氟硅酸法制氟化氫銨聯(lián)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)白炭黑工藝研究

張 梅

(多氟多化工股份有限公司,河南焦作 454191)

氟硅酸法制氟化氫銨聯(lián)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)白炭黑工藝研究

張 梅

(多氟多化工股份有限公司,河南焦作 454191)

研究了氟化氫銨生產(chǎn)的一種新工藝。采用氨水氨解磷肥行業(yè)副產(chǎn)品氟硅酸,分離反應(yīng)后的料漿,經(jīng)過濾得白炭黑軟膏和氟化銨溶液。白炭黑軟膏經(jīng)洗滌干燥后得白炭黑產(chǎn)品;在氟化銨溶液里通入無水氫氟酸,控制一定的 pH,過濾反應(yīng)后的料漿,濾餅經(jīng)低溫真空干燥,即得氟化氫銨產(chǎn)品,濾液返回制氟化氫銨工序。以磷肥行業(yè)副產(chǎn)氟硅酸為原料生產(chǎn)氟化氫銨,具有成本低,有效利用氟資源等特點。生產(chǎn)的氟化氫銨和白炭黑產(chǎn)品質(zhì)量好,符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

氨水;氟硅酸;白炭黑;氟化氫銨

氟硅酸為磷肥行業(yè)副產(chǎn)物,用作氟化氫銨生產(chǎn)中氟的主要來源,成本低廉,而且充分利用了磷礦石中的少量氟資源,對節(jié)約國家資源,節(jié)能環(huán)保具有重要的意義。氟化氫銨用途廣泛,可用作化學(xué)試劑、玻璃蝕刻劑 (與氫氟酸并用)、發(fā)酵工業(yè)消毒劑和防腐劑、由氧化鈹制金屬鈹?shù)娜軇┮约肮桎摪宓谋砻嫣幚韯?還用于制造陶瓷、鎂合金,用于鍋爐給水系統(tǒng)和蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的清洗脫垢,以及油田砂石的酸處理,也用作烷基化、異構(gòu)化催化劑組分。傳統(tǒng)制氟化氫銨工藝采用高濃度的氨水和氫氟酸反應(yīng),反應(yīng)過程氣體遺漏量大,設(shè)備腐蝕嚴(yán)重,并且氟來源于戰(zhàn)略資源的螢石,不符合國家限制部分資源開采的制度。文獻(xiàn)[1-4]中多見以氟硅酸與碳酸氫銨反應(yīng)制得氟化銨和白炭黑的工藝,反應(yīng)過程中產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。筆者采用氨水氨解氟硅酸,將無水氫氟酸通入氟化銨溶液生成氟化氫銨。

1 研究過程

1.1 生產(chǎn)所需原料

氟硅酸:w(H2SiF6)≥40%,w(HF)≤4%;氨水:w(NH3)≥20%,ρ(殘渣 )≤0.3 g/L,色度 ≤80號;無水氫氟酸:w(HF)≥99.95%,w(水分)≤0.03%,w (H2SO4)≤0.004%,w (H2SiF6)≤0.010%,w(SO2)≤0.004%,w(As)≤2×10-5。

1.2 工藝原理

本工藝主要包括晶種制備、氨解、過濾洗滌及氟化氫銨的合成、過濾、干燥和白炭黑的干燥等過程。

先用一定濃度的氟硅酸和稀氨水在一定條件下反應(yīng),制得白炭黑晶種;再將制得的晶種打入氨解槽,加入計算量的氟硅酸溶液,在一定溫度下,用氨水氨解,得到氟化銨溶液和白炭黑的混合料漿;料漿經(jīng)過濾,得到白炭黑軟膏,然后充分洗滌、干燥即得白炭黑產(chǎn)品。澄清的氟化銨溶液存入氟化銨溶液儲槽備用。在澄清的氟化銨溶液里通入無水氫氟酸,結(jié)晶、過濾、低溫真空干燥得到氟化氫銨產(chǎn)品。主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下:

1.3 工藝流程

流程敘述:1)制晶種:將氟硅酸與稀氨水按照一定配比打入靜態(tài)噴射混合器中,制得晶種。2)氨解:將制得的晶種、氟硅酸打入氨解槽中,升溫至30～50℃,緩慢加入計算量的濃氨水,調(diào)整 pH為7～10,加量完畢后,繼續(xù)反應(yīng) 15～30 min。整個反應(yīng)過程恒溫在 60～85℃。3)白炭黑過濾:將反應(yīng)完的料漿經(jīng)過濾和洗滌,得白炭黑軟膏,濾液和高濃度的洗水打入儲槽,以備制備氟化氫銨用。4)白炭黑干燥:將洗滌后的白炭黑軟膏進(jìn)行干燥,即得白炭黑產(chǎn)品。5)氟化氫銨的制備:將儲槽中的氟化銨溶液打入氟化氫銨制備槽,通入無水氫氟酸,經(jīng)過濾即得氟化氫銨軟膏。6)氟化氫銨干燥:將過濾后的氟化氫銨軟膏經(jīng)低溫真空干燥,即得氟化氫銨產(chǎn)品。7)氨回收:反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氨氣經(jīng) 3級吸收,稀氨水循環(huán)回用。

