在制备含硅化合物的过程中循环利用氟化物的方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请号为201310713158. 9,申请日为2013年12月20日，发明创造名称 为"在制备含硅化合物的过程中循环利用氟化物的方法"的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及化工领域，具体而言，涉及在制备含硅化合物的过程中循环利用氟化 物的方法。
【背景技术】
[0003] 氟化工产品中的氟主要来自于萤石，萤石是不可再生资源，同时是一种战略资源。 高效利用现有氟资源和节约现有的萤石资源已成为氟化工产业可持续发展的一个重要方 向。氟化物在使用过程中会产生多种废弃物，例如氟化铵、氟化氢铵作为蚀刻剂产生的废 渣氟铝酸铵和电解铝生产过程副产的含氟炭渣等，都长期作为废物存放；电解过程产生大 量氢氟酸和四氟化硅等气体及氟化铝、氟化钙等粉尘；炼铜过程采用萤石（CaF 2)作助熔剂， 所以烟尘中含有大量氟化钙、氟化氢等有害物质；镁、铝在铸造中亦产生氟化氢及四氟化硅 等。可以说，氟化物广泛应用于各种化学生产中，但是这些应用均会产生许多含氟废品，无 法做到氟化物的循环利用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供在制备含硅化合物的过程中循环利用氟化物的方法，以解 决上述的问题。
[0005] 在本发明实施例提供了一种在制备含硅化合物的过程中循环利用氟化物的方法， 包括：
[0006] 将含硅物质和氟化物混合后进行氟化反应，得到四氟化硅气体和所述氟化物中阳 离子的氧化物；
[0007] 将所述四氟化硅气体高温水解得到纳米级的二氧化硅和氟化氢气体；
[0008] 将所述氟化氢气体和所述氟化物中阳离子的氧化物反应，重新得到氟化物；
[0009] 所述含硅化合物包括以下任一种：二氧化硅或四氟化硅。
[0010] 在一些实施例中，优选为，在所述氟化氢气体和所述氟化物中阳离子的氧化物反 应中，反应温度为100-600°C，反应时间为1-5小时。
[0011] 在一些实施例中，优选为，所述四氟化硅气体高温水解的水解温度为810-1500°c。
[0012] 在一些实施例中，优选为，在所述含硅物质和所述氟化物混合中，所述氟化物的质 量百分含量为20-80%。
[0013] 在一些实施例中，优选为，混合中，所述含硅物质的粒径小于等于7毫米；当所述 氟化物为固态时，其粒径小于等于7毫米。
[0014] 在一些实施例中，优选为，当所述氟化物为固态时，所述氟化反应为煅烧；所述氟 化反应的反应温度为600-1350°C;当所述氟化物为液态时，所述氟化反应的反应温度为 100-200。。。
[0015] 在一些实施例中，优选为，所述氟化反应的反应时间为1-5小时。
[0016] 在一些实施例中，优选为，所述含硅物质包括以下一种或多种：Si02粗颗粒、含 si〇d9复合物、含si〇d9废料。
[0017] 在一些实施例中，优选为，所述含Si〇j^复合物包括以下一种或多种：铝矾土、煤 矸石、铁矿石。
[0018] 在一些实施例中，优选为，所述氟化物包括以下一种或多种：NaF、NH4F、氢氟酸、 NH4HF2、AlF3、CaF2〇
[0019] 本发明实施例提供在制备含硅化合物的过程中循环利用氟化物的方法，与现有技 术相比，在该循环利用氟化物的方法中，首先将氟化物与含硅物质进行混合后进行氟化反 应，由于硅为亲氟物质，能优先与氟发生反应，生成高温下为气态的四氟化硅气体和所述氟 化物中阳离子的氧化物，再利用四氟化硅气体的水解制成高纯的纳米级的二氧化硅和氟化 氢气体，然后将氟化氢气体再与氟化反应后生成的所述氟化物中阳离子的氧化物反应，重 新得到氟化物。在整个反应中，氟元素基本没有任何损失，氟化物作为反应物，在最后反应 中又重新得到，在含硅化合物制备中，进行氟化物循环利用。
【具体实施方式】
[0020] 下面通过具体的实施例子对本发明做进一步的详细描述。
[0021] 本发明实施例提供了一种在制备含硅化合物的过程中循环利用氟化物的方法，包 括：
