氟化铵的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种氟化铵的制备方法，该方法将钠长石分解反应生成的含有氟化硅的气体通入吸收塔中，进而发生水解反应生成氟硅酸溶液；然后将所述氟硅酸溶液置入氨解釜中，发生氨解反应，生成含有氟化铵和白炭黑的溶液；最后过滤所述含有氟化铵和白炭黑的溶液，生成的滤液在结晶釜中经浓缩结晶、过滤、干燥，得到氟化铵成品。上述方法操作简单，经济可行，且避免环境污染。
【专利说明】氟化铵的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种氟化铵的制备方法，尤其涉及一种利用钠长石制备氟化铵的方法。
【背景技术】
[0002]氟化铵，分子式为NH4F,相对分子质量37.04，相对密度为1.015 (25°C )，无色叶状或针状结晶，升华后为六角柱状晶体；易潮解易结块，可溶于冷水，微溶于醇，不溶于丙酮和液氨。受热或遇热水即分解失去氨转化成更稳定的氟化铵。氟化铵用途广泛，如作为玻璃刻蚀剂、金属表面的化学抛光剂、木材及酿酒防腐剂、消毒剂、纤维的媒染剂及提取稀有元素的溶剂等，还可作为化学分析中离子检测的掩蔽剂、酿酒的消毒剂、防腐剂、纤维的媒染剂等。
[0003]传统的氟化铵生产方法为液相法:在铅制或塑料容器中，投入定量氢氟酸和氨气，直至反应液pH值至4左右为止。反应液经冷却结晶、离心分离、气流干燥，制得氟化铵产品。该生产方法通常会使得空气中含有较多的氢氟酸和氨气，环境污染严重，而且母液处理能耗大。
【发明内容】
[0004]由鉴于此，本发明确有必要提供一种环境友好的氟化铵的制备方法。
[0005]一种氟化铵的制备方法，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和自生压力下反应生成含有氟化硅的气体生成物；
气体吸收水解: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；
氨解:将所述水解产物置于氨解釜中，通过氨水调节PH为7?8 ;控制所述氨解釜内温度在27°C?50°C，中和完毕后陈化2小时?3小时，陈化温度为30°C?40°C ；
制备氟化铵产品:过滤所述氨解釜中的氨解产物得到含有氟化铵的滤液；对所述含有氟化铵的滤液进行浓缩结晶、过滤、干燥处理，得到氟化铵晶体。
[0006]基于上述氟化铵的制备方法，所述钠长石分解的步骤包括先在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小时得到固体残渣和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。
[0007]基于上述氟化铵的制备方法，所述气体吸收水解的步骤包括:所述气体反应物经所述一级吸收塔中吸收液吸收、水解后生产所述水解产物，该水解产物进入一级浓相收集槽中，该一级浓相收集槽收集的浓相物输送到氨解釜中进行氨解，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经所述二级吸收塔中吸收液吸收、继续水解，所述二级吸收塔水解后的液体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氨解釜中进行氨解，其中，所述二级吸收塔中的吸收液为10%?30%的乙醇水溶液；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lOmol/L时，吸收液达到饱和，将所述吸收液也输送到所述氨解釜中进行氨解。
[0008]基于上述氟化铵的制备方法，所述制备氟化铵产品的步骤包括:将所述氨解产物输送到压滤机中过滤得到所述含有氟化铵的滤液及白炭黑。
[0009]基于上述氟化铵的制备方法，所述制备氟化铵产品的步骤包括:
将所述含氟化铵的滤液通过泵输送到氟化铵浓缩结晶釜中，使之在所述氟化铵浓缩结晶釜浓缩，浓缩结晶釜内温度控制在60°C?80°C，真空度控制在0.05Mpa?0.07Mpa ;当所述氟化铵浓缩结晶釜中的氟化铵浓度达到12mol/L时，停止加热，打开冷却水循环系统进行冷却结晶，冷却温度控制在20°C?30°C ;将结晶后的晶浆经离心机离心分离，干燥，得到氟化铵晶体。
[0010]与现有技术相比，本发明提供的氟化铵的制备方法具有以下优点:本发明主要利用钠长石分解的氟化硅气体作为原料来制备氟化铵的，充分利用含氟废气，降低含氟废水的排出量，同时避免了氟资源的浪费，也降低了对环境的污染，节约了生产成本；本发明提供的氟化铵的制备方法中，钠长石的分解温度在100°C?200°C，反应条件温和，对设备的要求比较低；而且采用低温浓缩、低温结晶的方法制得氟化铵晶体，工艺简单，容易实现，降低成本，综合利用程度高、工艺先进，经济可行。
【具体实施方式】
[0011]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。
[0012]实施例1
一种氟化铵的制备方法，包括以下步骤:
钠长石分解:先将钠长石和萤石在10CTC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，得到固体残渣与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气体吸收水解: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进行水解形成水解产物，水解产物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氨解釜中氨解，其中，水解反应原理为:3SiF4 +2H20 = 2H2SiF6 + S12I ;所述一级浓相收集槽收集的液体溢流到一级吸收循环槽，经泵打回到一级吸收塔中继续吸收；由一级吸收塔出来的尾气进入二级吸收塔继续水解，所述二级吸收塔出来的液体到二级吸收循环槽，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lOmol/L时，吸收液达到饱和，将所述吸收液也输送到氨解釜中进行氨解，其中，所述一、二级吸收塔中的吸收液为浓度为10%左右的乙醇水溶液；
