一種用氟硅酸制備氟化氫的循環生產工藝制造技術

本發明專利技術公開了一種用氟硅酸制備氟化氫的循環生產工藝，包括如下步驟：1)將氟硅酸和堿土金屬氟化物或堿金屬氟化物混合反應，得到氟化氫和氟硅酸鹽的混合溶液；2)蒸餾步驟1)得到的混合溶液，收集氟化氫氣體，得到氟硅酸鹽固體；3)加熱分解氟硅酸鹽固體，得到氟化物固體和四氟化硅氣體，四氟化硅氣體用氟硅酸溶液吸收，過濾，得到濃度增大的氟硅酸溶液和硅膠沉淀，至此完成一個生產周期；4)將步驟3)得到的氟硅酸溶液和氟化物固體按照步驟1)至步驟3)進行反應。本工藝并不實際消耗金屬氟化物，只需在工藝的最初階段投入，氟化物能循環使用，只消耗氟硅酸原料和水，該工藝成本低副產物只有硅膠，氟化氫收率高達98.8％以上。

Cyclic production process for preparing hydrogen fluoride by using fluosilicate acid

The invention discloses a method for recycling production preparation technology of hydrogen fluoride with fluosilicic acid, which comprises the following steps: 1) the fluosilicic acid and alkaline earth metal fluoride or alkali metal fluoride mixed reaction to obtain a mixed solution of hydrogen fluoride and fluoride silicate; 2) distillation step 1) mixed solution obtained by collecting HF gas. Get fluorosilicates solid; 3) thermal decomposition of fluorine silicate solid, get fluoride solid and four silicon tetrafluoride gas, four silicon tetrafluoride gas with fluorosilicic acid solution absorption, filtration, concentration increase of fluosilicic acid and silica precipitation, a production cycle to complete; 4) step 3) obtained fluosilicic acid and fluoride solid in step 1 to step 3) reaction). This process is not the actual consumption of metal fluoride, only the initial stage in the process of investment, fluoride can recycle and consume only fluosilicic acid raw materials and water, the process has low cost only by-product silica gel, the yield of hydrogen fluoride as high as 98.8%.

