化ヨウ素の総量を１００質量％とする含有率で表して、好ましくは０．００１質量％以上、９１質量％以下である。液相１５中の七フッ化ヨウ素の含有率が０．００１質量％より少ないと、生成する五フッ化ヨウ素の量が少なくなる。七フッ化ヨウ素の濃度が９１質量％より多いと、反応槽１１の温度と圧力が上昇し、局所反応や反応暴走を引き起こす虞がある。より好ましくは、七フッ化ヨウ素の含有率０．０１質量％以上、６４質量％以下である。

【0037】

液相１５中に供給する七フッ化ヨウ素ガスの純度は、好ましくは純度９８質量％以上であり、より好ましくは純度９９質量％以上である。七フッ化ヨウ素ガスの純度が低い場合、生成物である五フッ化ヨウ素の純度が低下する虞がある。

【0038】

［攪拌］
液相１５中におけるヨウ素１２と七フッ化ヨウ素を反応させ五フッ化ヨウ素を得る反応中、局所的に反応が進む不均一反応が生じたり、過度の反応熱が生じることを避けるため、液相１５を攪拌することが好ましい。反応槽１１内の液相１５の攪拌方法としては、ポンプ１９で液相１５を循環させることによる攪拌、または回転翼を有する攪拌機２０による攪拌を例示することができる。ポンプ１９で液相１５を攪拌する場合、ポンプ１９の駆動圧力を確保するために、反応槽１１内に所定圧力の不活性ガスを導入することが好ましい。例えば、不活性ガスは不活性ガス供給源１８から供給される。不活性ガスとしては、ヨウ素、七フッ化ヨウ素、五フッ化ヨウ素に反応しないガス、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを挙げることができる。不活性ガスの純度としては、生成物である五フッ化ヨウ素の純度に影響を及ぼすため、高い純度が好ましく、純度９９質量％以上が好ましい。好ましくは、入手が容易な窒素ガスである。

【0039】

［ヨウ素と七フッ化ヨウ素の純度］
本発明の五フッ化ヨウ素の製造方法に使用するヨウ素および七フッ化ヨウ素の純度は、本発明を実施する上で特に制約されることはない。しかしながら、ヨウ素及び、七フッ化ヨウ素の純度は、生成する五フッ化ヨウ素の純度に影響する。例えば９９質量％以上の五フッ化ヨウ素を得るためには、純度９９質量％以上のヨウ素及び、七フッ化ヨウ素を用いることが好ましい。

【0040】

また、七フッ化ヨウ素供給源１６から供給される七フッ化ヨウ素に不活性ガスが含まれる場合、不活性ガスは反応槽１１における液相１５をバブリングによって撹拌し、ヨウ素１２と七フッ化ヨウ素を反応させて五フッ化ヨウ素を得る際の反応熱を除去する効果がある。しかしながら、反応槽１１の圧力は不活性ガスの分圧の増加によって経時に従い増加するため、圧力調整弁を設置するなどして、圧力を制御する必要が生じる。

【0041】

２．七フッ化ヨウ素の製造方法
本発明は、前記五フッ化ヨウ素の製造方法で、ヨウ素と七フッ化ヨウ素を反応させて五フッ化ヨウ素を得る工程と、得られた五フッ化ヨウ素にフッ素ガスを反応させて七フッ化ヨウ素を得る工程を含む、七フッ化ヨウ素の製造方法である。

【0042】

本発明の前記五フッ化ヨウ素の製造方法で得られた五フッ化ヨウ素に、フッ素ガスを反応させることで、七フッ化ヨウ素を製造することができる。

【0043】

五フッ化ヨウ素とフッ素ガスを反応させ七フッ化ヨウ素を得る方法の例としては、五フッ化ヨウ素の液にフッ素ガスを吹き込んで得られる五フッ化ヨウ素ガスと同伴するフッ素ガスを反応器に導入し、五フッ化ヨウ素とフッ素ガスを反応させ七フッ化ヨウ素を得る方法を挙げることができる。あるいは、五フッ化ヨウ素を加熱により気化して五フッ化ヨウ素ガスとし、反応器に供給する方法や、液相の五フッ化ヨウ素を反応器に直接供給する方法も考えられる。

