氟硅酸钠生产工艺.doc

氟硅酸钠生产工艺1 、氟硅酸氟硅酸是一种络合卤酸。与其他由弱酸形成的络合酸一样，中心离子（Si4）与弱酸根（F-）形成了较强的配位健。迫使氢离子（H+）移到络离子的外界，变得容易电离，酸性增强。氟硅酸只能存在于水溶液中，符合络合卤酸只能在它们同时生成离子时才能存在的一般现象。可以在低温下对它进行蒸发浓缩。在含25（质量分数）的氟硅酸溶液中通入微弱空气，并于室温下减压浓缩，可以得到质量分数为40 一45 的氟硅酸；如用浓硫酸吸收HF和SiF ，常温下可得到质量分数约60的氟硅酸。高于上述质量分数，氟硅酸将分解为HF和SiF 而挥发。在氟硅酸水溶液的蒸汽中HF和SiF 的物质的量比并不按氟硅酸的结构比例【n（HF）n（SiF ）=2】逸出，而是随氟硅酸质量分数的升高而降低。氟硅酸的质量分数为10.5时，逸出的HF和SiF 物质的量比约5.6；质量分数为18.4时，HF和SiF物质的量比约1.1；质量分数为30.8 时，HF和SiF 物质的量比约0.29。因此理论上可用蒸馏的方法从氟硅酸中得到氢氟酸。氟硅酸的质量分数为13.3时，其蒸汽中HF和SiF 物质的量比接近2。因此，用于生产氟硅酸钠时，氟硅酸的质量分数都最好控制在13.3 ，或略低于此质量分数。2 、氯化钠溶液氟硅酸钠生产中，钠离子的来源主要有烧碱、碱、硫酸钠和氯化钠。采用碱做原料的母液接近中性，可减少废水处理费用；采用钠盐做原料的母液是稀盐酸（硫酸），废水处理费用较高。具体采用哪种原料要视各地的价格，并结合废水处理费用综合考虑。通常采用氯化钠做原料的综合费用最低。为了减少母液量，氟硅酸钠生产通常使用氯化钠的饱和溶液，其中的杂质一般是Ca2，Mg2。因分离氟硅酸钠沉淀后的母液为质量分数6左右的稀盐酸，多数杂质离子不会随氟硅酸钠沉淀出来。因此，不需对氯化钠溶液进行化学净化。3 、配料比例配料比例影响反应终了时的化学平衡，从而影响反应产率。许多企业的做法是，以氟硅酸为基准，按理论量的125配氯化钠溶液。按此方式配料，依氟硅酸计算的产率一般只能达到84 ，原因是配料比例不适宜。适宜的比例应该是在反应终了时，使母液中钠离子维持在一个恰当的浓度，利用同离子效应使氟硅酸钠尽可能地沉淀出来。此Na 浓度约为0.35 molL。生产中，氟硅酸的质量分数会发生变化，所以，氯化钠的过量系数也必须随之变化。氟硅酸的质量分数从7.0升高到14.0 ，且使用氯化钠饱和溶液时，适宜的过量系数从1.50下降到1.25。笔者多年按此配比组织生产，以氟硅酸为基准计算，反应和过滤工序（间歇生产）的产率大于92。4 、投料顺序投料顺序主要影响成核速度和结晶生长速度，从而影响结晶产品的粒度和密度。生产中可以通过控制投料顺序和速度得到满足用户要求的产品，其核心是通过控制结晶过程的过饱和度，继而控制适宜的成核速度和结晶生长速度。投料顺序一：将氯化钠溶液加入氟硅酸中，可得到大结晶、高密度产品。氟硅酸钠在酸性介质中的溶解度显著增加，所以采用此法投料的过饱和度最小，成核速度小，结晶生长快。投料顺序二：将氟硅酸加入氯化钠溶液中，可得到胶状产品。实际生产中，一般使用氯化钠的饱和溶液，其粘度高，会降低离子在溶液中的运动速度。更为重要的是，大量氯离子（Cl-）的存在会大幅降低氟硅酸根离子（Si4）在结晶晶面上的生长速度。