Способ получения фторида кальция

 

Использование: технология неорганических веществ, переработка отходов производства фтористого водорода - раствора гексафторкремниевой кислоты. Водную суспензию карбоната кальция обрабатывают раствором гексафторкремниевой кислоты в две стадии. На первой стадии обработку ведут смесью гексафторкремниевой кислоты и осветленного раствора с второй стадии, отделяют осадок и обрабатывают его гексафторкремниевой кислотой, взятой в количестве 20 - 50% от стехиометрически необходимого, при температуре 40 - 80С. Получают фторид кальция, мас. % : CaF₃ 95,6 - 98,6; CaCO₃ 0,2 - 0,6; SiO₂ 0,8 - 1,2. Степень использования 94,7 - 95,0% . 1 табл.

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности фторида кальция из растворов кремнефтористоводородной кислоты.

Известен способ получения фторида кальция [1] , включающий взаимодействие 2,5-6,0% -ного водного раствора гексафторкремневой кислоты с измельченным карбонатом кальция при температуре 1,7-54,5^оС и рН 3,5-6,7 с последующим отделением осадка фильтрацией, промывкой и сушкой. Продукт содержит 93-96% фторида кальция и 4-7% диоксида кремния.

Недостатком этого способа является высокое содержание диоксида кремния в готовом продукте.

С целью повышения качества фторида кальция предложен способ [2] , согласно которому раствор гексафторкремниевой кислоты с концентрацией не более 4% смешивают с измельченным карбонатом кальция, взятым в количестве не более 85% от стехиометрии, при температуре 2-38^оС и рН 3,5-5 в течение около 2 ч. Продукт содержит 97-99% фторида кальция и около 0,5% диоксида кремния. К недостаткам способа следует отнести низкий, не более 85% , выход по фтору.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения фторида кальция [3] , по которому водную суспензию карбоната кальция смешивают с раствором 5-30% -ной гексафторкремневой кислоты, взятой в количестве 101,5-117,6% от стехиометрии, при рН среды 2-3, а на второй стадии при температуре 20^оС пульпу смешивают с карбонатом кальция в количестве, необходимом для нейтрализации до 9,9% избыточной H₂SiF₆. Осадок отделяют от суспензии фильтрацией, промывают и сушат. Полученный продукт содержит 93-95% фторида кальция и 2-4% диоксида кремния.

Недостатком способа является высокое содержание примеси SiO₂.

Целью изобретения является снижение содержания примесей в продукте при сохранении высокой степени использования фтора.

Поставленная цель достигается двухстадийной обработкой водной суспензии карбоната кальция раствором гексафторкремневой кислоты, на первой стадии обработку ведут смесью гексафторкремневой кислоты и осветленного раствора со второй стадии, а затем осадок с первой стадии обрабатывают при температуре 40-80^оС гексафторкремневой кислотой, взятой в количестве 20-50% от стехиометрии при общем расходе гексафторкремневой кислоты 103-105% .

При температуре менее 40^оС на второй стадии процесса существенно возрастает длительность процесса, а при температуре выше 80^оС возрастают потери гексафторкремневой кислоты со сдувками. Снижение расхода гексафторкремневой кислоты менее 20% на вторую стадию не приводит к улучшению качества получаемого фторида кальция, а увеличение расхода выше 50% от стехиометрического к исходному карбонату кальция приводит к увеличению энергозатрат на подогрев гексафторкремневой кислоты.

Технологические параметры первой стадии процесса обусловлены необходимостью стабилизации золя кремневой кислоты, образующегося в процессе, и принципиально не отличаются от условий аналогов и прототипа.

Отделение осадков на стадиях технологического процесса осуществляют известными методами - отстоем либо фильтрацией, а сушку осадка проводят при температуре 110-160^оС. Полученный продукт содержит 95-98% фторида кальция, 0,5-1,0% диоксида кремния и 0,2-0,5% карбоната при степени использования фтора 94,5-95% .

