Способ получения кремнефторида натрия


 


Владельцы патента RU 2543172:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к получению соединений фтора и может быть использовано в производстве кремнефторида натрия из кремнефтористоводородной кислоты. Способ включает взаимодействие кремнефтористоводородной кислоты и смеси натрийсодержащих соединений, отделение продукта, его промывку и сушку, при этом в качестве смеси натрийсодержащих соединений используют водный раствор плотностью 1,1-1,13 г/см3 смеси хлорида, сульфата и гидроксида натрия, взятых в массовом соотношении (6-12):(0,5-2):1; смесь натрийсодержащих соединений берут в количестве 110-120% от стехиометрически необходимого на взаимодействие с кремнефтористоводородной кислотой, а взаимодействие реагентов проводят непрерывным методом при температуре 0-50°C в течение 15-30 мин с получением суспензии, далее суспензию отстаивают, маточный раствор отделяют декантацией с получением пульпы, пульпу разбавляют водой в объемном соотношении 1:1 и фильтруют, осадок продукта промывают водой и сушат. В качестве смеси натрийсодержащих соединений может быть использован отход производства каустической соды, предварительно разбавленной водой в объемном соотношении 1:1. Техническим результатом изобретения является получение легкофильтрующегося осадка и снижение коррозионной активности маточного раствора. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 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 [А.с. №859293, кл. С01В 33/10, В01Д 53/14, опубл. 18.07.79] 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. Способ позволяет повысить скорость отстаивания до 5-7 м/ч и использовать КФВК, загрязненную двуокисью кремния. Однако для известного способа характерен недостаточно высокий выход кремнефторида натрия.

Известен способ получения кремнефторида натрия путем взаимодействия кремнефтористоводородной кислоты с гидроксидом натрия [патент РФ №2226502, кл. С01В 33/10, опубл. 10.04.2004], отделения от маточного раствора осадка и его сушку; при этом взаимодействие осуществляют при мольном отношении фтора и кремния 6:1 и изменении значений pH в интервале 5,0-6,5. Известный способ позволяет получить высококачественный легкофильтруемый кремнефторид натрия. Однако для известного способа характерен недостаточно высокий выход кремнефторида натрия.

Известен способ получения кремнефторида натрия [А.с. №1030311, кл. С01В 33/10, опубл. 23.07.1983], 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 стехиометрически необходимого. В качестве соли натрия используют сульфат или хлорид. Способ позволяет увеличить выход продукта. Недостатком способа является сложность технологического процесса, связанная с необходимостью упарки маточного раствора, дополнительной стадии нейтрализации кальцинированной содой.

Известен способ получения кремнефторида натрия [А.с. №1028597, кл. С01В 33/10, опубл. 15.07.1983], включающий взаимодействие КФВК с натрийсодержащим реагентом, предварительное отделение кислоты от кремнегеля, обработку кремнегеля солью натрия и отделением осадка от раствора, где в качестве соли натрия при обработке кремнегеля берут сульфат или хлорид, а в качестве натрийсодержащего реагента используют раствор после отделения осадка. Сульфат или хлорид натрия берут в количестве 100-125% от стехиометрически необходимого для взаимодействия с КФВК. Известный способ позволяет повысить степень использования фтора. Недостатком способа является сложность технологического процесса и высокая коррозионная активность маточного раствора, недостаточная скорость отстаивания осадка кремнефторида натрия.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения кремнефторида натрия [А.с. №1000396, кл. С01В 33/10, опубл. 28.02.1983], включающий взаимодействие кремнефтористоводородной кислоты и смеси натрийсодержащих соединений, отделение продукта, его промывку и сушку, причем в качестве смеси натрийсодержащих соединений используют смесь сульфата и хлорида натрия, которые берут в массовом соотношении 20-50:1. В качестве смеси сульфата и хлорида натрия используют отходы производства хлорсульфоновой кислоты. Известный способ позволяет повысить содержание основного вещества в целевом продукте.

