高雜質(zhì)氟硅酸制備氟化銨聯(lián)產(chǎn)氟化鎂工藝技術(shù)研究

黃 忠，余雙強(qiáng)，高開元，何 俊，黃 河，張險(xiǎn)峰，陳喜珍

［湖北祥云（集團(tuán)）化工股份有限公司，湖北武穴435400］

氟化銨和氟化鎂是無機(jī)氟化工的重要產(chǎn)品，傳統(tǒng)方式以氟化氫為原料生產(chǎn)。但是隨著螢石供應(yīng)日趨緊張，近些年出現(xiàn)了以工業(yè)副產(chǎn)氟硅酸生產(chǎn)氟化銨［1-4］和 氟 化 鎂［5-6］的 技 術(shù)，并 在 工 業(yè) 級(jí) 氟 化 銨 和 氟化鎂領(lǐng)域?qū)鹘y(tǒng)法逐步進(jìn)行替代。盡管出現(xiàn)了氟硅酸制備氟化銨工藝的諸多報(bào)道和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但是針對(duì)加工過程中的關(guān)鍵工藝參數(shù)研究尚不充分，如反應(yīng)體系中游離氨對(duì)反應(yīng)平衡的影響、反應(yīng)放熱情況、反應(yīng)溫度對(duì)體系的影響等，因此不能很好地優(yōu)化工藝流程和指導(dǎo)生產(chǎn)，造成各企業(yè)的生產(chǎn)水平和氟化銨質(zhì)量參差不齊。

工業(yè)副產(chǎn)氟硅酸主要來源于濕法磷酸生產(chǎn)企業(yè)的尾氣吸收，包括磷礦分解和磷酸濃縮兩部分。對(duì)于濕法磷酸加工企業(yè)來說，利用氟硅酸生產(chǎn)氟化鹽具有很好的資源優(yōu)勢(shì)。由于各濕法磷酸加工企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)和管理水平有差別的緣故，尾氣吸收的氟硅酸中雜質(zhì)含量差別較大。這些雜質(zhì)主要為硫酸根、磷酸根等，與氟硅酸混合后很難去除，故對(duì)下游加工產(chǎn)品的純度造成很大的影響。如表1所示，湖北祥云（集團(tuán)）化工股份有限公司副產(chǎn)的氟硅酸，三氧化硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.53%，五氧化二磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.43%，對(duì)氟化銨產(chǎn)品質(zhì)量是不利的。因此，就氟硅酸生產(chǎn)氟化銨過程中的關(guān)鍵工藝參數(shù)及高雜質(zhì)氟化銨母液的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，具有十分重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

原料：氟硅酸，組成見表1，湖北祥云（集團(tuán)）化工股份有限公司自產(chǎn)；工業(yè)液氨；工業(yè)七水硫酸鎂。儀器：電動(dòng)攪拌器、天平、電熱套、水循環(huán)真空泵、恒溫水浴鍋、馬弗爐等。

表1 高雜質(zhì)氟硅酸的主要成分 %

1.2 分析方法

液相氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)由PXSJ-226雷磁離子活度計(jì)測(cè)定；氮由凱氏定氮法測(cè)定；氟化鎂由Axios X射線熒光光譜儀和YS/T 691—2009《氟化鎂》規(guī)定的方法測(cè)定。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

以優(yōu)化工藝條件為例。

氟化銨的制備：在90℃、攪拌條件下（線速度為0.628 m/s），向氟硅酸中通入液氨直至pH為9以上（通氨時(shí)間為40 min），繼續(xù)反應(yīng)30 min后真空過濾，得到硅膠和氟化銨濾液；濾液在-0.045 MPa下濃縮，當(dāng)密度達(dá)到1.14 g/cm3時(shí)，降溫、結(jié)晶、過濾得到氟化銨母液和濾餅，濾餅經(jīng)干燥后得到氟化銨產(chǎn)品。

