[发明专利]基于真空膜蒸馏法的氟硅酸浓缩方法

说明书

本发明公开了一种基于真空膜蒸馏法的氟硅酸浓缩方法，解决现有氟硅酸浓缩过程中存在温度高、易发生堵塞、浓缩效率有待进一步提高的问题。技术方案为稀氟硅酸经第一换热器加热后送入氟硅酸原液罐，底部液送入第一气液分离罐进行气液分离，分离出四氟化硅和氟化氢气体后，底部液体送入膜蒸馏系统进行蒸馏浓缩，浓缩后的氟硅酸送入第二气液分离罐进行二次气液分离，分理出残留的水蒸气，底部液体送回氟硅酸原液罐直至氟硅酸溶液浓缩至目标浓度后流入氟硅酸储罐；所述氟硅酸原液罐为恒温储罐。本发明方法简单、易于控制、能有效地抑制氟硅酸的分解，避免硅胶带来的堵塞问题，浓缩提纯效果好，氟硅酸回收率高、运行和设备投资成本低、占地面积小。

技术领域

本发明涉及氟硅酸浓缩技术领域，具体的说是一种基于真空膜蒸馏法的氟硅酸浓缩方法。

背景技术

氟硅酸主要作为湿法磷酸工艺的副产物，磷矿中的氟与硫酸作用生成HF和磷石膏，HF继续与磷矿中存在的SiO₂作用生成氟硅酸。在磷酸溶液浓缩过程中，氟硅酸分解以大量四氟化硅气体的形式逸出，再在氟吸收塔中被水吸收成氟硅酸溶液。

氟硅酸具有强烈的毒性和腐蚀性，直接外排既污染环境又造成氟资源浪费。大部分磷肥企业副产的氟硅酸浓度低于18％，以此为原料直接生产氟硅酸盐、氟盐、无水氟化氢等氟化工产品具有以下两个方面的不足：其一是低浓度氟硅酸直接运输至下游加工厂储运费用高；其二是低浓度氟硅酸直接参与反应，大量水被带入反应装置中，造成反应效率低、能耗高、产品收率低等诸多问题，最终导致工艺过程经济性差。因此，将低浓度氟硅酸浓缩是很有必要的。

氟硅酸浓缩的难点在于受热易分解成四氟化硅和氟化氢气体，其中四氟化硅气体会与水蒸气迅速反应转化为硅胶，不仅导致氟硅酸收率低，而且生成的硅胶易结垢堵塞设备和管道，频繁停机清垢不仅耗费大量的人力物力，而且影响系统运行连续性，降低系统的经济性。

氟硅酸传统的浓缩方法主要是采用浓硫酸分解氟硅酸，生成的四氟化硅气体经水吸收得到浓缩氟硅酸。该方法具有诸多不足，如工艺复杂能耗高，强腐蚀性的氟化氢气体对设备和管道的材质要求高，装置前期建设投资成本高，此外四氟化硅气体若吸收率低不但造成氟资源浪费还会加重后期尾气处理负担。氟硅酸现有的浓缩技术主要是蒸发浓缩，如中国专利CN 10384842A和CN 111017931A均采取降膜蒸发法浓缩氟硅酸，取得了较好的浓缩效果，但该方法中氟硅酸受热分解和水的气化均在降膜蒸发器内发生，生成的四氟化硅气体与水蒸气直接接触反应生成硅胶，带来堵管问题。

膜蒸馏是蒸馏与膜分离技术相结合的一种液体分离技术，以疏水性微孔膜为屏障，热侧溶液中的挥发组分蒸发汽化，在膜两侧蒸汽压差的驱动下单向穿过疏水膜的微孔进入冷侧，冷侧分子则不能透过疏水膜进入热侧，从而实现溶液浓缩。根据冷侧蒸汽冷凝或排出方式不同，膜蒸馏工艺过程可分为：直接接触式、空气隙式、真空式、气扫式和渗透式。M.Tomaszewska研究了直接接触式和渗透式膜蒸馏法对粗氟硅酸的浓缩提纯效果，研究结果表明提纯效果很好，但受推动力的制约，浓缩效果不明显。另外，采用上述膜蒸馏方法，如果进入膜蒸馏系统的氟硅酸中含有大量四氟化硅气体，则仍然存在四氟化硅气体与水蒸气直接接触反应生成硅胶堵塞微孔膜的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种方法简单、易于控制、既能有效地抑制氟硅酸的分解，避免硅胶带来的堵塞问题，同时也能有效提高浓缩效果，氟硅酸回收率高、运行和设备投资成本低、占地面积小的基于真空膜蒸馏法的氟硅酸浓缩方法。

本发明基于真空膜蒸馏法的氟硅酸浓缩方法为，将稀氟硅酸经第一换热器加热后送入氟硅酸原液罐，底部液送入第一气液分离罐进行气液分离，分离出四氟化硅和氟化氢气体后，底部液体送入膜蒸馏系统进行蒸馏浓缩，浓缩后的氟硅酸送入第二气液分离罐进行二次气液分离，分理出残留的水蒸气，底部液体送回氟硅酸原液罐直至氟硅酸溶液浓缩至目标浓度后流入氟硅酸储罐；所述氟硅酸原液罐为恒温储罐。

所述稀氟硅酸经第一换热器加热至40-50℃，所述氟硅酸原液罐的恒温温度为40-50℃