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氟硅酸钠生产原理及方法

来源:国晶化工 日期:2020-02-14 15:26:43

氟硅酸钠是氟化工行业的一种重要产品,用途广泛。从操作方式、原料来源、加盐方式等方面对氟硅酸钠的不同生产方法进行分析,着重讨论了硫酸钠干法、湿法生产的特点,提出了硫酸钠生产法;不论从经济还是环保角度都有着广阔的发展前景。 

一、氟硅酸钠生产原理及方法 

  氟硅酸是一种络合卤酸。与其他由弱酸形成的络合酸一样,中心离子(Si4+)与弱酸根(F-)形成了较强的配位健。迫使氢离子(H+)移到络离子的外界,变得容易电离,酸性增强。氟硅酸只能存在于水溶液中,符合络合卤酸只能在它们同时生成离子时才能存在的一般现象。可以在低温下对它进行蒸发浓缩。在含25%(质量分数)的氟硅酸溶液中通入微弱空气,并于室温下减压浓缩,可以得到质量分数为40%一45%的氟硅酸;如用浓硫酸吸收HF和SiF ,常温下可得到质量分数约60%的氟硅酸。高于上述质量分数,氟硅酸将分解为HF和SiF 而挥发。在氟硅酸水溶液的蒸汽中HF和SiF 的物质的量比并不按氟硅酸的结构比例【n(HF)/n(SiF=2】逸出,而是随氟硅酸质量分数的升高而降低。氟硅酸的质量分数为10.5%时,逸出的HF和SiF 物质的量比约5.6;质量分数为18.4%时,HF和SiF物质的量比约1.1;质量分数为30.8%时,HF和SiF 物质的量比约0.29。因此理论上可用蒸馏的方法从氟硅酸中得到氢氟酸。氟硅酸的质量分数为13.3%时,其蒸汽中HF和SiF 物质的量比接近2。因此,用于生产氟硅酸钠时,氟硅酸的质量分数都最好控制在13.3%,或略低于此质量分数。 

  氟硅酸钠生产中,钠离子的来源主要有烧碱、碱、硫酸钠和氯化钠。采用碱做原料的母液接近中性,可减少废水处理费用;采用钠盐做原料的母液是稀盐酸(硫酸),废水处理费用较高。具体采用哪种原料要视各地的价格,并结合废水处理费用综合考虑。通常采用氯化钠做原料的综合费用最低。为了减少母液量,氟硅酸钠生产通常使用氯化钠的饱和溶液,其中的杂质一般是Ca2+,Mg2+。因分离氟硅酸钠沉淀后的母液为质量分数6%左右的稀盐酸,多数杂质离子不会随氟硅酸钠沉淀出来。因此,不需对氯化钠溶液进行化学净化。 

1、 按氟硅酸来源不同分为萤石法和磷矿石法

世界氟资源主要来自萤石、 磷矿石等。萤石仅集中在为数不多的国家,已探明储量为6500万吨;并以每年400 万吨的速度消耗,资源有限。而磷矿石中伴生的氟一般在3%左右,却占世界氟储量的90% 以上,磷矿石中的氟就成为主要氟资源。磷矿石法是在生产磷酸或磷复肥时,实现对氟的回收。从经济、社会和环境效益出发,磷复肥副产氟盐必将逐步取代现有的萤石法。我国大部分的工业氟硅酸钠产品产自磷复肥企业。 

2、按原盐种类分为氯化钠法和硫酸钠法 

  从理论上讲,氟硅酸钠的生产可选用氯化钠、硫酸钠、碳酸钠和磷酸钠等,综合考虑成本和工艺的稳定性,工业上采用前两种较多。尤其是硫酸钠法; 因产品质量稳定,目前已相当成熟和普遍;硫酸钠盐液溶解度的温度系数大,容易生成十水结晶盐而析出,需要蒸汽加热和设备管道的保温,否则易造成工艺堵塞而影响生产和质。氯化钠法生产所产生的r氯离子对设备和管的道的腐蚀较大;所以从工艺上讲,硫酸钠法优于氯化钠法法。其化学反应如下: 

  氯化钠法H2SiF6 + 2NaCl Na2SiF6 ↓+ 2HCl 

  硫酸钠法H2SiF6 + Na2SO4 Na2SiF6 ↓+ H2SO4 

  使用氯化钠为原料时,以母液为主的污水中含有盐酸、硅胶等,而且溶解的氟硅酸钠在稀盐酸体系中水解较快,硅胶量随着贮存时间的延长明显增多,造成污水处理时难度大、环节多、费用高,某些磷复肥厂尝试生产回用,事实证明不但对系统的不锈钢设备、管线造成 腐蚀,也造成生产波动。 

  使用硫酸钠为原料时,反应生成的母液中含有硫酸,而氟硅酸钠在硫酸体系中的水解速度慢,污水中硅胶含量相对较少,加之磷复肥厂均使用硫酸分解磷矿,回收利用这部分硫酸,既减少污水外排,又提高了盐中元素的利用率。所以从环保和减排角度讲,硫酸钠法应为首选。 

3、按操作方法分为连续法和间歇法 

  连续法的生产工艺为定酸调盐,连续合成,经过沉降、洗涤再沉降,料浆经过离心脱水分离后,送入气流干燥管干燥,两级旋风收料,两级袋式除尘,尾气由风机排空,干料入成品贮斗,经冷却包装入库。连续法适于大规模生产装置,对原料钠盐品质有一定要求,生产能力大,产品质量稳定,劳动强度低,操作环境好;但污水量大,投资高。间歇法与连续法的区别主要是生产能力小;但间歇合成操作灵活,流程短,设备少,投资省,在我国相当部分的磷复肥企业采用,其主要工序见图1。 

4、从钠盐投料方式上分为干法、湿法及混合法投料 

 干法投料即直接将钠盐投入合成槽,使装置的投资和排污量减少,适于小规模生产。干法生产时,由于硫酸钠溶解迅速,加之人工加料,加料速度不易控制,在结晶器中易使反应液局部过饱和而大量析出细小的氟硅酸钠,离心时易被甩出造成损失。