【技術實現步驟摘要】
一種用氟硅酸制備氟化氫的循環生產工藝
本專利技術屬于無機化工領域，具體涉及一種用氟硅酸制備氟化氫的循環生產工藝。
技術介紹
氟硅酸是一種生產磷肥得到的副產物，其中含有有用元素氟和硅，我國是磷肥生產大國，生產中伴隨著大量氟硅酸的產出。目前氟硅酸主要用來生產氟硅酸鈉，產品價值低，產能過剩，經濟效益差，因此，合理開發利用氟硅酸資源能創造很大的經濟效益和社會效益。氟化氫是氟化工中最重要的氟源，用于合成有機氟和無機氟化物，在化工生產中占有不可替代的地位。目前，生產氫氟酸主要用螢石和濃硫酸反應，得到氟化氫和硫酸鈣。該反應需要消耗大量的濃硫酸，成本較高，副產物硫酸鈣為固體廢棄物，利用價值小。近年來國家已經對工業固廢征收環保稅，必將增加成本。另外螢石作為一種戰略資源開發利用受到保護。因此，該方法生產氫氟酸受到資源、成本和政策上的限制。充分利用磷肥副產物氟硅酸生產氟化氫，實現資源的合理利用，能帶來很大的經濟效益和環境效益。目前，氟硅酸生產氫氟酸的方法主要包括直接熱分解法，氟化銨法，間接氟化鈣法，間接氟化氫鈉法。直接分解法，是采用93～99％的濃硫酸使氟硅酸脫水，蒸餾混合物得到HF氣體用濃硫酸吸收，再加熱分解得到氟化氫。如U.S.Pat.No.3218324、U.S.Pat.No.3257167和U.S.Pat.No.3969485，工藝目前面臨的問題包括：1)工藝中產生大量70％濃度的硫酸，該硫酸難以再濃縮循環使用，如果在磷復合肥中使用，量太多有很大的剩余；2)磷肥副產物產氟硅酸濃度較低，難達到20％，需要預先濃縮到濃度40％，能耗大，酸耗量大；3)濃硫酸腐蝕性強，對設備要求高；因此，工藝中濃硫酸同樣存在消耗，而且不能充分利用，給生產帶來很大壓力。氟化銨法，工藝為：向氟硅酸溶液中加入氨水或碳酸氫銨或通入氨氣，得到氟化銨溶液和硅膠，過濾硅膠，再加熱氟化銨得到氟化銨和氟化氫銨的混合物，加入硫酸反應即可獲得氟化氫和硫酸銨。如申請號CN1554570A公布，該工藝需要消耗大量的氨水和濃硫酸，原料不能回收利用，副產物硫酸銨價格低廉，利用價值小，經濟效益差。間接氟化鈣法，工藝原理為向氟硅酸溶液中加入氨水或通入氨氣，得到氟化銨溶液和硅膠，過濾硅膠，在氟化銨溶液中加入氫氧化鈣，回收氨氣得到氟化鈣，按傳統氟化鈣路線合成氫氟酸，如申請號CN105645358A所述，該工藝路線長，硫酸和氫氧化鈣不能循環使用，成本較高。間接氟化氫鈉法，如德國專利Hanover工藝，先用氨水與氟硅酸反應，過濾得到硅膠和氟化銨溶液，經蒸餾熱分解得到氟化氫銨，氟化氫銨與氟化鈉反應得到氟化氫鈉，氟化氫鈉熱分解得到氟化氫氣體和氟化鈉，氟化鈉循環利用，氟化氫經過吸收或冷凝得到氫氟酸或無水氟化氫，該工藝中氟化氫鈉分解溫度高，且氟化氫鈉分解不完全，對設備腐蝕嚴重。另外，申請公布號CN106348248A公布了一種氟硅酸制備氟化氫和氟化鈉的方法，該工藝用氟硅酸和中間產物氟化氫銨反應得到氟硅酸和氟化氫，氟硅酸用氨分解得到硅膠、氟化氫銨，一部分氟化氫銨返回使用，剩余的氟化氫銨與碳酸鈉或碳酸氫鈉反應得到價值較高的氟化鈉并回收氨氣，該工藝氟化氫最高收率較低，為66％，其余轉化為氟化鈉產品。
技術實現思路
針對現有利用氟硅酸生產氟化氫工藝中消耗原料多、成本較高、副產物價值低的問題，本專利技術的目的在于提供一種成本低、收率高的用氟硅酸制備氟化氫的新方法。為實現上述目的，本專利技術采用技術方案如下：一種用氟硅酸制備氟化氫的循環生產工藝，包括如下步驟：1)將氟硅酸和堿土金屬氟化物或者堿金屬氟化物混合反應，得到氟化氫和氟硅酸鹽的混合溶液；2)蒸餾步驟1)得到的混合溶液，收集氟化氫氣體，得到氟硅酸鹽固體；3)加熱分解氟硅酸鹽固體，得到氟化物固體和四氟化硅氣體，四氟化硅氣體用氟硅酸溶液吸收，過濾，得到濃度增大的氟硅酸溶液和硅膠沉淀，至此完成一個生產周期；4)將步驟3)得到的氟硅酸溶液和氟化物固體按照步驟1)至步驟3)進行反應。在上述技術方案中，所述步驟3)中用于吸收四氟化硅氣體的氟硅酸溶液的濃度與步驟1)中的氟硅酸溶液濃度相同，使用量為步驟1)中氟硅酸溶液的三分之一。在上述技術方案中，從初始投入氟硅酸和堿土金屬氟化物或堿金屬氟化物反應完成一個生產周期后，再重復步驟1)至3)兩次，整個循環生產工藝共進行步驟1)至3)三次，共完成三個生產周期。在上述技術方案中，步驟1)中所述堿土金屬氟化物為氟化鈣、氟化鍶和氟化鋇中的一種或多種，所述堿金屬氟化物為氟化鋰和氟化鈉中的一種或兩種。作為優選地，在第一個生產周期中，所述步驟1)中氟硅酸和堿土金屬氟化物或堿金屬氟化物初始添加的摩爾比為1:1～6。作為優選地，步驟2)中蒸餾溫度為70～180℃，蒸餾1～3h。作為優選地，步驟2)蒸餾采用真空蒸餾，溫度為70～95℃。作為優選地，步驟3)中氟硅酸鈣、氟硅酸鋰、氟硅酸鍶、氟硅酸鋇固體的加熱溫度為250～550℃，時間為1～3h，氟硅酸鈉加熱溫度為750～950℃，時間為1～3h。本專利技術原理及涉及的反應式如下：氟硅酸和氟化物反應，得到氟化氫和氟硅酸鹽(以氟化鈉為例，其他氟化物反應原理相同)：2NaF+H2SiF6＝Na2SiF6+2HF氟硅酸鈉加熱分解，得到氟化鈉和四氟化硅：Na2SiF6＝2NaF+SiF4↑四氟化硅用氟硅酸溶液吸收，和水反應：3SiF4+2H2O＝2H2SiF6+SiO2↓經過多次循環后，本工藝的總反應式為：H2SiF6+2H2O＝6HF+SiO2↓可見，在本工藝中，并不實際消耗堿土金屬氟化物或堿金屬氟化物。本專利技術的有益效果是：并不實際消耗堿土金屬氟化物或堿金屬氟化物，只需在工藝的最初階段投入即可，氟化物能循環使用，只消耗氟硅酸原料和水，因此該工藝成本低；同時，由于氟硅酸的重復使用，原料利用充分、氟化氫的收率很高，達到98.8％以上，副產物只有硅膠，不存在產生低價值或者難處理的其它副產物的問題；氟化氫產品中有害雜質氟硅酸含量低于0.010％，優于GB7744-2008標準中對工業I類氟硅酸含量要求的指標。附圖說明圖1是本專利技術的工藝流程圖。具體實施方式下面結合附圖說明本專利技術的具體實施方式。用氟硅酸制備氟化氫的循環生產工藝工藝運行以三個生產周期為一個運行單位，可以多次運行達到連續生產。本工藝的流程圖見圖1所示，實例見如下實施例1-11。實施例1一、第一個生產周期1)取質量分數為20％的氟硅酸10kg和氟化鋰固體0.73kg置于蒸餾釜中反應，得到氟化氫和氟硅酸鋰混合溶液；2)在反應釜中95攝氏度下真空蒸餾1.5h，蒸餾出氟化氫氣體，得到氟硅酸鋰固體；3)取出步驟2)中固體加熱至450攝氏度，加熱1.5h，得到氟化鋰固體和四氟化硅氣體；用3.3kg質量分數為20％的氟硅酸溶液吸收，使氟硅酸溶液濃度升高，并生成硅膠，過濾硅膠，氟硅酸溶液留作備用；二、第二個生產周期1)第一個生產周期步驟3)中吸收四氟化硅后得到的氟硅酸和熱分解得到的氟化鋰混合置于蒸餾釜中反應，得到氟化氫和氟硅酸鋰混合溶液；2)在蒸餾釜中95攝氏度下真空蒸餾1.5h，蒸餾出氟化氫氣體，得到氟硅酸鋰固體；3)取出步驟2)中固體加熱至450攝氏度，加熱1.5h，得到氟化鋰固體和四氟化硅氣體；用3.3kg質量分數為20％的氟硅酸溶液吸收，使氟硅酸溶液濃度升本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用氟硅酸制備氟化氫的循環生產工藝，其特征在于，包括如下步驟：1)將氟硅酸和堿土金屬氟化物或者堿金屬氟化物混合反應，得到氟化氫和氟硅酸鹽的混合溶液；2)蒸餾步驟1)得到的混合溶液，收集氟化氫氣體，得到氟硅酸鹽固體；3)加熱分解氟硅酸鹽固體，得到氟化物固體和四氟化硅氣體，四氟化硅氣體用氟硅酸溶液吸收，過濾，得到濃度增大的氟硅酸溶液和硅膠沉淀，至此完成一個生產周期；4)將步驟3)得到的氟硅酸溶液和氟化物固體按照步驟1)至步驟3)進行反應。