1.4 設(shè)備選用

1)氨解時所用的反應(yīng)槽要耐酸堿和耐高溫,需要用鋼襯四氟的材質(zhì)。2)氨解前需制備晶種,要在氨解槽前安裝靜態(tài)噴射混合器。3)由于在氟化氫銨制備過程中通入無水氫氟酸是放熱反應(yīng),在一定濃度下即達(dá)到飽和狀態(tài),易析出晶體,堵塞反應(yīng)槽出口,且有一定的 pH范圍,所以在設(shè)備選型中,氟化氫銨反應(yīng)槽的材質(zhì)和反應(yīng)槽出口的閥門選擇至關(guān)重要,要選用鋼襯石墨材質(zhì)的反應(yīng)槽,要選用內(nèi)置閥門避免放料前的結(jié)晶。4)氟化氫銨在 80℃以上時易分解,故選用低溫真空干燥設(shè)備進(jìn)行氟化氫銨的脫水。

1.5 生產(chǎn)成本

主要原材料消耗如表 1。

表 1 主要原料消耗

1.6 產(chǎn)品質(zhì)量

所得白炭黑產(chǎn)品質(zhì)量見表 2。

表 2 白炭黑產(chǎn)品質(zhì)量

所制得的氟化氫銨產(chǎn)品質(zhì)量見表 3。

表 3 氟化氫銨產(chǎn)品質(zhì)量 %

2 結(jié)果與討論

以磷肥行業(yè)副產(chǎn)氟硅酸為原料生產(chǎn)氟化氫銨,綜合利用氟資源,生產(chǎn)成本低,工藝、技術(shù)條件簡單易行,產(chǎn)品質(zhì)量好。本工藝生產(chǎn)出的優(yōu)質(zhì)白炭黑及氟化氫銨均能達(dá)到相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氨氣和氟化氫氣體經(jīng)吸收系統(tǒng)回收循環(huán)利用,損耗小,具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 薛河南,明大增,李志祥,等.磷肥副產(chǎn)氟硅酸制白炭黑技術(shù)[J].無機(jī)鹽工業(yè),2007,39(5):8-9.

[2] 劉曉紅,王賀云,李建敏,等.由氟硅酸、碳酸氫銨制備高分子比冰晶石[J].無機(jī)鹽工業(yè),2006,38(2):36-39.

[3] 李潔,張曉霞,張梅.用磷肥副產(chǎn)氟硅酸制氟化銨和白炭黑工藝研究[J].無機(jī)鹽工業(yè),2009,41(1):55-56.

[4] 盧芳儀,盧愛軍.由氟硅酸制氟化鋁的新工藝研究[J].硫磷設(shè)計與粉體工程,2004(1):1-4.

Study on technology of co-preparing ammon ium bifluoride and silica white by fluorosilicic acid process

ZhangMei
(Do-fluoride Chem icals Co.,L td.,Jiaozuo454191,China)

A new manufacturing technology of ammonium bifluoride was studied.Fluorosilicic acid,which is a by-product in the production of phosphate fertilizers was adopted to react with ammonia liquor,and then the runny paste of silica and the solution of ammonium fluoride were obtained after separation and filtering.Rinsed and desiccated,silica white was obtained from runny paste.Through introducing anhydrous hydrofluoric acid into ammonium fluoride solution and controlling pH at a certain value,ammonium bifluoride slurrywasprepared.Filtering the slurry and the final ammonium bifluoride product could be prepared by vacuum drying the filter cake at low temperature.Ammonium bifluoride produced by this technology has the features of low cost and effective utilization of resources because it adopted by-product fluorosilicic acid as raw material.Further more,the products have high quality and accord with relevant industry standards.

ammonia liquor;fluorosilicic acid;silica white;ammonium bifluoride

TQ113.79

A

1006-4990(2010)01-0055-02

2009-08-13

張梅(1973— ),女,工程師,主要從事氟化鹽研究工作。

聯(lián)系方式:zhangxiaomei6771@163.com