六氟化钨

六氟化钨(英文名:Tungsten hexafluoride、Tungsten fluoride,别名:氟化钨),是自然界中最活泼的元素——氟的一种无机化合物,在室温下是无色的气体、浅黄色液体或固体,固体为易潮解的白色结晶,其分子式为WF6。

六氟化钨的相对分子质量为297.84,液体密度为3.441g/cm3,三相点为2.0℃,熔点为2.3℃,相对密度为3.44(15℃),沸点为17.2℃/743mmHg。在常温时六氟化钨的分子具有对称的正八面体结构,并具有抗磁性,能溶于多数有机溶剂。六氟化钨在常温常压下稳定,遇水则迅速发生水解反应。六氟化钨能与许多物质发生化学反应,腐蚀性很强,能侵蚀几乎所有的金属,并能迅速腐蚀湿的玻璃。

六氟化钨可用于钨的化学蒸镀,用作氟化剂;还在电子工业中作为一种原材料制作二硅化钨(WSi₂),形成大规模集成电路(LSI)中的配线材料;以及作为一种钨和铼的复合涂层,用于电子工业中太阳能吸收器和X射线发射电极的制造等。

理化性质

物理性质

六氟化钨常态结构为对称正八面体形状,气体状态下其形状为无色、无味,有毒。液体为浅黄色,固体为易潮解的白色结品,在潮湿空气中冒烟。

化学性质

六氟化钨具有腐蚀性,其腐蚀性受外界环境影响较大,外界环境较为干燥时,腐蚀性较小。相反外界环境较为潮湿的情况,就会增强六氟化钨的腐蚀性,甚至能腐蚀玻璃。这是因为气态下六氟化钨遇水会迅速溶解,并快速分解成具有强烈腐蚀性的氟化氢三氧化钨,会对人体皮肤、眼睛以及呼吸道造成严重灼伤。

六氟化钨(WF6)是唯一能稳定存在的钨的氟化物,其相对分子量为297.84,熔点2.3℃,沸点17.1℃,气体密度12.7kg/m3,20℃时蒸汽压为112.47kPa。WF6的分子具有抗磁性,能溶于多数有机溶剂,并使它们着色。WF6是一种强氟化剂,除镍、蒙乃尔合金和耐酸钢外,在室温下能与多种金属氟化,且遇水很快水解,生成氟化氢(HF)和三氧化钨(WO3),因此,在空气中毒性与HF相同。

主要用途

六氟化钨可用于钨的化学蒸镀,用作氟化剂。六氟化钨作为一种强氟化剂,在电子工业中发挥着很大的作用,主要表现在以下几个方面:一是在电子工业中作为一种原材料,即经过化学气相沉积工艺后形成的金属钨,可以将其用于制作成WSi2,然后再形成大规模集成电路(LSI)中的配线材料;二是作为一种钨和铼的复合涂层,是通过混合金属的化学气相沉积工艺而制作出来的,将其用于电子工业中太阳能吸收器和X射线发射电极的制造;三是在电子工业中可以用作半导体电极和导电浆糊等的原材料。

合成方法

合成WF6的方法很多,美国和日本等国有许多厂家的生产方法均获得专利,以下介绍几种主要的合成方法。

1.用CI2-HF混合物氟化剂的工艺

金属钨在没有水分和空气存在的条件下与CI2-HF混合物反应制备WF6,反应在蒙乃尔合金制成的高压釜中进行,反应式为:

为确保产物有良好的收率,通常使CI2和HF适当过量,与六氟化钨的理论摩尔比为3:1,实践中采用3~6:1,氟化氢与六氟化钨的理论摩尔比为6:1,实践中采用6~10:1。反应温度控制在150~450℃,提高反应温度有利于反应的进行,但是温度过高会导致装置腐蚀严重,而且WF6会部分发生分解。由于反应过程中连续通入过量的CI2-HF,这不仅导致生产成本上升,同时还将造成较为严重的环境污染。反应只适用于间歇性生产,不适合工业化大批量生产。

2.用NF3作为氟化剂

将精制后的高纯度NF3,导入一个用镍或蒙乃尔合金制成的反应器中,NF3与金属钨在200~400℃下直按反应,制备WF6,反应式为:

该方法要求采用低温冷凝法使NF3,在-130~-78℃冷却,水分凝固后分离以得到精制的NF3,而且NF3的价格很高,这就导致生产成本很高,有较高的投资风险,不适合于工业化生产。

3.用氟气做氟化剂的工艺

金属钨与氟气直接发生反应,制得WF6,其反应式为:

反应是通过使氟气流过含金属钨的流化床或固定床来完成的,反应结束后,以液体形式收集WF6,该上艺在实际操作中存在产物中易夹带钨粉、反应器效率低等问题。为此,三井化学对该工艺进行了改进,使钨粉与某种高熔点固体氟化物在压模机中加压捏合成具有一定强度的固体模片,经过脱氧和脱水处理后,丁加热条件下通入氟气来制备WF6。模片中钨的质量分数控制在30%~70%,成型乐力为50~1000MPa。模片的形状利尺寸取决于反应器的形状和尺寸。当采用圆柱型模片时,其直径通常为反应器直径的1/20~1/5,高度为反应器直径的1/40~1/10。反应于250~500℃、0.1~1MPa下进行,可完全避免钨粉的夹带。该直接反应法制备六氟化钨的工艺流程较简单、操作方便,是国外一些公司普遍采用的比较成功的方法。

