专利名称：单氟磷酸钠制备方法
技术领域：
本发明属于无机化工领域，涉及一种含氟磷酸盐的生产。
背景技术：
单氟磷酸钠是一种第三代用于含氟牙膏龋齿剂，毒性较氟化钠低，也 用于金属表面处理，饮用水氟化和特种玻璃的制造等等。 传统的单氟磷酸钠生产方法分为以下几类1. 熔融法以偏磷酸钠和氟化钠为原料熔融聚合得到。因偏磷酸钠制 备需要干燥，高温聚合等过程，使得偏磷酸钠生产能耗高，生产过程中因腐蚀问题易引入杂质，该方法描述于美国专利US343605和US5198088，英 国专利GB 1186664、 GB1288972和德国专利DE 1667413中。2. 液相中和法以磷酸、氢氟酸、碳酸钠或氢氧化钠为原料液相中和， 中和液蒸发、浓縮、结晶、干燥而得到产品。由于氟磷酸腐蚀性极强，设 备结构和材质要求很特殊，生产过程控制较为苛刻，装置投资较高，该方 法描述于美国专利US5393506中。3. 气相氟化法以聚磷酸钠为原料在加热氟化氢气流中进行氟化反 应，由于氟化反应不彻底，氟化氢气体处理有一定的难度，该方法描述于 美国专利US4374108和日本专利JP181710中。中国专利CN1548366A提出采用磷酸和纯碱或烧碱为原料在一个卧式 搅拌反应器中进行中和，干燥形成聚磷酸钠，反应产物与氟化钠混合，熔 融聚合得单氟磷酸钠为产品。但该工艺中搅拌反应器需要通过外部加热来 提供干燥、聚合所需求的能量，需要时间长、效率低，而且由于聚合磷酸 盐中偏磷酸盐含量较少，与氟化钠熔融结合时聚磷酸转化为偏磷酸钠释放 出水蒸汽而使氟化物水解，其结果是挥发出氟化氢气体而使氟产生一定的 损失。发明内容本发明的目的在于克服上述生产方法的缺点和不足，提出一种生产过程更为简单，物料腐蚀性不强，能耗较低，易于实现连续化的单氟磷酸钠 生产新方法。本发明通过以下步骤来制备单氟磷酸钠1. 偏磷酸钠混合物制备将粉状碳酸钠、磷酐和氟化钠供入一个带搅拌混合的反应器中，物料 在混合同时发生磷酐与碳酸钠之间的化学反应，产生偏磷酸钠放出较大热 量使物料温度升高，反应式如下(n/2) Na2C03+ (n/4) P4O10 ~~ (NaP03)n+ (n/2) C02 为维持一定的反应速度，防止因反应速度过快产生喷料，采用空气直 接冷却物料，并控制空气通入量维持物料温度在20(rC^40(TC之间，直至 反应基本完成，得到偏磷酸钠和氟化钠的混合物。中国专利CN1548366A用磷酸和纯碱或烧碱中和、干燥制取中间产物聚 磷酸钠时，需要通过外部加热来提供干燥、聚合所需求的能量，因此需要 提供加热设备，并且消耗能源，而本发明用碳酸钠、磷酐制取中间产物偏 磷酸钠时，不必加热，碳酸钠、磷酐在混合过程中即可反应生成偏磷酸钠， 从而降低了制备成本、简化了生产工艺。2. 单氟磷酸钠制备将上述混合物供入一个涡流加热反应器中，物料在温度升高过程中熔 融并发生如下化学反应(NaP03)n+nNaF- n Na2P03F控制熔融体温度在690。C—740。C之间，同时通过控制混合物投料速率 来控制烙融物停留时间在16 min —22 min使反应完成。本发明熔融反应时不产生氟化氢气体，因此氟的损失较少，对设备的 腐蚀也较小。3. 熔融体冷却结片、粉碎、筛分、包装得到产品。综上所述，本发明具有能耗低、工艺简单、成本低、环保等优点。 单氟磷酸钠制备工艺图详见说明书附图
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具体实施方式
