專利名稱：一種氟化物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氟化物的制備方法，利用氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生四氟化硅和氟化氫氣體，經(jīng)分離得到無水氟化氫，然后四氟化硅水解得到活性白炭黑。
背景技術(shù)：
目前磷肥企業(yè)對氟硅酸鈉下游產(chǎn)品的開發(fā)主要集中在利用氟硅酸鈉生產(chǎn)人造冰晶石、氟化鈉和白炭黑等傳統(tǒng)產(chǎn)品。生產(chǎn)人造冰晶石有三種方法1)硫酸鋁-食鹽法；2)招酸鈉法；3)碳酸化法。這三種方法第一步都是用氨水或純堿將氟硅酸鈉中的氟與硅分離，硅轉(zhuǎn)化為硅膠，不能有效利用。生產(chǎn)氟化鈉一般是用氟硅酸鈉與燒堿或者純堿反應(yīng)，與燒堿反應(yīng)得到的氟化鈉產(chǎn)品總會吸附約10%的水玻璃，必須用燒堿或氫氟酸洗滌，洗水難以處理；與純堿反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體，得到的氟化鈉與硅膠采用重力分離效果有限，氟化鈉損失較大，而且產(chǎn)品中總有可溶性SiO2，一般都得用燒堿洗滌，“三廢”處理負(fù)荷較大，環(huán)境效益差。生產(chǎn)白炭黑都是用氨水將氟硅酸鈉氨化得到，由于氟硅酸鈉在水中的溶解度很低，氨化制備白炭黑的過程始終處于多相反應(yīng)體系，即沉淀二氧化硅膠粒析出與長大是在多相體系中進(jìn)行的，選擇和控制工藝條件對白 炭黑產(chǎn)品的純度、結(jié)構(gòu)和性能十分關(guān)鍵。因此，得到性能優(yōu)異的白炭黑產(chǎn)品是不容易的。以上所述是磷肥企業(yè)對氟硅酸鈉下游產(chǎn)品開發(fā)的傳統(tǒng)工藝和產(chǎn)品狀況，無論采用何種工藝路線，均存在如下弊端對于硅資源的綜合利用附加值低，經(jīng)濟(jì)效益低下；各種工藝路線都會產(chǎn)生“三廢”污染，不能循環(huán)利用?？偠灾壳傲追势髽I(yè)對氟硅酸鈉下游產(chǎn)品的開發(fā)未能做到高效率和高效益綜合利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氟化物的制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明利用磷肥企業(yè)低價值副產(chǎn)物氟硅酸鈉制備高附加值的無水氟化氫和活性白炭黑產(chǎn)品，對磷肥企業(yè)副產(chǎn)的氟硅酸鈉進(jìn)行氟、硅資源高效率和高效益綜合利用，且制備過程中不會產(chǎn)生難以處理的廢棄物。本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種氟化物的制備方法，按如下步驟
a.氟硅酸鈉與等量濃硫酸加熱反應(yīng)得到四氟化硅和氟化氫氣體、副產(chǎn)硫酸鈉，反應(yīng)溫度控制在80-300°C ；
b.步驟a產(chǎn)生的四氟化硅和氟化氫氣體經(jīng)預(yù)處理獲得無水氟化氫產(chǎn)品；
c.預(yù)處理后的四氟化硅氣體通入水中水解，反應(yīng)條件為四氟化硅與水的摩爾比控制在3:2-4，四氟化硅氣體壓力控制在200-1000mbar，水解溫度控制在20_60°C，水解時間控制在30-120min，得到氟硅酸溶液和活性白炭黑；
d.將步驟c得到的氟硅酸溶液和活性白炭黑經(jīng)抽濾真空度控制在O.02- O.1MPa ;洗滌洗水量控制在濾餅量的10-20% ;干燥干燥溫度控制在100- 120°C、干燥時間2-3h，得到活性白炭黑廣品、濾液為氣娃Ife溶液；
e.將步驟d得到的氟硅酸溶液與步驟a副產(chǎn)的硫酸鈉反應(yīng)，得到氟硅酸鈉和硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。步驟b所述的預(yù)處理為脫水、除塵、凈化分離，所述的凈化分離采用常規(guī)的冷凝、膜分離、變壓或變溫吸附達(dá)到。本發(fā)明所述的這種氟化物的制備方法，氟硅酸鈉與濃硫酸在溫度為80_300°C之間發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)物為四氟化硅和氟化氫氣體、副產(chǎn)硫酸鈉，兩種氣體經(jīng)脫水、除塵、凈化分離后得到無水氟化氫產(chǎn)品。四氟化硅氣體通入水中、控制水解反應(yīng)條件，得到活性白炭黑和氟硅酸溶液，氟硅酸溶液再與副產(chǎn)的硫酸鈉反應(yīng)得到氟硅酸鈉和硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。通過氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)以及四氟化硅水解反應(yīng)最終得到無水氟化氫和活性白炭黑產(chǎn)品。本發(fā)明的原理通過下列反應(yīng)方程式及技術(shù)路線圖來進(jìn)行描述和說明
氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)
Na2SiF6 + H2SO4 — Na2SO4 + SiF4 i + 2HF
四氟化硅氣體和氟化氫氣體經(jīng)脫水、除塵、凈化分離后獲得無水氟化氫產(chǎn)品。當(dāng)四氟化硅用水來吸收時，水解反應(yīng)如下
3SiF4 + 2H20 — 2H2SiF6 + SiO2 I
氟硅酸與硫酸鈉反應(yīng)如下
H2SiF6 + Na2SO4 — Na2SiF6 I + H2SO4