【技術特征摘要】
1.一種用氟硅酸制備氟化氫的循環生產工藝，其特征在于，包括如下步驟：1)將氟硅酸和堿土金屬氟化物或者堿金屬氟化物混合反應，得到氟化氫和氟硅酸鹽的混合溶液；2)蒸餾步驟1)得到的混合溶液，收集氟化氫氣體，得到氟硅酸鹽固體；3)加熱分解氟硅酸鹽固體，得到氟化物固體和四氟化硅氣體，四氟化硅氣體用氟硅酸溶液吸收，過濾，得到濃度增大的氟硅酸溶液和硅膠沉淀，至此完成一個生產周期；4)將步驟3)得到的氟硅酸溶液和氟化物固體按照步驟1)至步驟3)進行反應。2.如權利要求1所述的用氟硅酸制備氟化氫的循環生產工藝，其特征在于，所述步驟3)中用于吸收四氟化硅氣體的氟硅酸溶液的濃度與步驟1)中的氟硅酸溶液濃度相同，使用量為步驟1)中氟硅酸溶液的三分之一。3.如權利要求1所述的用氟硅酸制備氟化氫的循環生產工藝，其特征在于，從初始投入氟硅酸和堿土金屬氟化物或堿金屬氟化物反應完成一個生產周期后，再重復步驟1)至3)兩次，整個循環生產工藝共進行步驟1)至3)三次，共完成三個生產...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張旭，張文清，李新娥，張松，
申請(專利權)人：張旭，
類型：發明
國別省市：湖北,42