[0022] 将含硅物质和氟化物混合后进行氟化反应，得到四氟化硅气体和所述氟化物中阳 离子的氧化物；
[0023] 将四氟化硅气体高温水解得到纳米级的二氧化硅和氟化氢气体；
[0024] 将氟化氢气体和所述氟化物中阳离子的氧化物反应，重新得到氟化物；
[0025] 所述含硅化合物包括：四氟化硅或二氧化硅。
[0026] 在该循环利用氟化物的方法中，首先将氟化物与含硅物质进行混合后进行氟化反 应，由于硅为亲氟物质，能优先与氟发生反应，生成高温下为气态的四氟化硅气体和所述氟 化物中阳离子的氧化物，再利用四氟化硅气体的水解制成高纯的纳米级的二氧化硅和氟化 氢气体，然后将氟化氢气体再与氟化反应后生成的所述氟化物中阳离子的氧化物反应，重 新得到氟化物。在整个反应中，氟元素基本没有任何损失，氟化物作为反应物，在最后反应 中又重新得到，在含硅化合物的制备中，进行氟化物循环利用。
[0027] 接下来，本发明将通过一个具体的制备步骤来详细描述如下所示：
[0028] 步骤101，将含硅物质（Mx0y ?nSi02)和氟化物（AFZ)混合，得到混合物；
[0029] 该混合中，氟化物占混合物的质量百分比为20-80%。含硅物质的粒径小于等于7 毫米，原则上来说，粒径越小反应越充分。氟化物若为固体，其粒径也小于等于7毫米。
[0030] 含硅物质包括以下一种或多种：Si02粗颗粒、含SiOj^复合物、含SiOj^废料；含 SiOj^复合物包括以下一种或多种：铝矾土、煤矸石、铁矿石。
[0031] 氟化物包括以下一种或多种：NaF、NH4F、氢氟酸、NH4HF2、A1F3、CaF2。
[0032] 在不同实施例中，含硅物质和氟化物的组合方式见下表1 :
[0033]表1
[0034]
[0035]
[0036] 步骤102,混合物发生氟化反应；
[0037] 当氟化物为固态时，氟化反应为煅烧，煅烧温度为600~1350°C;当氟化物为气态 (比如氢氟酸）时，氟化反应的温度为100_200°C;通常情况下氟化反应的时间为1-5小时， 得到四氟化硅气体和氟化物中阳离子的氧化物。硅为亲氟物质，和氟接触后，优先反应，高 温下生成气态的SiF4。
[0038] 需要说明的是，HF以液态（即氢氟酸）方式加入，因此，含硅物质和HF可以直接 反应；而其他的氟化物多以固态方式加入，通常采用煅烧的方式促进反应进行。
[0039] 该步骤发生的化学反应为：
[0040] Mx0y?nSi02+AFz-M x0y+A20z+SiF4 (1)
[0041] 步骤103,将四氟化硅（SiF4)气体高温水解得到纳米级的二氧化硅和氟化氢气 体；
[0042] 将自反应容器逸出的四氟化硅气体引入另一个反应容器中进行水解，水解温度控 制在 810-1500°C。
[0043] 本步发生的化学反应为：
[0044] SiF4+2H20-Si02+4HF (2)
[0045] 该Si02S纳米级，能够制作二氧化硅粉末，是一种非常重要的材料。
[0046] 步骤104,将氟化氢气体和氟化物中阳离子的氧化物反应，重新得到氟化物；
[0047]自水解的反应容器中的氟化氢气体导出至另一个反应器，将氟化氢气体与煅烧中 生成的氟化物中阳离子的氧化物A20z反应，重新生成氟化物AFz，反应条件为100-600°c，反 应时间在1-5小时。
[0048] 该步骤发生的反应为：
[0049] A20z+HF-AFz+H20 (3)
[0050] 需要说明的是，A20z在部分反应中为水，在后续重新生成氟化物中不参与反应。比 如，当氟化物为HF时，该步骤则不存在。
[0051] 本步骤在本发明中是最重要的发明点，通过本步骤实现氟化物的循环。
[0052] 各实施例采用的条件参数如下表2:
[0053] 表2
[0054]
[0055] 需要说明的是，各温度可以为点值也可以为范围，各种反应（比如：氟化反应、水 解、氟化氢与氟化物中阳离子的氧化物反应生成氟化物的反应）可以在点值左右进行也可 以在一个范围内进行。
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