一种利用白云鄂博尾矿制备四氟化硅的方法与流程

本发明涉及一种利用白云鄂博尾矿(如选铁尾矿、选稀土尾矿、选铌尾矿、大混合尾矿、选萤石尾矿等)制备四氟化硅的方法。

背景技术：

1、矿产资源开发以铁矿、稀土为主，钪、铌产业正在起步，多种元素尚未得到利用，以尾矿库形式存储。选矿中分选作业的产物中有用目标组分含量较低而无法用于生产的部分称为尾矿。尾矿并不是完全无用的废料，往往含有可作其他用途的组分，有用目标组分还可能有进一步回收利用的经济价值，可以综合利用。实现无废料排放，是矿产资源得到充分利用和保护生态环境的需要。

2、萤石又称氟石，是自然界中较常见的一种矿物，可以与其他多种矿物共生，主要成分是氟化钙(caf2)。在工业方面，萤石是氟的主要来源，能够提取制备氟元素及其各种化合物。

3、四氟化硅是一种无机化合物，化学式为sif4，分子结构是si原子以sp3杂化轨道形成σ键，分子形状为正四面体形，主要用于氟硅酸及氟化铅的制取，也用作水泥和人造大理石的硬化剂、制造纯硅的中间体。

4、题目为“高纯四氟化硅的制备及提纯工艺研究进展”，介绍了工业上常见的四氟化硅制备和提纯工艺，四氟化硅制备即硫酸法、含硅物质和含氟物质合成法、氢氟酸法、氟硅酸盐热解法、氟硅酸盐法。含硅物质和含氟基团物质合成法生产设备要求苛刻，原料昂贵，反应的安全性不可靠，且经济性较低。氢氟酸法产物中含有难分离的氟代硅氧烷和hf气体、分离工艺复杂，造成产物提纯成本高。氟硅酸盐热解法具有反应单一、副产物较少和产品纯度高等优点，解决了行业发展环保问题的瓶颈。但是实验装置产量低，工业化生产难以实现。氟硅酸法该方法的工艺要求极高，分解出的氟化氢气体有毒性，生产过程中对操作人员的危害极大，分解产生的氢氟酸气体会腐蚀设备，生产危害性大、成本高。

5、其中硫酸法成本低且利用率较高，是硅行业发展之初较普遍的四氟化硅生产方法，萤石-h2so4法具有生产工艺简单，物料利用率高等优点，但萤石开采被限制，使得成本大大增加，不利于工业生产。本发明结合氢氟酸法和硫酸法，利用白云鄂博尾矿进行四氟化硅的制备，尾矿不受开采限制的影响，且量大易得，几乎没有成本；浓硫酸与矿浆反应大量放热，可满足反应需要，因此不需要加热，节约能源；反应流程短，具有较强的工艺适应性，可实现大规模工业化生产；反应结束后还可对产物hf进行回收循环利用，提高安全性和实用性。

技术实现思路

1、为了克服尾矿中萤石等含氟矿物无法得到有效利用的不足,本发明的目的是提供一种利用白云鄂博尾矿制备四氟化硅的方法，回收利用白云鄂博尾矿中氟元素。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明一种利用白云鄂博尾矿制备四氟化硅的方法，包括：将白云鄂博尾矿磨细，浓密，然后加入浓硫酸反应，尾矿中的caf2与浓硫酸反应生成caso4和hf，hf与sio2反应生成产物sif4，收集反应产生的气体,利用hf与sif4沸点不同对气体进行冷凝，得到产品四氟化硅。

4、进一步的，对含有氟化氢的水蒸气进行常温喷淋，得到的氟化氢溶液回流至矿浆中继续与二氧化硅和硅酸盐进行反应。

5、进一步的，具体包括如下步骤：

6、s1.使用艾砂磨机将粒度约为200目-325目的白云鄂博尾矿细磨至325目-800目；

7、s2.对磨细的尾矿矿浆进行浓密，使矿浆的浓度由原来的10％-30％达到50％-60％；

8、s3.向浓密后的尾矿矿浆加入适量93％浓硫酸，浓硫酸与caf2发生反应，该反应为自热反应，无需加热；

9、caf2+h2so4＝caso4+2hf↑

10、反应生成的hf气体与sio2进行反应

11、4hf+sio2＝sif4↑+2h2o

12、s4.收集反应生成的气体，利用四氟化硅和氟化氢沸点不同，对气体进行冷凝，温度控制在10℃-15℃；对含有氟化氢的水蒸气进行常温喷淋，得到的氟化氢溶液回流至矿浆中继续与二氧化硅进行反应。

13、进一步的，所述步骤s3中，加酸过程中注意将矿浆ph值保持在6.8-7.2(中性左右)。

14、进一步的，冷凝得到的四氟化硅纯度达到92％以上，氟元素的回收率达60％以上。

15、进一步的，所述白云鄂博尾矿至少包括选铁尾矿、选稀土尾矿、选铌尾矿、大混合尾矿、选萤石尾矿中的一种。

16、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

17、本发明的工艺能够实现回收利用白云鄂博尾矿中氟元素，制备得到四氟化硅纯度可达到92％以上，氟元素的回收率可达60％。

技术特征：

1.一种利用白云鄂博尾矿制备四氟化硅的方法，其特征在于，包括：将白云鄂博尾矿磨细，浓密，然后加入浓硫酸反应，尾矿中的caf2与浓硫酸反应生成caso4和hf，hf与sio2反应生成产物sif4，收集反应产生的气体,利用hf与sif4沸点不同对气体进行冷凝，得到产品四氟化硅。

2.根据权利要求1所述的利用白云鄂博尾矿制备四氟化硅的方法，其特征在于，对含有氟化氢的水蒸气进行常温喷淋，得到的氟化氢溶液回流至矿浆中继续与二氧化硅和硅酸盐进行反应。

3.根据权利要求1所述的利用白云鄂博尾矿制备四氟化硅的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的利用白云鄂博尾矿制备四氟化硅的方法，其特征在于，所述步骤s3中，加酸过程中注意将矿浆ph值保持在6.8-7.2。

5.根据权利要求3所述的利用白云鄂博尾矿制备四氟化硅的方法，其特征在于，冷凝得到的四氟化硅纯度达到92％以上，氟元素的回收率达60％以上。

6.根据权利要求1或3所述的利用白云鄂博尾矿制备四氟化硅的方法，其特征在于，所述白云鄂博尾矿至少包括选铁尾矿、选稀土尾矿、选铌尾矿、大混合尾矿、选萤石尾矿中的一种。

技术总结
本发明公开了一种利用白云鄂博尾矿制备四氟化硅的方法，包括：将白云鄂博尾矿磨细，浓密，然后加入浓硫酸反应，尾矿中的CaF<subgt;2</subgt;与浓硫酸反应生成CaSO<subgt;4</subgt;和HF，HF与SiO<subgt;2</subgt;反应生成产物SiF<subgt;4</subgt;，收集反应产生的气体,利用HF与SiF<subgt;4</subgt;沸点不同对气体进行冷凝，得到产品四氟化硅。本发明的目的是提供一种利用白云鄂博尾矿制备四氟化硅的方法，回收利用白云鄂博尾矿中氟元素。

技术研发人员：刘长安,杜昱宏,熊思强,胡伟,唐家悦,肖鹏,战航,杜剑伟,周宇鹏,梁佳林,马慧文,朱一,解少杰
受保护的技术使用者：包钢集团矿山研究院（有限责任公司）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17