一種由氟硅酸或氟硅酸鹽生產(chǎn)氟化物與白炭黑的新方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種由氟硅酸或氟硅酸鹽生產(chǎn)氟化物聯(lián)產(chǎn)白炭黑的新工藝，采用了在氟硅酸鹽水解的過程中投加SiO2顆粒促進(jìn)反應(yīng)產(chǎn)物SiO2晶核生成的方法，降低了反應(yīng)溫度，提高了反應(yīng)效率，使水解過程更完全。本發(fā)明為含氟廢水的回收利用提供了一種有效途徑。
【專利說明】一種由氟硅酸或氟硅酸鹽生產(chǎn)氟化物與白炭黑的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種在外源SiO2晶種的作用下用氟硅酸或氟硅酸鹽制備氟化物并聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氟硅酸鹽水解可以生成氟化物與二氧化硅。反應(yīng)式為:
SiF62_+40H_ — 6F_+ SiO2 +4H20
然后通過固液分離的方法，可以得到氟化物與白炭黑產(chǎn)品。這種方法原理簡單但操作條件不容易控制。例如，氟硅酸鉀在堿性條件下的水解溫度需要在85、5°C，而且水解時(shí)間較長。本發(fā)明通過在氟硅酸鹽水解過程中添加SiO2晶種，可以降低水解溫度，縮短水解時(shí)間，促進(jìn)水解完全，提高氟化物與白炭黑產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。此方法簡便易行、易于放大、可以應(yīng)用在含氟廢水的資源綜合利用中。 [0003]含氟廢水的處理方法通常是將其進(jìn)行無害化處理然后達(dá)標(biāo)排放。一種常用的處理方法是氫氧化鈣或鈣鹽沉淀法，但處理效率低，且因產(chǎn)生的污泥無再利用價(jià)值而只能廢棄。混凝沉降法和吸附法原料成本高，只能進(jìn)行量小、氟含量較低的廢水處理，且不能對(duì)含氟廢水進(jìn)行回收利用。積體電路制造廠產(chǎn)生的含氟廢水可以用于生產(chǎn)冰晶石，但這種方法僅適用于氫氟酸的處理，無法回收其他含氟廢水中的氟硅酸鹽。光伏企業(yè)在生產(chǎn)過程中用氫氟酸清洗硅片產(chǎn)生的廢水中含有氫氟酸與氟硅酸，應(yīng)用本發(fā)明所述的方法處理同時(shí)含有氫氟酸與氟硅酸鹽的含氟廢水，不僅可以降低污水處理的成本，還可以實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用實(shí)現(xiàn)變廢為寶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種簡便高效的由氟硅酸鹽生產(chǎn)氟化物與白炭黑的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)原理是:
氟硅酸鹽在堿性水解的條件下生成氟化物與SiO2，通過促進(jìn)溶液中生成的過飽和的SiO2的結(jié)晶析出速度，提高氟硅酸鹽的水解速率。因晶核形成是晶體生長的先決條件，也是結(jié)晶過程的限速步驟，通過向溶液中引入外源晶種，可以促進(jìn)異相成核，縮短誘導(dǎo)期，進(jìn)而加速晶體成核生長。隨著SiO2晶體的沉淀析出，氟硅酸鹽逐漸實(shí)現(xiàn)水解完全。因而本發(fā)明通過向反應(yīng)溶液中加入外源晶種促進(jìn)SiO2的異相成核，可以加快氟硅酸鹽的水解速率，提高反應(yīng)效率；在相對(duì)溫和的反應(yīng)溫度下就可以達(dá)到普通方法中高溫水解的反應(yīng)速率。另一方面，因溶液中生成的SiO2可以附著沉淀或生長在引入的外源晶種上，可以使沉淀顆粒更大更密實(shí)，從而可以降低終產(chǎn)物的固液分離的難度、提高生成產(chǎn)品的純度。在本發(fā)明中引入的外源晶種為SiO2,因而沒有外源雜質(zhì)，并使這種方法簡便易行、易于放大生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
1.向氟硅酸或氟硅酸鹽溶液B中加入堿溶液A，加入的堿恰好能等當(dāng)量地與SiF62_及H2SiF6反應(yīng)，使氟硅酸或氟硅酸鹽完全轉(zhuǎn)化為氟化物與SiO2 ;同時(shí)向溶液中投入一定量的SiO2顆粒,促進(jìn)溶液中水解生成的過飽和的SiO2的異相成核、并迅速結(jié)晶沉淀；
2.對(duì)反應(yīng)溶液進(jìn)行固液分離，得到氟化物溶液與SiO2沉淀物；
3.將氟化物溶液濃縮結(jié)晶，得到氟化物產(chǎn)品；
4.二氧化硅沉淀物經(jīng)洗滌干燥后得到白炭黑。
[0007]本發(fā)明所用的含氟反應(yīng)物為氟硅酸或氟硅酸鹽，氟硅酸鹽溶液B可以為:
1.氟硅酸鉀；
2.氟硅酸鉀與氟硅酸、氫氟酸、氟化鉀中的某一種或幾種混和的溶液；
3.氟硅酸與氟硅酸鉀、氫氟酸、氟化鉀中的某一種或幾種混和的溶液；
4.氟硅酸與氟硅酸銨、氫氟酸、氟化銨、氟化氫銨中的某一種或幾種混和的溶液；
5.氟娃酸銨；
6.氟硅酸銨與氟硅酸、氟化銨、氟化氫銨、氫氟酸之中的某一種或幾種混和的溶液。
[0008]本發(fā)明所用的堿液A，為KOH溶液、或K2CO3溶液、或KHCO3溶液、或氨水、或碳酸銨溶液、或碳酸氫銨溶液。
[0009]若溶液B中 除H+以外的陽離子為K+，則堿液A中的陽離子為K+ ;若溶液B中除H+以外的陽離子為NH4+,則堿液A中的陽離子為NH4'
[0010]本發(fā)明所用的溶液B中的氟硅酸鹽及H+與堿液A達(dá)到等當(dāng)量反應(yīng)。
