一種氟化物的製備方法

2023-10-22 06:18:12

專利名稱：一種氟化物的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種氟化物的製備方法，利用氟矽酸鈉與濃硫酸反應產生四氟化矽和氟化氫氣體，經分離得到無水氟化氫，然後四氟化矽水解得到活性白炭黑。
背景技術：
目前磷肥企業對氟矽酸鈉下遊產品的開發主要集中在利用氟矽酸鈉生產人造冰晶石、氟化鈉和白炭黑等傳統產品。生產人造冰晶石有三種方法1)硫酸鋁-食鹽法；2)招酸鈉法；3)碳酸化法。這三種方法第一步都是用氨水或純鹼將氟矽酸鈉中的氟與矽分離，矽轉化為矽膠，不能有效利用。生產氟化鈉一般是用氟矽酸鈉與燒鹼或者純鹼反應，與燒鹼反應得到的氟化鈉產品總會吸附約10%的水玻璃，必須用燒鹼或氫氟酸洗滌，洗水難以處理；與純鹼反應產生CO2氣體，得到的氟化鈉與矽膠採用重力分離效果有限，氟化鈉損失較大，而且產品中總有可溶性SiO2，一般都得用燒鹼洗滌，「三廢」處理負荷較大，環境效益差。生產白炭黑都是用氨水將氟矽酸鈉氨化得到，由於氟矽酸鈉在水中的溶解度很低，氨化製備白炭黑的過程始終處於多相反應體系，即沉澱二氧化矽膠粒析出與長大是在多相體系中進行的，選擇和控制工藝條件對白 炭黑產品的純度、結構和性能十分關鍵。因此，得到性能優異的白炭黑產品是不容易的。以上所述是磷肥企業對氟矽酸鈉下遊產品開發的傳統工藝和產品狀況，無論採用何種工藝路線，均存在如下弊端對於矽資源的綜合利用附加值低，經濟效益低下；各種工藝路線都會產生「三廢」汙染，不能循環利用。總而言之，目前磷肥企業對氟矽酸鈉下遊產品的開發未能做到高效率和高效益綜合利用。

發明內容
本發明的目的在於提供一種氟化物的製備方法，以克服現有技術的缺陷，本發明利用磷肥企業低價值副產物氟矽酸鈉製備高附加值的無水氟化氫和活性白炭黑產品，對磷肥企業副產的氟矽酸鈉進行氟、矽資源高效率和高效益綜合利用，且製備過程中不會產生難以處理的廢棄物。本發明的目的通過如下技術方案實現一種氟化物的製備方法，按如下步驟
a.氟矽酸鈉與等量濃硫酸加熱反應得到四氟化矽和氟化氫氣體、副產硫酸鈉，反應溫度控制在80-300°C ；
b.步驟a產生的四氟化矽和氟化氫氣體經預處理獲得無水氟化氫產品；
c.預處理後的四氟化矽氣體通入水中水解，反應條件為四氟化矽與水的摩爾比控制在3:2-4，四氟化矽氣體壓力控制在200-1000mbar，水解溫度控制在20_60°C，水解時間控制在30-120min，得到氟矽酸溶液和活性白炭黑；
d.將步驟c得到的氟矽酸溶液和活性白炭黑經抽濾真空度控制在O.02- O.1MPa ;洗滌洗水量控制在濾餅量的10-20% ;乾燥乾燥溫度控制在100- 120°C、乾燥時間2-3h，得到活性白炭黑廣品、濾液為氣娃Ife溶液；
e.將步驟d得到的氟矽酸溶液與步驟a副產的硫酸鈉反應，得到氟矽酸鈉和硫酸，實現循環利用。步驟b所述的預處理為脫水、除塵、淨化分離，所述的淨化分離採用常規的冷凝、膜分離、變壓或變溫吸附達到。本發明所述的這種氟化物的製備方法，氟矽酸鈉與濃硫酸在溫度為80_300°C之間發生反應，產物為四氟化矽和氟化氫氣體、副產硫酸鈉，兩種氣體經脫水、除塵、淨化分離後得到無水氟化氫產品。四氟化矽氣體通入水中、控制水解反應條件，得到活性白炭黑和氟矽酸溶液，氟矽酸溶液再與副產的硫酸鈉反應得到氟矽酸鈉和硫酸，實現循環利用。通過氟矽酸鈉與濃硫酸反應以及四氟化矽水解反應最終得到無水氟化氫和活性白炭黑產品。本發明的原理通過下列反應方程式及技術路線圖來進行描述和說明
氟矽酸鈉與濃硫酸反應
Na2SiF6 + H2SO4 — Na2SO4 + SiF4 i + 2HF
四氟化矽氣體和氟化氫氣體經脫水、除塵、淨化分離後獲得無水氟化氫產品。當四氟化矽用水來吸收時，水解反應如下
3SiF4 + 2H20 — 2H2SiF6 + SiO2 I
氟矽酸與硫酸鈉反應如下
H2SiF6 + Na2SO4 — Na2SiF6 I + H2SO4
本發明具有極大的 創新性，其突出優點就是它的經濟和環境價值。本發明的經濟價值在於延伸了磷肥企業低價值副產物氟矽酸鈉的產業鏈，氟矽酸鈉與濃硫酸反應得到四氟化矽和氟化氫氣體、副產硫酸鈉，經分離得到無水氟化氫。四氟化矽水解得到活性白炭黑和氟矽酸溶液，氟矽酸溶液再與副產的硫酸鈉反應得到氟矽酸鈉和硫酸，實現循環利用。通過氟矽酸鈉與濃硫酸反應以及四氟化矽水解反應最終得到無水氟化氫和活性白炭黑兩種高附加值產品，使磷肥企業特有的氟、矽資源得到充分、高效的利用。本發明的環境價值在於為磷肥企業提供了一種有別於傳統氟、矽資源利用的環境友好型創新工藝方法，氟矽酸鈉與濃硫酸反應、四氟化矽水解反應，兩步直接生產高附加值無水氟化氫和活性白炭黑產品，並且氟矽酸鈉與硫酸循環利用。避免了傳統工藝路線產生的大量廢水廢渣和高能耗等問題，環境負荷較小，環境效益較高。本發明的創新工藝方法可採用現有技術、並且經過大規模工業生產驗證的單元設備來實施和實現。


