氟硅酸钠生产工艺的选择

氟硅酸钠生产工艺的选择

摘要：氟硅酸钠是氟化工行业的一种重要产品，用途广泛。从操作方式、原料来源、加盐方式等方面对氟硅酸钠的不同生产方法进行分析，着重讨论了硫酸钠干法、湿法生产的特点，提出了硫酸钠生产法；不论从经济还是环保角度都有着广阔的发展前景。

关键词：氟硅酸钠生产方法硫酸钠生产法

1 氟硅酸钠生产原理及方法

氟硅酸是一种络合卤酸。与其他由弱酸形成的络合酸一样，中心离子（Si4+）与弱酸根（F-）形成了较强的配位健。迫使氢离子（H+）移到络离子的外界，变得容易电离，酸性增强。氟硅酸只能存在于水溶液中，符合络合卤酸只能在它们同时生成离子时才能存在的一般现象。可以在低温下对它进行蒸发浓缩。在含25%（质量分数）的氟硅酸溶液中通入微弱空气，并于室温下减压浓缩，可以得到质量分数为40%一45%的氟硅酸；如用浓硫酸吸收HF和SiF ，常温下可得到质量分数约60%的氟硅酸。高于上述质量分数，氟硅酸将分解为HF和SiF 而挥发。在氟硅酸水溶液的蒸汽中HF和SiF 的物质的量比并不按氟硅酸的结构比例【n（HF）/n（SiF=2】逸出，而是随氟硅酸质量分数的升高而降低。氟硅酸的质量分数为10.5%时，逸出的HF和SiF 物质的量比约5.6；质量分数为18.4%时，HF和SiF物质的量比约1.1；质量分数为30.8%时，HF和SiF 物质的量比约0.29。因此理论上可用蒸馏的方法从氟硅酸中得到氢氟酸。氟硅酸的质量分数为13.3%时，其蒸汽中HF和SiF 物质的量比接近2。因此，用于生产氟硅酸钠时，氟硅酸的质量分数都最好控制在13.3%，或略低于此质量分数。

氟硅酸钠生产中，钠离子的来源主要有烧碱、碱、硫酸钠和氯化钠。采用碱做原料的母液接近中性，可减少废水处理费用；采用钠盐做原料的母液是稀盐酸（硫酸），废水处理费用较高。具体采用哪种原料要视各地的价格，并结合废水处理费用综合考虑。通常采用氯化钠做原料的综合费用最低。为了减少母液量，氟硅酸钠生产通常使用氯化钠的饱和溶液，其中的杂质一般是Ca2+，Mg2+。因分离氟硅酸钠沉淀后的母液为质量分数6%左右的稀盐酸，多数杂质离子不会随氟硅酸钠沉淀出来。因此，不需对氯化钠溶液进行化学净化。

1.1 按氟硅酸来源不同分为萤石法和磷矿石法；世界氟资源主要来自萤石、磷矿石等。萤石仅集中在为数不多的国家，已探明储量为6500万吨；并以每年400 万吨的速度消耗，资源有限。而磷矿石中伴生的氟一般在3%左右，却占世界氟储量的90% 以上，磷矿石中的氟就成为主要氟资源。磷矿石法是在生产磷酸或磷复肥时，实现对氟的回收。从经济、社会和环境效益出发，磷复肥副产氟盐必将逐步取代现有的萤石法。我国大部分的工业氟硅酸钠产品产自磷复肥企业。

1.2 按原盐种类分为氯化钠法和硫酸钠法

从理论上讲，氟硅酸钠的生产可选用氯化钠、硫酸钠、碳酸钠和磷酸钠等，综合考虑成本和工艺的稳定性，工业上采用前两种较多。尤其是硫酸钠法；因产品质量稳定，目前已相当成熟和普遍；硫酸钠盐液溶解度的温度系数大，容易生成十水结晶盐而析出，需要蒸汽加热和设备管道的保温，否则易造成工艺堵塞而影响生产和质。氯化钠法生产所产生的r氯离子对设备和管的道的腐蚀较大；所以从工艺上讲，硫酸钠法优于氯化钠法法。其化学反应如下：

氯化钠法H2SiF6 + 2NaCl Na2SiF6 ↓+ 2HCl

硫酸钠法H2SiF6 + Na2SO4 Na2SiF6 ↓+ H2SO4

使用氯化钠为原料时，以母液为主的污水中含有盐酸、硅胶等，而且溶解的氟硅酸钠在稀盐酸体系中水解较快，硅胶量随着贮存时间的延长明显增多，造成污水处理时难度大、环节多、费用高，某些磷复肥厂尝试生产回用，事实证明不但对系统的不锈钢设备、管线造成腐蚀，也造成生产波动。

使用硫酸钠为原料时，反应生成的母液中含有硫酸，而氟硅酸钠在硫酸体系中的水解速度慢，污水中硅胶含量相对较少，加之磷复肥厂均使用硫酸分解磷矿，回收利用这部分硫酸，既减少污水外排，又提高了盐中元素的利用率。所以从环保和减排角度讲，硫酸钠法应为首选。

1.3 按操作方法分为连续法和间歇法

连续法的生产工艺为定酸调盐，连续合成，经过沉降、洗涤再沉降，料浆经过离心脱水分离后，送入气流干燥管干燥，两级旋风收料，两级袋式除尘，尾气由风机排空，干料入成品贮斗，经冷却包装入库。连续法适于大规模生产装置，对原料钠盐品质有一定要求，生产能力大，产品质量稳定，劳动强度低，操作环境好；但污水量大，投资高。间歇法与连续法的区别主要是生产能力小；但间歇合成操作灵活，流程短，设备少，投资省，在我国相当部分的磷复肥企业采用，其主要工序见图1。

1.4 从钠盐投料方式上分为干法、湿法及混合法投料

1）干法投料即直接将钠盐投入合成槽，使装置的投资和排污量减少，适于小规模生产。干法生产时，由于硫酸钠溶解迅速，加之人工加料，加料速度不易控制，在结晶器中易使反应液局部过饱和而大量析出细小的氟硅酸钠，离心时易被甩出造成损失。以硫酸钠法为例，其简要工艺见图2。