Способ получения кремнефторида натрия


 


Владельцы патента RU 2411183:

Шарипов Тагир Вильданович (RU)
Мустафин Ахат Газизьянович (RU)

Изобретение может быть использовано для переработки фторсодержащих газов производства экстракционной фосфорной кислоты и удобрений. Газы абсорбируют водой. Затем полученную кремнефтористоводородную кислоту нейтрализуют содой при pH 0,2-3 в течение 0,25-1 ч в присутствии сульфата натрия. Массовое соотношение сода:сульфат натрия составляет 1:(0,1-0,4). Изобретение позволяет повысить выход кремнефторида натрия до 98,5% масс. и снизить остаточное содержание фтора в сточных водах. 1 табл.

 

Изобретение относится к получению соединений фтора и может быть использовано в производстве кремнефторида натрия (КФН) из кремнефтористоводородной кислоты (КФВК).

Известен способ получения кремнефторида натрия из фторсодержащих газов производств экстракционной фосфорной кислоты и удобрений путем их водной абсорбции, нейтрализации полученной КФВК содой или едким натром при pH 0,2-3 в течение 0,25-1 ч, отстаивания полученных кристаллов, их отделения и сушки. Получают основную массу кристаллов Na2SiF6 с размером 40-60 мкм [А.с. №859293, кл. C01B 33/10, В01D 53/14, 18.07.79].

Однако для известного способа характерен недостаточно высокий выход кремнефторида натрия.

Известен способ получения кремнефторида натрия, включающий взаимодействие КФВК с солью натрия, отделение продукта от маточного раствора, нейтрализацию маточного раствора содой с последующей его упаркой и возвратом на стадию взаимодействия, причем нейтрализацию маточного раствора содой ведут до его отделения от продукта, соду вводят в количестве 85-95% от стехиометрии. В качестве соли натрия используют сульфат или хлорид [А.с. №1030311, Кл. C01B 33/10, 23.07.1983]. Способ позволяет увеличить выход продукта.

Недостатком способа является сложность технологического процесса, связанная с необходимостью упарки маточного раствора, а также высокая коррозионная активность маточных растворов, получаемых при использовании в качестве реагента хлорида натрия.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения кремнефторида натрия путем нейтрализации КФВК содой при pH 0,2-3 в течение 0,25-1 ч, отстаивания полученных кристаллов, их отделения и сушки, причем нейтрализацию проводят в присутствии бикарбоната натрия при массовом соотношении сода:бикарбонат натрия, равном 1:1-4 [Патент РФ №2356933, Кл. C01B 33/10, 05.06.2007 г.]. Способ позволяет получать КФН из КФВК, загрязненной диоксидом кремния, расширить сырьевую реагентную базу. Маточный раствор после отделения кристаллов кремнефторида натрия содержит до 10 г/л фтористых соединений.

Недостатком способа является недостаточно высокий выход продукта (на уровне 94-96%) и значительное содержание фтора в сточных водах.

Цель изобретения - повышение степени выхода кремнефторида натрия.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения кремнефторида натрия из фторсодержащих газов производства экстракционной фосфорной кислоты и удобрений путем их водной абсорбции, нейтрализации полученной кремнефтористоводородной кислоты содой при pH 0,2-3 в течение 0,25-1 ч, отстаивания полученных кристаллов, их отделения и сушки, нейтрализацию ведут в присутствии сульфата натрия при массовом соотношении сода:сульфат натрия (Na2CO3:Na2SO4), равном 1:0,1-0,4.

Сущность способа заключается в следующем. Получение кремнефторида натрия содовым методом основано на реакции:

Na2CO3+H2SiF6=Na2SiF6↓+CO2↑+H2O

Точка эквивалентности данной реакции нейтрализации КФВК соответствует pH 4. Однако при повышении pH выше 3,5 начинает идти реакция разложения кремнефторида натрия с образованием фторида натрия и диоксида кремния:

Na2SiF6+2Na2CO3=6NaF+SiO2+2CO2

Продукты реакции разложения загрязняют кремнефторид натрия, снижая содержание основного вещества. В связи с этим реакцию нейтрализацию КФВК проводят при pH 0,2-3 в условиях явного избытка Na2SiF6. Данное обстоятельство является причиной заниженного выхода кремнефторида натрия и высокого содержания фтора в маточном растворе, соответственно в сточных водах.

При проведении нейтрализации КФВК содой в присутствии сульфата натрия за счет протекания обменной реакции

Na2SO4+H2SiF6=Na2SiF6↓+H2SO4

реакционной смеси появляется серная кислота, которая снижает pH среды, а в систему вводится дополнительное количество осадителя и процесс нейтрализации осуществляется при избытке иона-осадителя Na+. Таким образом, достигаются увеличение степени выхода кремнефторида натрия и снижение остаточной концентрации фтористых соединений в маточном растворе. Выбор сульфата натрия в качестве реагента-осадителя основан на доступности сырья, низкой коррозионной активности маточного раствора и возможности его прямого использования на стадии разложения фосфатного сырья в производстве экстракционной фосфорной кислоты.

