燒堿氟硅酸鈉法制冰晶石聯產白炭黑工藝研究

張 梅

(多氟多化工股份有限公司,河南焦作 454191)

工業技術

燒堿氟硅酸鈉法制冰晶石聯產白炭黑工藝研究

張 梅

(多氟多化工股份有限公司,河南焦作 454191)

研究了燒堿氟硅酸鈉法生產冰晶石并聯產優質白炭黑的工藝條件,確定了燒堿分解氟硅酸鈉生產白炭黑的影響因素。用低濃度的燒堿 (循環生產過程中用母液)在一定條件下與氟硅酸鈉反應,得到白炭黑軟膏和氟化鈉溶液。白炭黑軟膏經洗滌干燥后得白炭黑產品;氟化鈉溶液經二次過濾后打入儲槽備合成用。將一定濃度的氫氧化鈉溶液預熱到 100℃,加入計算量的氫氧化鋁,攪拌反應直至溶液澄清,即得鋁酸鈉溶液。將氟化鈉溶液和鋁酸鈉溶液按照一定的比例加入到合成槽,控制一定的合成溫度,反應結束后過濾即得冰晶石產品。采用此方法合成的冰晶石與氨水氨解氟硅酸鈉法生產的冰晶石相比流動性好、質量合格、適合電解鋁啟槽用,具有良好的市場前景,并且具有廢水可以循環利用、環境污染少的特點。

氫氧化鈉;氟硅酸鈉;氟化鈉;白炭黑;冰晶石

氟硅酸鈉為磷肥行業副產的氟硅酸經綜合利用生產的產品,用來生產冰晶石,不僅成本低廉,而且綜合利用了氟資源,對節能環保、保護國家的戰略資源螢石具有重要的意義。文獻[1-4]中多見以氨水或氨鹽氨解氟硅酸或氟硅酸鈉,制得氟化銨、氟化鈉或其混合溶液及白炭黑,用過濾后的溶液與鋁酸鈉合成冰晶石。本工藝采用燒堿堿解氟硅酸鈉,避免了引進氨造成對環境的污染,鈉離子可以全部循環利用,節約生產成本。在合成過程中控制合適的配比,生產的高分子比冰晶石用于電解鋁的啟槽可以有效提高電解槽的啟動質量,改善電解槽的運行狀況,為優化電解槽的技術指標和延長電解槽壽命奠定良好的基礎;同時還可以降低啟動過程中原材料的消耗和成本,減少廢氣的排放量。

1 研究過程

1.1 生產所需原料

1.2 工藝原理

本工藝主要包括晶種制備、堿解、白炭黑過濾洗滌和干燥、鋁酸鈉制備、冰晶石的合成、過濾和干燥等過程。

先用氟硅酸鈉和一定濃度的稀氫氧化鈉溶液反應,制得白炭黑晶種;再將制得的晶種打入堿解槽,加入氟硅酸鈉,用一定濃度的氫氧化鈉溶液進行堿解,得到氟化鈉溶液和白炭黑的混合料漿;將料漿過濾后,澄清的氟化鈉溶液到合成工序備合成用,白炭黑軟膏經洗滌、干燥得成品;由堿解工序得到的氟化鈉溶液和液體鋁酸鈉經合成工序制得高分子比冰晶石。主要化學反應方程式:

1.3 工藝流程

流程敘述:1)制晶種:將一定濃度的稀氫氧化鈉溶液打入晶種制備槽,預熱至 38～40℃,迅速加入一定量的氟硅酸鈉,攪拌 3～5 min,打入晶種儲備槽備堿解用。2)堿解:將制得的晶種、冰晶石母液打入堿解槽中,啟動攪拌,加入計算量的氟硅酸鈉,升溫至 40～70℃,緩慢加入氫氧化鈉溶液,調整 pH在 7～7.5,加量完畢后,繼續反應 15～30 min。整個反應過程保持恒溫。3)白炭黑料漿的過濾:將堿解反應結束后的料漿經過濾和洗滌,得白炭黑軟膏,濾液和洗水打入氟化鈉溶液儲槽,以備冰晶石的合成用。4)白炭黑的干燥:將洗滌后的白炭黑軟膏用旋轉閃蒸干燥機或噴霧干燥機進行干燥,即得白炭黑產品。5)鋁酸鈉溶液的制備:將質量分數為 40%的工業氫氧化鈉溶液打入制備槽中,預熱到 100℃,加入計算量的氫氧化鋁,攪拌反應直至溶液澄清,即得鋁酸鈉溶液。6)冰晶石的合成:將氟化鈉溶液和鋁酸鈉溶液按照一定的比例加入合成槽中,加料結束攪拌反應 30 min。7)冰晶石的過濾、干燥:反應后的料漿經臥式螺旋離心機進行過濾,濾液返回堿解工段使用,冰晶石軟膏經旋轉閃蒸干燥機干燥后即得冰晶石產品。