【0044】

五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスを反応器に供給反応させて七フッ化ヨウ素を得る方法を採用した場合、その工程において金属フッ化物を含有する高温の充填物を内部に有する反応器に、五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスを供給することが好ましい。充填物を使用することで、五フッ化ヨウ素を基準とした七フッ化ヨウ素の収率を高くすることができ、例えば、収率７０％以上に向上させることができる。

【0045】

本発明の七フッ化ヨウ素の製造方法で使用される充填物に含有する金属フッ化物は、金属をフッ素化したものであればよく、特に限定されない。例えば、金属フッ化物として、ＮｉＦ₂、ＦｅＦ₃、ＣｏＦ₂、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ₂またはＣａＦ₂を挙げることができ、これらの２種以上が混合されていてもよい。安価且つ収率向上の寄与が大きいことを考慮すると、遷移金属のフッ化物であるＮｉＦ₂、ＦｅＦ₃、およびＣｏＦ₂のいずれか１種類以上を含む充填物を用いることが好ましい。

【0046】

使用する充填物の形状は、五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスが効率よく接触し、且つ、流通させる際に、これらガスが閉塞しなければ特に限定されない。充填物は、例えば、メッシュ状の金属片をフッ素ガス、三フッ化塩素ガス、七フッ化ヨウ素等によりフッ素化することにより、金属表面に金属フッ化物が生成した形で得る、または粉体状の金属フッ化物をペレット形状に成型して得ることができる。

【0047】

五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスを反応させ七フッ化ヨウ素を得る際の充填物の温度は、１５０℃以上、３５０℃以下が好ましい。充填物の温度が１５０℃未満では、五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスから七フッ化ヨウ素を製造する際の生成速度が低下する虞があり、３５０℃を超えると、生成した七フッ化ヨウ素が五フッ化ヨウ素とフッ素に分解する逆反応が進行する虞がある。特に好ましい充填物の温度は、２００℃以上３３０℃以下である。例えば、充填物を充填した状態で反応器を電気ヒータや蒸気などで加熱することにより、充填物を所望の温度にすることができる。

【0048】

上記五フッ化ヨウ素とフッ素ガスを反応させ七フッ化ヨウ素を得る反応において、逆反応が顕著とならない反応温度であれば、反応器内の五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスの滞在時間の増加とともに七フッ化ヨウ素の収率は増加する。七フッ化ヨウ素の生産性は滞在時間の増加により低下する虞があり、反応器内の五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスの滞在時間は、七フッ化ヨウ素の所望の収率と生産性を考慮し、種々選択できる。七フッ化ヨウ素の生産性を考慮する場合、反応器中の五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスの滞在時間は短い方が望まれる。例えば、Ｆ₂／ＩＦ₅のモル比が１以上で五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスを反応させ七フッ化ヨウ素を得る場合、金属フッ化物の温度が２００℃以上、３３０℃以下であり、少なくとも五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスの滞在時間は４秒以上あれば、収率は８０％以上得ることができる。

【0049】

流通式反応器を用いて五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスを反応させ七フッ化ヨウ素を得る場合の五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスの導入時の流量比、または密閉式反応器を用いる場合の五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスの混合比は、いずれも五フッ化ヨウ素とフッ素のモル比（Ｆ₂／ＩＦ₅）で１以上が好ましい。特に、モル比が１．３以上では、五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスの滞在時間４秒以上で七フッ化ヨウ素の収率８０%以上を得ることができるが、モル比（Ｆ₂／ＩＦ₅）を３５以上とすると、七フッ化ヨウ素の収率の向上に対し、フッ素ガスの使用量増加による経済性の低下が顕著になるため好ましくない。またモル比（Ｆ₂／ＩＦ₅）が１未満では、未反応の五フッ化ヨウ素が増加するため七フッ化ヨウ素の収率が低下する虞がある。

【0050】

五フッ化ヨウ素ガスとフッ素ガスから七フッ化ヨウ素を得る反応時の反応器内の圧力は、フッ素、五フッ化ヨウ素、七フッ化ヨウ素に毒性があるために、漏洩を防止するために大気圧以下が好ましく、経済性を考慮すると４０ｋＰａ（絶対圧）以上が好ましい。