Недостатком известного способа является высокая коррозионная активность маточного раствора, низкая скорость осветления и фильтрации суспензии кремнефторида натрия.

Целью изобретения является получение легкофильтрующегося осадка кремнефторида натрия и снижение коррозионной активности маточного раствора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения кремнефторида натрия, включающем взаимодействие кремнефтористоводородной кислоты и смеси натрийсодержащих соединений, отделение продукта, его промывку и сушку, причем в качестве смеси натрийсодержащих соединений используют водный раствор смеси хлорида, сульфата и гидроксида натрия, взятых в массовом соотношении (6-12):(0,5-2):1 и плотностью раствора в пределах 1,1-1,13 г/см3; смесь натрийсодержащих соединений берут в количестве 110-120% от стехиометрически необходимого для взаимодействия с КФВК. А взаимодействие реагентов проводят непрерывным методом при температуре 0-50°C в течение 15-30 мин с получением суспензии; далее суспензию отстаивают, маточный раствор отделяют декантацией с получением пульпы; пульпу разбавляют водой в объемном соотношении 1:1 и фильтруют; осадок продукта промывают водой и сушат.

Сущность способа заключается в следующем. Получение кремнефторида натрия при взаимодействии КФВК и натрийсодержащих соединений основано на реакциях:

2NaCl+H2SiF6=Na2SiF↓+2HCl

Na2SO4+H2SiF6=Na2SiF6↓+H2SO4

2NaOH+H2SiF6=Na2SiF6↓+2H2O

Взаимодействие хлорида и сульфата натрия с КФВК протекает с образованием целевого продукта, соляной и серной кислот. А присутствие в составе смеси натрийсодержащего реагента гидроксида натрия обеспечивает снижение кислотности реакционной массы - суспензии кремнефтористого натрия за счет протекания реакции КФВК со щелочью с образованием целевого продукта и воды. Также возможна нейтрализация соляной и серной кислот гидроксидом натрия. Снижение кислотности реакционной массы обеспечивает уменьшение коррозионной активности маточного раствора, сточных вод установки по получению кремнефторида натрия.

Получение осадка и суспензии кремнефторида натрия, обладающих повышенными скоростями осаждения и фильтрации, является одним из основных показателей технологического процесса, определяющих производительность установки по получению КФН.

Получение легкофильтрующегося осадка кремнефторида натрия достигается проведением процесса взаимодействия КФВК со смесью натрийсодержащих соединений в оптимальных условиях, а именно:

- массовое соотношение в смеси NaCl:Na2SO4:NaOH, равное (6-12):(0,5-2):1;

- использование смеси плотностью в пределах 1,1-1,13 г/см3;

- осуществление взаимодействия КФВК и смеси солей натрия непрерывном методом при температуре 0-50°C в течение 15-30 мин.

При этом расход смеси натрийсодержащих соединений составляет 110-120% от стехиометрически необходимого количества на взаимодействие с КФВК, а отделение продукта проводят: путем отстаивания суспензии; декантации маточного раствора с получением пульпы; разбавления пульпы водой в объемном соотношении 1:1.

