[发明专利]一种利用磷酸工业废气制备冰晶石的方法

说明书

一种利用磷酸工业废气制备冰晶石的方法，采用碳酸氢钠溶液吸收磷矿石酸溶制磷酸过程中产生的含氟废气，使含氟气体中的氟化氢与碳酸氢钠反应生成氟化钠，使含氟气体中的SiF4与碳酸氢钠反应生成氟化钠和硅胶，使硅胶以水合二氧化硅的形式析出，经过滤干燥、煅烧以后可以制得高比表面的活性二氧化硅(白炭黑)。滤液(氟化钠溶液)与偏铝酸钠溶液混合后，通入二氧化碳气体就可以得到高分子比的氟铝酸钠，过滤、干燥后即得产品冰晶石，该工序称为结晶工序。在此工序中生成的碳酸氢钠溶液可返回吸收工序重复吸收含氟气体。利用含氟废气就可以制备出高附加值的氟化工产品——冰晶石。

技术领域：

本发明是一种综合利用磷酸生产过程中含氟废气制备高分子比冰晶石并副产白炭黑的生 产方法，属无机化工领域。

背景技术：

磷酸是以磷矿石为原料，与无机强酸(如硫酸、盐酸)发生复分解反应得到的。磷矿石的主要成分是氟磷灰石(Ca5F(PO4)3)，磷矿石中的氟元素在酸解过程中会以HF气体的形式释放出来，另有部分溶解在液相中，溶解在液相中的HF与磷矿石中的SiO2作用生成SiF4，SiF4在随后的磷酸浓缩过程中也会以气体的形式被蒸煮出来。因此在磷酸工业中会产生大量 含有HF和SiF4的废气。由于这两种气体都属于有毒、有害气体，必须要加以处理以后才能 排放，否则会造成严重的大气污染。

目前磷酸工业对于含氟气体的方法多是用水吸收得到氢氟酸和氟硅酸，由于氢氟酸和氟 硅酸不易分离，工业上一般都是将氟硅酸和氢氟酸的混合溶液用石灰石中和至中性，使氢氟 酸和氟硅酸分布变成氟化钙和氟硅酸钙沉淀，然后将沉淀过滤形成含氟废渣，或用废碱液中 和氢氟酸和氟硅酸的混合溶液，使之变成氟化钠和氟硅酸钠沉淀，将沉淀过滤以后，废液直 接排放(由于氟化钠微溶于水，因此废液中仍然含有一定量的氟)。这样虽然避免了含氟气体 对大气造成的污染，但却同时产生了废渣和/或废液的污染。

发明内容：

本发明的目的就是利用磷矿石制磷酸过程中产生的含氟废气低成本地制备出高附加值的 氟化工产品——高分子比冰晶石，以实现磷矿石中氟资源的回收利用，并以白炭黑的形式回 收含氟气体中的元素硅。

本发明采用碳酸氢钠溶液吸收磷矿石酸溶制磷酸过程中产生的含氟废气，使含氟气体中 的氟化氢与碳酸氢钠反应生成氟化钠，使含氟气体中的SiF4与碳酸氢钠反应生成氟化钠和硅 胶，这一步称为吸收工序。在该工序通过控制溶液浓度使氟化钠溶解在液相中，通过调整吸 收液的pH值，使硅胶以水合二氧化硅的形式析出，经过滤干燥、煅烧以后可以制得高比表 面的活性二氧化硅(白炭黑)。滤液(氟化钠溶液)与偏铝酸钠溶液混合后，通入二氧化碳气 体就可以得到高分子比的氟铝酸钠，过滤、干燥后即得产品冰晶石，该工序称为结晶工序。 在此工序中生成的碳酸氢钠溶液可返回吸收工序重复吸收含氟气体。另外在吸收工序中产生 的二氧化碳气体也可以返回结晶工序用于制备氟铝酸钠，这样碳酸氢钠和二氧化碳均实现了 闭路循环，在操作达到稳定的情况下，只需要补充部分碳酸氢钠溶液即可。偏铝酸钠可以通 过氢氧化铝与氢氧化钠反应来制备，这样只需要以氢氧化铝、氢氧化钠和少量的碳酸氢钠为 原料，利用含氟废气就可以制备出高附加值的氟化工产品——冰晶石。

该技术方案的原理可以用下面的反应方程式来说明：

吸收工序：HF+NaHCO3→NaF+H2O+CO2↑

SiF4+4NaHCO3→4NaF+Si(OH)4↓+4CO2↑

结晶工序：Al(OH)3+NaOH→NaAlO2+2H2O

6NaF+NaAlO2+2CO2→Na3AlF6↓+2Na2CO3

Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3

在结晶工序过量的NaOH还与CO2反应生成碳酸钠，并进一步与CO2反应生成碳酸氢钠，反应方程式如下：

2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O