Légende
  • Halogènes
  • Métaux alcalino-terreux
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  • Métaux de transition
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  • Métaux alcalins
  • Lanthanides
9
F
Fluor
Produit minéral

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule Masse molaire Distance interatomique
F2 37,997 g.mol-1 141,8 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température de sublimation Température critique Pression critique Température du point triple Pression du point triple Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
gazeux, 15°C, 101,3 kPa : 1,607.10-3 g.cm-3 -219,62°C -188,14°C -128,74°C 51,7 kPa -219,67°C 0,24 kPa 0,0279 W.m-1K-1 hydrolysé en HF

Données chimiques

E° : F2(g) + 2e = 2F E° : F2O(g) + 2H+ + 4e = H2O + 2F
2,87 V 2,1 V

Données thermodynamiques

Difluor gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 1,6 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 6,3 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 202,7 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 31,3 J.K-1mol-1

Données industrielles

Fabrication industrielle

Historique : la production industrielle a été initiée, en Allemagne, en 1940, à Falkenhagen, pour la synthèse de ClF3, utilisé comme gaz incendiaire. Mais le procédé utilisé actuellement a été mis au point par Union Carbide, dans le cadre du « projet Manhattan » de fabrication de la bombe atomique.

Le fluor est préparé par électrolyse du fluorure d’hydrogène anhydre, rendu conducteur par ajout de fluorure de potassium. On obtient, par chauffage entre 85 et 105°C, un sel fondu de composition : KF,2HF. 2 à 3 % de fluorure de lithium est introduit afin d’éviter la polarisation des anodes lors de l’électrolyse. La réaction suivante a lieu :

2 HF = H2 + F2

Le dihydrogène est récupéré à la cathode, le difluor, à l’anode. Les cuves d’électrolyse et le séparateur des gaz formés sont en Monel (alliage à 70 % de Ni et 30 % de Cu), les cathodes en acier et les anodes en carbone poreux. La tension appliquée est de 8,5 à 10,5 V, l’intensité de 6 000 A. Sous cette intensité, la production de difluor est de 3,9 kg/h. La consommation est de 1,1 t de HF par t de difluor.

Les gaz produits contiennent de 6 à 10 % en volume de HF. Le difluor est purifié par condensation de HF à -80°C puis cristallisation à -110°C. Le difluor utilisé directement pour produire de l’hexafluorure d’uranium ou de l’hexafluorure de soufre n’est pas épuré. La faible partie de difluor qui est stockée est conditionnée, après épuration, dans des bouteilles métalliques sous 28 bar.

L’excès de difluor non consommé et HF récupéré lors de la purification des gaz sont éliminés dans une solution d’hydroxyde de potassium elle même régénérée à l’aide de chaux. L’élément fluor se trouve alors sous forme de fluorure de calcium, CaF2, synthétique.

Productions

Les capacités de production mondiales sont estimées à 20 000 t/an. Les principaux producteurs interviennent dans la fabrication du combustible nucléaire. Il s’agit de Tenex à Angarsk (Russie) : 3 700 t/an, Comurhex (Orano, ex-Areva) à Pierrelatte (France) : 2 600 t/an, Honeywell à Metropolis (Illinois, États-Unis) : 2 300 t/an, cette production étant suspendue depuis fin 2017, Cameco à Port Hupe (Ontario, Canada) : 2 050 t/an.

Autres producteurs : Solvay à Onsan (Corée du Sud) pour la production de SF6 et IF5.

Situation française

En France, Orano, ex-Areva, consomme 2 400 t/an de HF anhydre pour produire du difluor (près de 2 200 t/an) destiné principalement à oxyder le tétrafluorure d’uranium en hexafluorure. Cette activité, située à Pierrelatte (26), permet de produire également divers composés fluorés tels que : ClF3, WF6, des mélanges F2-N2.

Utilisations

Secteurs d’utilisation : dans le monde, 60 % pour la fabrication de l’hexafluorure d’uranium, 15 % pour celle de l’hexafluorure de soufre, 25 % pour celle de divers composés fluorés (hexafluorures de tungstène et molybdène, fluorures de carbone, trifluorures d’azote et de chlore, pentafluorure d’iode, mélange difluor – diazote…).

SF6 : gaz isolant dans les disjoncteurs haute tension. En particulier, production par Solvay à Bad Wimpfen, en Allemagne et Onsan, en Corée du Sud.

Bibliographie