[发明专利]一种氟化钙的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机化工领域，尤其是一种氟化钙的合成方法。

背景技术

萤石又称氟石，其有效成分是氟化钙，化学式为CaF₂，它广泛应用于化工、冶金工业，对国家安全、国民经济和社会发展都有重要影响。中国已将萤石作为战略资源储备，保证氟资源的可持续发展。同时，萤石作为生产氢氟酸的原料，世界上一半以上的萤石用于生产氢氟酸，是整个氟化工的基础原料。近年来中国氟化工产业发展迅速，对萤石需求量不断增大，同时国家在控制萤石开采量，存在开采量有限与需求量增大的矛盾，一方面导致萤石价格上涨过快，另一方面很多氟化工企业缺少基础原料，无法正常生产。

磷矿石中蕴含的氟资源总量远远高于萤石，在磷肥生产过程中磷矿石中的氟以氟硅酸形式存在，现多数磷肥企业用氟硅酸生产氟硅酸钠，氟硅酸钠用途少，市场容量有限，且难以加工成为高附加值的氟化工产品，因此氟硅酸钠售价低、发展空间有限；若用氟硅酸与氢氧化钙反应生产氟化钙，会存在反应不彻底，氟化钙产品中有大量的氟硅酸钙，氟化钙、氟硅酸钙、二氧化硅均不溶，且物理性质接近，很难找到一种有效的方法分离上述三种物质。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种以磷肥副产物氟硅酸溶液为原料的氟化钙合成方法，合成的氟化钙含量高、颗粒大、硅含量低，可替代萤石作为生产氢氟酸的原料，既保证了磷肥企业氟资源的高效利用、又保护了萤石资源，为我国氟化工的可持续发展提供基础原料，有很好的经济社会效益。

本发明的技术方案如下：

一种氟化钙的合成方法，其特征是步骤如下：

a)以磷肥副产物氟硅酸为原料，将浓度为5-40％的氟硅酸通入第一反应器，加入浓度为5-30％的氨水或者氨气，同时开启搅拌，控制反应器内压力为0-0.3MPa，搅拌转速为100-500rpm，控制反应温度为20-140℃，反应30-180min后结束；

b)将步骤a)反应所得的物料通入第一过滤器中，经过滤和洗涤后得到滤液为氟化铵溶液、滤饼为湿二氧化硅；

c)将步骤b)所得的氟化铵溶液通入第二反应器中，开启搅拌，控制反应器的搅拌转速为50-200rpm，向反应器内匀速加入氢氧化钙固体或者氢氧化钙乳液，加料时间为20-60min；加料后控制反应温度在20-80℃，反应时间为30-120min，反应结束后，得到氟化钙和氨水的混合物；

d)将步骤c)所得的氟化钙和氨水的混合物打入陈化槽中，开启搅拌，搅拌转速为50-150rpm，陈化30-120min后，陈化结束后，物料进入第二过滤器；

e)将步骤d)所得的物料经过滤后，滤饼为氟化钙粗品、滤液为氨水，氨水经精馏后得到氨气，氟化钙粗品经洗涤、干燥后得到氟化钙产品。

所述c)步骤中选用浓度为10-35％的氢氧化钙乳液。

所述c)步骤的反应时，通过对第二反应器中的物料加入频率为20-40KHz的超声波以控制氟化钙的粒径。

所述c)步骤的反应时，通过对得到的氟化钙和氨水的混合物按降温速率为0.1-0.5℃/min进行降温以控制氟化钙的粒径。

所述c)步骤的反应时，通过在第二反应器中添加粒径为25-100μm的氟化钙晶种以控制氟化钙的粒径，氟化钙晶种的添加量为氟化钙成品理论量的0.1-5％。

所述步骤e)中生成的氨气直接作为a)步骤的原料参与反应，或者配成氨水作为a)步骤的原料参与反应。在返回a)步骤参与反应的管路上设置有配氨槽。

所述步骤e)所得氟化钙产品，含量为90％-99％，粒径为25-100μm，二氧化硅含量≤0.5％。

除非另外说明，本发明说明书中所有百分比含量均为质量百分含量。反应方程式如下：

H₂SiF₆+6NH₃+2H₂O＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝6NH₄F+SiO₂↓

2NH₄F+Ca(OH)₂＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝CaF₂↓+2NH₃↑+2H₂O