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

Пример 1. Предварительно готовят смесь натрийсодержащих соединений путем растворения в воде расчетных количеств хлорида, сульфата и гидроксида натрия с получением раствора, содержащий 120 г/л NaCl, 18 г/л Na2SO4 и 12 г/л NaOH. Плотность водного раствора смеси натриевых солей 1,11 г/см3, массовое соотношение компонентов NaCl:Na2SO4:NaOH равно 10:1,5:1. В трехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой, одновременно подают 100 г 18%-ного раствора КФВК и 117 г водного раствора (105,4 мл) смеси натрийсодержащих соединений. Смесь натрийсодержащих соединений взята в количестве 110% от стехиометрически необходимого для взаимодействия с КФВК. Реакционную смесь перемешивают при температуре 25°C в течение 20 мин с получением суспензии кремнефторида натрия. Полученную суспензию отстаивают. Скорость осаждения кристаллов КФН составляет 3,2 м/ч. После отстаивания проводят декантацию, при этом жидкую фазу, представляющую маточный раствор, отделяют от осадка. Содержание фтора в маточном растворе составляет 0,35%. Полученную пульпу осадка (30 мл) разбавляют водой в объемном соотношении 1:1 и фильтруют. Продолжительность фильтрации 8 сек. Скорость фильтрации разбавленной пульпы равна 9,5 м32*ч по суспензии или 3,5 т/м2*ч по сухому продукту. Далее осадок продукта промывают водой и промытый осадок сушат. Получают 22,3 г целевого продукта, содержание основного вещества составляет 99% Na2SiF6. Выход продукта 94%.

Пример 2. В качестве смеси натрийсодержащих соединений берут сульфатный рассол - отход производства каустической соды, содержащий 257,4 г/л NaCl, 21,8 г/л Na2SO4 и 32,2 г/л NaOH. Плотность сульфатного рассола 1,21 г/см3. Сульфатный рассол разбавляют водой в объемном соотношении 1:1 с получением раствора плотностью 1,11 г/см3 и содержащего 128,7 г/л NaCl, 10,8 г/л Na2SO4 и 16,1 г/л NaOH. Массовое соотношение компонентов разбавленного сульфатного рассола NaCl:NaiSO4:NaOH равно 8:0,7:1. В трехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой, одновременно подают 100 г 18%-ного раствора КФВК и 113 г водного раствора (101,8 мл) смеси натрийсодержащих соединений. Смесь натрийсодержащих соединений взята в количестве 110% от стехиометрически необходимого для взаимодействия с КФВК. Реакционную смесь перемешивают при температуре 25°C в течение 20 мин с получением суспензии кремнефторида натрия. Полученную суспензию отстаивают. Скорость осаждения кристаллов КФН составляет 3,1 м/ч. После отстаивания проводят декантацию, при этом жидкую фазу, представляющую маточный раствор, отделяют от осадка. Содержание фтора в маточном растворе составляет 0,33%. Полученную пульпу осадка (30 мл) разбавляют водой в объемном соотношении 1:1 и фильтруют. Продолжительность фильтрации 9 сек. Скорость фильтрации разбавленной пульпы равна 8,8 м32*ч по суспензии или 3,25 т/м2*ч по сухому продукту. Далее осадок продукта промывают водой и сушат. Получают 22,3 г целевого продукта, содержание основного вещества составляет 99% Na2SiF6. Выход продукта 94%.

Плотность водного раствора смеси хлорида, сульфата и гидроксида натрия определяет концентрацию смеси натрийсодержащих соединений. Использование раствора смеси с плотностью менее 1,1 г/см3 приводит к увеличению объема маточного раствора и к снижению выхода целевого продукта из-за увеличения потерь фтора с маточным раствором (опыт 2, табл.1). Повышение плотности раствора смеси выше 1,13 г/см3 приводит к значительному снижению скорости фильтрации пульпы кристаллов КФН (опыт 4, табл.1) ввиду увеличения вязкости реакционной смеси и высокой дисперсности кристаллов кремнефторида натрия.

Поддержание расхода смеси натрийсодержащих соединений на уровне 110-120% от стехиометрически необходимого количества на взаимодействие с КФВК обеспечивает высокий выход целевого продукта (на уровне 94%) и минимальные потери фтора с маточным раствором. Снижение расхода смеси натрийсодержащих соединений менее 110% от стехиометрически необходимого количества (опыт 5) приводит к снижению выхода продукта до 88%. При увеличении расхода раствора смеси выше 120% от стехиометрически необходимого количества (опыт 7) выход продукта не меняется, имеет место повышенный непроизводительный расход реагента.