氟化鎂的制備：將所得氟化銨母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)稀釋至35%（以氟計(jì)則為18%），硫酸鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，氟化銨與硫酸鎂的物質(zhì)的量比為1.90∶1，同時(shí)加料，常溫下反應(yīng)1 h，陳化1 h，真空過濾、洗滌、干燥后得到氟化鎂產(chǎn)品。主工藝流程見圖1。

圖1 主工藝流程圖

2 結(jié)果與討論

2.1 氟化銨溶液的制備

2.1.1 高雜質(zhì)氟硅酸除雜

筆者公司的氟硅酸主要來自于磷礦分解槽的尾氣吸收，該工序副產(chǎn)的氟硅酸的雜質(zhì)較多，見表1。稀氟硅酸中CaO、MgO、Fe2O3含量均較低，但是硫和磷的含量較高，分別達(dá)到0.53%和0.43%。這兩種可溶性陰離子的存在對(duì)氟化銨的收率和純度造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。1）將氟硅酸靜置24 h后檢測(cè)其雜質(zhì)成分，無明顯變化；2）將氟硅酸過濾后，除掉其中微量的固相物，硫和磷含量稍微有所下降，分別為0.50%和0.40%；3）將氫氧化鈣（加入量為氟硅酸中PO43-和SO42-物質(zhì)的量之和）加入到氟硅酸中攪拌1 h后，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.41%，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.47%，說明氫氧化鈣在氟硅酸體系中對(duì)脫硫脫磷無明顯作用。由于能使硫酸根和磷酸根沉淀的試劑，通常也能使氟硅酸根沉淀，故對(duì)高雜質(zhì)氟硅酸凈化實(shí)際是一件很難的事情。在這方面筆者尚未找到一種合適的方法。

2.1.2 關(guān)鍵因素的條件實(shí)驗(yàn)

1）pH對(duì)氟硅酸轉(zhuǎn)化率的影響。為考察pH對(duì)氟硅酸向氟化銨轉(zhuǎn)化率的影響，對(duì)氟硅酸進(jìn)行兩步處理。首先在氟硅酸中通入液氨至一定pH，檢測(cè)轉(zhuǎn)化率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高雜質(zhì)氟硅酸在pH為3時(shí)，已明顯觀察到有硅膠出現(xiàn)，說明反應(yīng)已經(jīng)開始，但是無法通過過濾方式將硅膠分離。但隨著pH的增大，反應(yīng)進(jìn)行程度越來越高，硅膠分離也越來越容易，pH從6到7.5時(shí)，轉(zhuǎn)化率迅速上升，尤其從7～7.5最為明顯，當(dāng)pH達(dá)到7.5時(shí)，轉(zhuǎn)化率已經(jīng)高達(dá)90.7%。然后在硅膠沒有分離的情況下再往反應(yīng)體系中通氨反應(yīng)至pH=9，轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.1%。第一步反應(yīng)的pH越低，氟硅酸的總轉(zhuǎn)化率越低。可能是因?yàn)榉杷徜@溶解度小，在體系中容易產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象，并負(fù)載在硅膠上，很難與液氨進(jìn)一步反應(yīng)，如第一步反應(yīng)得到的硅膠中的氟占比極高。此實(shí)驗(yàn)的有益啟示是，在工業(yè)生產(chǎn)中必須采用一步法，即往氟硅酸中通入液氨時(shí)，體系的pH必須一次達(dá)到9以上，才能避免氟硅酸銨和硅膠對(duì)體系的負(fù)面影響。

