[发明专利]一种四氟化硅制备氟化氢联产白炭黑的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四氟化硅制备氢氟酸，同时联产白炭黑的方法，属于无机化工技术领域。

背景技术

氟化氢作为基础氟化工产品，主要用于制冷剂、氟树脂、氟化盐、氟橡胶和含氟中间体及精细化学品的生产，市场前景广阔。尤其是高品质氟化氢，更是作为高端氟化物生产的主要原料，其品质的好坏直接决定于原材料。但目前世界上氟化氢的生产方法几乎都是萤石-硫酸法，此法生产的氟化氢产品中无论金属杂质含量，还是非金属含量均达不到生产高端氟化物的要求。

萤石作为战略资源，储量有限，是不可再生的自然矿产资源，在绝大部分应用领域是不可被替代或不可完全被替代的。据统计，未来20年，国内萤石需求量约3700万吨，而目前国内具有开采价值的萤石富矿储量只有3000万吨，加上可用于制酸的萤石也仅可供我国25年使用。世界上有开采价值的氟资源除萤石外，主要存在于磷矿石中。世界萤石基础储量约为6亿吨，我国萤石基础储量约为3.24亿吨，按19.4%氟含量来计算，相对应的氟总量分别为1.16，0.63亿吨；世界磷灰石基础储量约376亿吨，我国基础储量约32亿吨，平均氟含量约为3%，相对应的氟总量分别为11.28，0.96亿吨；显而易见，磷矿石中伴生的氟资源远比萤石中的氟资源丰富，因此对磷矿石中氟资源的循环高效利用将成为氟化盐行业发展的一个方向。

结合当前磷矿石氟资源开发现状，国内外工业化生产及研究成果均是利用磷矿石副产的氟硅酸或氟硅酸盐为原料生成氟化氢。工艺概括起来存在以下缺点：一是转化不完全，主含量偏低；二是设备腐蚀问题未能达到根本解决；三是能耗偏高，工业化不经济；四是副产的白炭黑难收集或难过滤；五是生产过程中容易产生二次污染；解决上述问题，开发研制利用磷矿石氟资源生产氟化氢并适合工业化生产是今后氟化盐行业发展的首要任务。

白炭黑化学名称为胶体二氧化硅或水合二氧化硅，分子式SiO₂·nH₂O，按生产方法大体可分为沉淀白炭黑和气相白炭黑。常态下气相法白炭黑为白色无定形絮状半透明固体胶状级微粒子（粒径小于100nm），无毒，有巨大的比表面积（100～400m²/g），高化学纯度及高分散性能，在空气中吸收水分后聚集成细粒，能溶于苛性钠和氢氟酸，对其化学药品稳定，耐高温，不燃烧，具有很高的电绝缘性，优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，这些特殊性质决定了气相白炭黑具有广阔的应用及发展前景。当前，气相法白炭黑的生产工艺主要是以四氯化硅、氧气（或空气）和氢气为原料，在高温（1000℃以上）下反应而制得。该方法存在耗能高、原料成本高、生产安全性差等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种耗能低，氟转化率高的利用四氟化硅制备氢氟酸联产白炭黑的方法，制得的氟化氢和白炭黑纯度高。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种四氟化硅制备氟化氢联产白炭黑的方法，磷肥副产的粗四氟化硅气体经纯化后，在200-800℃条件下与反应量的水蒸气发生水解反应，得到氟化氢和白炭黑。

所述组四氟化硅的纯化为：粗四氟化硅先经过滤器过滤除去氟化钠粉尘，再经活性炭吸附，然后冷冻压缩液化，液化后的四氟化硅分离气化得到纯化后的四氟化硅。

所述活性炭吸附采用两级活性炭吸收柱，一级活性炭吸收柱中填充100-300℃真空条件下活化4h的活性炭，二级活性炭吸收柱中填充300-700℃真空条件下活化4h的活性炭。

所述冷冻压缩条件为-80～-40℃温度，0.5-3Mpa压力。

所述水解反应得到的气体经过除尘，精馏得到氟化氢。

所述反应得到的氟化氢精馏过程如下：除尘后的氟化氢气体进入一级精馏塔中，控制塔顶冷凝温度在30-50℃，使氟化氢冷凝并回流至塔釜，塔釜液相氟化氢经泵或压差打入二级精馏塔中，控制塔釜温度40-60℃和塔顶冷凝温度35～45℃，塔顶冷凝的氟化氢按回流比0.5-2产出氟化氢。

所述氟化氢的除尘分别采用经板式除尘器和袋式除尘器除尘。

所述水解反应得到的固体经聚集器聚集，再经旋风分离、双级空气喷射脱酸、沸腾床筛选得到白炭黑。

本发明采用一步水解法直接将四氟化硅转化为氟化氢和二氧化硅，主要的化学反应式如下：

SiF₄＋2H₂O                                                      SiO₂＋4HF