Способ получения кремнефторида натрия


 


Владельцы патента RU 2604236:

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

Изобретение относится к получению кремнефторида натрия. Способ получения кремнефторида натрия включает взаимодействие кремнефтористо-водородной кислоты и смеси натрийсодержащих соединений, которые берут в количестве 110-120% от стехиометрического. Взаимодействие осуществляют при температуре 0-50°C в течение 15-30 минут с получением суспензии, проводят отделение продукта путем отстаивания, декантации маточного раствора, разбавления полученной пульпы водой, фильтрации и сушки осадка. В качестве смеси натрийсодержащих соединений используют смесь сульфата и карбоната натрия, взятых в массовом соотношении Na2SO4:Na2CO3, равном (3,2-3,9):1, в виде 15-20%-ного раствора. В качестве смеси натрийсодержащих соединений может быть использована сульфатно-содовая смесь, являющаяся отходом глиноземного производства. Технический результат заключается в повышении качества целевого продукта. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

 

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

Известен способ получения кремнефторида натрия (КФН) [А.с. №859293, кл. C01B 33/10, В01Д 53/14, опубл. 18.07.79] из фторосодержащих газов производств экстракционной фосфорной кислоты путем их абсорбции, нейтрализации полученной КФВК содой или едким натром при рН 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 кремнефтористо-водородную кислоту, загрязненную диоксидом кремния. Однако для известного способа характерен недостаточно высокий выход продукта.

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 упаривания маточного раствора, дополнительной стадии нейтрализации.

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.

Известен способ получения кремнефторида натрия [А.с. №1000396, кл. С01В 33/10, опубл. 28.02.1983], включающий взаимодействие кремнефтористо-водородной 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.

Известен способ получения кремнефторида натрия [Патент РФ №2411183, кл. С01В 33/10, опубл. 10.02. 2010], включающий нейтрализацию кремнефтористо-водородной кислоты содой проводят в присутствии сульфата натрия при массовом соотношении сода : сульфат натрия, равном 16:(0,1-0,4) до достижения рН среды 3 в течение 0,25-1 час, отстаивание полученных кристаллов, их отделение и сушку. Способ позволяет повысить выход готового продукта и снизить остаточное содержание фтора в сточных водах производства кремнефторида натрия.

Недостатком известного способа является относительно высокое содержание свободной кислотности в готовом продукте.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения кремнефторида натрия [патент РФ №2543172, кл. С01В 33/10, опубл. 27.02.2015], включающий взаимодействие при температуре 0-50°C в течение 15-30 мин кремнефтористо-водородной кислоты и раствора смеси натрийсодержащих соединений, взятых в количестве 110-120% от стехиометрического необходимого на взаимодействие с кремнефтористо-водородной кислотой, отделение продукта путем отстаивания, декантацию маточного раствора, разбавление полученной пульпы водой в объемном соотношении 1:1, ее фильтрацию и сушку осадка, при этом в качестве смеси натрийсодержащих соединений используют смесь хлорида, сульфата, гидроксида натрия, взятых в массовом соотношении (6-12):(0,5-2):1. В качестве смеси натрийсодержащих соединений берут отход производства каустической соды, предварительно разбавленной водой в объемном соотношении 1:1.

Недостатком известного способа является относительно высокая коррозионная активность маточного раствора из-за содержания соляной кислоты, обусловленной присутствием хлорида натрия в составе смеси натрийсодержащих соединений.

Целью изобретения является повышение качества целевого продукта и снижение коррозионной активности маточного раствора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения кремнефторида натрия, включающем взаимодействие при температуре 0-50°C в течение 15-30 мин с получением суспензии кремнефтористо-водородной кислоты и смеси натрийсодержащих соединений, взятых в количестве 110-120% от стехиометрического необходимого на взаимодействие с кислотой; отделение продукта путем отстаивания, декантацию маточного раствора, разбавление пульпы водой в объемном соотношении 1:1, ее фильтрации и сушку осадка, причем в качестве смеси натрийсодержащих соединений используют 15-20%-ный раствор смеси сульфата и карбоната натрия, взятых в массовом соотношении (3,2-3,9):1. При этом в качестве смеси натрийсодержащих соединений берут отход глиноземного производства, содержащий Na2SO4 - 70-78%; Na2CO3 - 20-22%, соединения алюминия 1-3% в пересчете на Al2O3 и влагу - остальное, а при приготовлении 15-20%-ного раствора отхода отделяют нерастворимый осадок.

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

Na2SO4+H2SiF6=Na2SiF6↓+H2SO4

Na2CO3+H2SiF6=Na2SiF6↓+H2O+CO2

Взаимодействие сульфата и карбоната натрия с КФВК протекает с образованием кремнефторида натрия и серной кислоты. А присутствие в составе смеси натрийсодержащего реагента карбоната натрия обеспечивает снижение кислотности реакционной массы - суспензии кремнефтористого натрия за счет протекания реакции нейтрализации КФВК карбонатом натрия. Также возможна нейтрализация серной кислоты карбонатом натрия. Снижение кислотности реакционной массы, а также отсутствие соляной кислоты обеспечивает уменьшение коррозионной активности маточного раствора.

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

Получение суспензии кремнефторида натрия с требуемыми свойствами достигается проведением процесса взаимодействия КФВК со смесью натрийсодержащих соединений в оптимальных условиях, а именно:

- массовое соотношение в смеси Na2SO4:Na2CO3, равное (3,2-3,9):1;

- концентрация раствора смеси сульфата и карбоната натрия, равная 15-20%;

- отделение осадка из раствора смеси сульфата и карбоната натрия;

- отстаивание нейтрализованной суспензии и отделение маточного раствора декантацией с получением пульпы кристаллов кремнефторида натрия, разбавление пульпы водой и фильтрация пульпы с получением осадка.

