Способ получения кремнефторсодержащего раствора для производства фторида алюминия

 

Способ предназначен для улавливания фторсодержащих газов абсорбцией с последующим использованием образующегося раствора при получении фторида алюминия. Фторсодержащие газы подвергают абсорбции раствором фторида алюминия и кремнефтороводородной кислоты. Кремнефтороводородную кислоту используют с концентрацией 200 - 300 г/л, молярным отношением F:Si, равным 5,5 - 6,5, и процесс абсорбции ведут в течение 3,0 - 3,5 ч. Изобретение позволяет упростить аппаратурное оформление процесса и повысить эффективность дальнейшей стадии выделения фторида алюминия.

Изобретение относится к технологии фторсодержащих соединений и может быть использовано в процессе улавливания фтороводорода и тетрафторида кремния из газов, образующихся, например, при упаривании экстракционной фосфорной кислоты с последующим использованием образующегося раствора в качестве источника фтора для получения фторида алюминия.

В качестве абсорбционного раствора для улавливания газов используют маточный раствор от производства фторида алюминия со стадии кристаллизации его тригидрата.

Известен способ получения фторсодержащего раствора, а именно гексафторалюмиевой кислоты путем поглощения газов, содержащих фтороводород, раствором фторида алюминия. Полученный раствор направляют на обработку гидроксидом алюминия, а затем используют для получения криолита (авт. св. СССР N 244317, кл. C 01 F 7/50, 1969).

Недостатком известного способа является использование газов с низкой концентрацией HF, не содержащих соединений кремния.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ извлечения фтора из отходящих газов, согласно которому фтороводород и тетрафторид кремния абсорбируют раствором, содержащим фторид алюминия и кремнефтороводородную кислоту, которую вводят перед абсорбцией в количестве 5 - 20 кг/м³ раствора фторида алюминия. Получаемый раствор содержит кремнефтороводородную кислоту и фторид алюминия. Полученный раствор направляют на получение фторида алюминия (получение фтористого алюминия из отходящих газов суперфосфатных заводов. Средне-Уральское центральное бюро технической информации, Свердловск, ВДНХ, 1967).

Недостатком известного способа является образование в процессе абсорбции нерастворимого осадка, который необходимо отделять фильтрованием перед подачей раствора на получение AlF₃. Это приводит к усложнению аппаратурного оформления, потерям фтора с кремнегелем, образованию промывных вод, подлежащих утилизации.

Техническим эффектом является упрощение процесса абсорбции за счет исключения образования осадка, а следовательно, сокращения количества фильтровального оборудования, улучшения условий эксплуатации трубопроводов, по которым производится передача кремнефторсодержащего раствора в производство AlF₃.

Указанный эффект достигается тем, что в способе получения кремнефторсодержащего раствора из фтористых газов путем их абсорбции раствором, содержащим кремнефтороводородную кислоту и фторид алюминия, согласно изобретению, кремнефтороводородную кислоту используют с молярным отношением F:Si = 5,5 - :,5, концентрацией 200 - 300 г/л, а процесс абсорбции проводят в течение 3 - 3,5 ч.

Сущность способа заключается в следующем.

Абсорбция кремнефтористых газов водными растворами является сложным химическим процессом, в результате которого образуются комплексы с переменным отношением F:Si. Этот процесс может быть описан следующим уравнением: 5SiF₄ + 6H₂O = H₂(SiF₆) + 2H(SiF₅·H₂) + SiF₄·2H₂O + SiO₂ Поскольку все образующиеся соединения находятся в равновесии, то при увеличении доли кремнефтористых соединений уменьшается количество SiO₂ и при определенных условиях полностью отсутствует в виде нерастворимого кремнегеля. Нами установлено, что в системе в присутствии AlF₃, который комплексует часть ионов фтора, концентрация кремнефтористоводородной кислоты, при которой не наблюдается образование осадка кремнегеля, составляет 200 - 300 г/л. Одновременно соотношение различных форм кремнефтороводородных кислот, определяемое как молярное отношение F:Si, должно быть равно 5,5 - 6,5.

При этом продолжительность процесса абсорбции в условиях непрерывного режима и циркуляции составляет 3,5 ч.

При повышении концентрации кремнефтороводородной кислоты более 300 г/л возрастает вязкость раствора и нагрузка на насосы, при отношении F:Si более 6,5 возрастают потери фтора с отходящими газами вследствие увеличения упругости паров HF над растворами.

Пример осуществления способа. В циркуляционную емкость абсорбционной системы, оборудованной циркуляционным насосом, обеспечивающим подачу жидкости (орошающего раствора) на форсунки, подают 30 м³ раствора кремнефтороводородной кислоты с концентрацией 260 г/л и молярном соотношением F:Si=6,1. В циркуляционную емкость также подают раствор от кристаллизации тригидрата фторида алюминия, содержащий 1,7 г/л AlF₃ и 7,5 г/л H₂SiF₆ в количестве 8,5 м³/ч. Одновременно в абсорбер непрерывно противотоком поступает парогазовая смесь, содержащая SiF₄ и HF с суммарным количеством фтора 2,1 т/ч, образующаяся в системе упаривания экстракционной фосфорной кислоты. Абсорбцию ведут под вакуумом при 90^oC. Время пребывания абсорбирующего раствора в системе составляет 3,5 ч.

В результате при непрерывном режиме из системы выводят раствор кремнефтороводородной кислоты с концентрацией 250 г/л при молярном соотношении F: Si=6,2 в количестве 8,5 м³/ч. Степень улавливания фтора из газов 83%.

Полученный раствор подают в производство фторида алюминия на стадию разложения гидроксидом алюминия без промежуточной фильтрации.

Таким образом, способ позволяет упростить аппаратурное оформление процесса за счет отсутствуя стадии фильтрования, зарастания абсорбционной аппаратуры (форсуночных устройств, трубопроводов), повысить эффективность дальнейшей стадии выделения фторида алюминия за счет использования кремнефтороводородной кислоты более высокой концентрации, увеличить срок службы аппаратуры.

Формула изобретения

Способ получения кремнефторсодержащего раствора для производства фторида алюминия, включающий абсорбцию фторсодержащих газов раствором фторида алюминия и кремнефтороводородной кислоты, отличающийся тем, что кремнефтороводородную кислоту используют с концентрацией 200 - 300 г/л, молярным отношением F : Si 5,5 - 6,5, а процесс абсорбции ведут в течение 3,0 - 3,5 ч.