【実施例】

【0051】

以下に本発明の実施例を比較例とともに挙げるが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。

【0052】

実施例１
図１に示す様に、槽内雰囲気を窒素置換した容積２．３Ｌのステンレス鋼製の反応槽１１に、液状の五フッ化ヨウ素１３、質量３０３６ｇを入れ、次いで固体ヨウ素１２、質量３７１０ｇを加えた。仕込み時の液状の五フッ化ヨウ素１３中のヨウ素１２の濃度は、五フッ化ヨウ素１３中と固体ヨウ素１２を合わせた質量に対し約５５質量％であった。液相１５における固体ヨウ素１２を含む五フッ化ヨウ素１３の攪拌方法として、ポンプ１９を駆動し液相１５を循環させた。七フッ化ヨウ素供給源１６から七フッ化ヨウ素ガスを０．６Ｌ／ｍｉｎの流量で液相１５中に供給して七フッ化ヨウ素ガスと、五フッ化ヨウ素１３内の固体ヨウ素１２を反応させ、五フッ化ヨウ素を得た。反応中は、反応槽１１内の圧力を９３ｋＰａ（絶対圧）に保持した。また、反応中の反応槽１１の内温を３０〜６０℃になるように冷却しつつ、６０分間反応させた。実験開始前に仕込んだ以外の五フッ化ヨウ素の新規生成量は４９９ｇであった。

【0053】

実施例２
攪拌方法として、実施例１で行ったポンプ１９で液相１５を循環させる替わりに、回転翼を備えた攪拌器２０を回転数１００ｒｐｍで回転させ液相１５を攪拌する以外は、実施例１と同様に七フッ化ヨウ素ガスと固体ヨウ素１２を反応させた。実験開始前に仕込んだ以外の五フッ化ヨウ素の新規生成量は４９９ｇであった。

【0054】

ポンプ、攪拌機、いずれの攪拌によっても、五フッ化ヨウ素中のヨウ素と七フッ化ヨウ素とを反応させることで、効率よく除熱でき、安全且つ安定に五フッ化ヨウ素を製造できた。

【0055】

比較例１
槽内雰囲気を窒素置換した容積２．３Ｌのステンレス鋼製の反応槽１１に、固体ヨウ素１２、質量３７１０ｇを仕込み、七フッ化ヨウ素供給源１６から七フッ化ヨウ素ガスを０．６Ｌ／ｍｉｎで供給して固体ヨウ素１２と直接反応させた。反応中の反応槽内の圧力は９３ｋＰａ（絶対圧）に制御したが、七フッ化ヨウ素ガスの供給開始から５分経過後、反応槽１１の七フッ化ヨウ素ガスの供給口付近に反応熱による温度上昇がみられ、七フッ化ヨウ素ガスの供給を停止し、反応を中断せざるを得なかった。
各実施例の製造条件と結果を表１に示す。

【0056】

【表1】

【0057】

液体の５フッ化ヨウ素中で、七フッ化ヨウ素とヨウ素を反応させた実施例１〜２においては、液相１５中への０．６Ｌ／ｍｉｎの七フッ化ヨウ素ガスの供給速度において、局所的な発熱を伴うことなく反応「５ＩＦ₇＋Ｉ₂→７ＩＦ₅」が速やかに進行し、１時間当たり４９９ｇの五フッ化ヨウ素が得られた。このように、本発明の五フッ化ヨウ素の製造方法により、五フッ化ヨウ素が単位時間当たりの収量多く、高速度で生産できることが、確認された。

【0058】

ところが、本発明の範疇にない、七フッ化ヨウ素と固定ヨウ素を直接反応させる比較例１においては、反応「５ＩＦ₇＋Ｉ₂→７ＩＦ₅」が局所的に起こる発熱を生じ、反応を中断させざるを得なかった。