氨解:在50°C左右，对进入所述氨解釜中的浓相物和氟硅酸液体，通过氨水调节pH =7.1 ;中和完毕后在40°C左右陈化3小时；
制备氟化铵产品:将所述氨解釜中的氨解产物输送到压滤机中过滤，得到的白炭黑经洗涤后烘干，最终得到高纯度的白炭黑产品；经压滤机过滤的含有氟化铵的滤液，通过泵输送到氟化铵反应结晶釜中；控制氟化铵浓缩结晶釜内温度在60°C左右，并调节真空度，当溶液中氟化铵浓度达到12mol/L时，停止加热，打开冷却水循环系统进行冷却结晶，冷却温度控制在20 °C，使滤液在氟化铵浓缩结晶釜内浓缩、结晶；结晶后的晶浆经离心机进行离心分离，离心出的氟化铵干燥后再回到钾长石反应炉循环利用；滤液通过泵输送到一级吸收循环槽、二级吸收循环槽中继续吸收。氟化铵浓缩结晶釜真空度控制在0.052Mpa。
[0013]实施例2
一种氟化铵的制备方法，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】与实施例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 ;
气体吸收水解:本实施例该步骤的【具体实施方式】与实施例1中的气体吸收水解的步骤的实施方式基本相同，不同之处在于所述吸收液为浓度为20%左右的乙醇水溶液；
氨解:在40°C左右，对进入所述氨解釜中的浓相物和氟硅酸液体，通过氨水调节pH =7.5 ;中和完毕后在35°C左右陈化2.5小时；
制备氟化铵产品:本实施例的该步骤的【具体实施方式】与实施例1中的制备氟化铵产品的步骤的实施方式基本相同，不同之处在于:所述氟化铵浓缩结晶釜内的温度约70°C，真空度约0.06Mpa，所述冷却温度控制约25°C。
[0014]实施例3
一种氟化铵的制备方法，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】与实施例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 ；
气体吸收水解:本实施例该步骤的【具体实施方式】与实施例1中的气体吸收水解的步骤的实施方式基本相同，不同之处在于所述吸收液为浓度为30%左右的乙醇水溶液；
氨解:在30°C左右，对进入所述氨解釜中的浓相物和氟硅酸液体，通过氨水调节pH =7.9 ;中和完毕后在30°C左右陈化2小时；
制备氟化铵产品:本实施例的该步骤的【具体实施方式】与实施例1中的制备氟化铵产品的步骤的实施方式基本相同，不同之处在于:所述氟化铵浓缩结晶釜内的温度约80°C，真空度约0.07Mpa，所述冷却温度控制约30°C。
[0015]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】
1.一种氟化铵的制备方法，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1001:?2001:和自生压力下反应生成含有氟化硅的气体生成物； 气体吸收水解: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生成水解产物； 氨解:将所述水解产物置于氨解釜中，通过氨水调节1)?为7?8 ；控制所述氨解釜内温度在271:?501，中和完毕后陈化2小时?3小时，陈化温度为301:?40X:； 制备氟化铵产品:过滤所述氨解釜中的氨解产物得到含有氟化铵的滤液；对所述含有氟化铵的滤液进行浓缩结晶、过滤、干燥处理，得到氟化铵晶体。
2.根据权利要求1所述的氟化铵的制备方法，其特征在于:所述钠长石分解的步骤包括先在1001:?2001: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所述的氟化铵的制备方法，其特征在于:所述气体吸收水解的步骤包括:所述气体反应物经所述一级吸收塔中吸收液吸收、水解后形成所述水解产物，该水解产物进入一级浓相收集槽中，该一级浓相收集槽收集的浓相物输送到氨解釜中进行氨解，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经所述二级吸收塔中吸收液吸收、继续水解，所述二级吸收塔水解后的液体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氨解釜中进行氨解，其中，所述二级吸收塔中的吸收液为10%?30%的乙醇水溶液；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10001/1时，吸收液达到饱和，将所述吸收液也输送到所述氨解釜中进行氨解。
4.根据权利要求3所述的氟化铵的制备方法，其特征在于:所述制备氟化铵产品的步骤包括:将所述氨解产物输送到压滤机中过滤得到所述含有氟化铵的滤液及白炭黑。
5.根据权利要求1?4任一项所述的氟化铵的制备方法，其特征在于:所述制备氟化铵产品的步骤包括:将所述含氟化铵的滤液通过泵输送到氟化铵浓缩结晶釜中，使之在所述氟化铵浓缩结晶釜浓缩，浓缩结晶釜内温度控制在601:?801，真空度控制在.0.0511^^0.071？3 ；当所述氟化铵浓缩结晶釜中的氟化铵浓度达到12001/1时，停止加热，打开冷却水循环系统进行冷却结晶，冷却温度控制在201:?301:；将结晶后的晶浆经离心机离心分离，干燥，得到氟化铵晶体。
【文档编号】C01C1/16GK104445273SQ201410700609
【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】胡安慧, 付建国, 李英春 申请人:嵩县中科孵化器有限公司