在制備含硅化合物的過(guò)程中循環(huán)利用氟化物的方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01310713158. 9,申請(qǐng)日為2013年12月20日,發(fā)明創(chuàng)造名稱 為"在制備含硅化合物的過(guò)程中循環(huán)利用氟化物的方法"的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域,具體而言,涉及在制備含硅化合物的過(guò)程中循環(huán)利用氟化 物的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 氟化工產(chǎn)品中的氟主要來(lái)自于螢石,螢石是不可再生資源,同時(shí)是一種戰(zhàn)略資源。 高效利用現(xiàn)有氟資源和節(jié)約現(xiàn)有的螢石資源已成為氟化工產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方 向。氟化物在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種廢棄物,例如氟化銨、氟化氫銨作為蝕刻劑產(chǎn)生的廢 渣氟鋁酸銨和電解鋁生產(chǎn)過(guò)程副產(chǎn)的含氟炭渣等,都長(zhǎng)期作為廢物存放;電解過(guò)程產(chǎn)生大 量氫氟酸和四氟化硅等氣體及氟化鋁、氟化鈣等粉塵;煉銅過(guò)程采用螢石(CaF 2)作助熔劑, 所以煙塵中含有大量氟化鈣、氟化氫等有害物質(zhì);鎂、鋁在鑄造中亦產(chǎn)生氟化氫及四氟化硅 等??梢哉f(shuō),氟化物廣泛應(yīng)用于各種化學(xué)生產(chǎn)中,但是這些應(yīng)用均會(huì)產(chǎn)生許多含氟廢品,無(wú) 法做到氟化物的循環(huán)利用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供在制備含硅化合物的過(guò)程中循環(huán)利用氟化物的方法,以解 決上述的問(wèn)題。
[0005] 在本發(fā)明實(shí)施例提供了一種在制備含硅化合物的過(guò)程中循環(huán)利用氟化物的方法, 包括:
[0006] 將含硅物質(zhì)和氟化物混合后進(jìn)行氟化反應(yīng),得到四氟化硅氣體和所述氟化物中陽(yáng) 離子的氧化物;
[0007] 將所述四氟化硅氣體高溫水解得到納米級(jí)的二氧化硅和氟化氫氣體;
[0008] 將所述氟化氫氣體和所述氟化物中陽(yáng)離子的氧化物反應(yīng),重新得到氟化物;
[0009] 所述含硅化合物包括以下任一種:二氧化硅或四氟化硅。
[0010] 在一些實(shí)施例中,優(yōu)選為,在所述氟化氫氣體和所述氟化物中陽(yáng)離子的氧化物反 應(yīng)中,反應(yīng)溫度為100-600°C,反應(yīng)時(shí)間為1-5小時(shí)。
[0011] 在一些實(shí)施例中,優(yōu)選為,所述四氟化硅氣體高溫水解的水解溫度為810-1500°c。
[0012] 在一些實(shí)施例中,優(yōu)選為,在所述含硅物質(zhì)和所述氟化物混合中,所述氟化物的質(zhì) 量百分含量為20-80%。
[0013] 在一些實(shí)施例中,優(yōu)選為,混合中,所述含硅物質(zhì)的粒徑小于等于7毫米;當(dāng)所述 氟化物為固態(tài)時(shí),其粒徑小于等于7毫米。
[0014] 在一些實(shí)施例中,優(yōu)選為,當(dāng)所述氟化物為固態(tài)時(shí),所述氟化反應(yīng)為煅燒;所述氟 化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為600-1350°C;當(dāng)所述氟化物為液態(tài)時(shí),所述氟化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為 100-200。。。
[0015] 在一些實(shí)施例中,優(yōu)選為,所述氟化反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間為1-5小時(shí)。
[0016] 在一些實(shí)施例中,優(yōu)選為,所述含硅物質(zhì)包括以下一種或多種:Si02粗顆粒、含 si〇d9復(fù)合物、含si〇d9廢料。
[0017] 在一些實(shí)施例中,優(yōu)選為,所述含Si〇j^復(fù)合物包括以下一種或多種:鋁礬土、煤 矸石、鐵礦石。
[0018] 在一些實(shí)施例中,優(yōu)選為,所述氟化物包括以下一種或多種:NaF、NH4F、氫氟酸、 NH4HF2、AlF3、CaF2〇
[0019] 本發(fā)明實(shí)施例提供在制備含硅化合物的過(guò)程中循環(huán)利用氟化物的方法,與現(xiàn)有技 術(shù)相比,在該循環(huán)利用氟化物的方法中,首先將氟化物與含硅物質(zhì)進(jìn)行混合后進(jìn)行氟化反 應(yīng),由于硅為親氟物質(zhì),能優(yōu)先與氟發(fā)生反應(yīng),生成高溫下為氣態(tài)的四氟化硅氣體和所述氟 化物中陽(yáng)離子的氧化物,再利用四氟化硅氣體的水解制成高純的納米級(jí)的二氧化硅和氟化 氫氣體,然后將氟化氫氣體再與氟化反應(yīng)后生成的所述氟化物中陽(yáng)離子的氧化物反應(yīng),重 新得到氟化物。在整個(gè)反應(yīng)中,氟元素基本沒(méi)有任何損失,氟化物作為反應(yīng)物,在最后反應(yīng) 中又重新得到,在含硅化合物制備中,進(jìn)行氟化物循環(huán)利用。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面通過(guò)具體的實(shí)施例子對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種在制備含硅化合物的過(guò)程中循環(huán)利用氟化物的方法,包 括:
[0022] 將含硅物質(zhì)和氟化物混合后進(jìn)行氟化反應(yīng),得到四氟化硅氣體和所述氟化物中陽(yáng) 離子的氧化物;
[0023] 將四氟化硅氣體高溫水解得到納米級(jí)的二氧化硅和氟化氫氣體;
[0024] 將氟化氫氣體和所述氟化物中陽(yáng)離子的氧化物反應(yīng),重新得到氟化物;
[0025] 所述含硅化合物包括:四氟化硅或二氧化硅。
[0026] 在該循環(huán)利用氟化物的方法中,首先將氟化物與含硅物質(zhì)進(jìn)行混合后進(jìn)行氟化反 應(yīng),由于硅為親氟物質(zhì),能優(yōu)先與氟發(fā)生反應(yīng),生成高溫下為氣態(tài)的四氟化硅氣體和所述氟 化物中陽(yáng)離子的氧化物,再利用四氟化硅氣體的水解制成高純的納米級(jí)的二氧化硅和氟化 氫氣體,然后將氟化氫氣體再與氟化反應(yīng)后生成的所述氟化物中陽(yáng)離子的氧化物反應(yīng),重 新得到氟化物。在整個(gè)反應(yīng)中,氟元素基本沒(méi)有任何損失,氟化物作為反應(yīng)物,在最后反應(yīng) 中又重新得到,在含硅化合物的制備中,進(jìn)行氟化物循環(huán)利用。
[0027] 接下來(lái),本發(fā)明將通過(guò)一個(gè)具體的制備步驟來(lái)詳細(xì)描述如下所示:
[0028] 步驟101,將含硅物質(zhì)(Mx0y ?nSi02)和氟化物(AFZ)混合,得到混合物;
[0029] 該混合中,氟化物占混合物的質(zhì)量百分比為20-80%。含硅物質(zhì)的粒徑小于等于7 毫米,原則上來(lái)說(shuō),粒徑越小反應(yīng)越充分。氟化物若為固體,其粒徑也小于等于7毫米。
[0030] 含硅物質(zhì)包括以下一種或多種:Si02粗顆粒、含SiOj^復(fù)合物、含SiOj^廢料;含 SiOj^復(fù)合物包括以下一種或多種:鋁礬土、煤矸石、鐵礦石。
[0031] 氟化物包括以下一種或多種:NaF、NH4F、氫氟酸、NH4HF2、A1F3、CaF2。
[0032] 在不同實(shí)施例中,含硅物質(zhì)和氟化物的組合方式見(jiàn)下表1 :
[0033]表1
[0034]
[0035]
[0036] 步驟102,混合物發(fā)生氟化反應(yīng);
[0037] 當(dāng)氟化物為固態(tài)時(shí),氟化反應(yīng)為煅燒,煅燒溫度為600~1350°C;當(dāng)氟化物為氣態(tài) (比如氫氟酸)時(shí),氟化反應(yīng)的溫度為100_200°C;通常情況下氟化反應(yīng)的時(shí)間為1-5小時(shí), 得到四氟化硅氣體和氟化物中陽(yáng)離子的氧化物。硅為親氟物質(zhì),和氟接觸后,優(yōu)先反應(yīng),高 溫下生成氣態(tài)的SiF4。
[0038] 需要說(shuō)明的是,HF以液態(tài)(即氫氟酸)方式加入,因此,含硅物質(zhì)和HF可以直接 反應(yīng);而其他的氟化物多以固態(tài)方式加入,通常采用煅燒的方式促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。
[0039] 該步驟發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為:
[0040] Mx0y?nSi02+AFz-M x0y+A20z+SiF4 (1)
[0041] 步驟103,將四氟化硅(SiF4)氣體高溫水解得到納米級(jí)的二氧化硅和氟化氫氣 體;
[0042] 將自反應(yīng)容器逸出的四氟化硅氣體引入另一個(gè)反應(yīng)容器中進(jìn)行水解,水解溫度控 制在 810-1500°C。
[0043] 本步發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為:
[0044] SiF4+2H20-Si02+4HF (2)
[0045] 該Si02S納米級(jí),能夠制作二氧化硅粉末,是一種非常重要的材料。
[0046] 步驟104,將氟化氫氣體和氟化物中陽(yáng)離子的氧化物反應(yīng),重新得到氟化物;
[0047]自水解的反應(yīng)容器中的氟化氫氣體導(dǎo)出至另一個(gè)反應(yīng)器,將氟化氫氣體與煅燒中 生成的氟化物中陽(yáng)離子的氧化物A20z反應(yīng),重新生成氟化物AFz,反應(yīng)條件為100-600°c,反 應(yīng)時(shí)間在1-5小時(shí)。
[0048] 該步驟發(fā)生的反應(yīng)為:
[0049] A20z+HF-AFz+H20 (3)
[0050] 需要說(shuō)明的是,A20z在部分反應(yīng)中為水,在后續(xù)重新生成氟化物中不參與反應(yīng)。比 如,當(dāng)氟化物為HF時(shí),該步驟則不存在。
[0051] 本步驟在本發(fā)明中是最重要的發(fā)明點(diǎn),通過(guò)本步驟實(shí)現(xiàn)氟化物的循環(huán)。
[0052] 各實(shí)施例采用的條件參數(shù)如下表2:
[0053] 表2
[0054]
[0055] 需要說(shuō)明的是,各溫度可以為點(diǎn)值也可以為范圍,各種反應(yīng)(比如:氟化反應(yīng)、水 解、氟化氫與氟化物中陽(yáng)離子的氧化物反應(yīng)生成氟化物的反應(yīng))可以在點(diǎn)值左右進(jìn)行也可 以在一個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行。
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