表2 在不同pH情況下氟硅酸的轉(zhuǎn)化率

2）反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響。反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)體系的物料情況具有重要的影響，主要表現(xiàn)在物料的過濾性能、硅膠的含液量、氟在固相和液相中的占比等。實(shí)驗(yàn)選取了40、60、70、80℃作為考察參數(shù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。從表3看出，①反應(yīng)溫度越高，硅膠中的氟占比越低、濾液氟收率越高（80℃時(shí)可達(dá)到85%左右）；②反應(yīng)溫度越高，硅膠的含水量越低，40℃時(shí)為68%，80℃時(shí)降低到61%；③反應(yīng)溫度越高，硅膠越易于過濾分離，40℃時(shí)過濾速度僅為5.9 mL/min，80℃時(shí)過濾速度迅速增加到14 mL/min。因此升溫是有利于反應(yīng)體系的。但是溫度不能太高，原因是，①氟化銨在80℃時(shí)開始分解，在體系中有HF出現(xiàn)，對(duì)設(shè)備的腐蝕加強(qiáng)；②氨溶于水、氨與氟硅酸均會(huì)放熱，溫度太高，不利于反應(yīng)的進(jìn)行；③溫度越高，氨在體系中的溶解度越低，會(huì)造成反應(yīng)時(shí)氨逸出太多，造成氨耗過大，故控制反應(yīng)溫度為80℃最為合適。

表3 反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響

3）攪拌速度對(duì)反應(yīng)的影響。定量的氟硅酸置于1 L的四口燒瓶中，在80℃水浴條件下，設(shè)置攪拌槳的轉(zhuǎn)速為100、150、200 r/min 3組不同的轉(zhuǎn)速，反應(yīng)完立即過濾反應(yīng)料漿，分析檢測(cè)濾液和硅膠中F含量，濾液中氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7.74%、7.95%和7.40%，硅膠中氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5.95%、5.68%和5.96%。總體來說，攪拌速度對(duì)反應(yīng)體系的影響不大。攪拌槳的轉(zhuǎn)速為150 r/min時(shí)，情況略微優(yōu)于其他轉(zhuǎn)速。因此選定攪拌槳的轉(zhuǎn)速為150 r/min，此時(shí)槳葉線速度為0.628 m/s。

4）游離氨對(duì)反應(yīng)的影響。反應(yīng)終點(diǎn)pH控制在9左右，經(jīng)檢測(cè)游離氨約占料漿質(zhì)量的3%～4%。大量游離氨的存在使得工業(yè)生產(chǎn)中過濾工序的設(shè)備密封要求較高，勢(shì)必會(huì)增加投資和操作難度，否則會(huì)使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有較重氨味，容易引發(fā)環(huán)保和職業(yè)衛(wèi)生問題。故考慮在80℃反應(yīng)完畢后，立即進(jìn)行脫氨，再進(jìn)行過濾分離，并考察脫氨對(duì)體系的影響，結(jié)果如表4所示。脫氨前后濾液氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所上升，主要是因?yàn)檎舭l(fā)水分造成的。3組實(shí)驗(yàn)均顯示，脫氨后濾液中的氟硅酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)急劇上升，脫氨前后氟硅比變化明顯，脫氨后約為脫氨前的1/10，且反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率從99%降低到85%左右。該結(jié)果說明在脫氨過程中有逆反應(yīng)發(fā)生，即氟化銨與二氧化硅反應(yīng)生成了氟硅酸銨，這也解釋了反應(yīng)過程中氨必須過量的原因。故實(shí)驗(yàn)結(jié)果不支持采用反應(yīng)后料漿脫氨再過濾的設(shè)想，必須要先過濾去除硅膠。

表4 脫氨前后的轉(zhuǎn)化率

2.1.3 反應(yīng)過程中的放熱曲線

為考察反應(yīng)的放熱趨勢(shì)，測(cè)量了反應(yīng)過程中體系的升溫情況。實(shí)驗(yàn)時(shí)，加入的氟硅酸量為1 kg，選取的環(huán)境溫度為30、40、60、70、80℃，除30℃為空氣溫度之外，其他的都為水浴溫度。反應(yīng)過程中的最高溫度分別為59、70、77、83、90℃。以30℃時(shí)的反應(yīng)為例，體系溫度變化曲線見圖2。30 min前反應(yīng)放熱速度大于散熱速度，說明30 min時(shí)為反應(yīng)最高峰。另外，同步進(jìn)行的pH測(cè)定顯示，當(dāng)體系溫度最高時(shí)，體系pH在6附近。從放熱曲線可以看出，工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，裝置無需額外提供熱量。

