Способ получения кремнефтористого натрия



Способ получения кремнефтористого натрия
Способ получения кремнефтористого натрия

 


Владельцы патента RU 2448901:

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

Изобретение относится к получению соединений фтора и может быть использовано в производстве кремнефторида натрия из кремнефтористоводородной кислоты. Способ получения кремнефтористого натрия включает взаимодействие кремнефтористоводородной кислоты и карбоната натрия с последующим отстаиванием суспензии и сушкой продукта. Причем кремнефтористоводородную кислоту предварительно смешивают с маточным раствором, отобранным после стадии отстаивания суспензии кремнефтористого натрия, в объемном соотношении 1:1-2. Взаимодействие реагентов проводят в трубчатом реакторе. Способ позволяет снизить металлоемкость процесса, исключить энергозатраты на стадии смешения реагентов. 2 ил., 1 табл., 2 пр.

 

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 рН 0,2-3,0 в течение 0,25-1 ч, отстаивания полученных кристаллов, их отделения и сушки. Нейтрализацию кислоты проводят в трех каскадно расположенных емкостных реакторах, снабженных мешалками для перемешивания реакционной массы. Получают основную массу кристаллов кремнефторида натрия с размером 40-60 мкм [А.с. №859293, кл. С01В 33/10, В01D 53/14, 1979].

Недостатком способа является продолжительность и значительная металлоемкость процесса.

Известен способ получения кремнефтористого натрия взаимодействием кремнефтористоводородной кислоты с карбонатом натрия, включающий одновременное смешение и сушку полученной суспензии, причем смешение КФВК с карбонатом натрия ведут в течение 1,5-2 мин при рН 2,2-2,8. Способ позволяет получить кремнефтористый натрий с остатком на сите 0063 не более 14-15% и исключить стадию размола высушенного продукта [А.с. №566764, кл. С01В 33/10, 1976].

Недостатком способа является сложность процесса из-за необходимости обеспечения одновременного смешения реагентов и сушку, а также металлоемкость процесса.

Известен способ получения кремнефтористых солей, в том числе кремнефтористого натрия (КФН), включающий смешивание КФВК со щелочными соединениями натрия до рН 1,5-3,0 не более чем за 3 с. Смешение реагентов проводят в реакторе с пропеллерной мешалкой. Способ позволяет снизить содержание диоксида кремния в готовом продукте [патент РФ №2024429, кл. С01В 33/10, 1991].

Недостатком способа являются высокие энергозатраты на смешение реагентов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения кремнефтористого натрия путем взаимодействия КФВК с карбонатом натрия в многоступенчатом цикле с последующим отстаиванием суспензии и сушкой продукта в аппарате кипящего слоя. Предварительно кремнефтористоводородную кислоту смешивают с суспензией КФН, отобранной после последней ступени взаимодействия, в объемном соотношении 1:1-3. Взаимодействие реагентов с получением суспензии КФН осуществляют в четыре ступени в емкостных реакторах, причем время пребывания реакционной массы на каждой ступени составляет 25-30 мин. За счет предварительного смешения КФВК с суспензией КФН и заданного объемного соотношения материальных потоков снижается вероятность протекания побочного процесса с образованием диоксида кремния, загрязняющего целевой продукт. Реакторы с объемом по 16 м3 снабжены мешалками с электродвигателями мощностью 22 кВт. Реакторы изготовлены из углеродистой стали, изнутри футерованы [А.с. №1204562, Кл. С01В 33/10, 1983].

Недостатком способа является многоступенчатость процесса, высокая металлоемкость и относительно высокие затраты на смешение реагентов. Использование для рецикла суспензии кремнефторида натрия, содержащей твердую фазу, приводит к забиванию коммуникаций и оборудования.

Цель изобретения - уменьшение металлоемкости и энергозатрат на осуществление стадии смешения реагентов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения кремнефторида натрия путем взаимодействия кремнефтористоводородной кислоты с карбонатом натрия с последующим отстаиванием суспензии и сушкой продукта, взаимодействие реагентов осуществляют в трубчатом реакторе, причем предварительно кремнефтористоводородную кислоту смешивают с маточным раствором, отобранным после стадии отстаивания суспензии, в объемном соотношении 1:1-2.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 представлен трубчатый реактор для осуществления нейтрализации КФВК содовым раствором,

на фиг.2 изображена принципиальная технологическая схема получения КФН с использованием трубчатого реактора.

