[发明专利]硫酸钠法生产氟硅酸钠的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及磷复肥厂氟回收、以硫酸钠为原料生产氟硅酸钠的工艺，属于无机化工产品氟硅酸钠的工艺改进。

技术背景

由于磷矿一般含有3％左右的氟，在普钙、重钙及湿法磷酸的生产过程中为保护环境、综合选用资源和提高企业经济效益，须对含氟尾气进行处理，将含氟废气吸收转化为氟硅酸、用来生产有市场效益的氟盐产品。在目前生产的氟盐产品中，氟硅酸钠则比较普遍。(化肥工学丛书《磷酸、磷肥及复混肥料》化学工业出版社)

氟硅酸钠，分子式Na₂SiF₆，无色六方晶体。无嗅，无味，有吸潮性。相对密度2.679。微溶于水，不溶于乙醇，可溶于乙醚等溶剂中。在酸中溶解度比水中大。用作搪瓷助熔剂、玻璃乳白剂、耐酸胶泥和耐酸混凝土的凝固剂及水的氟化处理，也可用作木材、皮革的防腐剂，并且是其它氟化物的生产原料。在碱液中分解，生成氟化物及二氧化硅。灼热后分解成氟化钠和四氟化硅。是建筑、建材工业用量最大的氟硅盐品种。

由于氟硅酸钠有毒，环保要求严格，国外产量呈下降趋势，其市场需求呈上升趋势，预计到2010年，国内对氟硅酸钠的需求量将会达到20万吨。

氟硅酸钠的生产方法根据选用不同钠盐原料，分为硫酸钠法和氯化钠法。主要工序有氟硅酸澄清、清水化盐、氟硅酸钠合成、离心脱水、气流干燥、旋风分离及袋式捕尘后进行产品的包装(孟静波，氟硅酸钠装置的设计技术总结，云南化工，1999年第2期)。按操作方式分为间歇合成法和连续合成法。按投料方式分为干法投料和湿法投料两种方法。湿法投料(如附图1所示)是在空气搅拌及蒸汽加热的情况下，在化盐槽内加入固体硫酸钠制成饱和溶液。氟硅酸在其贮槽内沉降澄清后由氟硅酸泵送入合成槽，饱和盐液由盐液泵按过量20％～30％的比例缓慢送入合成槽，酸、盐在合成槽内经搅拌、反应生成氟硅酸钠结晶，沉降后，上层母液排出进入母液贮槽供配酸或处理达标后排放，氟钠结晶则进入后续工序进行处理。湿法投料虽产品粒度较大、操作平稳，但污水量相对大。

干法投料(附如图2所示)是将澄清后的氟硅酸由氟硅酸泵送入合成槽后，固体钠盐在搅拌情况下则由人工缓慢投入、溶解并与酸反应生成氟硅酸钠结晶，沉降后，上层母液排出进入母液贮槽供配酸或处理达标后排放，氟钠结晶则进入后续工序进行处理。干法投料简化生产流程，减少设备和溶盐用水量。其化学反应如下：

氯化钠法：H₂SiF₆+2NaCl＝Na₂SiF₆↓+HCl

酸钠法：H₂SiF₆+Na₂SO₄＝Na₂SiF₆↓+H₂SO₄

使用硫酸钠为原料时，反应生成的母液中含有硫酸(H₂SO₄)，由于磷复肥厂均使用硫酸分解磷矿，回收利用这部分硫酸，既减少污水外排，又符合原子经济学理论，提高了盐中元素的利用率。使用氯化钠为原料时，母液中含有盐酸(HCl)，硅胶等，处理时环节多、难度较大、费用较高，返回时又会对不锈钢设备管线造成Cl^-腐蚀(海成立，磷铵系统污水的利用，磷肥与复肥，2002年17卷第2期)。所以从环保和减排角度讲，硫酸钠法应为首选。事实上，在硫酸钠湿法生产时，由于硫酸钠溶液呈饱和状态，而且其溶解度随温度变化明显，必须注意化盐及输送设备管线的保温，否则随时有可能析出而堵塞设备或管线，加之一方面母液温度较高时，氟硅酸钠在酸性介质中的水解加速，既使氟硅酸钠损失增加，也使硅胶增多；干法生产时，由于硫酸钠溶解迅速，加之加料速度难以控制，在结晶器中易使反应液局部过饱和而大量析出细小的氟硅酸钠，造成离心时易被摔出造成损失(徐为温，用Na₂SO₄代替NaCl生产氟硅酸钠的工艺改革，磷肥与复肥，1996年第2期)。正因如此，目前我国大多数磷复肥企业副产氟硅酸钠时，仍采用氯化钠法。随着国家对环保重视的程度不断提高，节能减排力度的不断加大，若能克服湿法硫酸钠在生产中易析出、堵塞设备管线的不足以及干法硫酸钠生产时氟硅酸钠粒度偏小、操作不稳等缺陷，以硫酸钠为原料生产氟硅酸钠的优势将会更加明显。

发明内容