圖2 氟硅酸反應(yīng)的時(shí)間-溫度曲線（30℃）

2.1.4 硅膠的洗滌

由于硅膠具有比表面積大、含液量大的特點(diǎn)，故有相當(dāng)一部分的氟存在于硅膠當(dāng)中。如表4所示，80℃反應(yīng)時(shí)，硅膠中氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15%。若不對(duì)該部分硅膠的氟進(jìn)行回收，勢(shì)必造成浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本。另外，可溶性氟的存在也會(huì)妨礙硅膠的使用。故十分有必要對(duì)硅膠的洗滌進(jìn)行考察。實(shí)驗(yàn)取氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.9%左右的硅膠進(jìn)行洗滌，具體結(jié)果如表5所示。1）一次洗滌時(shí)，再漿和置換洗滌的效果接近，但是二次洗滌時(shí)，再漿洗滌的效果明顯優(yōu)于置換洗滌；2）二次洗滌后，洗滌率達(dá)到80%以上，且繼續(xù)洗滌的難度增大。為節(jié)約用水和操作成本，在工業(yè)生產(chǎn)中，一次洗滌可采用置換洗滌的方式進(jìn)行。硅膠中剩余的氟可通過灼燒、尾氣吸收的方式進(jìn)行回收。以此種方式處理后，硅膠中二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到95%以上，可達(dá)到白炭黑的標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 硅膠的洗滌方式

2.1.5 最優(yōu)反應(yīng)條件

通過上述關(guān)鍵工藝條件的實(shí)驗(yàn)考察，得到的最優(yōu)反應(yīng)條件是：體系反應(yīng)溫度為80℃、終點(diǎn)pH為9以上、攪拌線速度為0.628 m/s，硅膠通過置換洗滌，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99%以上，液相中的氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到85%以上。

2.2 氟化銨濃縮實(shí)驗(yàn)

2.2.1 濃縮曲線

為指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)過程中氟化銨的濃縮終點(diǎn)，在-0.045 MPa下進(jìn)行了氟化銨濃縮實(shí)驗(yàn)研究，得到氟化銨溶液密度與溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)。并以3次測(cè)得數(shù)據(jù)制得氟化銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)與密度線性關(guān)系圖，如圖3所示。根據(jù)數(shù)據(jù)繪制出氟化銨溶液密度-質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線，曲線呈很好的線性關(guān)系。關(guān)系式如下：

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氟化銨溶液濃縮至密度為1.14 g/cm3時(shí)，有大量晶體析出，此時(shí)體系流動(dòng)性變得較差，再繼續(xù)濃縮提高密度，在工業(yè)裝置上容易堵塞管道，不利于工業(yè)生產(chǎn)，故可選用濃縮密度為1.14 g/cm3。

圖3 氟化銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)與密度的線性關(guān)系

結(jié)晶實(shí)驗(yàn)表明，氟化銨溶液密度濃縮至1.14 g/cm3時(shí)，冷卻至45℃左右過濾，結(jié)晶收率在25%左右，母液繼續(xù)冷卻至室溫也無太多晶體析出。一次結(jié)晶可達(dá)到GB/T 28653—2012《工業(yè)氟化銨》中一等品的要求。當(dāng)母液進(jìn)行二次濃縮時(shí)，氟化銨的收率在18%左右。但是母液二次濃縮后氟化銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為90%左右，無法達(dá)到GB/T 28653—2012中合格品的要求，具體質(zhì)量指標(biāo)如表6所示。表7是根據(jù)磷酸生產(chǎn)體系中氟硅酸可能帶入的雜質(zhì)全分析，結(jié)果表明影響氟化銨質(zhì)量的主要雜質(zhì)為硫酸鹽、磷酸鹽和氟硅酸鹽。這些雜質(zhì)主要附著在氟化銨晶體表面，經(jīng)洗滌后能夠大幅降低雜質(zhì)的含量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，如表8所示。二次結(jié)晶非合格品經(jīng)清水洗滌后，硫酸根質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1.11%降低到0.06%，五氧化二磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.82%降低到0.05%。但因氟化銨溶解度大，在洗滌過程中會(huì)使較多產(chǎn)品損失。因此考慮產(chǎn)品收率問題，此方法也不適用。