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

Пример 1. Предварительно готовят смесь натрийсодержащих соединений путем смешения расчетных количеств сульфата и карбоната натрия, а именно 78 г сульфата натрия и 22 г карбоната натрия. Массовое соотношение Na2SO4:Na2CO3 в смеси натрийсодержащего реагента равно 3,55:1. Далее смесь реагентов растворяют в воде получением 15%-ного раствора. В трехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой, загружают 100 г 17,5%-ного раствора КФВК и постепенно при перемешивании добавляют 110 г 15%-ного раствора 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, далее проводят декантацию, при этом жидкую фазу, представляющую маточный раствор, отделяют от осадка. Содержание фтора в маточном растворе составляет 0,6%. Полученную пульпу осадка (30 мл) разбавляют водой в объемном соотношении 1:1 и фильтруют. Скорость фильтрации разбавленной пульпы равна 5 м32*ч по суспензии или 1,6 т/м2*ч по сухому продукту. Далее осадок сушат с получением целевого продукта. Получают 21,5 г кремнефторида натрия, содержание основного вещества составляет 99,2% Na2SiF6, кислотности 0,05% в пересчете на HCl.

Пример 2. В качестве смеси натрийсодержащих соединений берут сульфатно-содовую смесь - отход глиноземного производства, содержащий 75% Na2SO4 и 20% Na2CO3, 2% Al2O3, 3% влаги. Массовое соотношение Na2SO4:Na2CO3 в смеси натрийсодержащего реагента равно 3,75:1. Расчетное количество сульфатно-содовой смеси растворяют в воде. Нерастворимый осадок выделяют фильтрацией, фильтрат представляет собой 15%-ный раствор сульфатно-содовой смеси. В осадок переходит основная часть соединений алюминия. В трехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой, загружают 100 г 17,5%-ного раствора КФВК и постепенно при перемешивании добавляют 121 г 15%-ного раствора 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, далее проводят декантацию, при этом жидкую фазу, представляющую маточный раствор, отделяют от осадка. Содержание фтора в маточном растворе составляет 0,6%. Полученную пульпу осадка (30 мл) разбавляют водой в объемном соотношении 1:1 и фильтруют. Скорость фильтрации разбавленной пульпы равна 4 м32*ч по суспензии или 1,3 т/м2*ч по сухому продукту. Далее осадок сушат с получением целевого продукта. Получают 21,0 г кремнефторида натрия, содержание основного вещества составляет 99,0% Na2SiF6, кислотности 0,05% в пересчете на HCl.

Снижение содержания карбоната натрия в смеси натрийсодержащих соединений меньше, чем массовое соотношение Na2SO4:Na2CO3, равное 3,9:1, приводит к усилению коррозионной активности маточного раствора из-за повышения кислотности маточного раствора, а также к увеличению массовой доли свободной кислоты в готовом продукте. Увеличение содержания карбоната натрия в смеси выше, чем массовое соотношение Na2SO4:Na2CO3, равное 3,2:1, приводит к снижению скорости осветления суспензии кремнефтрорида натрия и фильтрации разбавленной пульпы.

Понижение концентрация раствора смеси сульфата и карбоната натрия ниже 15% приводит к повышению количества маточного раствора и росту потерь кремнефторида натрия с сточными водами. Повышение концентрация раствора смеси сульфата и карбоната натрия выше 20% приводит к снижению скорости осветления суспензии кремнефторида натрия ввиду увеличения вязкости и плотности реакционной массы.

При использовании отхода глиноземного производства - сульфатно-содовой смеси, содержащей Na2SO4 - 70-78%; Na2CO3 - 20-22%, соединения алюминия в пересчете на Al2O3 - 1-3% и влагу - остальное, на стадии приготовления 15-20%-ного водного раствора образуется нерастворимый осадок, состоящий в основном из соединений алюминия. Данный осадок отделяется путем отстаивания или фильтрации, тем самым исключается загрязнение раствора сульфатно-содовой смеси и далее целевого продукта соединениями алюминия.

1. Способ получения кремнефторида натрия, включающий взаимодействие кремнефтористо-водородной кислоты и смеси натрийсодержащих соединений, взятых в количестве 110-120% от стехиометрически необходимого на взаимодействие с кислотой, при температуре 0-50°С в течение 15-30 минут с получением суспензии, отделение продукта путем отстаивания, декантации маточного раствора, разбавления полученной пульпы водой в объемном соотношении 1:1 и ее фильтрации; сушку осадка, отличающийся тем, что в качестве смеси натрийсодержащих соединений используют смесь сульфата и карбоната натрия, взятых в массовом соотношении Na2SO4:Na2CO3, равном (3,2-3,9):1, в виде 15-20%-ного раствора.

2. Способ получения кремнефторида натрия по п. 1, отличающийся тем, что в качестве смеси натрийсодержащих соединений берут сульфатно-содовую смесь - отход глиноземного производства, содержащий Na2SO4 - 70-78%; Na2CO3 - 20-22%, соединения алюминия в пересчете на Al2O3 - 1-3% и влагу - остальное.

3. Способ получения кремнефторида натрия по п. 2, отличающийся тем, что при приготовлении 15-20%-ного раствора отхода глиноземного производства отделяют нерастворимый осадок.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству поликристаллического кремния. В процессе получения кремния образуются парогазовые смеси, содержащие пары хлорсиланов, водород и хлористый водород.

Изобретение относится к области получения кремнийсодержащих материалов. Способ получения моносилана осуществляют диспропорционированием трихлорсилана.
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.

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.

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).

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.

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.
Наверх