Трубчатый реактор (фиг.1) представляет собой полый вертикальный цилиндрический аппарат 1 с внутренним диаметром 400-500 мм, высотой 1600-2000 мм, снабженный двумя технологическими штуцерами 2, 3 для тангенциального ввода раствора карбоната натрия (содового раствора) и смеси КФВК и маточного раствора, выходным штуцером 4 с диаметром 89-120 мм для отвода суспензии КФН, съемными крышками 5 и 6. На верхней крышке 5 реактора имеется щтуцер 7 для отвода углекислого газа. На нижней крышке 6 реактора имеется штуцер 8 для слива реакционной массы после остановок технологического процесса, при ведении осмотра и ремонтных работ. Штуцера 2, 3 с диаметром 45-57 мм тангенциального ввода реагентов расположены в нижней части реактора, причем ввод смеси КФВК и осветленного маточного раствора осуществляется по нижнему штуцеру 3, ввод содового раствора - по штуцеру 2. Крышки 5 и 6 реактора изготавливаются съемными в целях обеспечения осмотра и чистки реактора. Реактор изготавливается из материалов, коррозионно-устойчивых к действию фтористых соединений и кислот, например из фторопласта - 4 по ГОСТ 10007-80. Рабочий объем трубчатого реактора составляет 0,2-0,25 м3.

Сущность способа заключается в следующем. Взаимодействие кремнефтористоводородной кислоты с карбонатом натрия с образованием кремнефторида натрия протекает с выделением газообразного углекислого газа СO2

H2SiF6+Nа2СО3=Na2SiF6↓+H2O+CO2

Процесс смешения реагентов можно интенсифицировать, проводя его в трубчатом реакторе, используя для перемешивания реакционной массы выделяемый поток углекислого газа. При этом достигается тщательное и объемное перемешивание всей реакционной массы без затрат энергоресурсов, исключаются локальные пересыщения раствора кислоты карбонатом натрия и возможность протекания побочных реакций с образованием диоксида кремния и фтористого натрия. Время пребывания реакционной массы в реакторе составляет 0,5-1 мин, что достаточно для полного протекания реакции нейтрализации кремнефтористоводородной кислоты. Трубчатый реактор заменяет собой каскад из трех емкостных реакторов, снабженных перемешивающими устройствами, чем достигается снижение металлоемкости процесса получения КФН и исключаются энергозатраты на стадии смешения реагентов.

Предварительное смешение КФВК маточным раствором в заданном объемном соотношении 1:1-2, использование для рецикла осветленного маточного раствора позволяют проводить процесс получения кремнефторида натрия без протекания побочных реакций и без забивания оборудования и коммуникаций твердыми отложениями. Уменьшение объемного соотношения КФВК и маточного раствора ниже 1:1 приводит к снижению содержания основного вещества в готовом продукте. Повышение указанного соотношения выше 1:2 требует увеличения энергозатрат на обеспечение повышенного расхода маточного раствора на рецикл без повышения качества готового продукта.

Способ осуществляют следующим образом. На фиг.2 приведена принципиальная схема получения кремнефторида натрия с использованием трубчатого реактора и рециклом маточного раствора. Исходная КФВК предварительно смешивается с маточным раствором в объемном соотношении кислота: маточный раствор = 1:1-2 и подается в трубчатый реактор 9 по нижнему штуцеру. В трубчатый реактор 9 также подается требуемое количество карбоната натрия в виде содового раствора по верхнему штуцеру. За счет выделяемого углекислого газа реакционная масса интенсивно перемешивается. Из выходного штуцера получаемая суспензия КФН самотеком отводится в отстойник 10. Углекислый газ через штуцер на крышке реактора выбрасывается в атмосферу. Сгущенная пульпа кристаллов кремнефтористого натрия из нижней части отстойника 10 отводится в сборник 11, откуда насосом 12 направляется на стадию сушки. Из верхней части отстойника осветленный маточный раствор сливается в сборник 13, откуда насосом 14 маточный раствор в заданном объемном соотношении подается на предварительное смешение с КФВК, а избыток раствора - направляется на утилизацию.

