氟硅酸钠的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种氟硅酸钠的制备方法，本方法利用钠长石分解反应中产生的固体残渣和含有氟化硅的气体生成物作为原料制备氟硅酸钠，将所述固体残渣经硫酸液浸提得到的酸浸液经阳离子吸附树脂柱去除其中的硫酸铝，得到纯度较高的硫酸钠溶液；将所述气体生成物进行水解得到氟硅酸溶液；将所述氟硅酸溶液置于氟硅酸钠结晶釜中，搅拌的同时加入所述硫酸钠溶液，让所述氟硅酸溶液与所述硫酸钠溶液充分反应，得到氟硅酸钠沉淀，通过过滤、干燥处理制得氟硅酸钠成品。本方法成本低，所得氟硅酸钠的产率高，同时避免酸液的环境污染，实现资源的综合利用。
【专利说明】氟硅酸钠的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氟硅酸钠的制备方法，尤其涉及一种利用钠长石制备氟硅酸钠的方法。
【背景技术】
[0002]氟硅酸钠通常呈现为白色颗粒或结晶性粉末，无臭，无味。氟硅酸钠是建筑、建材工业用量最大的氟硅酸盐品种。它主要用作搪瓷助溶剂，玻璃乳白剂、耐酸胶泥和耐酸混凝土凝固剂和木材防腐剂，农药工业中用于制造杀虫剂。此外，氟硅酸钠还可以用于制药和饮用水的氟化处理，及制造人造冰晶石的氟化钠。因此，氟硅酸钠是一种应用比较广泛的化工制品，需求量比较大。然而，现有的氟硅酸钠主要是利用磷矿石生产磷酸及其相关产品的过程中产生的大量含氟气体制备的，氟硅酸钠的产量通常受到磷酸及其相关工业的影响，而且生产过程中通常会有酸性污染物排放，影响环境，不能满足现有的需求。
【发明内容】
[0003]由鉴于此，本发明提供一种氟硅酸钠的制备方法，该制备方法不会产生酸性污染物，且成本比较低。
[0004]一种氟硅酸钠的制备方法，包括以下步骤:
钠长石分解:将钠长石、萤石、98%的硫酸按照1:1.55?2.57:3.28?4.62的质量比混合，并在100°C?200°C和自生压力下反应得到含有硫酸钙、硫酸钠和硫酸铝的固体残渣和含有氟化娃的气体生成物；
制备氟硅酸溶液:对所述气体生成物进行水解，得到含有氟硅酸溶液的水解液；
浸取固体残渣:在80°C?100°C下，用质量百分浓度为3%?10%的硫酸溶液浸取所述固体残渣得到酸浸液；过滤，得到含有硫酸钠、硫酸铝的酸浸液；
制备硫酸钠溶液:采用阳离子吸附树脂柱吸附所述酸浸液中的铝离子以去除所述酸浸液中的硫酸铝，处理所述去除硫酸铝后的酸浸液得到质量百分浓度为5%?40%的硫酸钠溶液；
合成氟硅酸钠:将所述含有氟硅酸溶液的水解液置于结晶釜中，且使所述氟硅酸溶液的质量百分浓度为8%?20% ;边搅拌所述氟硅酸溶液边加入所述质量百分浓度为5%?40%的硫酸钠溶液，且控制所述结晶釜中的硫酸钠与氟硅酸的摩尔比为I?1.2:1 ;所述硫酸钠溶液添加完后，继续搅拌5分钟?20分钟后静置，得到氟硅酸钠沉淀；进行过滤、干燥处理制得氟硅酸钠成品，并回收滤液中的硫酸。
[0005]基于上述氟硅酸钠的制备方法，所述钠长石分解的过程包括先在100°C?200°C下对所述钠长石和萤石预加热15分钟?30分钟，除去原料中的水分，得到干燥的钠长石和萤石原料；再将所述98%的硫酸加入到所述干燥的钠长石和萤石原料中反应2小时?5小时，得到所述含有硫酸钙、硫酸钠和硫酸铝的固体残渣和所述含有氟化硅的气体生成物。在该步骤中，所述反应温度可以为100°C、150°C、180°C、200°C，优选为120°C?200°C ;所述反应时间优选为2.5小时?4小时。
[0006]基于上述氟硅酸钠的制备方法，所述制备氟硅酸溶液的步骤包括:采用除尘过滤器过滤所述含有氟化硅的气体生成物；将经除尘过滤后的气体生成物依次通到一、二级吸收塔中进行水解得到包括浓相物和氟硅酸溶液的水解液。
