單氟磷酸鈉製備方法

2023-05-27 16:24:11

專利名稱：單氟磷酸鈉製備方法
技術領域：
本發明屬於無機化工領域，涉及一種含氟磷酸鹽的生產。
背景技術：
單氟磷酸鈉是一種第三代用於含氟牙膏齲齒劑，毒性較氟化鈉低，也 用於金屬表面處理，飲用水氟化和特種玻璃的製造等等。 傳統的單氟磷酸鈉生產方法分為以下幾類1. 熔融法以偏磷酸鈉和氟化鈉為原料熔融聚合得到。因偏磷酸鈉制 備需要乾燥，高溫聚合等過程，使得偏磷酸鈉生產能耗高，生產過程中因腐蝕問題易引入雜質，該方法描述於美國專利US343605和US5198088，英 國專利GB 1186664、 GB1288972和德國專利DE 1667413中。2. 液相中和法以磷酸、氫氟酸、碳酸鈉或氫氧化鈉為原料液相中和， 中和液蒸發、濃縮、結晶、乾燥而得到產品。由於氟磷酸腐蝕性極強，設 備結構和材質要求很特殊，生產過程控制較為苛刻，裝置投資較高，該方 法描述於美國專利US5393506中。3. 氣相氟化法以聚磷酸鈉為原料在加熱氟化氫氣流中進行氟化反 應，由於氟化反應不徹底，氟化氫氣體處理有一定的難度，該方法描述於 美國專利US4374108和日本專利JP181710中。中國專利CN1548366A提出採用磷酸和純鹼或燒鹼為原料在一個臥式 攪拌反應器中進行中和，乾燥形成聚磷酸鈉，反應產物與氟化鈉混合，熔 融聚合得單氟磷酸鈉為產品。但該工藝中攪拌反應器需要通過外部加熱來 提供乾燥、聚合所需求的能量，需要時間長、效率低，而且由於聚合磷酸 鹽中偏磷酸鹽含量較少，與氟化鈉熔融結合時聚磷酸轉化為偏磷酸鈉釋放 出水蒸汽而使氟化物水解，其結果是揮發出氟化氫氣體而使氟產生一定的 損失。發明內容本發明的目的在於克服上述生產方法的缺點和不足，提出一種生產過程更為簡單，物料腐蝕性不強，能耗較低，易於實現連續化的單氟磷酸鈉 生產新方法。本發明通過以下步驟來製備單氟磷酸鈉1. 偏磷酸鈉混合物製備將粉狀碳酸鈉、磷酐和氟化鈉供入一個帶攪拌混合的反應器中，物料 在混合同時發生磷酐與碳酸鈉之間的化學反應，產生偏磷酸鈉放出較大熱 量使物料溫度升高，反應式如下(n/2) Na2C03+ (n/4) P4O10 ~~ (NaP03)n+ (n/2) C02 為維持一定的反應速度，防止因反應速度過快產生噴料，採用空氣直 接冷卻物料，並控制空氣通入量維持物料溫度在20(rC^40(TC之間，直至 反應基本完成，得到偏磷酸鈉和氟化鈉的混合物。中國專利CN1548366A用磷酸和純鹼或燒鹼中和、乾燥製取中間產物聚 磷酸鈉時，需要通過外部加熱來提供乾燥、聚合所需求的能量，因此需要 提供加熱設備，並且消耗能源，而本發明用碳酸鈉、磷酐製取中間產物偏 磷酸鈉時，不必加熱，碳酸鈉、磷酐在混合過程中即可反應生成偏磷酸鈉， 從而降低了製備成本、簡化了生產工藝。2. 單氟磷酸鈉製備將上述混合物供入一個渦流加熱反應器中，物料在溫度升高過程中熔 融並發生如下化學反應(NaP03)n+nNaF- n Na2P03F控制熔融體溫度在690。C—740。C之間，同時通過控制混合物投料速率 來控制烙融物停留時間在16 min —22 min使反應完成。本發明熔融反應時不產生氟化氫氣體，因此氟的損失較少，對設備的 腐蝕也較小。3. 熔融體冷卻結片、粉碎、篩分、包裝得到產品。綜上所述，本發明具有能耗低、工藝簡單、成本低、環保等優點。 單氟磷酸鈉製備工藝圖詳見說明書附圖
。
具體實施方式
