一种利用喷雾热解四氟化硅气体制备气相二氧化硅的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用喷雾热解四氟化硅气体制备气相二氧化硅的方法，以喷雾干燥塔作为水解反应器，将四氟化硅气体和水分别自热风分布器和雾化器送入反应器内，四氟化硅气体和水的通入量之比为质量比3：(7～17)，保持水解反应温度自上而下为450～110℃，反应所得固体和气体分离后，收集固体得到气相二氧化硅，混合气体用水吸收得到氢氟酸。本申请得到的气相二氧化硅pH值呈中性、比表面积大、表面能大、吸附性强、纯度高，整个工艺无高温反应，可以很好的实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种利用喷雾热解四氟化硅气体制备气相二氧化硅的方法
本专利技术涉及一种利用喷雾热解四氟化硅气体制备气相二氧化硅的方法，属于固废矿物深加工及环保

技术介绍
副产氟硅酸生产氟化铝的工艺路线是：以氟硅酸和氢氧化铝为原料，在80-100度的温度下进行反应，用真空带式过滤机分离水溶性的氟化铝和生成固态的白炭黑。白炭黑粒子具有多孔性、呈表面球形且表羟基多，有极强的化学吸附性。用氟硅酸制备氟化铝所采用的是常规化工用反应釜，其搅拌的转速较低，剪切力小，合成过程中生成的白炭黑易与氢化化铝粉、氟硅酸等吸附成团而使粒径较大。氢氧化铝粉与白炭黑包裹在一起后无法与氟硅酸反应，致使生产成本高。所以分离出的白炭黑具有一大一小一低一高的特性：即粒径大、比表面积小、纯度低（二氧化硅含量为40-60%）、含氟高，通常称之为含氟硅渣。在实际氟硅酸生产氟化铝的过程中，硅渣烘干后测其中的硅含量为40-60%，含铝20-30%，而且没有办法把其两种物质分离出来，被当做垃圾处理，氟离子还会严重污染周边环境。随着常年累月的生产，副产的白炭黑（含氟硅渣）愈来愈多，如果不及时有效的处理这些含氟硅渣，将会制约着企业以后的发展。目前，利用四氟化硅气体制备气相二氧化硅的工艺方法有：四氟化硅高温水解法和低温水解法。四氟化硅高温水解法用氢、氧气把四氟化硅在1800-2000度进行高温水解，生产固体二氧化硅和氟化氢气体及水蒸气，分离出固体SiO2后，氟化氢气体用水吸收即得氢氟酸；但这个方法工业化生产危险系数高，实际生产中常采用三氯氢硅或四氯化硅替代四氟化硅做为原料生产气相二氧化硅，得到的固体SiO2产品呈酸性。四氟化硅低温水解法可以克服高温水解的弊端，且产品的纯度高、杂质少、pH呈中性，是一种有发展前景的新工艺，但受限于设备的产业化与标准化问题，目前无法实现规模化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用喷雾热解四氟化硅气体制备气相二氧化硅的方法，使制备出的白炭黑中SiO2含量（干基）≧99.9%、BET（NSA）：≧300g/m2、粒径≦44um，总铁含量≦0.001%；其他技术指标均达到或超过当今的气相二氧化硅GB/T20020-2013国家标准要求，并且可以实现连续的规模化工业生产。本专利技术解决上述技术问题所采用的方案是：一种利用喷雾热解四氟化硅气体制备气相二氧化硅的方法，包括如下步骤：以喷雾干燥塔作为水解反应器，将四氟化硅气体和水分别自热风分布器和雾化喷嘴送入反应器内，四氟化硅气体和水的通入量之比为质量比3：（7~17），保持水解反应温度为自热气体入口喷雾干燥塔内至混合气体出口温度为450~90℃，反应所得固体和气体分离后，收集固体产物得到气相二氧化硅，气体产物用水吸收得到氢氟酸，剩余气体再用碱液吸收后排入大气。优选地，通过调节四氟化硅气体的流量和温度、高温热风的流量和温度以及喷雾干燥塔排出的气体产物的流量来调整喷雾干燥塔内的水解温度。优选地，所述四氟化硅气体的加入温度为350~500℃；所述水解反应所需的水直接或以水蒸气的形式经雾化器雾化后进入喷雾干燥塔内，其加入时的温度为20~120℃，喷雾干燥塔排出的气体产物温度为90-110℃。优选地，先用空气替代SiF4气体来进行工艺参数调整，待喷雾干燥塔内上部温度为300~450℃，下部温度为90~110℃后再通入四氟化硅气体。优选地，所得气相二氧化硅的干基含量不低于99.9%、BET不低于300g/m2、44um孔径筛余物小于200mg/kg，总铁含量不超过0.001%。优选地，所述的四氟化硅气体，由含氟硅渣（主要成分为SiO2）或其他含SiO2的物料与氢氟酸在反应釜中反应而得，所述含氟硅渣是指氟硅酸生成氟化铝过程中生产的含有氟硅酸的硅渣或含氟的二氧化硅硅胶。本专利技术的另一目的是提供一种利用喷雾热解四氟化硅气体制备气相二氧化硅的设备，包括喷雾干燥系统，所述喷雾干燥系统包括依次相连的喷雾干燥塔、旋风除尘器、布袋除尘器和尾气吸收装置；所述喷雾干燥塔的物料入口设置有雾化喷嘴和气体分配器，所述雾化喷嘴连接水源，所述气体分配器连接并联的空气过滤器和四氟化硅气源，喷雾干燥塔的气体物料出口连接所述旋风除尘器，固体物料出口连接有二氧化硅收集仓，所述旋风除尘器的固体物料出口也连接所述二氧化硅收集仓；所述尾气吸收装置包括至少两级水吸收装置和至少一级碱液吸收装置。