[0007]具体地，所述气体反应物经所述一级吸收塔中的吸收液吸收、水解后进入一级浓相收集槽中，所述一级浓相收集槽收集的浓相物输送到合成氟硅酸钠的结晶釜中进行反应，其中，所述一级吸收塔中的吸收液为10?30%的乙醇水溶液；所述一级浓相收集槽收集的液体溢流到一级吸收循环槽，经泵打回到所述一级吸收塔中继续吸收；由所述一级吸收塔出来的尾气进入所述二级吸收塔中，被所述二级吸收塔中的吸收液吸收、继续水解，所述二级吸收塔水解后的吸收液进入二级浓相吸收槽，所述二级浓相吸收槽收集的浓相物输送到所述合成氟娃酸钠的结晶!!中进行反应；所述二级浓相收集槽收集的液体溢流到二级吸收循环槽，经泵打回到所述二级吸收塔中继续吸收，其中，所述二级吸收塔中的吸收液为10?30%的乙醇水溶液；检测所述一级吸收循环槽、所述二级吸收循环槽中的所述氟硅酸溶液中的氟离子浓度达到lOmol/L时，吸收液达到饱和，将所述吸收液输送到所述合成氟娃酸钠的结晶!！中进行反应。
[0008]基于上述氟硅酸钠的制备方法，所述制备硫酸钠溶液的过程中，所述硫酸钠溶液的温度为35°C?60°C。
[0009]基于上述氟硅酸钠的制备方法，所述合成氟硅酸钠的过程中，加入到所述结晶釜中的所述氟硅酸溶液的测量密度为1.06g/ml?1.18g/mlo
[0010]基于上述氟硅酸钠的制备方法，所述合成氟硅酸钠的过程中，按照由慢到快的速度向所述结晶釜中加入所述质量百分浓度为5%?40%的硫酸钠溶液，且所述硫酸钠溶液的添加时间为7分钟?20分钟。优选地，所述硫酸钠溶液的添加时间为10分钟?15分钟。
[0011]基于上述氟硅酸钠的制备方法，所述合成氟硅酸钠的过程中，所述硫酸钠溶液添加完后，搅拌后静置时间为15分钟?20分钟得到所述氟硅酸钠沉淀。
[0012]基于上述氟硅酸钠的制备方法，所述合成氟硅酸钠的步骤包括:将所述氟硅酸钠沉淀用泵送板框压滤机或者袋式过滤机过滤，得到含水质量百分浓度为8%?10%的湿产品；将所述湿产品干燥处理，制得所述氟硅酸钠成品。
[0013]与现有技术相比，本发明利用钠长石的分解产物制备氟硅酸钠，提供了一种氟硅酸钠的新的制备方法；本发明利用钠长石分解后的产物硫酸钠和氟化硅为原料制备氟硅酸钠，而且合成所述氟硅酸钠的过程中产生的硫酸滤液也用来回收，没有随污染排放；钠长石的成本比较低，而且钠长石的分解反应条件温和，对设备的要求比较低，所以，本发明提供的氟硅酸钠的制备方法成本比较低，而且没有酸性污染物排放。另外，本发明采用干燥的钠长石和萤石与硫酸反应可以提高反应速度和钠长石的分解率，从而有利于提高所述氟硅酸钠的产率。
【具体实施方式】
[0014]下面通过【具体实施方式】，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0015]实施例1
一种氟硅酸钠的制备方法，包括以下步骤: 钠长石分解:先将钠长石和萤石在1CTC下预加热30分钟左右，再加入98%的硫酸使三者在100°C和自生压力下反应5小时左右，得到含有硫酸钙、硫酸钠、硫酸铝的固体残渣和含有氟化硅的气体生成物，其中，钠长石、萤石、98%的硫酸的质量比为1:1.55:3.28，反应原理为:
CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4
2NaAlSi308 + 24HF + 4H2S04 = Na2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4 ? + 16Η 20制备氟硅酸溶液:将上述含有氟化硅的气体生成物引入除尘过滤器中除尘；经除尘过滤后的气体通入一级吸收塔中经一级吸收塔中的吸收液吸收、水解后进入一级浓相收集槽中，所述一级浓相收集槽收集的浓相物输送到合成氟硅酸钠的结晶釜中进行反应；所述一级浓相收集槽收集的液体溢流到一级吸收循环槽，经泵打回到所述一级吸收塔中继续吸收；由所述一级吸收塔出来的尾气进入二级吸收塔经所述二级吸收塔中的吸收液吸收、继续水解，所述二级吸收塔水解后的吸收液进入二级浓相吸收槽，所述二级浓相吸收槽收集的浓相物输送到所述合成氟硅酸钠的结晶釜中进行反应；所述二级浓相收集槽收集的液体溢流到二级吸收循环槽，经泵打回到所述二级吸收塔中继续吸收；检测所述一级吸收循环槽、所述二级吸收循环槽中的氟硅酸溶液中的氟离子浓度达到10mol/L时，吸收液达到饱和，将所述吸收液也输送到所述合成氟硅酸钠的结晶釜中进行反应，其中，所述一、二级吸收塔中的吸收液为浓度为20%左右的乙醇水溶液；
