一種磷化工含氟廢液製備低濃度氫氟酸的方法與流程
2023-10-18 17:45:29
本發明屬於氫氟酸製備技術領域，尤其涉及一種磷化工含氟廢液製備低濃度氫氟酸的方法
背景技術：
氟是自然界中廣泛存在的一種元素，同時也是人體所必須的微量元素之一。對於自然界中的植物而言，氟的過多吸收會造成危害，當土壤中氟含量過多時，氟會抑制植物的新陳代謝，影響植物的呼吸作用和光合作用，最終導致植物死亡。而人體中氟含量的過多或者過少都會對人體造成危害。為避免氟含量過高的氟汙染，需要採用適當的處理方式處理含氟廢水，將含氟廢水製備氫氟酸是再利用一種有效處理方法。
氫氟酸是常用的化工原料。由於氫氟酸溶解氧化物的能力強，可用於鋁和鈾的提純，也用來蝕刻玻璃、雕刻圖案、標註刻度和文字。半導體工業用它來除去矽表面的氧化物，在煉油廠中它可以用作異丁烷和正丁烯的烷基化反應的催化劑，除去不鏽鋼表面的含氧雜質的「浸酸」過程中也會用到氫氟酸。氫氟酸也用於多種含氟有機物的合成，比如聚四氟乙烯、氟利昂等。
氫氟酸製備的常規方法有以下幾種：一是以螢石為原料，在300℃條件下與濃硫酸反應得到。由於螢石是一種不可再生資源，隨著多年的過度開採，螢石儲量已經大幅減少，國家已經明文限制螢石礦的大幅開採。二是以氟矽酸為原料，在高溫加熱下使氟矽酸分解，然後用濃硫酸吸收，分離得到無水氟化氫後製備氫氟酸；三是以氟矽酸鹽，如氟矽酸鈉、氟矽酸鉀、氟矽酸胺為原料，在300℃以上高溫條件下分解氟矽酸鹽。以上方法耗能嚴重，且對設備、材質要求極高，導致生產成本居高不下。因此，開發耗能低、工藝短的氫氟酸生產勢在必行。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明提供一種磷化工含氟廢液製備低濃度氫氟酸的方法，所述方法以磷復肥行業副產大量的氟矽酸和氟化鈉作為氫氟酸的生產原料，採用的氟化鈉能夠循環利用，節約成本。
本發明的技術方案如下：一種磷化工含氟廢液製備低濃度氫氟酸的方法，所述方法在磷化工含氟廢液中加入NaF攪拌，反應結束後過濾，濾餅為Na2SiF6，濾液為2.9～8.4％的氫氟酸。
所述磷化工含氟廢液為氟矽酸，濃度為10％～25％。
所述磷化工含氟廢液與NaF在20～50℃溫度下攪拌反應1～3小時，攪拌強度為50～300r/min。
為了進一步製得氫氟酸，可以在得到的Na2SiF6濾餅中加入無機鹼溶液攪拌，反應結束後，澄清，由於NaF溶解度小，且與SiO2密度相差較大，上層為SiO2懸浮液，下層固體為NaF，NaF固體經過壓濾脫水後作為原料循環使用與磷化工含氟廢液再製得2.9～8.4％的氫氟酸。
所述無機鹼溶液為Na2CO3、NaHCO3或NaOH溶液；無機鹼溶液濃度為10～50wt％。
所述Na2SiF6與無機鹼溶液在50～90℃下攪拌1～3小時，攪拌強度為50～300r/min。
製備低濃度氫氟酸的原理：本發明氟矽酸與氟化鈉反應後，可得到氫氟酸及氟矽酸鈉沉澱(見方程式1)，氟矽酸鈉與無機鹼反應後可以得到氟化鈉(見方程式2)；由於NaF溶解度較小，且與SiO2密度相差較大，第二步反應結束後上層為SiO2懸浮液，下層固體為NaF，NaF固體經過壓濾脫水後作為原料循環使用氟化鈉溶液可以作為原料再與氟矽酸反應製備氫氟酸，氟化鈉能夠循環使用，成本低，效果好。採用磷化工含氟廢液作為氫氟酸的生產原料，原料來源廣泛，同時也治理了含氟廢水。
H2SiF6+2NaF＝2HF+Na2SiF6 方程式1
Na2SiF6+2Na2CO3＝6NaF+2CO2+SiO2(矽膠) 方程式2
本發明製備的氫氟酸濃度為2.0～7.0％，其他主要成分(以氧化物形式表示)為：Na2O 0.01～0.1％、SiO2 0.001～0.01％，產品滿足製備工業級氫氟酸需求，成本僅為目前現有工藝的1/3。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明採用磷復肥行業含氟廢水作為氫氟酸的生產原料，原料來源廣泛，同時也治理了含氟廢水；另外採用的氟化鈉能夠循環利用，節約成本。本發明方法能耗低，氫氟酸的生產溫度小於100℃；本發明工藝簡單，僅僅需要簡單的攪拌及過濾就可滿足工業生產。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明的技術方案做進一步詳細說明。
實施例1
步驟(1)氫氟酸的製備：將58.3kg NaF固體加入到1000kg濃度為10％的氟矽酸，20℃攪拌5h，過濾，濾液為2.9％的氫氟酸溶液，濾餅為Na2SiF6進入下遊製備氟化鈉；
步驟(2)氟化鈉的製備：將1000kg Na2SiF6加入到10960kg 10％Na2CO3溶液中，70℃攪拌1h，反應結束後澄清，NaF固體沉降在溶液下層，SiO2懸浮在溶液上層，二者界面清晰，NaF固體經過壓濾脫水後作為步驟(1)原料使用。
實施例2
步驟(1)氫氟酸的製備：將87.5kg實施例1所得NaF固體加入到1000kg濃度為15％氟矽酸，30℃攪拌5h，過濾，濾液為4.6％的氫氟酸溶液，濾餅為Na2SiF6進入下遊再製備氟化鈉；
步驟(2)氟化鈉的製備：將1000kg Na2SiF6加入到4384kg 25％Na2CO3溶液中，50℃攪拌2h，反應結束後澄清，上層為SiO2懸浮液，下層沉澱為NaF固體，NaF固體經過壓濾脫水後作為步驟(1)原料使用。
實施例3
步驟(1)氫氟酸的製備：將116.7kgNaF固體加入到1000kg濃度為20％氟矽酸，30℃攪拌3h，過濾，濾液為6.4％的氫氟酸溶液，濾餅為Na2SiF6進入下遊製備氟化鈉；
步驟(2)氟化鈉的製備：將1000kg Na2SiF6加入到2740kg 40％Na2CO3溶液中，50℃攪拌1h，反應結束後澄清，上層為SiO2懸浮液，下層沉澱為NaF固體，NaF固體經過壓濾脫水後作為步驟(1)原料使用。
實施例4
步驟(1)氫氟酸的製備：將145.8kgNaF固體加入到1000kg濃度為25％氟矽酸，30℃攪拌1h，過濾，濾液為8.4％的氫氟酸溶液，濾餅為Na2SiF6進入下遊製備氟化鈉；
步驟(2)氟化鈉的製備：將1000kg Na2SiF6加入到2192kg 50％Na2CO3溶液中，60℃攪拌2h，反應結束後澄清，上層為SiO2懸浮液，下層沉澱為NaF固體，NaF固體經過壓濾脫水後作為步驟(1)原料使用。