一种氟硅酸制备无水氟化氢和纳米二氧化硅的方法技术

本发明专利技术公开了一种氟硅酸制备无水氟化氢和纳米二氧化硅的方法，包括以下步骤：S1制备含硫酸氟化氢混合溶液；S2制备中高浓度的氟硅酸；S3获得高纯无水氟化氢以及稀硫酸溶液；S4制备无水氟化氢；S5制备纳米二氧化硅成品；本发明专利技术的有益效果是：通过浓氟硅酸和浓硫酸在微通道反应器中混合反应的四氟化硅和氟化氢气体，经过两次分子蒸馏，获得无水氟化氢与稀硫酸，同时再将得到的低中浓度的氟硅酸返回分离与吸收，从而实现多次循环；再利用稀硫酸通过蒸发浓缩，重新形成浓硫酸，返回到原料中或是去磷矿萃取工段中，最后将过滤的两次二氧化硅滤渣经过陈化处理后制备出纳米二氧化硅，从而充分处理浓氟硅酸的产物，实现循环高效以及纯净处理。净处理。

【技术实现步骤摘要】
一种氟硅酸制备无水氟化氢和纳米二氧化硅的方法


[0001]本专利技术涉及氟化物制备
，具体是一种氟硅酸制备无水氟化氢和纳米二氧化硅的方法。

技术介绍

[0002]在磷肥生产过程中会有大量的含氟废气在磷肥生产过程中会有大量的含氟废气逸出,直接排放将会给大气造成污染并带来资源的损失，随环保要求的提高和资源的紧缺，很多企业开始重视对含氟气体的回收和利用。在磷肥厂一般是用水吸收含氟气体生产氟硅酸，其化学方程式如下:
[0003]3SiF4+4H2O
→
2H2SiF6+SiO2·
2H2O
↓
[0004]SF4+2HF
→
H2SiF6[0005]通常磷肥企业将所得的氟硅酸溶液加工成为氟硅酸盐、氟盐等，而加工成为氟化氢目前比较少。同时在生成氟化氢的同时会有四氟化硅气体掺入，进而影响氟化氢气体浓度，这也是制约氟化氢产量化的原因之一。而现有的四氟化硅处理方法一般将四氟化硅废气通人吸收池，经水吸收后得含氟硅胶和氟硅酸溶液，氟硅酸用于生产氟硅酸钠，而含氟硅胶由于是在强酸性条件下沉淀得到，其比表面积很小，吸附能力远低于一般白碳黑，不能直接用作橡胶补强剂，因而直接将含氟硅胶排放，由于这种含氟硅胶中含由大量的氟硅酸，故对环境造成一定程度的污染，因此目前大部分的研究集中于将含氟硅胶转换成纳米级的二氧化硅，上述方法无法同时解决氟化氢和四氟化硅气体共存时的情况，并且整体的处理呈单一流程，会产生大量的工业消耗。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种氟硅酸制备无水氟化氢和纳米二氧化硅的方法，以至少达到循环高效以及纯净处理的目的。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0008]一种氟硅酸制备无水氟化氢和纳米二氧化硅的方法，包括以下步骤：
[0009]S1将浓氟硅酸与浓硫酸在微通道反应器中混合，获得硫酸氟化氢混合溶液，收集反应后的气体，将反应后的气体通入质量分数为10-30％的氟硅酸中，净化过滤，收集第一次过滤滤渣，同时得到低浓度的氟硅酸溶液；
[0010]S2将得到的低浓度的氟硅酸溶液对混合气体进行多次分离与吸收，并将每次得到的吸收液进行除去二氧化硅的净化过滤操作，并进行浓缩，得到中高浓度的氟硅酸后，将中高浓度的氟硅酸返回分离与吸收中，得到含氟化氢的吸收液；
[0011]S3含氟化氢的吸收液经过氟化氢生成器，并经过分子蒸馏设备净化除杂，获得高纯无水氟化氢以及稀硫酸溶液，并将得到的稀硫酸经过蒸发浓缩后返回S1或是用于去磷矿萃取工段中；
[0012]S4将高纯无水氟化氢进一步经过分子蒸馏进行精馏，得到无水氟化氢；
[0013]S5将S2和S1中的过滤滤渣混合，通入乙醇与水的混合溶液中，并通过乳化混合并陈化处理后，过滤，烘干，即得到二氧化硅样品饼，将二氧化硅样品饼粉碎并精细研磨，即得到所述的纳米二氧化硅成品。
[0014]优选的，为了进一步实现循环高效的目的，所述的多次分离与吸收包括以下步骤：
[0015](1)将加热后的混合液流经微通道设备，得到四氟化硅和氟化氢气体；
[0016](2)将得到的氟化氢气体经过微通道设备内吸收后，再回流到氟化氢生成器中，得到含氟化氢吸收液；
[0017](3)将分解产生的四氟化硅气体依次经过一级四氟化硅吸收器和二级四氟化硅吸收器，再将S1中的低浓度氟硅酸从二级四氟化硅吸收器中逆流进入到一级四氟化硅吸收器中，最后通入到二氧化硅过滤槽中，即得到二氧化硅的第二次过滤滤渣；所述浓硫酸的浓度为质量分数为94～98％的硫酸；通过采用微通道设备和氟化氢生成器联用，然后再到氟化氢生产器，同时将四氟化硅气体依次经过一级四氟化硅吸收器和二级四氟化硅吸收器中，再通过氟硅酸逆流，从而使被吸附的四氟化硅气体与氟硅酸反应，析出粗的二氧化硅，从而利用分离与吸收的联用，实现循环反应并高效收集的目的。