浸取固体残渣:将所述固体残渣通过出料螺旋转入浸取槽，在80°C下，用质量百分浓度为5%的硫酸溶液浸取，并通过过滤机过滤，得到酸浸液；
制备硫酸钠溶液:采用阳离子吸附树脂柱吸附所述酸浸液中的铝离子以去除所述酸浸液中的硫酸铝；处理所述去除硫酸铝后的酸浸液得到质量百分浓度为5%的硫酸钠溶液，并将所述硫酸钠溶液的温度维持在35°C ;
合成氟硅酸钠:将所述包括浓相物和氟硅酸溶液的水解液置于结晶釜中，且使所述氟硅酸溶液的质量百分浓度为8% ;搅拌所述氟硅酸溶液并所述氟硅酸溶液中加入所述质量百分浓度为5%的硫酸钠溶液的时间为7分钟，且控制所述结晶釜中所述硫酸钠与氟硅酸的摩尔比为1:1 ;所述硫酸钠溶液添加完后，继续搅拌20分钟，然后静置15分钟，得到氟硅酸钠沉淀；将所述氟硅酸钠沉淀用泵送板框压滤机或者袋式过滤机过滤，得到含水质量百分浓度为10%的湿产品；将所述湿产品干燥处理，制得所述氟硅酸钠成品，并回收滤液中的硫酸。
[0016]实施例2
一种氟硅酸钠的制备方法，包括以下步骤:
钠长石分解:本实施例的该步骤的【具体实施方式】同实施例1中的钠长石分解的【具体实施方式】基本相同，不同之处在于:预加热的温度为150°C，预加热的时间为20分钟；反应的温度为150°C，反应的时间为3.5小时；其中，钠长石、萤石、98%的硫酸的质量比为1:2:4 ;
制备氟硅酸溶液:本实施例的该步骤的【具体实施方式】与实施例1中的制备氟硅酸溶液的【具体实施方式】相同；
浸取固体残渣:本实施例的该步骤的【具体实施方式】同实施例1中的浸取固体残渣的【具体实施方式】基本相同，不同之处在于:硫酸溶液的质量百分浓度为8%，浸取温度为90°C ;制备硫酸钠溶液:本实施例的该步骤的【具体实施方式】与实施例1中的制备硫酸钠溶液的【具体实施方式】基本相同，不同之处在于:处理所述去除硫酸铝后的酸浸液得到质量百分浓度为22%的硫酸钠溶液，并将所述硫酸钠溶液的温度维持在45 °C ；
合成氟硅酸钠:本实施例的该步骤的【具体实施方式】与实施例1中的合成氟硅酸钠的【具体实施方式】基本相同，不同之处在于:所述氟硅酸溶液的质量百分浓度为9% ;硫酸钠溶液的质量百分浓度为22%，且所述硫酸钠溶液完全加入到所述氟硅酸溶液的时间为14分钟，其中，所述结晶釜中硫酸钠与氟硅酸的摩尔比为1.1:1 ;所述硫酸钠溶液添加完后，继续搅拌10分钟后静置20分钟；所述氟硅酸钠沉淀过滤，得到的湿产品的含水质量百分浓度为9% ο
[0017]实施例3
一种氟硅酸钠的制备方法，包括以下步骤:
钠长石分解:本实施例的该步骤的【具体实施方式】同实施例1中的钠长石分解的【具体实施方式】基本相同，不同之处在于:预加热的温度为200°C，预加热的时间为15分钟；反应的温度为200°C，反应的时间为2小时；其中，钠长石、萤石、98%的硫酸的质量比为1:2.5:4.6 ；
制备氟硅酸溶液:本实施例该步骤的【具体实施方式】与实施例1中的制备氟硅酸溶液的实施方式相同；
浸取固体残渣:本实施例的该步骤的【具体实施方式】同实施例1中的浸取固体残渣的【具体实施方式】基本相同，不同之处在于:硫酸溶液的质量百分浓度为10% ;
制备硫酸钠溶液:本实施例的该步骤的【具体实施方式】与实施例1中的制备硫酸钠溶液的【具体实施方式】基本相同，不同之处在于:处理所述去除硫酸铝后的酸浸液得到质量百分浓度为45%的硫酸钠溶液，并将所述硫酸钠溶液的温度维持在60 °C ；
