硫酸钠法生产氟硅酸钠的工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种硫酸钠法生产氟硅酸钠的工艺，具体包括以下步骤：（１）将摩尔比为１∶１．０～１．２的氟硅酸与硫酸钠溶液反应晶化；（２）向上述反应液中投放固体硫酸钠化盐，直至硫酸钠的质量百分比浓度为１５～２０％；（３）分离氟硅酸钠；（４）母液盐溶液进入再次进行循环化盐、反应过程。本发明专利技术利用了氟硅酸的水，节省了大部分化盐用水，减少了污水的产生量；母液化盐相当于使盐继续过量，从而使氟硅酸钠结晶继续长大，析出量增加，氟硅酸利用率最高可达９６％以上，远远高于目前溶液法的８０％左右的水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磷复肥厂氟回收、以硫酸钠为原料生产氟硅酸钠的工艺，属 于无机化工产品氟硅酸钠的工艺改进。
技术介绍
由于磷矿一般含有3%左右的氟，在普钙、重钙及湿法磷酸的生产过程 中为保护环境、综合选用资源和提高企业经济效益，须对含氟尾气进行处 理，将含氟废气吸收转化为氟硅酸、用来生产有巿场效益的氟盐产品。在 目前生产的氟盐产品中，氟硅酸钠则比较普遍。(化肥工学丛书《磷酸、磷 肥及复混肥料》化学工业出版社)氟硅酸钠，分子式Na2SiF6，无色六方晶体。无嗅，无味，有吸潮性。 相对密度2.679。微溶于水，不溶于乙醇，可溶于乙醚等溶剂中。在酸中溶 解度比水中大。用作搪瓷助熔剂、玻璃乳白剂、耐酸胶泥和耐酸混凝土的 凝固剂及水的氟化处理，也可用作木材、皮革的防腐剂，并且是其它氟化 物的生产原料。在碱液中分解，生成氟化物及二氧化硅。灼热后分解成氟 化钠和四氟化硅。是建筑、建材工业用量最大的氟硅盐品种。由于氟硅酸钠有毒，环保要求严格，国外产量呈下降趋势，其巿场需求 呈上升趋势，预计到2010年，国内对氟硅酸钠的需求量将会达到20万吨。氟硅酸钠的生产方法根据选用不同钠盐原料，分为硫酸钠法和氯化钠 法。主要工序有氟硅酸澄清、清水化盐、氟硅酸钠合成、离心脱水、气流 干燥、旋风分离及袋式捕尘后进行产品的包装(孟静波，氟硅酸钠装置的 设计技术总结，云南化工，1999年第2期)。按搡作方式分为间歇合成法和 连续合成法。按投料方式分为干法投料和湿法投料两种方法。湿法投料(如 附图1所示)是在空气搅拌及蒸汽加热的情况下，在化盐槽内加入固体硫酸钠制成饱和溶液。氟硅酸在其贮槽内沉,澄清后由氟硅酸泵送入合成槽，饱和盐液由盐液泵按过量20%~30%的比例缓慢送入合成槽，酸、盐在合成槽内经搅拌、反应生成氟硅酸钠结晶，沉降后，上层母液排出进入母液贮 槽供配酸或处理达标后排放，氟钠结晶则进入后续工序进行处理。湿法投 料虽产品粒度较大、操作平稳，但污水量相对大。干法投料(附如图2所示)是将澄清后的氟硅酸由氟硅酸泵送入合成槽后，固体钠盐在搅拌情况下则由人工缓慢投入、溶解并与酸反应生成氟硅 酸钠结晶，沉降后，上层母液排出进入母液贮槽供配酸或处理达标后排放， 氟钠结晶则进入后续工序进行处理。干法投料简化生产流程，减少设备和溶盐用水量。其化学反应如下氯化钠法H2SiF6+2NaCl=Na2SiF^+ HC1 酸钠法H2SiF6+Na2S04=Na2SiF6J<+ H2S04使用硫酸钠为原料时，反应生成的母液中含有硫酸(H2S04),由于磷复 肥厂均使用硫酸分解磷矿，回收利用这部分硫酸，既减少污水外排，又符 合原子经济学理论，提高了盐中元素的利用率。使用氯化钠为原料时，母 液中含有盐酸(HC1),硅胶等，处理时环节多、难度较大、费用较高，返回时又会对不锈钢设备管线造成cr腐蚀(海成立，磷铵系统污水的利用，磷肥与复肥，2002年17卷第2期)。所以从环保和减排角度讲，硫酸钠法 应为首选。事实上，在硫酸钠湿法生产时，由于硫酸钠溶液呈饱和状态， 而且其溶解度随温度变化明显，必须注意化盐及输送设备管线的保温，否 则随时有可能析出而堵塞设备或管线，加之一方面母液温度较高时，氟硅 酸钠在酸性介质中的水解加速，既使氟硅酸钠损失增加，也使硅胶增多； 干法生产时，由于硫酸钠溶解迅速，加之加料速度难以控制，在结晶器中 易使反应液局部过饱和而大量析出细小的氟硅酸钠，造成离心时易被摔出 造成损失(徐为温，用Na2S04代替NaCl生产氟硅酸钠的工艺改革，磷肥 与复肥，1996年第2期)。