Способ осуществляют следующим образом: из фторсодержащих газов производства экстракционной фосфорной кислоты и удобрений путем их водной абсорбции получают кремнефтористоводородную кислоту, которую нейтрализуют в реакторах при перемешивании при pH 0,2-3 в течение 0,25-1 ч раствором соды в присутствии сульфата натрия при массовом соотношении сода:сульфат натрия, равном 1:0,1-0,4. Сульфат натрия вводится в процесс в виде раствора или в сухом виде. Далее реакционную массу, представляющую собой нейтрализованную суспензию кристаллов кремнефторида натрия, подают в отстойник. Сгущенную пульпу кристаллов кремнефторида натрия сушат в печи «кипящего слоя» и выпускают в виде готового продукта. Маточный раствор после отстойника направляют в процесс производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) или утилизируют путем обработки раствором «известкового молока».

Ведение процесса нейтрализации кремнефтористоводородной кислоты содой в присутствии сульфата натрия при массовом соотношении Na2CO3:Na2SO4, равном 1:0,1-0,4, обеспечивает высокий выход кремнефторида натрия. При уменьшении расхода сульфата натрия ниже соотношения 1:0,1 не обеспечивается требуемый уровень выхода КФН и остаточное содержание фтора в маточном растворе. Увеличение расхода сульфата натрия выше соотношения 1:0,4 приводит к перерасходу реагента при сохранении степени выхода продукта.

Целесообразность выбранных пределов показателей процесса приведена в примерах и в таблице 1.

Пример №1 (по аналогу). Фтористые газы в количестве 10000 нм3, содержащие 10,4 г/нм3 SiF4 и 1,6 г/нм3 HF поглощают водой и получают 720 кг 16%-ного раствора КФВК (КФВК содержит 115,2 кг H2SiF6). КФВК нейтрализуют 18%-ным содовым раствором в количестве 461,35 кг. Расход Na2CO2 составляет 83,04 кг. Суспензию кремнефторида натрия с рН 2,0 направляют на отстаивание. Сгущенную пульпу с отношением Т:Ж=1:3 направляют на сушку. После сушки кристаллов в печи кипящего слоя получают 144,3 кг 99,0%-ного Na2SiF6, выход продукта составляет 95%. Маточный раствор в количестве 700 кг с содержанием 6,5 г/л фтора направляют на утилизацию.

Пример №2. Фтористые газы поглощают водой и получают 720 кг 16%-ного раствора КФВК. КФВК нейтрализуют 18%-ным содовым раствором в количестве 461,35 кг при добавлении сухого сульфата натрия в количестве 16,6 кг. Расход Na2CO3 составляет 83,04 кг. Массовое соотношение Na2CO3:Na2SO4=1:0,2. Суспензию кремнефторида натрия с рН 1,8 направляют на отстаивание. Сгущенную пульпу с отношением Т:Ж=1:3 направляют на сушку. После сушки кристаллов в печи кипящего слоя получают 148,8 кг 99,0%-ного Na2SiF6, выход продукта составляет 98%. Маточный раствор в количестве 700 кг с содержанием 2,6 г/л фтора направляют на утилизацию, на стадию разложения фосфатного сырья в производство ЭФК.

Пример №3. Фтористые газы поглощают водой и получают 720 кг 16%-ного раствора КФВК. КФВК нейтрализуют 18%-ным содовым раствором в количестве 461,35 кг при добавлении 30%-ного раствора сульфата натрия в количестве 69,2 кг. Расход Na2CO3 составляет 83,04 кг, сульфата натрия в пересчете на сухое вещество 20,76 кг. Массовое соотношение Na2CO3:Na2SO4=1:0,25. Суспензию кремнефторида натрия с рН 1,8 направляют на отстаивание. Сгущенную пульпу с отношением Т:Ж=1:3 направляют на сушку. После сушки кристаллов в печи кипящего слоя получают 149,1 кг 99,0%-ного Na2SiF6, выход продукта составляет 98,2%. Маточный раствор в количестве 750 кг с содержанием 2,2 г/л фтора направляют на утилизацию, на стадию разложения фосфатного сырья в производство ЭФК.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить выход готового продукта на 2,5-4%; снизить остаточное содержание фтора в сточных водах в 2-3 раза.