Снижение содержания гидроксида натрия в смеси натрийсодержащих соединений меньше, чем массовое соотношение NaCl:Na2SO4:NaOH, равное (6-12):(0,5-2):1, приводит к усилению коррозионной активности маточного раствора (опыт 8). Увеличение содержания хлорида натрия в смеси выше, чем массовое соотношение NaCl:Na2SO4:NaOH, равное 12:(0,5-2):1, приводит также к усилению коррозионной активности маточного раствора и снижению скорости фильтрации пульпы КФН (опыт 9). Снижение содержания хлорида натрия в смеси меньше, чем массовое соотношение 6:(0,5-2):1, приводит к снижению выхода целевого продукта и увеличению объема маточного раствора (опыт 10). Снижение содержания сульфата натрия в смеси меньше, чем массовое соотношение (6-12):0,5:1, приводит к снижению выхода продукта (опыт 11). Повышение содержания сульфата натрия в смеси натрийсодержащих соединений более, чем (6-12):2:1, приводит к снижению скорости фильтрации пульпы кремнефторида натрия (опыт 12).

Проведение взаимодействия КФВК и водного раствора натрийсодержащих соединений непрерывным методом обеспечивает высокую производительность, простоту осуществления процесса с получением легкофильтрующегося осадка кремнефторида натрия. При проведении процесса взаимодействия периодическим методом путем добавления к КФВК раствора смеси хлорида, сульфата и гидроксида натрия полученная суспензия КФН характеризуется относительно низкой фильтруемостью, скорость фильтрации составляет 1,8-3,0 м32*ч по суспензии.

Для полного прохождения процесса взаимодействия КФВК и водного раствора натрийсодержащих соединений с образованием кремнефторида натрия достаточно перемешивание реакционной массы в течение 15-30 мин. Продолжительность процесса менее 15 мин недостаточна для полноты образования КФН, а увеличение более 30 мин нецелесообразно ввиду снижения производительности процесса.

Возможность проведения взаимодействия КФВК и смеси натрийсодержащих соединений при температуре 0°C обеспечивает осуществление процесса в зимнее время года без затрат теплоресурсов для нагрева исходных реагентов. Проведение процесса ниже 0°C затруднительно из-за кристаллизации реакционной массы. Проведение процесса взаимодействия выше 50°C нецелесообразно из-за увеличения затрат на поддержание температуры реакционной массы.

Отделение продукта из суспензии кремнефторида натрия, полученной взаимодействием КФВК и раствором смеси хлорида, сульфата и гидроксида натрия без декантации маточного раствора, затруднительно из-за малой скорости фильтрации (на уровне не более 0,5 м32*ч по суспензии). Образование кремнефторида натрия сопровождается выделением кремнегеля в коллоидной форме. Присутствие коллоидного кремнегеля резко снижает фильтруемость суспензии кремнефторида натрия. Удаление кремнегеля достигается путем отстаивания и последующей декантации маточного раствора. Отделение продукта путем отстаивания суспензии, декантации маточного раствора с получением пульпы, разбавление пульпы водой в объемном соотношении 1:1 обеспечивают высокую скорость фильтрации и промывки осадка кремнефторида натрия. Разбавление пульпы осадка КФН водой в объемном соотношении 1:1 обеспечивает также возможность перекачивания разбавленной пульпы насосами. Объемное соотношение осадок:вода, равное 1:1, является оптимальным. При уменьшении расхода воды затрудняется транспортирование пульпы, а увеличение расхода воды приводит к повышению объема промывных вод, которых необходимо утилизировать.

