Способ получения кремнефторида натрия

Авторы патента:

Кинзябулатова Гульназ Садрихановна (RU)

C01B33/10 - соединения, содержащие кремний, фтор и др. элементы

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 м³/м²*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 м³/м²*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.

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

Способ глубокой очистки моносилана // 2593634

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

Способы производства тетрафторида кремния // 2560377

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 получения тетрафторида кремния и октаоксида триурана из тетрафторида урана // 2549415

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 и система для получения трихлорсилана // 2547269

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).

Способ получения кремнефторида натрия // 2543172

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.

Способ получения тетрафторида кремния // 2542288

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%.

Способ получения тетрафторида кремния и диоксида урана из тетрафторида урана // 2538700

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.

Способ твердофазной нейтрализации жидких и твердых отходов синтеза хлорсиланов и алкилхлорсиланов // 2535218

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.

Способ получения трихлорсилана и кремний для использования в получении трихлорсилана // 2529224

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.

Способ получения силана и хлорсиланов // 2608523

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения силана и хлорсиланов. Трихлорсилан и смесь хлорсиланов контактируют с катализатором. Полученную смесь направляют в ректификационную секцию для выделения тетрахлорида кремния. Смесь хлорсиланов возвращают в реактор, расположенный на линии парового потока ректификационной секции. Процесс ведут при давлении в интервале 0,3-2,0 МПа и температуре 70-200°C. Для диспропорционирования выходящих из ректификационной колонны паров используют в качестве катализатора пространственно-сшитые сополимеры дивинилбензола с винилпиридинами. Процесс выделения продуктов проводят многоступенчато, используя парциальную конденсацию. Изобретение позволяет повысить производительность при снижении энергозатрат с сохранением высокого качества продуктов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Способ получения оксидов урана и тетрафторида кремния из тетрафторида урана // 2614712

Изобретение относится к области технологии ядерных материалов и может быть использовано для конверсии тетрафторида урана, в том числе обедненного, в наноструктурированные оксиды урана и с получением другого ценного неорганического вещества - тетрафторида кремния. Способ заключается в смешивании в стехиометрическом соотношении тетрафторида урана и кремнезема, предварительно подвергнутого механоактивации в присутствии 0,5-1,5 мас.% неорганического соединения щелочного элемента, грануляции гомогенизированной шихты, сушки гранул при температуре от 100 до 250°С и последующей термообработки гранул при температуре не выше 600°С в течение времени от 0,5 до 1 ч. В качестве неорганического соединения щелочного элемента используют фторид лития, или калия, или рубидия, или цезия, или хлорид, или нитрат, или карбонат, или сульфат, или гидроксид, или фосфат лития, натрия, калия, рубидия или цезия. Для получения U3O8 термообработку проводят в среде сухого воздуха, для получения UO2 - в среде осушенных инертных газов. Техническим результатом является снижение энергозатрат и высокий выход продуктов, в том числе высокочистого тетрафторида кремния. 4 ил., 1 табл., 15 пр.

Способ получения кремнефторида аммония // 2614770

Изобретение относится к получению кремнефтористого аммония. Способ получения кремнефторида аммония из раствора кремнефтористоводородной кислоты, содержащего диоксид кремния, включает разделение исходного раствора на две части, направление первой части, содержащей расчетное количество кислоты, на разложение аммиачной водой при рН 8-9 и температуре 50-90°С с отделением образовавшегося осадка диоксида кремния от раствора и подачей фильтрата, представляющего собой раствор фторида аммония, в оставшуюся часть раствора кремнефтористоводородной кислоты. Полученный раствор подвергают нейтрализации раствором аммиачной воды и обезвоживают нейтрализованный раствор кремнефторида аммония в кипящем слое инертного материала при температуре 120-180°С. Количество кремнефтористоводородной кислоты, направляемой на разложение аммиачной водой, рассчитывают с учетом концентрации кислоты и содержания диоксида кремния в исходном растворе по предложенной математической зависимости. Изобретение обеспечивает повышение качества целевого продукта. 1 табл.

Способ получения хлорсиланов из аморфного кремнезема для производства кремния высокой чистоты // 2637690

Изобретение относится к химии кремния и может быть использовано для производства кремния полупроводникового качества. Описан способ получения хлорсиланов из аморфного кремнезема для производства кремния высокой чистоты хлорированием аморфного диоксида кремния, согласно которому в реактор вводят кремнийсодержащее сырье и восстановитель, при этом сырье подают в реактор, реализующий процесс конверсии в псевдосжиженном слое реагентов за счет протекания окислительно-восстановительного процесса на поверхности твердых частиц, исходно содержащей силанольные и силоксановые группы, промотирующие процесс, с дальнейшей очисткой полученного продукта. Технический результат: получены хлорсиланы высокой чистоты с использованием экологически безопасного исходного сырья. 1 з.п. ф-лы.

Способ утилизации отходов производства, содержащих фторсиликаты // 2641819

Изобретение относится к области химической технологии и предназначено для утилизации отходов производства, содержащих фторсиликаты: тетрафторид кремния, кремнефтористую кислоту, гексафторсиликат натрия. Фторсиликаты обрабатывают гидроксидом натрия и/или карбонатом натрия при температуре 80-100°С. Полученные фторид натрия и раствор силиката натрия разделяют фильтрацией. Фторид натрия либо выделяют, либо обрабатывают концентрированной серной кислотой при температуре 130-150°С и выделяют фторид водорода, который поглощают водой с образованием фтороводородной кислоты. Полученный после выделения фторида водорода остаток обрабатывают гидроксидом и/или карбонатом натрия с образованием сульфата натрия. Раствор силиката натрия подвергают обработке углекислым газом и выделяют диоксид кремния. Обеспечивается утилизация отходов производства, образующихся при производстве фосфорных удобрений и переработке алюминиевых руд, с получением из них чистых продуктов. 6 табл., 10 пр.

Способ утилизации отходов производства, содержащих фторсиликаты // 2641819