圖1為本發明的技術路線圖。
具體實施例方式本發明所述的製備無水氟化氫和活性白炭黑的方法將在下述實施例中加以詳細說明，但不限於實施例。實施例1
在80°C溫度條件下，將IOOOg氟矽酸鈉與等量的濃硫酸加入反應器中發生反應，得到氟化氫和四氟化矽氣體、副產硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、冷凝分離後得到無水氟化氫產品。四氟化矽氣體通入水中，四氟化矽與水的摩爾比控制在3:2，四氟化矽氣體壓力控制在400mbar，水解溫度控制在20°C，水解時間控制在40min，得到活性白炭黑和氟矽酸溶液，經抽濾、真空度控制在O. 02MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的10%，乾燥、乾燥溫度控制在100°C，乾燥2h得到活性白炭黑產品。氟矽酸溶液再與副產的硫酸鈉反應得到氟矽酸鈉和硫酸，實現循環利用。實施例2
在120°C溫度條件下，將IOOOg氟矽酸鈉與等量的濃硫酸加入反應器中發生反應，得到氟化氫和四氟化矽氣體、副產硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、膜分離後得到無水氟化氫產品。四氟化矽氣體通入水中，四氟化矽與水的摩爾比控制在3:3，四氟化矽氣體壓力控制在600mbar，水解溫度控制在40°C，水解時間控制在60min，得到活性白炭黑和氟矽酸溶液，經抽濾、真空度控制在O. 06MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的15%，乾燥、乾燥溫度控制在110°C，乾燥2h得到活性白炭黑產品。氟矽酸溶液再與副產的硫酸鈉反應得到氟矽酸鈉和硫酸，實現循環利用。實施例3
在160°C溫度條件下，將IOOOg氟矽酸鈉與等量的濃硫酸加入反應器中發生反應，得到氟化氫和四氟化矽氣體、副產硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、變壓吸附分離後得到無水氟化氫產品。四氟化矽氣體通入水中，四氟化矽與水的摩爾比控制在3:4，四氟化矽氣體壓力控制在900mbar，水解溫度控制在60°C，水解時間控制在120min，得到活性白炭黑和氟矽酸溶液，經抽濾、真空度控制在O.1MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的20%，乾燥、乾燥溫度控制在110°C，乾燥2h得到活性白炭黑產品。氟矽酸溶液再與副產的硫酸鈉反應得到氟矽酸鈉和硫酸，實現循環利用。