【0059】

比較例２
槽内雰囲気を窒素置換した容積２．３Ｌのステンレス製反応槽１１に、液状の五フッ化ヨウ素１３、質量３０３６ｇを入れ、固体ヨウ素１２、質量３７１０ｇを加えた。仕込み時の五フッ化ヨウ素１３と固体ヨウ素１２を合わせた質量に対する固体ヨウ素１２の濃度は、約５５質量％であった。液相１５を、回転翼を備えた攪拌器により回転数１００ｒｐｍで攪拌した。

【0060】

攪拌下、反応槽１１の気相１４に窒素ガスで７０体積％に希釈したフッ素ガスを供給し、ヨウ素とフッ素ガスから五フッ化ヨウ素を得る反応を開始した。反応中の反応槽１１内の圧力は圧力調整弁によって９３ｋＰａ（絶対圧）に保たれた。また、反応中の反応槽１１の温度は３０〜６０℃になるように冷却しつつ、６０分間反応させた。

【0061】

圧力調整弁から排出されるフッ素ガスの濃度は、分光光度計ＵＶ−Ｖｉｓ（株式会社日立ハイテクサイエンス製、型番Ｕ２８１０）を用いた紫外・可視・近赤外分光法による分光分析の結果、約７０体積％で推移し、フッ素ガスはほぼ消費されず、ヨウ素とフッ素ガスから五フッ化ヨウ素を得る反応は進行しなかった。実験開始前に仕込んだ以外の五フッ化ヨウ素の新規生成量は僅かに０．００２５ｇであった。

【0062】

実施例３
実施例１で得られた五フッ化ヨウ素を用いて、七フッ化ヨウ素を合成した。具体的な製造手順は以下のとおりである。

【0063】

金属フッ化物としてのフッ化ニッケル（ＮｉＦ₂）（純度９９％、Ａｐｏｌｌｏ Ｓｃ
ｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｌｉｍｉｔｅｄ製）を加圧成型によりペレット状（大きさ、４ｍｍ×４ｍｍ×２ｍｍ）にした。反応器として用いる、電気ヒータおよび圧力計を備えたニッケル製の光輝焼鈍管（内径２２．１ｍｍ、長さ０．３ｍ）にペレット状のフッ化ニッケル４８ｇ（０．５モル）を充填した。電気ヒータにより光輝焼鈍管を加熱することにより充填物である前記ペレットの温度を２７０℃とした。この温度で、フッ素（Ｆ₂）と五フッ化ヨウ素（ＩＦ₅）の混合ガス（モル比（Ｆ₂／ＩＦ₅）＝３０．３（Ｆ₂濃度９６．８体積％、ＩＦ₅濃度３．２０体積％））を光輝焼鈍管の両端の一方（入口）から導入し、他方（出口）から排出させた。

【0064】

この際、光輝焼鈍管内の圧力を６６．７ｋＰａ（絶対圧）とし、混合ガスの流量を１７３０ｃｍ³／ｍｉｎ（滞在時間４秒）で１時間流通させた。また、混合ガスの流通時に、反応器出口からのガスを冷却捕集器に導入した。冷却捕集器の冷媒として液体アルゴン（温度：−１８６℃）を用いて七フッ化ヨウ素と五フッ化ヨウ素を冷却捕集した。混合ガスの流通完了後、冷却捕集器内の捕集物の質量測定およびフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）（株式会社島津製作所製、品名、Ｐｒｅｓｔｉｇｅ２１）による七フッ化ヨウ素と五フッ化ヨウ素の組成を分析した。質量測定および組成分析結果に基づき、五フッ化ヨウ素ＩＦ₅の供給量を基準とした七フッ化ヨウ素の理論捕集量に対する収率を算出したところ、五フッ化ヨウ素を基準とした七フッ化ヨウ素の収率は９９．８％だった。

【符号の説明】

【0065】

１０ 反応装置
１１ 反応槽（冷却器で冷却している）
１２ 固体ヨウ素
１３ 五フッ化ヨウ素（ヨウ素が溶解している）
１４ 気相
１５ 液相（五フッ化ヨウ素）
１６ 七フッ化ヨウ素の供給源
１７ ヨウ素供給源
１８ 不活性ガスの供給源
１９ ポンプ
２０ 攪拌器

【図1】