安全事宜

毒理信息

(一)不良影响

皮肤毒素——皮肤灼伤。

毒性肺炎——因吸入金属烟雾病有毒气体和蒸汽而引起的肺部炎症。

(二)急性影响

以上参考资料

(三)毒性数据

LC50(大鼠)= 1430mg/m3

健康危害

六氟化钨为A级无机化合物剧毒品,具有强腐蚀性、强刺激性,吸入、摄入或经皮肤吸收可能致命。蒸气具有极强的刺激性和腐蚀性。接触气体或液化气体可能导致烧伤、严重伤害和/或冻伤。火灾会产生刺激性、腐蚀性和/或有毒气体。消防用水或稀释用水的径流可能造成环境污染。呈现为气体时,其密度较其他气体大,人体一旦接触,会对人体肺部、眼睛以及皮肤造成强烈刺激。

急救措施

紧急急救:确保已进行充分的消毒。如果患者无法呼吸,应开始人工呼吸,最好按照培训使用需求瓣复苏器、袋阀面罩装置或口袋面罩。必要时进行心肺复苏。立即用轻柔流动的水冲洗受污染的眼睛。不要催吐。如果出现呕吐,患者应前倾或侧卧(如可能,头朝下),以保持气道畅通并防止吸入。让患者安静,保持体温正常。寻求医疗帮助。

基础治疗:建立通畅气道(如有需要,可使用口咽或鼻咽气道)。必要时吸痰。注意呼吸功能不全的迹象,必要时协助通气。通过非呼吸面罩以10至15升/分钟的速率给氧。监测肺水肿,必要时治疗;监测休克情况,必要时给予治疗;预判癫痫发作,必要时进行治疗;对于眼睛污染,应立即用水冲洗眼睛。运输过程中,持续用0.9%生理盐水(NS)冲洗每只眼睛,不要使用呕吐剂。口服时,漱口后给药5毫升/公斤至最多200毫升水以稀释,前提是能吞咽、有强烈的呕吐反射且不流口水。消毒后用干燥无菌敷料覆盖皮肤烧伤(氟及相关化合物)。

高级治疗:对于无意识、严重肺水肿或严重呼吸窘迫的患者,考虑口气管或鼻气管插管以控制气道。使用气囊阀面罩装置进行正压通气技术可能有益。考虑用药治疗肺水肿,监测心律,必要时治疗心律失常,开始静脉注射D5W/SRP:“保持开启”,最低流量。如果出现低血容量迹象,使用0.9%生理盐水(NS)或乳酸林格氏菌(LR)。对于低血压且出现低血容量症状,请谨慎输液。如果患者血压低且液体量正常,可以考虑使用血管增压药。注意液体过载的迹象,用地西泮或劳拉西泮治疗癫痫发作,使用盐酸普拉卡因辅助眼部冲洗(氟及相关化合物)。

接触限值

根据2006年TSCA(美国环保署)库存更新报告数据,在工业制造、加工和使用六氟化物过程中,合理可能暴露的人数为1至99人。美国职业安全与保健管理局规定的允许暴露极限值为0.2ppm。车间空气中化物卫生标准(GB16228-1996)规定了车间空气中氟化物最高容许浓度为1.0mg/m3(以氟计)。车间空气中钨卫生标准(GB16229-1996)规定了车间空气中钨的最高容许浓度为6mg/m3。

防护方法

呼吸系统防护:可能接触毒物时,必须佩戴防毒面具。

眼睛防护:戴安全防护眼镜。

身体防护:穿胶布防毒服。

手防护:戴防化学品手套。

其他防护:工作现场严禁吸烟。注意个人清洁卫生。进入罐、限制性空间或其他高浓度区作业,须有人监护。

安全标志

以上参考资料

泄露应急措施

1.拨打911,然后拨打运单上的紧急救援电话号码。如果运单找不到或无人接听,请参考封底内页列出的相应电话号码。

2.禁止未经授权的人员靠近。

3.保持上风、上坡和/或上游方向。

4.许多气体比空气重,会沿着地面扩散,并聚集在低洼或封闭的区域(下水道、地下室、储罐等)。

5.进入封闭空间前应先通风,但前提是必须经过适当培训并配备相应设备。

发展前景

国际诸如美日等发达国家,于20世纪40年代开始制备六氟化钨,至20世纪末开发了六氟化钨提纯技术,并广泛应用于电子工业技术领域。加之近些年来,电力元件对六氟化钨需求量不断提升,国外相关厂家不断扩大六氟化钨生产规模,其生产工艺亦不断优化。当前国外生产六氟化钨的厂家有美国AP公司、普拉赛尔技术有限公司以及日本关东电化公司等等。其中日本关东电化公司六氟化钨生产规模最大,普拉赛尔技术有限公司生产的产品纯度最高。相对国外先进生产厂家,当前国内专门生产六氟化钨厂家屈指可数,主要由于前期国内对于该领域研究存在空白,工业化生产也未达到条件。中国重工718所在国家重大专项的大力支持下,经过多年技术开发,研究出高纯六氟化钨5N产品工业生产线并逐年扩产,现已达到国内市场占有率40%,国际市场占有率约20%。预计到2020年,六氟化钨全球需求量超过7000t/a,国内需求量远超4100t/a。加上近几年来六氟化钨价格久高不下,所以开展六氟化钨生产研究前景广阔。国内亦应尽快实现建厂生产,满足国内电子工业领域需求。

六氟化钨.pubchem.2026-01-20