Таблица 1
Влияние добавки сульфата натрия на выход продукта и остаточное содержание фтора в маточных растворах при получении КФН содовым методом
№ опыта Расход pH суспензии Выход КФН, % Концентрация фтора в маточнике, г/л
КФВК, г Содовый раствор, г Сухой Na2SO4, г Раствор Na2SO4, г Масс. соот. Na2CO3:Na2SO4
1 256* 166** - - - 2,82 95 8,5
2 256 166 1,7 - 1:0,05 2,8 95 8,0
3 256 166 3,3 - 1:0,1 2,66 97,5 3,0
4 256 166 6,6 - 1:0,2 2,65 98 2,6
5 256 166 13,3 - 1:0,4 2,62 98,5 2,1
6 256 166 16,6 - 1:0,5 2,6 98,5 2,1
7 256 166 - 8,0 1:0,06 2,78 95 8,0
8 256 166 - 13,2 1:0,1 2,65 97,5 2,95
9 256 166 - 53,2 1:0,4 2,61 98,5 2,05
10 256 166 - 59,8 1:0,45 2,6 98,5 2,05
Условия проведения опытов:
Концентрация КФВК: 18% H2SiF6.
Концентрация содового раствора: 20% Na2CO3.
Концентрация раствора сульфата натрия: 25% Na2SO4.
* - содержит 46,1 г H2SiF6
** - содержит 33,2 г Na2CO3

Способ получения кремнефторида натрия из фторсодержащих газов производства экстракционной фосфорной кислоты и удобрений путем их водной абсорбции, нейтрализации полученной кремнефтористо-водородной кислоты содой при pH 0,2-3 в течение 0,25-1 ч, отстаивания полученных кристаллов, их отделения и сушки, отличающийся тем, что нейтрализацию проводят в присутствии сульфата натрия при массовом соотношении сода: сульфат натрия, равном 1:(0,1-0,4).



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению фторидов, и касается разработки способа получения высокочистого тетрафторида кремния, используемого в электронной промышленности для получения легированного фтором аморфного гидрогенизированного кремния, имплантации ионов кремния и фтора в поверхностный слой арсенида галлия, а также в волоконной оптике в качестве легирующей добавки для понижения показателя преломления кварцевого стекла при производстве кварцевых волоконных световодов.
Изобретение относится к неорганической химии, к получению фторидов неметаллов, а именно к способам получения тетрафторида кремния. .

Изобретение относится к технологии получения трихлорсилана - исходного сырья для синтеза высокочистого поликристаллического кремния (ПКК), который, в свою очередь, используется для производства солнечных элементов и полупроводников.

Изобретение относится к способу и установке для очистки трихлорсилана и тетрахлорида кремния. .
Изобретение относится к химическим способам очистки как природных алмазов, где загрязнения представлены в виде отложений органического и минерального происхождения и металловключений, образующихся в результате обогащения алмазосодержащей породы, так и синтетических алмазов, в которых металлические включения сопутствуют при синтезе, с целью использования их в качестве шлифовальных порошков в гальваностегии при изготовлении точного алмазного инструмента.

Изобретение относится к химическим технологиям, а именно к способам получения высокочистых трихлорсилана и тетрахлорсилана, используемых в кремнийорганической химии и применяемых в качестве исходного сырья в производстве полупроводникового кремния.
Изобретение относится к способу получения трихлорсилана (HSiCl3) каталитическим гидродегалогенированием тетрахлорида кремния (SiCl4) в присутствии водорода. .
Изобретение относится к способу каталитического гидродегалогенирования тетрахлорида кремния (SiCl4) в трихлорсилан (HSiCl 3) в присутствии водорода. .

Изобретение относится к области разработки экономически рентабельной технологии конверсии обедненного тетрафторида урана с получением окислов урана для длительного хранения или использования в быстрых реакторах, а также с попутным получением ценных фторсодержащих веществ

Изобретение относится к установке, реактору и непрерывному способу получения высокочистого тетрахлорида кремния или высокочистого тетрахлорида германия посредством обработки подлежащих очистке тетрахлорида кремния или тетрахлорида германия, которые загрязнены, по меньшей мере, одним водородсодержащим соединением, при помощи холодной плазмы и последующей фракционной перегонки обработанной фазы
Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано в технологии получения поликристаллического кремния
Изобретение относится к технологии получения хлоридов кремния, а именно к способам получения высокочистого трихлорсилана (ТХС) и может быть использовано в производстве полупроводникового кремния

Изобретение относится к технологии получения высокочистого трихлорсилана, применяемого в качестве источника кремния в технологиях микроэлектроники и наноэлектроники

Изобретение относится к получению соединений фтора и может быть использовано в производстве кремнефторида натрия из кремнефтористоводородной кислоты
Изобретение относится к способу производства тетрахлорсилана

Изобретение относится к технологии получения тетрафторида кремния, используемого в производстве чистого поликристаллического кремния, пригодного, например, для изготовления солнечных батарей

Изобретение относится к технологии неорганических соединений
Наверх