因此，采用此法投料的过饱和度最大，成核速度快，结晶生长慢。投料顺序三：将氟硅酸和氯化钠溶液并流加入反应器中，可得到密实但稍细的产品。此法的最大优点是可实现连续生产，结晶在相对稳定的过饱和度下长成。理论上，其结晶的粒度分布较集中。由于此法对操作管理和设备、仪表的可靠性要求高，目前采用的企业相对较少。5、 搅拌强度结晶过程中搅拌有以下作用：1）可加速离子的扩散速度；2）可缩短成核诱导期，降低成核过饱和浓度；3）可加快结晶的线生长速度；4）过饱和浓度越大，搅拌的效率越高，因此对结晶溶解度低而易形成极高过饱和度的溶液体系，以及高粘度的溶液体系，搅拌的作用最为显著；5）固液结晶体系存在适宜的搅拌强度，由零搅拌起，搅拌效率随搅拌强度的升高而升高，但达到一定的强度后，搅拌效率不再提高，甚至会打碎结晶。从实际生产中得到：氟硅酸钠生产的反应工序的适宜搅拌强度在0.40.6 kWm 。6、 干燥过程现今，越来越多采用气流干燥装置干燥氟硅酸钠，原因有3个：1）开发出配套的煤气发生炉和与加热空气一体化的燃煤炉，解决了以煤为热源地区的困难；2）装备制造水平提高，可靠性增强，投资降低；3）采用气流干燥的产品外观好，并可进一步除去其中的硅胶，有效成分提高。采用气流干燥须注意3个问题：1）进料水分越低越好，极限水分质量分数不能大于9，否则投料不畅；2）注料中的游离盐酸必须洗干净，否则设备腐蚀加怯 ，且会使产品发黄，最好的方法是过滤前加少量纯碱于氟硅酸钠料浆中进行中和，使液相pH在6.5左右，纯碱使用量以产品计一般为3050 kgt，这种方法既可提高产率，又可增加产品的白度。但应注意，加了纯碱之后必须即时过滤，否则水解反应会使产品的有效成分降低；3）旋风收尘器后面必须设冷却装置，因为从收尘器来的物料温度必须到7（）左右，产品中的水分质量分数才会小于0.5 ，有效成分质量分数才会大于99.0而达到优等品标准，但包装材料不耐如此高的温度。7 、母液的利用用硫酸钠做原料，母液为稀硫酸，则其利用问题较好解决，如返回到萃取磷酸装置、混化装置等，但是硫酸钠的价格通常比氯化钠高许多。用氯原料，母液为稀盐酸，会腐蚀磷肥生产设备，解决的难度增大。笔者曾用稀盐酸母液分解磷矿擦洗矿尾矿，再分别采用一段和二段中和方式，并过控制一段中和的pH，得到有效磷质量分数从16 30不等的沉淀磷肥。8、 废水处理氟硅酸钠生产的废水中，一般盐酸质量分数小于5，氟质量分数小于0.7 。用石灰石或石灰中和时，液相中的氟质量分数很易低于2010。但应注意一个问题，中和时先生成氟硅酸钙，当pH大于1.9后，氟硅酸钙开始水解生成氟化钙。pH从低到高，氟硅酸钙的水解速度逐渐加快。由于氟化钙的溶解度极小，会瞬间形成极大的过饱和度，生成极细的固相而使后续沉降发生困难。因此，中和最好分二段进行，一段的pH控制在3左右，使氟化钙在相对较小的过饱和度下充分成核后再继续中和。一段用石灰石粉浆中和，二段用石灰乳中和，生成的固相易分离，且费用低。9、新建项目技术路线选择建议目前在新建氟硅酸钠项目中，多数企业都采用气流干燥和离心过滤。差异较大的是反应和洗涤工序，有的采用连续方式，有的采用问歇方式。事实上，氟硅酸钠在其母液中的沉降速度高达3 mh，而杂质硅凝胶仅为0.250.3 mh，很容易将它们分开。采用连续反应加重力沉降路线虽能减小反应器