[0011]本發(fā)明所用的設(shè)備包括:反應(yīng)釜，恒溫控制器，離心機(jī)，烘干機(jī)。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時(shí)間短，工藝和設(shè)備簡單，操作方便，操作條件易于控制，容易實(shí)現(xiàn)工程放大，所制備出的氟化鉀與白炭黑的有效成分含量較高。出水中的氟含量遠(yuǎn)低于國家規(guī)定的達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，10mg/L。
[0013]附圖中比較了 40度的反應(yīng)溫度下添加SiO2晶種與66度無添加晶種的條件下氟硅酸鉀水解程度隨反應(yīng)時(shí)間的差異。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)物氟硅酸鉀及氫氧化鉀的初始濃度與體積均分別相同。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，加晶種的情況下，40°C下水解完全只需要270分鐘。而如果不加晶種，在66°C的反應(yīng)溫度下270分鐘時(shí)氟硅酸鉀的水解率僅為77% ;而且反應(yīng)持續(xù)到390分鐘時(shí)氟硅酸鉀僅水解了 89%。這組數(shù)據(jù)表明，通過在氟硅酸鉀水解的過程中加入外源SiO2晶種可以降低反應(yīng)溫度、提高反應(yīng)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖:66°C未加二氧化硅晶種與40°C加二氧化硅晶種對(duì)氟硅酸鹽水解程度隨反應(yīng)時(shí)間變化的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1:用K2SiF6和KOH制備KF和SiO2。
[0016]1.向反應(yīng)釜中加入6.6kg氟硅酸鉀、6.7kg KOH、IlOkg水和0.01kg Si02。
[0017]2.啟動(dòng)攪拌，使反應(yīng)混合液在攪拌作用下發(fā)生反應(yīng)、生成氟化鉀和Si02。
[0018]3.開啟恒溫控制裝置，設(shè)定反應(yīng)釜內(nèi)溫度為40 °C恒溫。
[0019]4.測定反應(yīng)釜中溶液的氟離子含量，若達(dá)到反應(yīng)終點(diǎn)值時(shí)關(guān)閉攪拌裝置。
[0020]5.離心分離反應(yīng)釜中的溶液和沉淀，溶液為氟化鉀，沉淀為Si02。
[0021]6.濃縮結(jié)晶氟化鉀溶液得到KF。[0022]7.SiO2經(jīng)洗滌后置于烘干箱內(nèi)，經(jīng)干燥得白炭黑。
[0023]本實(shí)例制備的氟化鉀與二氧化硅產(chǎn)品見表1。
[0024]表1.
【權(quán)利要求】
1.一種由氟硅酸或氟硅酸鹽生產(chǎn)氟化物與白炭黑的新方法，其特征在于:在堿A使氟硅酸鹽B水解的過程中，向反應(yīng)混合溶液中加入SiO2晶粒，促進(jìn)溶液中過飽和的SiO2的異相成核作用，使氟硅酸鹽B高效快速地水解生成氟化物C與Si02。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由氟硅酸或氟硅酸鹽生產(chǎn)氟化物與白炭黑的新方法，其特征在于:生成的氟化物C溶液與SiO2可以通過固液分離的方法得以分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由氟硅酸或氟硅酸鹽生產(chǎn)氟化物與白炭黑的新方法，其特征在于:堿A為KOH溶液、K2CO3溶液、KHCO3溶液，或氨水、碳酸銨溶液、碳酸氫銨溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由氟硅酸或氟硅酸鹽生產(chǎn)氟化物與白炭黑的新方法，其特征在于:氟硅酸鹽B為:氟硅酸鉀；或氟硅酸鉀與氟硅酸、氫氟酸、氟化鉀中的某一種或幾種混和的溶液；或氟硅酸與氟硅酸鉀、氫氟酸、氟化鉀中的某一種或幾種混和的溶液；或氟硅酸與氟硅酸銨、氫氟酸、氟化銨、氟化氫銨中的某一種或幾種混和的溶液；或氟硅酸銨；或氟硅酸銨與氟硅酸、氟化銨、氟化氫銨、氫氟酸之中的某一種或幾種混和的溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由氟硅酸或氟硅酸鹽生產(chǎn)氟化物與白炭黑的新方法，其特征在于:若所述的溶液B中除H+以外的陽離子為K+，則堿液A中的陽離子為K+;若所述的溶液B中除H+以外的陽離子為NH4+,則堿液A中的陽離子為NH4+。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由氟硅酸或氟硅酸鹽生產(chǎn)氟化物與白炭黑的新方法，其特征在于:氟化物C為氟化銨，氟化氫銨或KF。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由氟硅酸或氟硅酸鹽生產(chǎn)氟化物與白炭黑的新方法，其特征在于:加入到溶液B內(nèi)的堿液A的量能夠使B中含有的氟硅酸根恰好全部水解。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由氟硅酸或氟硅酸鹽生產(chǎn)氟化物與白炭黑的新方法，其特征在于:向反應(yīng)混合溶液中加入的SiO2晶粒的量為反應(yīng)生成的SiO2的量的1%。~10%。
【文檔編號(hào)】C01B33/10GK103979548SQ201410237428
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月31日
【發(fā)明者】何菲, 吳魁旺, 鄧強(qiáng) 申請(qǐng)人:蘇州恒瑞生物醫(yī)藥科技有限公司