本發(fā)明具有極大的 創(chuàng)新性，其突出優(yōu)點(diǎn)就是它的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境價值。本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)價值在于延伸了磷肥企業(yè)低價值副產(chǎn)物氟硅酸鈉的產(chǎn)業(yè)鏈，氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)得到四氟化硅和氟化氫氣體、副產(chǎn)硫酸鈉，經(jīng)分離得到無水氟化氫。四氟化硅水解得到活性白炭黑和氟硅酸溶液，氟硅酸溶液再與副產(chǎn)的硫酸鈉反應(yīng)得到氟硅酸鈉和硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。通過氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)以及四氟化硅水解反應(yīng)最終得到無水氟化氫和活性白炭黑兩種高附加值產(chǎn)品，使磷肥企業(yè)特有的氟、硅資源得到充分、高效的利用。本發(fā)明的環(huán)境價值在于為磷肥企業(yè)提供了一種有別于傳統(tǒng)氟、硅資源利用的環(huán)境友好型創(chuàng)新工藝方法，氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)、四氟化硅水解反應(yīng)，兩步直接生產(chǎn)高附加值無水氟化氫和活性白炭黑產(chǎn)品，并且氟硅酸鈉與硫酸循環(huán)利用。避免了傳統(tǒng)工藝路線產(chǎn)生的大量廢水廢渣和高能耗等問題，環(huán)境負(fù)荷較小，環(huán)境效益較高。本發(fā)明的創(chuàng)新工藝方法可采用現(xiàn)有技術(shù)、并且經(jīng)過大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)驗證的單元設(shè)備來實(shí)施和實(shí)現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明的技術(shù)路線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的制備無水氟化氫和活性白炭黑的方法將在下述實(shí)施例中加以詳細(xì)說明，但不限于實(shí)施例。實(shí)施例1
在80°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得到氟化氫和四氟化硅氣體、副產(chǎn)硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、冷凝分離后得到無水氟化氫產(chǎn)品。四氟化硅氣體通入水中，四氟化硅與水的摩爾比控制在3:2，四氟化硅氣體壓力控制在400mbar，水解溫度控制在20°C，水解時間控制在40min，得到活性白炭黑和氟硅酸溶液，經(jīng)抽濾、真空度控制在O. 02MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的10%，干燥、干燥溫度控制在100°C，干燥2h得到活性白炭黑產(chǎn)品。氟硅酸溶液再與副產(chǎn)的硫酸鈉反應(yīng)得到氟硅酸鈉和硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。實(shí)施例2
在120°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得到氟化氫和四氟化硅氣體、副產(chǎn)硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、膜分離后得到無水氟化氫產(chǎn)品。四氟化硅氣體通入水中，四氟化硅與水的摩爾比控制在3:3，四氟化硅氣體壓力控制在600mbar，水解溫度控制在40°C，水解時間控制在60min，得到活性白炭黑和氟硅酸溶液，經(jīng)抽濾、真空度控制在O. 06MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的15%，干燥、干燥溫度控制在110°C，干燥2h得到活性白炭黑產(chǎn)品。氟硅酸溶液再與副產(chǎn)的硫酸鈉反應(yīng)得到氟硅酸鈉和硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。實(shí)施例3
在160°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得到氟化氫和四氟化硅氣體、副產(chǎn)硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、變壓吸附分離后得到無水氟化氫產(chǎn)品。四氟化硅氣體通入水中，四氟化硅與水的摩爾比控制在3:4，四氟化硅氣體壓力控制在900mbar，水解溫度控制在60°C，水解時間控制在120min，得到活性白炭黑和氟硅酸溶液，經(jīng)抽濾、真空度控制在O.1MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的20%，干燥、干燥溫度控制在110°C，干燥2h得到活性白炭黑產(chǎn)品。氟硅酸溶液再與副產(chǎn)的硫酸鈉反應(yīng)得到氟硅酸鈉和硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

實(shí)施例4
在200°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得到氟化氫和四氟化硅氣體、副產(chǎn)硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、變溫吸附分離后得到無水氟化氫產(chǎn)品。四氟化硅氣體通入水中，四氟化硅與水的摩爾比控制在3:4，四氟化硅氣體壓力控制在800mbar，水解溫度控制在50°C，水解時間控制在80min，得到活性白炭黑和氟硅酸溶液，經(jīng)抽濾、真空度控制在O. 08MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的20%，干燥、干燥溫度控制在120°C，干燥2. 5h得到活性白炭黑產(chǎn)品。氟硅酸溶液再與副產(chǎn)的硫酸鈉反應(yīng)得到氟硅酸鈉和硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。實(shí)施例5