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

Пример 1. 6 м3 16%-ной КФВК (6900 кг) предварительно смешивается с 6 м3 (6060 кг) маточного раствора. Объемное соотношение потоков кислота: раствор 1:1. Далее смесь подается в трубчатый реактор. В трубчатый реактор также подается 3,75 м3 18%-ного раствора карбоната натрия (4428 кг). В результате реакции нейтрализации выделяется 331 кг углекислого газа (168 м3). За счет выделяемого газообразного углекислого газа происходит интенсивное перемешивание реакционной массы - суспензии кремнефтористого натрия. Время пребывания реакционной массы в реакторе составляет 1 мин. Далее получаемая суспензия КФН в количестве 17057 кг из реактора самотеком направляется на отстаивание. Углекислый газ через отвод на верхней крышке реактора выбрасывается в атмосферу. Суспензия КФН в отстойнике отстаивается с образованием сгущенной пульпы и маточного раствора. Сгущенная пульпа с массовым отношением твердая фаза: жидкая фаза (Т:Ж)=1:3 в количестве 5340 кг отводится в промежуточный сборник и далее направляется на сушку. Осветленный маточный раствор в количестве 11717 кг (11,6 м3) из верхней части отстойника сливается в сборник, откуда насосом в объеме 6 м3 подается на смешение с исходной КФВК, а его избыток в объеме 5,6 м3 направляется на утилизацию. После сушки получают 1346 кг готового продукта, содержание основного вещества 99,2%. Процесс протекает без забивания оборудования и коммуникаций отложениями. Энергозатраты на перемешивание реагентов на стадии их взаимодействия отсутствуют.

Пример 2. 6 м3 16%-ной КФВК (6900 кг) предварительно смешивается с 12 м3 (12120 кг) маточного раствора. Объемное соотношение потоков кислота: раствор = 1:2. Далее смесь подается в трубчатый реактор. В трубчатый реактор также подается

3,75 м3 18%-ного раствора карбоната натрия (4428 кг). В результате реакции нейтрализации выделяется 331 кг углекислого газа (168 м3). За счет выделяемого газообразного углекислого газа происходит интенсивное перемешивание реакционной массы. Время пребывания реакционной массы в реакторе составляет 0,7 мин. Суспензия КФН в количестве 23117 кг самотеком направляется на отстаивание. Сгущенная пульпа КФН из нижней части отстойника с отношением Т:Ж=1:3 в количестве 5340 кг отводится в промежуточный сборник и далее направляется на сушку. Маточный раствор в количестве 17777 кг (17,6 м3) из верхней части отстойника сливается в сборник, откуда насосом в объеме 12 м3 подается на смешение с исходной КФВК, а его избыток в объеме 5,6 м3 направляется на утилизацию. После сушки получают 1344 кг готового продукта, содержание основного вещества 99,3%. Процесс протекает без забивания оборудования и коммуникаций отложениями. Энергозатраты на перемешивание реагентов на стадии их взаимодействия в реакторе отсутствуют.

Таблица 1
Влияние объемного соотношения потоков КФВК и маточного раствора на содержание основного вещества в продукте.
№ опыта Расход КФВК в трубчатый реактор, л/ч Расход содового раствора в трубчатый реактор, л/ч Расход маточного раствора в трубчатый реактор, л/ч Объемное соотношение КФВК: маточный раствор Содержание Na2SiF6 в готовом продукте, %
1 400 250 200 1:0,5 98,0
2 400 250 400 1:1 99,2
3 400 250 600 1:1,5 99,3
4 400 250 800 1:2 99,3
5 400 250 1000 1:2,5 99,3

Способ получения кремнефтористого натрия путем взаимодействия кремнефтористоводородной кислоты и карбоната натрия с последующим отстаиванием суспензии и сушкой продукта, отличающийся тем, что предварительно кремнефтористоводородную кислоту смешивают с маточным раствором отобранного после стадии отстаивания суспензии кремнефтористого натрия в объемном соотношении 1:1-2, а взаимодействие реагентов проводят в трубчатом реакторе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии получения высокочистого трихлорсилана, применяемого в качестве источника кремния в технологиях микроэлектроники и наноэлектроники.
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 неорганической химии и может быть использовано в технологии получения поликристаллического кремния. .

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

Изобретение относится к получению синтетического флюорита, обладающего высокими сорбционными свойствами по отношению к тетрафториду кремния
Изобретение относится к технологии получения моносилана, используемого в производстве поли- и монокристаллического кремния градации SG и EG, а также полупроводниковых структур методом газовой эпитаксии

Изобретение относится к способу получения димерных и/или тримерных соединений кремния, в частности галогенсодержащих соединений кремния
Изобретение относится к получению кремнийсодержащих материалов, которые используются в процессах получения полупроводникового кремния

Изобретение относится к получению соединений фтора и может быть использовано в производстве кремнефторида натрия
Наверх