合成氟硅酸钠:本实施例的该步骤的【具体实施方式】与实施例1中的合成氟硅酸钠的【具体实施方式】基本相同，不同之处在于:所述氟硅酸溶液的质量百分浓度为10% ;硫酸钠溶液的质量百分浓度为22%，且所述硫酸钠溶液完全加入到所述氟硅酸溶液的时间为20分钟，其中，所述结晶釜中硫酸钠与氟硅酸的摩尔比为1.2:1 ;所述硫酸钠溶液添加完后，继续搅拌10分钟。
[0018]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
【权利要求】
1.一种氟硅酸钠的制备方法，包括以下步骤: 钠长石分解:将钠长石、萤石、98%的硫酸按照1:1.55?2.57:3.28?4.62的质量比混合，并在100°C?200°C和自生压力下反应得到含有硫酸钙、硫酸钠和硫酸铝的固体残渣和含有氟化娃的气体生成物； 制备氟硅酸溶液:对所述气体生成物进行水解，得到含有氟硅酸溶液的水解液； 浸取固体残渣:在80°C?100°C下，用质量百分浓度为3%?10%的硫酸溶液浸取所述固体残渣得到酸浸液；过滤，得到含有硫酸钠、硫酸铝的酸浸液； 制备硫酸钠溶液:采用阳离子吸附树脂柱吸附所述酸浸液中的铝离子以去除所述酸浸液中的硫酸铝，处理所述去除硫酸铝后的酸浸液得到质量百分浓度为5%?40%的硫酸钠溶液； 合成氟硅酸钠:将所述含有氟硅酸溶液的水解液置于结晶釜中，且使所述氟硅酸溶液的质量百分浓度为8%?20% ;边搅拌所述氟硅酸溶液边加入所述质量百分浓度为5%?40%的硫酸钠溶液，且控制所述结晶釜中的硫酸钠与氟硅酸的摩尔比为I?1.2:1 ;所述硫酸钠溶液添加完后，继续搅拌5分钟?20分钟后静置，得到氟硅酸钠沉淀；进行过滤、干燥处理制得氟硅酸钠成品，并回收滤液中的硫酸。
2.根据权利要求1所述氟硅酸钠的制备方法，其特征在于:所述钠长石分解的过程包括先在100°C?200°C下对所述钠长石和萤石预加热15分钟?30分钟，除去原料中的水分，得到干燥的钠长石和萤石原料；再将所述98%的硫酸加入到所述干燥的钠长石和萤石原料中反应2小时?5小时，得到所述含有硫酸钙、硫酸钠和硫酸铝的固体残渣和所述含有氟化硅的气体生成物。
3.根据权利要求1所述氟硅酸钠的制备方法，其特征在于:所述制备氟硅酸溶液的步骤包括:采用除尘过滤器过滤所述含有氟化硅的气体生成物；将所述过滤后的气体生成物依次通到一、二级吸收塔中进行水解得到包括浓相物和氟硅酸溶液的水解液。
4.根据权利要求1所述氟硅酸钠的制备方法，其特征在于:所述制备硫酸钠溶液的过程中，所述硫酸钠溶液的温度为35°C?60°C。
5.根据权利要求1所述氟硅酸钠的制备方法，其特征在于:所述合成氟硅酸钠的过程中，加入到所述结晶釜中的所述氟硅酸溶液的测量密度为1.06g/ml?1.18g/mlo
6.根据权利要求1或5所述氟硅酸钠的制备方法，其特征在于:所述合成氟硅酸钠的过程中，按照由慢到快的速度向所述结晶釜中加入所述质量百分浓度为5%?40%的硫酸钠溶液，且所述硫酸钠溶液的添加时间为7分钟?20分钟。
7.根据权利要求6所述氟硅酸钠的制备方法，其特征在于:所述合成氟硅酸钠的过程中，所述硫酸钠溶液添加完后，搅拌后静置时间为15分钟?20分钟得到所述氟硅酸钠沉淀。
8.根据权利要求7所述氟硅酸钠的制备方法，其特征在于:所述合成氟硅酸钠的步骤包括:将所述氟硅酸钠沉淀用泵送板框压滤机或者袋式过滤机过滤，得到含水质量百分浓度为8%?10%的湿产品；将所述湿产品干燥处理，制得所述氟硅酸钠成品。
【文档编号】C01B33/10GK104445210SQ201410701067
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】梁国栋, 付建国, 李英春 申请人:嵩县中科孵化器有限公司