实施例所采用的原料如下碳酸钠Na2C03 含量 99%工业级磷酐P205 含量 98.8%工业级氟化钠NaF 含量 98.5%工业级实施例l、 2、 3、 4:如图所示的单氟磷酸钠制备方法，首先将粉状磷酐、碳酸钠、氟化钠 按表一各重量配比分别加入带搅拌混合器l中混合，混合料温度缓慢自行升 高，当混合料温度升高至25(TC时，反应器内通入空气冷却以控制物料温度 在25(TC 38(TC之间，直至反应完成物料温度下降，当物料温度降至低于100 。C后，放出物料进中间仓，所得到物料是偏磷酸钠和氟化钠混合物。混合料由混料中间仓2供入一个涡流加热熔融反应器3中，通过控制加 料速率来控制熔融体停留时间，通过调整加热功率来控制熔融体温度，流 出熔体经冷却结片、粉碎、筛分得到单氟磷酸钠产品。表一实施例原料配比和工艺条件原料配比(重量kg)熔融反应工艺条件实施例编号碳酸钠磷酐氟化钠熔融物温度'C停留时间(min)168.191.35470320270.093.855.57151965,251.787.372018466.752.889.471220经分析测定结果见表二。表二产品分析测定结果实施例编号Na2P03F含量。/。20/。水溶液PH值105匸时干燥损失％总F含量n/()196.86.80.0612.8294.77.10.0513.2395.27.40.0413.3495.67.10.0513.1权利要求
1、单氟磷酸钠的制备方法，首先将磷酐、碳酸钠混合反应生成偏磷酸钠，然后将偏磷酸钠、氟化钠混合并加热至熔融状态，磷酸钠、氟化钠混合物在熔融状态下反应生成单氟磷酸钠，其特征在于磷酐、碳酸钠和氟化钠三种物质中Na物质的量与P物质的量的摩尔比为2∶(0.5～1.5)，Na物质的量与F物质的量的摩尔比为2∶(9.95～1.05)。
2、 根据权利要求l所述的单氟磷酸钠制备方法，其特征在于:采用磷酐、碳酸钠和氟 化钠为原料制备单氟磷酸钠分二步进行，首先三者原料混合，磷酐与碳酸钠反应，再把反 应生成的偏磷酸钠与氟化钠熔融结合为单氟磷酸钠。
3、 如权利要求1或2所述的单氟磷酸钠的制备方法，其特征在于磷酐与碳酸钠混合 反应温度在18(TC 42(TC之间；磷酸钠、氟化钠混合物熔融反应平均温度在65(TC ~ 780'C 之间。
4、 如权利要求3所述的单氟磷酸钠的制备方法，其特征在于熔融反应中熔融物停 留时间为10分钟~30分钟。
5、 如权利要求4所述的单氟磷酸钠的制备方法，其特征在于磷酐、碳酸钠在带搅 拌的反应器中混合反应生成偏磷酸钠，混合反应中通入空气冷却并以此来控制反应速率；
6、 如权利要求5所述的单氟磷酸钠的制备方法，其特征在于偏磷酸钠与氟化钠在涡 流加热反应器中熔融反应生成单氟磷酸钠，在熔融反应中通过控制混合物投料速率来控制 熔融物停留时间。
7、 如权利要求6所述的单氟磷酸钠的制备方法，其特征在于磷酐、碳酸钠和氟化钠三者的混合物中Na物质的量与P物质的量的摩尔比为2: (0.98- 1.02) ， Na物质的量与F 物质的量之比的摩尔比为2: (0.98- 1.02)。
8、 如权利要求7所述的单氟磷酸钠的制备方法，其特征在于:磷酐与碳酸钠混合反应 温度在250。C 380。C之间。
9、 如权利要求8所述的单氟磷酸钠的制备方法，其特征在于:熔融反应平均温度为 690°C~740°C。
10、 如权利要求6所述的单氟磷酸钠的制备方法，其特征在于熔融物停留时间为16分 钟~22分钟。
全文摘要
单氟磷酸钠的制备方法，首先将磷酐、碳酸钠混合反应生成偏磷酸钠，然后将偏磷酸钠、氟化钠混合并加热至熔融状态，磷酸钠、氟化钠混合物在熔融状态下反应生成单氟磷酸钠，本发明工艺简单、能耗低、产品杂质含量低。
文档编号C01B25/455GK101327923SQ20071006598
公开日2008年12月24日 申请日期2007年6月19日 优先权日2007年6月19日
发明者万荣惠, 后雪松, 张仕平, 徐文林, 李树华, 马兴良, 龚贵生 申请人:云南江磷集团股份有限公司