實施例所採用的原料如下碳酸鈉Na2C03 含量 99%工業級磷酐P205 含量 98.8%工業級氟化鈉NaF 含量 98.5%工業級實施例l、 2、 3、 4:如圖所示的單氟磷酸鈉製備方法，首先將粉狀磷酐、碳酸鈉、氟化鈉 按表一各重量配比分別加入帶攪拌混合器l中混合，混合料溫度緩慢自行升 高，當混合料溫度升高至25(TC時，反應器內通入空氣冷卻以控制物料溫度 在25(TC 38(TC之間，直至反應完成物料溫度下降，當物料溫度降至低於100 。C後，放出物料進中間倉，所得到物料是偏磷酸鈉和氟化鈉混合物。混合料由混料中間倉2供入一個渦流加熱熔融反應器3中，通過控制加 料速率來控制熔融體停留時間，通過調整加熱功率來控制熔融體溫度，流 出熔體經冷卻結片、粉碎、篩分得到單氟磷酸鈉產品。表一實施例原料配比和工藝條件原料配比(重量kg)熔融反應工藝條件實施例編號碳酸鈉磷酐氟化鈉熔融物溫度'C停留時間(min)168.191.35470320270.093.855.57151965,251.787.372018466.752.889.471220經分析測定結果見表二。表二產品分析測定結果實施例編號Na2P03F含量。/。20/。水溶液PH值105匸時乾燥損失％總F含量n/196.86.80.0612.8294.77.10.0513.2395.27.40.0413.3495.67.10.0513.1權利要求
1、單氟磷酸鈉的製備方法，首先將磷酐、碳酸鈉混合反應生成偏磷酸鈉，然後將偏磷酸鈉、氟化鈉混合併加熱至熔融狀態，磷酸鈉、氟化鈉混合物在熔融狀態下反應生成單氟磷酸鈉，其特徵在於磷酐、碳酸鈉和氟化鈉三種物質中Na物質的量與P物質的量的摩爾比為2∶(0.5～1.5)，Na物質的量與F物質的量的摩爾比為2∶(9.95～1.05)。
2、 根據權利要求l所述的單氟磷酸鈉製備方法，其特徵在於:採用磷酐、碳酸鈉和氟 化鈉為原料製備單氟磷酸鈉分二步進行，首先三者原料混合，磷酐與碳酸鈉反應，再把反 應生成的偏磷酸鈉與氟化鈉熔融結合為單氟磷酸鈉。
3、 如權利要求1或2所述的單氟磷酸鈉的製備方法，其特徵在於磷酐與碳酸鈉混合 反應溫度在18(TC 42(TC之間；磷酸鈉、氟化鈉混合物熔融反應平均溫度在65(TC ~ 780'C 之間。
4、 如權利要求3所述的單氟磷酸鈉的製備方法，其特徵在於熔融反應中熔融物停 留時間為10分鐘~30分鐘。
5、 如權利要求4所述的單氟磷酸鈉的製備方法，其特徵在於磷酐、碳酸鈉在帶攪 拌的反應器中混合反應生成偏磷酸鈉，混合反應中通入空氣冷卻並以此來控制反應速率；
6、 如權利要求5所述的單氟磷酸鈉的製備方法，其特徵在於偏磷酸鈉與氟化鈉在渦 流加熱反應器中熔融反應生成單氟磷酸鈉，在熔融反應中通過控制混合物投料速率來控制 熔融物停留時間。
7、 如權利要求6所述的單氟磷酸鈉的製備方法，其特徵在於磷酐、碳酸鈉和氟化鈉三者的混合物中Na物質的量與P物質的量的摩爾比為2: (0.98- 1.02) ， Na物質的量與F 物質的量之比的摩爾比為2: (0.98- 1.02)。
8、 如權利要求7所述的單氟磷酸鈉的製備方法，其特徵在於:磷酐與碳酸鈉混合反應 溫度在250。C 380。C之間。
9、 如權利要求8所述的單氟磷酸鈉的製備方法，其特徵在於:熔融反應平均溫度為 690°C~740°C。
10、 如權利要求6所述的單氟磷酸鈉的製備方法，其特徵在於熔融物停留時間為16分 鍾~22分鐘。
全文摘要
單氟磷酸鈉的製備方法，首先將磷酐、碳酸鈉混合反應生成偏磷酸鈉，然後將偏磷酸鈉、氟化鈉混合併加熱至熔融狀態，磷酸鈉、氟化鈉混合物在熔融狀態下反應生成單氟磷酸鈉，本發明工藝簡單、能耗低、產品雜質含量低。
文檔編號C01B25/455GK101327923SQ20071006598
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月19日 優先權日2007年6月19日
發明者萬榮惠, 後雪松, 張仕平, 徐文林, 李樹華, 馬興良, 龔貴生 申請人:雲南江磷集團股份有限公司