氟化

氟化是冶金工業中使金屬氧化物反應生成金屬氟化物，從而把金屬元素從原來氧化物中提取出來的過程，即氟化冶金過程。

基本介紹

• 中文名：氟化
• 外文名：fluorination
• 範疇：冶金工業
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研究背景

金屬氟化物作為過渡產物，在金屬尤其是稀有金屬工業生產上日益得到廣泛套用。

金屬氟化物的生成等壓位的負值都相當大，比相應的氯化物更大。金屬氟化物具有容易形成絡合物，穩定性比較大，蒸氣壓又比較低，此外還容易製備成純化合物，容易還原以及低的熔點和沸點等優點，所以在用熔鹽電解提取金屬的過程中特別有用。

氟化方法

在冶金中用氟化法提取金屬，都是先將原料中欲提取的金屬製備成純的氧化物，然後再用氟化劑將氧化物轉化成氟化物，並利用金屬氟化物的特性進一步提純，最後用金屬熱還原或熔鹽電解方法製取純金屬。工業上常用的氟化劑是元素氟或氟化氫氣體。

元素氟

金屬氧化物用氟進行氟化的反應式如下：

式中y為金屬的原子價。例如的氟化反應式為：

且在500℃溫度條件下，在空氣氣氛中只要有極微量的氟存在，像這樣很穩定的氧化物都可以被氟化。

氟化氫氣體

氣體氟是很昂貴的試劑，在生產中通常用氟化氫來代替，其反應式為：

但是，氧化物與氟化氫反應的標準自由焓變數，比氟反應要少負約340KJ。因而，氟化氫的氟化能力比氟要弱得多。

套用舉例

下面以鈾冶金方面的例子來說明氟化法的套用。

由二氧化鈾提取鈾的第一步，是將二氧化鈾用氟化氫進行氟化，按如下反應製得四氟化鈾：

可以求得反應的為

從以上數據可算得反應的平衡氣相組成（以氣相中的的百分含量表示）與溫度的關係，用作圖法表示於下圖：

平衡氣相組成與溫度關係示意圖

由圖可見，在低溫下，氣相中以水蒸氣為主，即 氟反應平衡向右移動的趨勢大。若在高溫下，氣相中以氟化氫為主，即平衡向右移動的趨勢小。因此，上述氟化反應應當控制在較低溫度（400~500℃左右）下進行。上述反應為放熱反應，在600℃時其熱效應很大。因此，只要在開始時加熱到反應溫度，以後反應就可以自動進行。為了防止溫度過高，在反應器上還要安裝冷卻裝置。

因為六氟化鈾的沸點很低（56℃），因而可以在較低溫度下，用氣相擴散法分離天然鈾中的同位素。從熱力學上來說，六氟化鈾可由二氧化鈾直接用氟進行氟化而製得，但要消耗較多昂貴的氟。因而實際上是先製得四氟化鈾以後，再將四氟化鈾固體與氟反應，製成六氟化鈾，其反應式為：