表8 氟化銨成品晶體洗滌檢測(cè)數(shù)據(jù) %

表6 氟化銨的質(zhì)量指標(biāo) %

表7 母液及二次結(jié)晶氟化銨的檢測(cè)數(shù)據(jù)%

2.2.2 濃縮的物料平衡

氟化銨屬于易分解化合物。在濃縮過程中，高于76.6℃時(shí)會(huì)失去結(jié)晶水［7］，同時(shí)伴隨分解的發(fā)生。隨著水分的減少，濃縮體系的溫度不斷升高，分解的速度也越來越快。氟化銨的末期脫水與分解始終相生相伴，是一對(duì)矛盾體。氟化銨分解的決定性因素為溫度，所以在脫水過程中體系溫度越低越好。實(shí)際生產(chǎn)過程中，采用減壓濃縮的方式進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)研究了濃縮過程中氟化銨的物料平衡狀況，如圖4所示。氟化銨溶液濃縮后氟和氨的誤差僅為2.6%和1.23%，處于平衡狀態(tài)；二氧化硅的誤差大，是由于含量低，測(cè)量誤差所致。餾分中含氟0.24 g，占氟總投入量的0.35%，說明在濃縮過程中有少量的氟化銨進(jìn)行了分解，隨水蒸氣而帶出。成品中氟氮物質(zhì)的量比為1.029，氟稍微過量，說明成品為氟化銨。濃縮平衡進(jìn)一步說明在真空條件和適當(dāng)溫度下，氟化銨基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 氟化銨溶液濃縮物料平衡圖

2.3 氟化鎂的制備

在含氟離子的體系里要脫除磷酸根和硫酸根很困難，濃縮后的氟化銨母液再制備合格氟化銨的難度極大。利用濃縮后的高雜質(zhì)氟化銨母液制備合格的氟化鎂是重要應(yīng)用途徑。在氟化鎂制備時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注了氟化鎂沉淀的過濾性能及氟化鎂的純度。

2.3.1 氟化銨母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

將氟化銨母液配制成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液（以氟化銨計(jì)），考察不同氟化銨溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)反應(yīng)的影響，尤其對(duì)反應(yīng)體系過濾的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表9。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，氟化銨溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～40%時(shí)，反應(yīng)生成的產(chǎn)物氟化鎂晶體顆粒較大，反應(yīng)完后過濾速度快，易于分離。當(dāng)氟化銨母液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44%、53%時(shí)，反應(yīng)生成的氟化鎂晶體顆粒較小，過濾速度較慢，難于分離。因此，從過濾分離的難易程度角度考慮，氟化銨溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在20%～40%。

表9 氟化銨母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)反應(yīng)的影響

2.3.2 加料方式的影響

研究發(fā)現(xiàn)，相同條件下，不同加料方式對(duì)氟化鎂的顆粒形態(tài)有著重要的影響，這主要體現(xiàn)在反應(yīng)完成后體系的過濾性能上。實(shí)驗(yàn)考察了如表10所示的4種加料方式。氟化銨母液滴加到硫酸鎂溶液和硫酸鎂溶液滴加到氟化銨母液兩種滴加方式都不利于料漿分離過濾。在這兩種滴加方式的條件下，反應(yīng)生成的氟化鎂晶體顆粒均較小。當(dāng)兩種溶液同時(shí)滴加時(shí)，反應(yīng)完成后的料漿分離過濾速度快，反應(yīng)生成的氟化鎂晶體顆粒較大，氟收率在95%以上。故反應(yīng)過程中滴加方式選定為兩種溶液同時(shí)滴加。另外，同時(shí)滴加有利于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。