优选地，所述空气过滤器以及四氟化硅气源与气体分配器之间连接有鼓风机和空气加热器。优选地，所述四氟化硅气源包括一反应釜，所述反应釜外壁带有加热套，顶部设置有固体物料加料口、液体物料加料口、空气入口和四氟化硅气体出口，底部设置有排料口；所述反应釜的顶部还固定有通往反应釜下端的搅拌装置和温度计，所述液体物料加料口一端连接HF计量储槽，一端连接通往反应釜底部的加料管。优选地，所述水源包括自来水或去离子水或电子级纯水输送管道和水蒸气输送管道。优选地，所述喷雾干燥塔采用耐温、耐含氟酸液或含氟气体材质的内衬，如四氟、炭材、碳化硅、铅质、不锈钢。相比与现有技术，本专利技术与当今的高温水解法制备气相二氧化硅相比具有如下优点：1，工艺过程简短实用、所需的场地少、投资少、见效快、生产的成本低；无高温反应；产品纯度高、粒径细、比表面积大、产品pH值呈中性。2，本专利技术中用氢氟酸与含氟硅渣反应生成四氟化硅气体后，原来被包裹在白炭黑中的氢氧化铝粉再与氢氟酸反应生成氟化铝，可以回收一部分氟化铝产品，整个过程无三废。3，由于本专利技术的水解反应是在气态的状态下瞬间完成的，每一颗组分细微液滴在反应过程中来不及发生偏析，从而可获得组分均匀的纳米粒子。其生成的二氧化硅具有晶核多、粒径细、微粒中的为孔通道多、比表面积大、表面能大、吸附性强、纯度高等特性。4，操作过程简单，反应一次完成，可以连续、大批量进行工业化生产。附图说明图1是本专利技术一种利用喷雾热解四氟化硅气体制备气相二氧化硅的设备的结构示意图。图中的附图标注为：001，喷雾干燥塔；002，旋风除尘器；003，布袋除尘器；004，水吸收装置；005，碱液吸收装置；006，雾化喷嘴；007，气体分配器；008，反应釜；009，保温管道；010，空气加热器；011，鼓风机；012，空气过滤器；013，二氧化硅收集仓；014，水源。具体实施方式为更好的理解本专利技术，下面的实施例是对本专利技术的进一步说明，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。本申请实施例中采用如下设备进行生产：一种利用喷雾热解四氟化硅气体制备气相二氧化硅的设备，包括喷雾干燥系统，所述喷雾干燥系统包括依次相连的喷雾干燥塔001、二级旋风除尘器002、布袋除尘器003和尾气吸收装置；所述喷雾干燥塔001的物料入口设置有雾化喷嘴006和气体分配器007，所述雾化喷嘴006连接水源014，所述气体分配器007连接并联的空气过滤器012和四氟化硅气源，所述空气过滤器012以及四氟化硅气源与气体分配器007之间连接有鼓风本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用喷雾热解四氟化硅气体制备气相二氧化硅的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n以喷雾干燥塔作为水解反应器，将四氟化硅气体和水分别自热风分布器和雾化喷嘴送入反应器内，四氟化硅气体和水的通入量之比为质量比3：(7～17)，保持水解反应器内上部温度为300～450℃，下部温度为90～110℃，反应所得固体和气体分离后，收集固体产物得到气相二氧化硅，气体产物用水吸收得到氢氟酸，剩余气体再用碱液吸收后排入大气。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用喷雾热解四氟化硅气体制备气相二氧化硅的方法，其特征在于，包括如下步骤：
以喷雾干燥塔作为水解反应器，将四氟化硅气体和水分别自热风分布器和雾化喷嘴送入反应器内，四氟化硅气体和水的通入量之比为质量比3：(7～17)，保持水解反应器内上部温度为300～450℃，下部温度为90～110℃，反应所得固体和气体分离后，收集固体产物得到气相二氧化硅，气体产物用水吸收得到氢氟酸，剩余气体再用碱液吸收后排入大气。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调节四氟化硅气体的流量和温度、高温热风的流量和温度以及喷雾干燥塔排出的气体产物的流量来调整喷雾干燥塔内温度。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述四氟化硅气体的加入温度为350～500℃；所述水以水雾或水蒸气的形式加入，加入时的温度为20～120℃，喷雾干燥塔排出的气体产物温度为90-110℃。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，先用空气替代SiF4气体来进行工艺参数调整，待喷雾干燥塔内上部温度为300～450℃，下部温度为90～110℃后再通入四氟化硅气体。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所得气相二氧化硅的干基含量不低于99.9％、BET不低于300g/m2、44um孔径筛余物小于200mg/kg，总铁含量不超过0.001％。

【专利技术属性】
技术研发人员：田正芳，田辉明，喻瑜丽，黄林勇，江军民，雷绍民，
申请(专利权)人：黄冈师范学院，田辉明，
类型：发明
国别省市：湖北;42