1. Способ получения кремнефторида натрия, включающий взаимодействие кремнефтористоводородной кислоты и смеси натрийсодержащих соединений, отделение продукта, его промывку и сушку, отличающийся тем, что в качестве смеси натрийсодержащих соединений используют водный раствор плотностью 1,1-1,13 г/см3 смеси хлорида, сульфата и гидроксида натрия, взятых в массовом соотношении (6-12):(0,5-2):1; смесь натрийсодержащих соединений берут в количестве 110-120% от стехиометрически необходимого на взаимодействие с кремнефтористоводородной кислотой, а взаимодействие реагентов проводят непрерывным методом при температуре 0-50°C в течение 15-30 мин с получением суспензии, далее суспензию отстаивают, маточный раствор отделяют декантацией с получением пульпы, пульпу разбавляют водой в объемном соотношении 1:1 и фильтруют, осадок продукта промывают водой и сушат.

2. Способ получения кремнефторида натрия по п.1, отличающийся тем, что в качестве смеси натрийсодержащих соединений берут отход производства каустической соды, предварительно разбавленной водой в объемном соотношении 1:1.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для утилизации продуктов переработки отвального гексафторида урана и получения особо чистого кремния. Реакционную смесь, содержащую тетрафторид урана и двуокись кремния в мольном соотношении (1,007-1,015):1, соответственно, подвергают механохимической активации в дезинтеграторе до содержания в реакционной смеси фракции частиц 7-15 мкм в пределах 34-45%.

Изобретение относится к области технологии ядерных материалов и может быть использовано при конверсии тетрафторида урана. Производят получение тетрафторида кремния и диоксида урана из тетрафторида урана.

Изобретение относится к способам переработки отходов процесса синтеза хлорсиланов и алкилхлорсиланов. Предложен способ твердофазной нейтрализации жидких и твердых отходов синтеза хлорсиланов и алкилхлорсиланов, заключающийся в том, что жидкие и твердые отходы любого состава и в любом соотношении обрабатывают твердым реагентом, выбранным из карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов и их природных смесей нестехиометрического состава в массовом соотношении не менее чем 1,0:1,2 в расчете на сумму всех отходов в размольном оборудовании до получения твердого нейтрализованного продукта.

Изобретение относится к способу получения трихлорсилана. Производят взаимодействия кремния с газообразным HCl при температуре между 250°С и 1100°С и абсолютном давлении 0,5-30 атм.

Изобретение может быть использовано для уменьшения содержания бора и алюминия в галогенсиланах технической чистоты. Способ уменьшения содержания бора и/или алюминия в галогенсиланах технической чистоты включает стадии примешивания галогенсиланов к трифенилметилхлориду в аппарате (2) для образования труднорастворимых комплексов, перевода комплексов в узел разделения (3), включающий узел декантирования, узел центрифугирования, узел фильтрования и узел дистилляции, в котором происходит отделение комплексов посредством механического воздействия и выделение очищенных галогенсиланов.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности для получения высокочистого кремния. Способ включает этапы: получения трихлорсилана, получения моносилана посредством диспропорционирования трихлорсилана и термического разложения моносилана.

Изобретение может быть использовано для уменьшения содержания бора и алюминия в галогенсиланах технической чистоты. Способ непрерывного получения высокочистых галогенсиланов включает получение галогенсиланов технической чистоты, содержащих бор и алюминий, из металлургического кремния, смешивание полученных галогенсиланов с трифенилметилхлоридом в устройстве (2) для образования труднорастворимых комплексов и получение высокочистых галогенсиланов дистилляционным выделением комплексов в колонне (3).

Способ получения галогенированного полисилана как чистого соединения или смеси соединений с, по меньшей мере, одной прямой связью Si-Si, заместители которого состоят из галогена или из галогена и водорода, с атомным соотношением заместитель:кремний, по меньшей мере, 1:1, и почти не содержащего разветвленных цепей и циклов, включает реакцию галогенсилана с водородом в условиях образования плазменного разряда с плотностью энергии менее 10 Вт/см3.

