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0.35mol／L。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0.4～0.6kW／m。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