實施例4
在200°C溫度條件下，將IOOOg氟矽酸鈉與等量的濃硫酸加入反應器中發生反應，得到氟化氫和四氟化矽氣體、副產硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、變溫吸附分離後得到無水氟化氫產品。四氟化矽氣體通入水中，四氟化矽與水的摩爾比控制在3:4，四氟化矽氣體壓力控制在800mbar，水解溫度控制在50°C，水解時間控制在80min，得到活性白炭黑和氟矽酸溶液，經抽濾、真空度控制在O. 08MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的20%，乾燥、乾燥溫度控制在120°C，乾燥2. 5h得到活性白炭黑產品。氟矽酸溶液再與副產的硫酸鈉反應得到氟矽酸鈉和硫酸，實現循環利用。實施例5
在240°C溫度條件下，將IOOOg氟矽酸鈉與等量的濃硫酸加入反應器中發生反應，得到氟化氫和四氟化矽氣體、副產硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、冷凝分離後得到無水氟化氫產品。四氟化矽氣體通入水中，四氟化矽與水的摩爾比控制在3:4，四氟化矽氣體壓力控制在lOOOmbar，水解溫度控制在60°C，水解時間控制在90min，得到活性白炭黑和氟矽酸溶液，經抽濾、真空度控制在O.1MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的10%，乾燥、乾燥溫度控制在100°C，乾燥3h得到活性白炭黑產品。氟矽酸溶液再與副產的硫酸鈉反應得到氟矽酸鈉和硫酸，實現循環利用。實施例6
在270°C溫度條件下，將IOOOg氟矽酸鈉與等量的濃硫酸加入反應器中發生反應，得到氟化氫和四氟化矽氣體、副產硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、膜分離後得到無水氟化氫產品。四氟化矽氣體通入水中，四氟化矽與水的摩爾比控制在3:2，四氟化矽氣體壓力控制在300mbar，水解溫度控制在30°C，水解時間控制在60min，得到活性白炭黑和氟矽酸溶液，經抽濾、真空度控制在O. 06MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的15%，乾燥、乾燥溫度控制在100°C，乾燥3h得到活性白炭黑產品。氟矽酸溶液再與副產的硫酸鈉反應得到氟矽酸鈉和硫酸，實現循環利用。實施例7
在300°C溫度條件下，將IOOOg氟矽酸鈉與等量的濃硫酸加入反應器中發生反應，得到氟化氫和四氟化矽氣體、副產硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、冷凝分離後得到無水氟化氫產品。四氟化矽氣體通入水中，四氟化矽與水的摩爾比控制在3:4，四氟化矽氣體壓力控制在800mbar，水解溫度控制在60°C，水解時間控制在120min，得到活性白炭黑和氟矽酸溶液，經抽濾、真空度控制在O.1MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的20%，乾燥、乾燥溫度控制在120°C，乾燥3h得到活性白炭黑產品。氟矽酸溶液再與副產的硫酸鈉反應得到氟矽酸鈉和硫酸，實現循環利用。本發明公開和提出的製備方法和產品，本領域技術人員可通過借鑑本文內容，適當改變原料、工藝參數等環節來實現。本發明的方法與產品已通過較佳實施例進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和範圍內對本文所述的方法和產品進行改動或適當變更與組合，來實現本發明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來 說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明精神、範圍和內容中。
權利要求
1.一種氟化物的製備方法，其特徵在於，步驟為a.氟矽酸鈉與等量濃硫酸加熱反應得到四氟化矽和氟化氫氣體、副產硫酸鈉，反應溫度控制在80-300°C ；b.步驟a產生的四氟化矽和氟化氫氣體經預處理獲得無水氟化氫產品；c.預處理後的四氟化矽氣體通入水中水解，反應條件為四氟化矽與水的摩爾比控制在3:2-4，四氟化矽氣體壓力控制在200-1000mbar，水解溫度控制在20_60°C，水解時間控制在30-120min，得到氟矽酸溶液和活性白炭黑；d.將步驟c得到的氟矽酸溶液和活性白炭黑經抽濾真空度控制在O.02- O.1MPa ;洗滌洗水量控制在濾餅量的10-20% ;乾燥乾燥溫度控制在100- 120°C、乾燥時間2-3h，得到活性白炭黑廣品、濾液為氣娃Ife溶液；e.將步驟d得到的氟矽酸溶液與步驟a副產的硫酸鈉反應，得到氟矽酸鈉和硫酸，實現循環利用。
2.根據權利要求1所述的一種氟化物的製備方法，其特徵在於，步驟b所述的預處理為脫水、除塵和淨化分離，所述的淨化分離採用常規的冷凝、膜分離、變壓或變溫吸附達到。
全文摘要
一種氟化物的製備方法，氟矽酸鈉與濃硫酸在溫度為80-300℃發生反應，產物為四氟化矽和氟化氫氣體、副產硫酸鈉，兩種氣體經脫水、除塵、淨化分離後得到無水氟化氫產品；四氟化矽氣體通入水中、控制水解反應條件，得到活性白炭黑和氟矽酸溶液，氟矽酸溶液再與副產的硫酸鈉反應得到氟矽酸鈉和硫酸，實現循環利用。通過氟矽酸鈉與濃硫酸反應以及四氟化矽水解反應最終得到無水氟化氫和活性白炭黑產品。本發明利用磷肥企業低價值副產物氟矽酸鈉製備高附加值的無水氟化氫和活性白炭黑產品，對磷肥企業副產的氟矽酸鈉進行氟、矽資源高效率和高效益綜合利用，且製備過程中不會產生難以處理的廢棄物。
文檔編號C01B7/19GK103043613SQ201310016950
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月17日 優先權日2013年1月17日
發明者裴文俊 申請人:昆明道爾森科技有限公司