[发明专利]一种氟化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氟化物的制备方法，利用氟硅酸钠与浓硫酸反应产生四氟化硅和氟化氢气体，经分离得到无水氟化氢，然后四氟化硅水解得到活性白炭黑。

背景技术

目前磷肥企业对氟硅酸钠下游产品的开发主要集中在利用氟硅酸钠生产人造冰晶石、氟化钠和白炭黑等传统产品。生产人造冰晶石有三种方法：1）硫酸铝-食盐法；2）铝酸钠法；3）碳酸化法。这三种方法第一步都是用氨水或纯碱将氟硅酸钠中的氟与硅分离，硅转化为硅胶，不能有效利用。生产氟化钠一般是用氟硅酸钠与烧碱或者纯碱反应，与烧碱反应得到的氟化钠产品总会吸附约10%的水玻璃，必须用烧碱或氢氟酸洗涤，洗水难以处理；与纯碱反应产生CO₂气体，得到的氟化钠与硅胶采用重力分离效果有限，氟化钠损失较大，而且产品中总有可溶性SiO₂，一般都得用烧碱洗涤，“三废”处理负荷较大，环境效益差。生产白炭黑都是用氨水将氟硅酸钠氨化得到，由于氟硅酸钠在水中的溶解度很低，氨化制备白炭黑的过程始终处于多相反应体系，即沉淀二氧化硅胶粒析出与长大是在多相体系中进行的，选择和控制工艺条件对白炭黑产品的纯度、结构和性能十分关键。因此，得到性能优异的白炭黑产品是不容易的。以上所述是磷肥企业对氟硅酸钠下游产品开发的传统工艺和产品状况，无论采用何种工艺路线，均存在如下弊端：对于硅资源的综合利用附加值低，经济效益低下；各种工艺路线都会产生“三废”污染，不能循环利用。总而言之，目前磷肥企业对氟硅酸钠下游产品的开发未能做到高效率和高效益综合利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氟化物的制备方法，以克服现有技术的缺陷，本发明利用磷肥企业低价值副产物氟硅酸钠制备高附加值的无水氟化氢和活性白炭黑产品，对磷肥企业副产的氟硅酸钠进行氟、硅资源高效率和高效益综合利用，且制备过程中不会产生难以处理的废弃物。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种氟化物的制备方法，按如下步骤：

a.氟硅酸钠与等量浓硫酸加热反应得到四氟化硅和氟化氢气体、副产硫酸钠，反应温度控制在80-300℃；

b.步骤a产生的四氟化硅和氟化氢气体经预处理获得无水氟化氢产品；

c.预处理后的四氟化硅气体通入水中水解，反应条件为：四氟化硅与水的摩尔比控制在3:2-4，四氟化硅气体压力控制在200-1000mbar，水解温度控制在20-60℃，水解时间控制在30-120min，得到氟硅酸溶液和活性白炭黑；

d.将步骤c得到的氟硅酸溶液和活性白炭黑经抽滤：真空度控制在0.02- 0.1MPa；洗涤：洗水量控制在滤饼量的10-20%；干燥：干燥温度控制在100- 120℃、干燥时间2-3h，得到活性白炭黑产品、滤液为氟硅酸溶液；

e.将步骤d得到的氟硅酸溶液与步骤a副产的硫酸钠反应，得到氟硅酸钠和硫酸，实现循环利用。

步骤b所述的预处理为脱水、除尘、净化分离，所述的净化分离采用常规的冷凝、膜分离、变压或变温吸附达到。

本发明所述的这种氟化物的制备方法，氟硅酸钠与浓硫酸在温度为80-300℃之间发生反应，产物为四氟化硅和氟化氢气体、副产硫酸钠，两种气体经脱水、除尘、净化分离后得到无水氟化氢产品。四氟化硅气体通入水中、控制水解反应条件，得到活性白炭黑和氟硅酸溶液，氟硅酸溶液再与副产的硫酸钠反应得到氟硅酸钠和硫酸，实现循环利用。通过氟硅酸钠与浓硫酸反应以及四氟化硅水解反应最终得到无水氟化氢和活性白炭黑产品。

本发明的原理通过下列反应方程式及技术路线图来进行描述和说明：

氟硅酸钠与浓硫酸反应：

Na₂SiF₆ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + SiF₄↑+ 2HF↑

四氟化硅气体和氟化氢气体经脱水、除尘、净化分离后获得无水氟化氢产品。

当四氟化硅用水来吸收时，水解反应如下：

3SiF₄ + 2H₂O → 2H₂SiF₆ + SiO₂↓

氟硅酸与硫酸钠反应如下：