工業(yè)級(jí)氟硅酸鈉制備白炭黑與氟化鈉的新工藝研究.pdf

1、氟硅酸鈉作為磷化工產(chǎn)業(yè)鏈的主要副產(chǎn)物之一，有著很強(qiáng)的腐蝕性和較強(qiáng)的毒性，任其排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)100萬噸磷肥(折P2O5)，就有將近超過6萬噸的氟硅酸鈉副產(chǎn)物，而2016年國(guó)內(nèi)磷肥產(chǎn)量預(yù)計(jì)可達(dá)2060萬噸(折P2O5)左右，屆時(shí)副產(chǎn)物氟硅酸鈉將會(huì)超過100萬噸，加上其他行業(yè)產(chǎn)生的量，氟硅酸鈉年產(chǎn)生量將達(dá)近兩百萬噸。如此數(shù)量的氟硅酸鈉如不加以利用而直接廢棄，不僅會(huì)造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，還會(huì)給環(huán)境帶來巨大的破壞。本課題采

2、用兩種不同化學(xué)工藝，以氟硅酸鈉為基本原料，將氟硅酸鈉中的氟源轉(zhuǎn)化成氟化鈉，硅源轉(zhuǎn)化成白炭黑，同時(shí)獲得兩種附加值更高的化工產(chǎn)品。在獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，減少污染，保護(hù)環(huán)境，意義重大。
　　本實(shí)驗(yàn)制氟化鈉和白炭黑采用了外加晶種分步法和表面活性劑純堿法兩種方法，討論了兩種方法的多個(gè)單因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，并通過正交實(shí)驗(yàn)分析分別對(duì)兩種制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，獲得制備白炭黑和氟化鈉的最佳工藝條件。
　　外加晶種分步法制白炭黑和氟化鈉的工藝路線是以

3、磷肥副產(chǎn)氟硅酸鈉和氨水為原料，先制備晶種，后經(jīng)在玻璃反應(yīng)器中添加晶種、原料沉淀反應(yīng)、攪拌陳化、過濾分離得濾液和濾渣，濾液經(jīng)加氫氧化鈉溶液、真空反應(yīng)濃縮、結(jié)晶、過濾、干燥得氟化鈉產(chǎn)品，濾渣經(jīng)硫酸調(diào)pH、過濾洗滌、干燥得白炭黑產(chǎn)物。
　　外加晶種分步法制備白炭黑的最佳工藝條件：稀氨水占制晶種反應(yīng)體積的4.7％，表面活性劑濃度為0.5%，外加晶種添加量占反應(yīng)總體積的5%，快速反應(yīng)滴加的氨水與總氨水體積比為0.2，反應(yīng)溫度為70℃，氟硅酸

4、鈉與總氨水的摩爾比為1:8，反應(yīng)pH終點(diǎn)為8.5，陳化6小時(shí)。外加晶種分步法制備氟化鈉的最佳工藝條件：反應(yīng)濃縮溫度60℃，蒸發(fā)量為80%，氫氧化鈉的濃度為20mol/L，陳化溫度為20℃，陳化時(shí)間為30min。表征結(jié)果顯示制備得到的白炭黑一次粒子粒度分布為正態(tài)分布，中位徑在20nm，DBP值為3.52ml/g，比表面積為178.19m2/g；制備得到的氟化鈉晶體的平均粒徑在110μm，在XRD圖中有著明顯氟化鈉的晶形衍射峰。
　　

5、表面活性劑純堿法制備白炭黑和氟化鈉的工藝路線是以磷行業(yè)副產(chǎn)氟硅酸鈉和純堿為原料，先加表面活性劑，后分步加純堿，再經(jīng)液固流態(tài)化分離裝置分離得氟化鈉和白炭黑后，再經(jīng)后續(xù)處理工藝得到更加純凈的白炭黑和氟化鈉。
　　表面活性劑純堿法制白炭黑和氟化鈉的較佳工藝條件：快速加入的碳酸鈉溶液與總碳酸鈉體積比為0.3，氟硅酸鈉和碳酸鈉的摩爾比為1:3，表面活性劑濃度為0.3%，反應(yīng)溫度為85℃，反應(yīng)時(shí)間為3h，分離裝置母液流速為24L/h。通過自行

6、設(shè)計(jì)的液固流態(tài)化分離裝置，氟化鈉和白炭黑能有效的分離，二氧化硅和氟化鈉的純度分別92.18%和98.92%。表征結(jié)果顯示制備得到的白炭黑粒度分布呈正態(tài)分布，中位徑在208nm，DBP值為3.16ml/g，比表面積為112.24m2/g；制備得到的氟化鈉晶體的平均粒徑在170μm，在XRD圖中有著明顯氟化鈉的晶形衍射峰。
　　試驗(yàn)證明，本課題建立的外加晶種分步法和表面活性劑純堿法的兩種工藝路線，都能使氟硅酸鈉中的氟、硅元素得到有效利