正因如此，目前我国大多数磷复肥企业副产氟硅酸钠时，仍采用氯化钠法。Tt着頂家对环'保重'视的'程度不断提高，节能减 排力度的不断加大，若能克服湿法硫酸钠在生产中易析出、堵塞设备管线 的不足以及干法硫酸钠生产时氟硅酸钠粒度偏小、搡作不稳等缺陷，以硫 酸钠为原料生产氟硅酸钠的优势将会更加明显。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种硫酸钠间歇法生产氟硅酸钠的新工艺，充分 发挥间歇法生产操作灵活、调整方便、流程短和投入少的优点，克服现有 的硫酸钠湿法工艺污水大、耗能高或干法工艺产品粒度小、损失大的不足， 也可实现对已有的氯化钠工艺的完全替代，以避免产生难以处理的大量污 水，最终达到氟硅酸钠生产中节能减排的目的。本专利技术实现过程如下硫酸钠法生产氟硅酸钠的工艺，包括以下步骤(1) 将摩尔比为1: 1.0-1.2的氟硅酸(质量百分比浓度为8~10%)与 硫酸钠溶液(质量百分比浓度为15%~20%)反应晶化；(2) 向上述反应液中投放固体硫酸钠化盐，直至硫酸钠的质量百分比 浓度为15~20%，控制体系温度为15-25°C;(3) 分离氟硅酸钠，离心干燥。本专利技术还包括下述步骤将上述分离氟硅酸钠后得到的母液硫酸钠溶 液与质量百分比浓度为8~10%的氟硅酸溶液反应晶化，保持氟硅酸与硫酸 钠的摩尔比为1: 1.0-1.2,反应完成后，投放固体硫酸钠化盐，直至硫酸钠 的质量百分比浓度为15~20%,控制体系温度为15~25°C,反应、化盐结東 后，分离氟硅酸钠，母液盐溶液进入再次循环化盐、反应过程。母液循环化盐相对硫酸钠湿法加盐有以下好处*利用了氟硅酸的水，节省了大部分化盐用水，减少了污水的产生量; *母液化盐相当于使盐继续过量，从而使氟硅酸钠结晶继续长大，析 出量增加，氟硅酸利用率最高可达96%以上，远远高于目前溶液法的80%左右的水平；'*母液化盐后，体系是稀硫酸和硫酸钠的混合溶液，从而改变了硫酸 钠盐原来的溶解度，使其溶解度的温度系数大大降低，以15%的硫 酸钠溶液为例，当用清水化盐时，溶液温度只要低于2(TC就析出晶 体；而当为酸溶液时，温度接近6'C,才析出硫酸钠晶体。这样， 就使硫酸钠溶液的温度适用大大拓宽，在相当宽的范围内保证了化 盐设备及管线的连续、安全运行，避免了堵塞及其它故障的发生。*由于氟硅酸温度一般在3(TC以上，母液化盐， 一方面充分利用了氟 硅酸的热量，另一方面，含稀硫酸体系硫酸钠溶解度的温度系数变 小，从而减少了原溶液法需通过蒸汽加热提高溶液温度的环节，节 省了蒸汽能源的消耗； 母液的循环使用，也回收了其中的硫酸钠盐，从而使化盐阶段硫酸 钠的利用率由80%提高到95%以上。*母液盐体系中，由于SiF6'离子的大量减少，其水解大大减弱，硅胶 生成量少，也便于污水的再利用。 母液循环化盐也使硫酸不断富集，浓度不断提高，回收利用价值更 高。*母液化盐直接在合成槽中进行，由于合成槽中本身有搅拌装置，搅 拌化盐相对化盐槽中的空气搅拌化盐的速度更快，也节省了压缩空 气。*盐液浓度15%~20%相对原流程盐液浓度32%有所降低，可使产品 结晶粗大，生产易于控制，也使反应温度不致较高而造成氟硅酸钠 的水解，影响母液循环及氟硅酸钠的产率。*生产工艺过程平稳流畅，氟硅酸钠质量优于国家一等品标准。母液化盐相对干法硫酸钠有以下优点1、母液化盐后，氟硅酸与硫酸钠的反应在液相中进行，传递扩散优于固相硫酸钠，从而避免了干法投料时急易因局都氟硅酸钠的过饱和而形成 大量的晶核。在反应初期，大量晶核的形成将使氟硅酸钠晶体难以长大。 一旦粒度过小，在离心脱水交造成大量氟钠穿过滤布而损失掉。2、 母液化盐，使得反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
硫酸钠法生产氟硅酸钠的工艺，包括以下步骤：（１）将摩尔比为１∶１．０～１．２的氟硅酸与硫酸钠溶液反应晶化；（２）向上述反应液中投放固体硫酸钠化盐，直至硫酸钠的质量百分比浓度为１５～２０％；（３）分离氟硅酸钠。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹劲松，姚瑞清，陈开勋，秦宝福，王发定，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]