1.4 設備選用

1)制晶種和堿解時所用的反應槽要耐一定的溫度和堿度,選用 PP或不銹鋼材質均可。2)生成的白炭黑顆粒很細,且相對密度小,故白炭黑的過濾選用廂式壓濾機進行過濾。3)由于氟化鈉在一定濃度下即達到飽和狀態,易析出晶體,堵塞設備,影響白炭黑的主含量,所以在堿解后的料漿進入廂式壓濾機前要進行一次初過濾,以濾除氟化鈉晶體。4)冰晶石的合成在堿性環境下進行,溫度在 80℃以上,故冰晶石的合成槽選用不銹鋼材質的攪拌槽即可。5)該工藝生產的冰晶石顆粒較小,采用傳統的方法進行過濾不利于提高收率,合成后的料漿為弱堿性,故冰晶石料漿的過濾選用合金材質的臥式螺旋離心機進行過濾,過濾后的母液固含量低,冰晶石的收率高,有利于生產過程中工藝的控制。6)因該工藝生產的冰晶石顆粒較小,用旋轉閃蒸干燥機進行干燥即可滿足產品的要求,不僅能保證產品的水分含量合格,而且現場環境好、設備維修量小、運行成本低。

1.5 生產成本

主要原材料消耗如表 1。

表1 主要原材料消耗

1.6 產品質量

所得白炭黑產品質量見表 2。

表2 白炭黑產品質量

所制得的冰晶石產品質量見表 3。

表3 冰晶石產品質量 %

2 結果與討論

以磷肥行業副產氟硅酸鈉為主要原料,用氫氧化鈉堿解氟硅酸鈉的方法分解得到氟化鈉溶液,進而合成冰晶石并副產優質白炭黑,不僅循環利用了氟資源,避免了用氨水氨解氟硅酸鈉的方法生產時氨對環境的污染,而且生產成本低,工藝、技術條件簡單易行,產品質量好。本工藝生產出的優質白炭黑及冰晶石均能達到相關行業標準和國家標準,在生產過程中產生的冰晶石母液可回收循環利用,損耗小,具有綜合利用價值和經濟效益。

[1] 王慶義,陳玉海.碳酸化法合成冰晶石[J].無機鹽工業,2007,39(9):38-40.

[2] 劉海霞.氟硅酸生產氟化氫銨聯產白炭黑新工藝[J].無機鹽工業,2008,40(10):41-42.

[3] 侯紅軍,張富山.高分子比冰晶石的生產工藝與應用[J].有色金屬工業,2003(9):60-61.

[4] 劉曉紅,王賀云,劉曉萍.氟硅酸制冰晶石聯產白炭黑工藝研究[J].輕金屬,2007(7):58-60.

Research on production process of cryolite and by-product silica white by sodium hydroxide-sodium fluosilicate method

ZhangMei
(Do-Fluoride Chem icals Co.,Ltd.,Jiaozuo454191,China)

Production process of producing cryolite and by-producing high-quality silica white with sodium hydroxide-sodium fluosilicate(NaOH-Na2SiF6)method was researched and factors influencing the process that NaOH decomposing Na2SiF6to produce silica white were confirmed.NaOH(mother liquid will be used in the real production cycle)with low concentration reacted with Na2SiF6at a certain condition and silica paste as well as sodium fluoride solution was then obtained.Silica paste waswashed and dried to prepare silica white product and sodium fluoride solutionwaspumped into storage tank for further synthesis after secondary filtration.NaOH solution at a certain concentration preheated to 100℃,and then add aluminium hydroxidewith calculated amount.Stirring the solution till it turned to clear and sodium aluminate solution will be prepared.Adding sodium fluoride solution and sodium aluminate solution in definite proportion into a synthetic tank,controlling temperature and cryolite productwill be finally obtained through filtration after completion of the reaction.Cryolite product produced by thismethod had better fluidity,acceptable quality,and suitable for start-up of aluminum electrolysis comparingwith thatproduced by ammonia-sodium fluosilicate method.Therefore,it has goodmarketprospect.Moreover,wastewater can be recycled and it has less environmental pollution.

sodium hydroxide;sodium fluosilicate;sodium fluoride;silica white;cryolite

TQ124.3

A

1006-4990(2010)04-0036-03

2009-10-27

張梅 (1973— ),女,工程師,多年來一直從事氟化鹽研究工作。

聯系方式:zhangxiaomei6771@163.com