Изобретение относится к способу крекинга высококипящих полимеров для увеличения выхода и минимизации отходов в процессе получения трихлорсилана. Предложен способ крекинга полихлорсилана и/или полихлорсилоксана, включающий стадии а) получения смеси, содержащей полихлорсилан и/или полихлорсилоксан; б) удаления твердых частиц из этой смеси с получением чистой смеси; и в) рециркуляции полученной чистой смеси в дистилляционный аппарат, и крекинг полихлорсилана и/или полихлорсилоксана в дистилляционном аппарате с получением трихлорсилана, тетрахлорсилана или их комбинации.

Изобретение относится к области химии. Устройство 1 для производства трихлорсилана включает в себя печь 2 разложения, нагревательный элемент 8, нагревающий внутреннюю часть печи 2 разложения, трубу 3 подачи полихлорсилана и хлористого водорода во внутреннюю нижнюю часть печи 2 разложения, трубу 4 для отведения реакционного газа из верхней части реакционной камеры 13, расположенной между наружной периферийной поверхностью трубы 3 подачи сырья и внутренней периферийной поверхностью печи 2 разложения, ребро 14, которое направляет текучую смесь полихлорсилана и хлористого водорода к нижнему концу отверстия трубы 3 подачи сырья для перемешивания и подачи сырья вверх реакционной камеры.

Описан способ получения трихлорсилана, в котором частицы кремния реагируют с тетрахлорсиланом, водородом и, необязательно, с хлористым водородом в реакторе (101) с кипящим слоем с получением потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта, причем поток содержащего трихлорсилан газообразного продукта отводят из реактора (101) через выпускное отверстие (117), перед которым установлен по меньшей мере один сепаратор (118) частиц, который избирательно пропускает только частицы кремния, размер которых меньше определенного максимального размера, и в котором предпочтительно через равномерные промежутки времени или непрерывно через по меньшей мере еще одно выпускное отверстие (109; 112) без такого сепаратора частиц частицы кремния отводят из реактора (101). Кроме того, описана система (100), которая пригодна для осуществления такого способа, и которая содержит первый реактор (101) с кипящим слоем и второй реактор (102) с кипящим слоем, которые соединены так, что кремний, удаляемый из первого реактора (101), можно направить во второй реактор (102). 2 н. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области технологии ядерных материалов и может быть использовано при конверсии тетрафторида урана, в том числе обедненного, в октаоксид триурана с получением ценного прекурсора поликристаллического кремния - тетрафторида кремния. Способ получения тетрафторида кремния и октаоксида триурана из тетрафторида урана заключается в том, что смешивают тетрафторид урана с диоксидом кремния, который предварительно подвергают механоактивации в присутствии фторида натрия 0,5-3% масс., гомогенизируют смесь в стехиометрическом соотношении, гомогенизированную шихту гранулируют, сушат при температуре 250-300°C и проводят термообработку гранул в среде сухого воздуха в течение 1-2 ч при температуре не выше 600°C. Изобретение обеспечивает высокий выход высокочистого тетрафторида кремния, не загрязненного летучими соединениями урана, а также снижение температуры процесса, что позволяет использовать более дешевые конструкционные материалы. 1 ил., 1 табл., 16 пр.
Изобретение относится к способам производства фторидных соединений и, в частности, к способам производства тетрафторида кремния кислотным гидролизом фторидных солей щелочных металлов или щелочноземельных металлов и алюминия. Способ производства тетрафторида кремния включает контакт исходного фторалюмината, включающего фторидные соли щелочных или щелочноземельных металлов, и алюминия, газообразной кислоты и источника кремния для получения тетрафторида кремния и, по меньшей мере, одного побочного продукта. Способ производства силана включает кислотный гидролиз побочных продуктов производства силана для получения тетрафторида кремния. Изобретение позволяет производить тетрафторид кремния, использовать отходы, образующиеся во время производства силана, и улучшить экономичность производства силана. 4 н. и 60 з.п. ф-лы, 1 табл.
Наверх