[0018]优选的，为了进一步实现纯净处理和循环高效的目的，所述的浓氟硅酸为质量分数为40％-50％的氟硅酸；所述的低浓度的氟硅酸为质量分数为10～20％的氟硅酸，所述的中高浓度的氟硅酸为质量分数为21～30％的氟硅酸；通过限定氟硅酸的质量分数的浓度，从而使浓氟硅酸与浓硫酸、浓氟硅酸与四氟化硅气体以及氟硅酸的循环反应，进而使浓硅酸产生的产物经过一系列处理后，得到中低浓度的氟硅酸，最后再利用低浓度硅酸逆流吸收四氟化硅，从而利用反应平衡，使二氧化硅最大限度的析出，得到高浓度的氟硅酸，从而实现纯净处理和高效循环的目的。
[0019]优选的，为了进一步实现纯净处理的目的，所述的微通道设备包括但不限于侧口加入式微通道设备(申请号CN201822155379)、刮膜式旋转微通道设备(申请号CN201822153471)、加长刮膜式旋转微通道设备(申请号CN201822159540)以及用于破乳的旋转式微通道设备(申请号CN201922326497)的一种及多种；通过限定微通道吸收设备，利用微通道的微小特性，从而使氟化氢气体经过微通道的充分吸收，可以有效降低浓硫酸的消耗量，节约成本。
[0020]优选的，为了进一步实现纯净处理的目的，所述的分子蒸馏设备包括但不限于刮膜式分子蒸馏装置、刮板式分子蒸馏装置以及离心式分子蒸馏装置的一种及以上；通过限定分子蒸馏设备的种类，从而利用分子蒸馏的方式，使氟化氢和稀硫酸分离，使得到的硫酸蒸发浓缩成质量分数为94-98％的浓硫酸，从而实现纯净处理的目的。
[0021]优选的，为了进一步实现纯净处理的目的，所述的乳化混合并陈化处理为，将二氧化硅滤渣通入到浓度比为乙醇或是丙醇：超纯水＝2:5的混合液中，乳化混合30min，并陈化处理2-3h；通过详细的限定乳化混合并陈化处理的条件，进而实现溶液中的二氧化硅通过乙醇或是丙醇的化学反应动力平衡以及其pH控制条件等，得到纳米级的二氧化硅颗粒。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]1.通过采用浓氟硅酸和浓硫酸在微通道反应器中混合后反应的四氟化硅和氟化氢气体，并通过氟化氢生成器，并经过两次分子蒸馏，获得无水氟化氢与稀硫酸，同时再将得到的低中浓度的氟硅酸返回分离与吸收，从而实现多次循环；再利用稀硫酸通过蒸发浓
缩，重新形成浓硫酸，返回到原料中或是去磷矿萃取工段中，最后将过滤的两次二氧化硅滤渣经过陈化处理后制备出纳米二氧化硅，从而充分的处理浓氟硅酸的产物，制备成品的纳米二氧化硅，实现循环高效以及纯净处理的目的。
[0024]2.通过采用微通道设备和氟化氢生成器联用，然后再到氟化氢生产器，同时将四氟化硅气体依次经过一级四氟化硅吸收器和二级四氟化硅吸收器中，再通过氟硅酸逆流，从而使被吸附的四氟化硅气体与氟硅酸反应，析出粗的二氧化硅，从而利用分离与吸收的联用，实现循环反应并高效收集的目的。
[0025]3.通过限定氟硅酸的质量分数的浓度，从而使浓氟硅酸与浓硫酸、浓氟硅酸与四氟化硅气体以及氟硅酸的循环反应，进而使浓硅酸产生的产物经过一系列处理后，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟硅酸制备无水氟化氢和纳米二氧化硅的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1将浓氟硅酸与浓硫酸在微通道反应器中混合，获得硫酸氟化氢混合溶液，收集反应后的气体，将反应后的气体通入质量分数为10-30％的氟硅酸中，净化过滤，收集第一次过滤滤渣，同时得到低浓度的氟硅酸溶液；S2将得到的低浓度的氟硅酸溶液对混合气体进行多次分离与吸收，并将每次得到的吸收液进行除去二氧化硅的净化过滤操作，并进行浓缩，得到中高浓度的氟硅酸，将得到的中高浓度的氟硅酸返回分离与吸收中，得到含氟化氢的吸收液；S3含氟化氢的吸收液经过氟化氢生成器，并经过分子蒸馏设备净化除杂，获得高纯无水氟化氢以及稀硫酸溶液，并将得到的稀硫酸经过蒸发浓缩后返回S1或是用于去磷矿萃取工段中；S4将高纯无水氟化氢进一步经过分子蒸馏进行精馏，得到无水氟化氢；S5将S2和S1中的过滤滤渣混合，通入乙醇与水的混合溶液中，并通过乳化混合并陈化处理后，过滤，烘干，即得到二氧化硅样品饼，将二氧化硅样品饼粉碎并精细研磨，即得到所述的纳米二氧化硅成品。2.根据权利要求1所述的一种氟硅酸制备无水氟化氢和纳米二氧化硅的方法，其特征在于：所述的多次分离与吸收包括以下步骤：(1)将加热后的混合液流经微通道设备，得到四氟化硅和氟化氢气体；(2)将得到的氟化氢气体经过微通道设备内吸收后，再回流到氟化氢生成器中，得到含氟化氢吸收液；(3)将分解产生的四氟化硅气体依次经过一级四氟化硅吸收器和二...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗建洪，杨兴东，屈吉艳，王琳溪，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：