Отличительными признаками предлагаемого способа являются обработка карбоната кальция на первой стадии смесью гексафторкремневой кислоты и осветленного раствора с второй стадии, обработка осадка, полученного на первой стадии, гексафторкремневой кислотой, взятой в количестве 20-50% от стехиометрии, при температуре 40-80^оС.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом и другими известными техническими решениями показало, что аналогичные признаками не известны, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

П р и м е р 1. В реактор вместимостью 2 м³ с перемешивающим устройством загружают 100 кг мела, содержащего 98,5% СаСО₃, подают техническую воду и готовят суспензию Т: Ж = 1: 4. Затем подают 645,42 л осветленного раствора, содержащего 0,4% Н₂SiF₆ и 172,33 л 20% -ного раствора гексафторкремневой кислоты и перемешивают в течение 30 мин при температуре 20^оС. Полученную суспензию сгущают в отстойнике до Т: Ж = 1: 2, осветленную часть направляют на нейтрализацию, а нижний слив подают в другой реактор и подвергают обработке в течение 30 мин при температуре 80^оС 40,55 л 20% -ного раствора гексафторкремневой кислоты, что составляет 20% от стехиометрически необходимого в расчете на исходный карбонат кальция. Пульпу сгущают в отстойнике до Т: Ж = 1: 2 и репульпируют с 500 л оборотной воды с целью отмывки осадка, после фильтрации осадок подвергают сушке при температуре 120^оС.

Осветленную часть со стадии повторной обработки карбоната кальция гексафторкремневой кислотой и фильтрат со стадии репульпации смешивают с 20% -ным раствором Н₂SiF₆ и направляют на первую стадию получения фторида кальция. В результате получают 77,533 кг синтетического фторида кальция с содержанием СаF₂ 98,5% , SiО₂ 0,9% , СаСО₃ - 0,2% . Степень использования фтора составляет 95,08% . Общий расход 20% -ного раствора гексафторкремневрой кислоты составил 212,88 л при плотности 1,166 кг/л или 49,644 кг 100% -ной H₂SiF₆, что составляет 105% от стехиометрически необходимого для превращения карбоната кальция в исходном сырье.

Опыты 2-7 проведены по аналогичной методике, результаты представлены в таблице.

Опыт 8 проведен по способу-прототипу для сравнения качества получаемого продукта.

Сопоставление результатов, представленных в таблице, показывает, что качество фторида кальция, полученного заявляемым способом, выше, чем продукта по способу-прототипу, так содержание основного вещества составляет 95,6-98,6% против 92,3% , примесь SiO₂ снижается до 0,9-2,2% против 4,8% , в то время как степень использования фтора остается на уровне способа-прототипа (94,7-98,0, против 94,3). (56) 1. Патент США N 2780521, кл. С 01 F 11/22, 1957.

2. Патент США N 2780523, кл. С 01 F 11/22, 1957.

3. Заявка ФРГ N 2307897, кл. С 01 F 11/22, 1974.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРИДА КАЛЬЦИЯ , включающий обpаботку суспензии каpбоната кальция pаствоpом гексафтоpкpемниевой кислоты, взятой в количестве 103 - 105% от стехиометpически необходимого, отделение, пpомывку и сушку пpодукционного осадка, отличающийся тем, что, с целью снижения содеpжания пpимесей в пpодукте пpи сохpанении высокой степени использования фтоpа, обpаботку ведут в две стадии: сначала суспензию каpбоната кальция обpабатывают гексафтоpкpемниевой кислотой, взятой в смеси с осветленным pаствоpом с втоpой стадии обpаботки, отделяют осадок, а затем последний обpабатывают гексафтоpкpемниевой кислотой, взятой в количестве 20 - 50% от стехиометpически необходимого, пpи 40 - 80^oC, после чего пpодукционный осадок отделяют, а осветленный pаствоp напpавляют на пеpвую стадию обpаботки.

РИСУНКИ

Рисунок 1