在240°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得到氟化氫和四氟化硅氣體、副產(chǎn)硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、冷凝分離后得到無水氟化氫產(chǎn)品。四氟化硅氣體通入水中，四氟化硅與水的摩爾比控制在3:4，四氟化硅氣體壓力控制在lOOOmbar，水解溫度控制在60°C，水解時間控制在90min，得到活性白炭黑和氟硅酸溶液，經(jīng)抽濾、真空度控制在O.1MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的10%，干燥、干燥溫度控制在100°C，干燥3h得到活性白炭黑產(chǎn)品。氟硅酸溶液再與副產(chǎn)的硫酸鈉反應(yīng)得到氟硅酸鈉和硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。實(shí)施例6
在270°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得到氟化氫和四氟化硅氣體、副產(chǎn)硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、膜分離后得到無水氟化氫產(chǎn)品。四氟化硅氣體通入水中，四氟化硅與水的摩爾比控制在3:2，四氟化硅氣體壓力控制在300mbar，水解溫度控制在30°C，水解時間控制在60min，得到活性白炭黑和氟硅酸溶液，經(jīng)抽濾、真空度控制在O. 06MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的15%，干燥、干燥溫度控制在100°C，干燥3h得到活性白炭黑產(chǎn)品。氟硅酸溶液再與副產(chǎn)的硫酸鈉反應(yīng)得到氟硅酸鈉和硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。實(shí)施例7
在300°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得到氟化氫和四氟化硅氣體、副產(chǎn)硫酸鈉。兩種氣體脫水、除塵、冷凝分離后得到無水氟化氫產(chǎn)品。四氟化硅氣體通入水中，四氟化硅與水的摩爾比控制在3:4，四氟化硅氣體壓力控制在800mbar，水解溫度控制在60°C，水解時間控制在120min，得到活性白炭黑和氟硅酸溶液，經(jīng)抽濾、真空度控制在O.1MPa，洗滌、洗水量控制在濾餅量的20%，干燥、干燥溫度控制在120°C，干燥3h得到活性白炭黑產(chǎn)品。氟硅酸溶液再與副產(chǎn)的硫酸鈉反應(yīng)得到氟硅酸鈉和硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。本發(fā)明公開和提出的制備方法和產(chǎn)品，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改變原料、工藝參數(shù)等環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的方法與產(chǎn)品已通過較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和產(chǎn)品進(jìn)行改動或適當(dāng)變更與組合，來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來 說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
權(quán)利要求
1.一種氟化物的制備方法，其特征在于，步驟為a.氟硅酸鈉與等量濃硫酸加熱反應(yīng)得到四氟化硅和氟化氫氣體、副產(chǎn)硫酸鈉，反應(yīng)溫度控制在80-300°C ；b.步驟a產(chǎn)生的四氟化硅和氟化氫氣體經(jīng)預(yù)處理獲得無水氟化氫產(chǎn)品；c.預(yù)處理后的四氟化硅氣體通入水中水解，反應(yīng)條件為四氟化硅與水的摩爾比控制在3:2-4，四氟化硅氣體壓力控制在200-1000mbar，水解溫度控制在20_60°C，水解時間控制在30-120min，得到氟硅酸溶液和活性白炭黑；d.將步驟c得到的氟硅酸溶液和活性白炭黑經(jīng)抽濾真空度控制在O.02- O.1MPa ;洗滌洗水量控制在濾餅量的10-20% ;干燥干燥溫度控制在100- 120°C、干燥時間2-3h，得到活性白炭黑廣品、濾液為氣娃Ife溶液；e.將步驟d得到的氟硅酸溶液與步驟a副產(chǎn)的硫酸鈉反應(yīng)，得到氟硅酸鈉和硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氟化物的制備方法，其特征在于，步驟b所述的預(yù)處理為脫水、除塵和凈化分離，所述的凈化分離采用常規(guī)的冷凝、膜分離、變壓或變溫吸附達(dá)到。
全文摘要
一種氟化物的制備方法，氟硅酸鈉與濃硫酸在溫度為80-300℃發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)物為四氟化硅和氟化氫氣體、副產(chǎn)硫酸鈉，兩種氣體經(jīng)脫水、除塵、凈化分離后得到無水氟化氫產(chǎn)品；四氟化硅氣體通入水中、控制水解反應(yīng)條件，得到活性白炭黑和氟硅酸溶液，氟硅酸溶液再與副產(chǎn)的硫酸鈉反應(yīng)得到氟硅酸鈉和硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。通過氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)以及四氟化硅水解反應(yīng)最終得到無水氟化氫和活性白炭黑產(chǎn)品。本發(fā)明利用磷肥企業(yè)低價值副產(chǎn)物氟硅酸鈉制備高附加值的無水氟化氫和活性白炭黑產(chǎn)品，對磷肥企業(yè)副產(chǎn)的氟硅酸鈉進(jìn)行氟、硅資源高效率和高效益綜合利用，且制備過程中不會產(chǎn)生難以處理的廢棄物。
文檔編號C01B7/19GK103043613SQ201310016950
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者裴文俊 申請人:昆明道爾森科技有限公司