2.3.3 反應(yīng)溫度的影響

同樣以過濾分離的難易程度為考慮因素，考察反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表11所示。氟化銨溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%和反應(yīng)溫度高于60℃時(shí)，生成的氟化鎂晶體顆粒均較小，過濾時(shí)速度較慢。當(dāng)反應(yīng)溫度為60℃或常溫時(shí)，過濾速度均較快。但是將氟化銨母液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)為44%或53%時(shí)，即使反應(yīng)溫度為60℃，過濾速度依然較慢，故在反應(yīng)時(shí)氟化銨母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)不宜過高。從氟收率和節(jié)約能源的角度考慮，常溫下，過濾速度快且氟收率最高，選定反應(yīng)溫度為常溫即可。

表11 反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響

2.3.4 反應(yīng)時(shí)間的影響

以氟收率及過濾分離的難易程度為考慮角度，考察反應(yīng)時(shí)間及陳化時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響。反應(yīng)時(shí)間在0.5～2 h和陳化時(shí)間在0.5～1 h時(shí)，反應(yīng)完成后的料漿過濾分離速度均較快，說明在該條件范圍內(nèi)，生成的氟化鎂晶體顆粒均較大，易于分離。從氟收率的角度考慮，反應(yīng)時(shí)間超過1 h，陳化時(shí)間超過1 h，氟收率均較高且相差不大，均在95.0%以上。因此，在工業(yè)生產(chǎn)上從時(shí)間成本和能耗角度出發(fā)，選取反應(yīng)時(shí)間為1 h、陳化時(shí)間為1 h。

2.3.5 優(yōu)化條件下的氟化鎂產(chǎn)品對(duì)標(biāo)

優(yōu)化的工藝條件：將所得氟化銨母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)稀釋至35%（以氟計(jì)則為18%），硫酸鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，氟化銨與硫酸鎂的物質(zhì)的量比為1.90∶1，同時(shí)加料，常溫下反應(yīng)1 h，陳化1 h，真空過濾、洗滌、干燥后得到氟化鎂產(chǎn)品。所得氟化鎂經(jīng)檢測(cè)其主要成分如表12所示。制得的氟化鎂各項(xiàng)指標(biāo)均符合YS/T 691—2009《氟化鎂》中MF-2的要求。

表12 氟化鎂產(chǎn)品與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo) %

2.4 物料平衡

圖5 高雜質(zhì)氟硅酸制備氟化銨聯(lián)產(chǎn)氟化鎂物料平衡圖

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制了高雜質(zhì)氟硅酸制備氟化銨聯(lián)產(chǎn)氟化鎂的物料平衡圖，如圖5所示。圖中主要包含了氟、氮、硅和鎂4種元素的平衡分析。其中氟和鎂的偏差較小，分別為-1.16%和-0.37%；由于實(shí)驗(yàn)室條件所限，氨揮發(fā)至空氣所致，氮的偏差為-10.31%，但是在工業(yè)生產(chǎn)中可以完全得到控制；由于分析偏差，硅的偏差達(dá)到22.50%。

3 結(jié)論

通過高雜質(zhì)氟硅酸與氨反應(yīng)過程中若干關(guān)鍵因素的研究，弄清楚了關(guān)鍵因素對(duì)反應(yīng)的影響，得出了高雜質(zhì)氟硅酸制備氟化銨的優(yōu)化工藝條件。在此工藝條件下，氟化銨一次結(jié)晶收率約為25%，達(dá)到GB/T 28653—2012中一等品的要求。由于高雜質(zhì)氟硅酸制備的氟化銨母液雜質(zhì)含量很高，二次結(jié)晶的氟化銨已無法達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，所以筆者研究、選擇了以氟化銨母液和硫酸鎂合成氟化鎂的工藝路線，以達(dá)到氟資源利用最大化的目的。制得的氟化鎂各項(xiàng)指標(biāo)均符合YS/T 691—2009中MF-2的要求。本文的研究?jī)?nèi)容對(duì)氟化銨生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義；物料平衡研究顯示，設(shè)計(jì)的高雜質(zhì)氟硅酸高效利用的工藝路線具有重要的經(jīng)濟(jì)效益。