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    氟硅酸鈉生產原理及方法

    來源:國晶化工 日期:2020-02-14 15:26:43

    氟硅酸鈉是氟化工行業的一種重要產品,用途廣泛。從操作方式、原料來源、加鹽方式等方面對氟硅酸鈉的不同生產方法進行分析,著重討論了硫酸鈉干法、濕法生產的特點,提出了硫酸鈉生產法;不論從經濟還是環保角度都有著廣闊的發展前景。 

    一、氟硅酸鈉生產原理及方法 

      氟硅酸是一種絡合鹵酸。與其他由弱酸形成的絡合酸一樣,中心離子(Si4+)與弱酸根(F-)形成了較強的配位健。迫使氫離子(H+)移到絡離子的外界,變得容易電離,酸性增強。氟硅酸只能存在于水溶液中,符合絡合鹵酸只能在它們同時生成離子時才能存在的一般現象??梢栽诘蜏叵聦λM行蒸發濃縮。在含25%(質量分數)的氟硅酸溶液中通入微弱空氣,并于室溫下減壓濃縮,可以得到質量分數為40%一45%的氟硅酸;如用濃硫酸吸收HF和SiF ,常溫下可得到質量分數約60%的氟硅酸。高于上述質量分數,氟硅酸將分解為HF和SiF 而揮發。在氟硅酸水溶液的蒸汽中HF和SiF 的物質的量比并不按氟硅酸的結構比例【n(HF)/n(SiF=2】逸出,而是隨氟硅酸質量分數的升高而降低。氟硅酸的質量分數為10.5%時,逸出的HF和SiF 物質的量比約5.6;質量分數為18.4%時,HF和SiF物質的量比約1.1;質量分數為30.8%時,HF和SiF 物質的量比約0.29。因此理論上可用蒸餾的方法從氟硅酸中得到氫氟酸。氟硅酸的質量分數為13.3%時,其蒸汽中HF和SiF 物質的量比接近2。因此,用于生產氟硅酸鈉時,氟硅酸的質量分數都最好控制在13.3%,或略低于此質量分數。 

      氟硅酸鈉生產中,鈉離子的來源主要有燒堿、堿、硫酸鈉和氯化鈉。采用堿做原料的母液接近中性,可減少廢水處理費用;采用鈉鹽做原料的母液是稀鹽酸(硫酸),廢水處理費用較高。具體采用哪種原料要視各地的價格,并結合廢水處理費用綜合考慮。通常采用氯化鈉做原料的綜合費用最低。為了減少母液量,氟硅酸鈉生產通常使用氯化鈉的飽和溶液,其中的雜質一般是Ca2+,Mg2+。因分離氟硅酸鈉沉淀后的母液為質量分數6%左右的稀鹽酸,多數雜質離子不會隨氟硅酸鈉沉淀出來。因此,不需對氯化鈉溶液進行化學凈化。 

    1、 按氟硅酸來源不同分為螢石法和磷礦石法

    世界氟資源主要來自螢石、 磷礦石等。螢石僅集中在為數不多的國家,已探明儲量為6500萬噸;并以每年400 萬噸的速度消耗,資源有限。而磷礦石中伴生的氟一般在3%左右,卻占世界氟儲量的90% 以上,磷礦石中的氟就成為主要氟資源。磷礦石法是在生產磷酸或磷復肥時,實現對氟的回收。從經濟、社會和環境效益出發,磷復肥副產氟鹽必將逐步取代現有的螢石法。我國大部分的工業氟硅酸鈉產品產自磷復肥企業。 

    2、按原鹽種類分為氯化鈉法和硫酸鈉法 

      從理論上講,氟硅酸鈉的生產可選用氯化鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和磷酸鈉等,綜合考慮成本和工藝的穩定性,工業上采用前兩種較多。尤其是硫酸鈉法; 因產品質量穩定,目前已相當成熟和普遍;硫酸鈉鹽液溶解度的溫度系數大,容易生成十水結晶鹽而析出,需要蒸汽加熱和設備管道的保溫,否則易造成工藝堵塞而影響生產和質。氯化鈉法生產所產生的r氯離子對設備和管的道的腐蝕較大;所以從工藝上講,硫酸鈉法優于氯化鈉法法。其化學反應如下: 

      氯化鈉法H2SiF6 + 2NaCl Na2SiF6 ↓+ 2HCl 

      硫酸鈉法H2SiF6 + Na2SO4 Na2SiF6 ↓+ H2SO4 

      使用氯化鈉為原料時,以母液為主的污水中含有鹽酸、硅膠等,而且溶解的氟硅酸鈉在稀鹽酸體系中水解較快,硅膠量隨著貯存時間的延長明顯增多,造成污水處理時難度大、環節多、費用高,某些磷復肥廠嘗試生產回用,事實證明不但對系統的不銹鋼設備、管線造成 腐蝕,也造成生產波動。 

      使用硫酸鈉為原料時,反應生成的母液中含有硫酸,而氟硅酸鈉在硫酸體系中的水解速度慢,污水中硅膠含量相對較少,加之磷復肥廠均使用硫酸分解磷礦,回收利用這部分硫酸,既減少污水外排,又提高了鹽中元素的利用率。所以從環保和減排角度講,硫酸鈉法應為首選。 

    3、按操作方法分為連續法和間歇法 

      連續法的生產工藝為定酸調鹽,連續合成,經過沉降、洗滌再沉降,料漿經過離心脫水分離后,送入氣流干燥管干燥,兩級旋風收料,兩級袋式除塵,尾氣由風機排空,干料入成品貯斗,經冷卻包裝入庫。連續法適于大規模生產裝置,對原料鈉鹽品質有一定要求,生產能力大,產品質量穩定,勞動強度低,操作環境好;但污水量大,投資高。間歇法與連續法的區別主要是生產能力??;但間歇合成操作靈活,流程短,設備少,投資省,在我國相當部分的磷復肥企業采用,其主要工序見圖1。 

    4、從鈉鹽投料方式上分為干法、濕法及混合法投料 

     干法投料即直接將鈉鹽投入合成槽,使裝置的投資和排污量減少,適于小規模生產。干法生產時,由于硫酸鈉溶解迅速,加之人工加料,加料速度不易控制,在結晶器中易使反應液局部過飽和而大量析出細小的氟硅酸鈉,離心時易被甩出造成損失。


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