濕法磷酸副產(chǎn)物氟硅酸制白炭黑連續(xù)工藝研究

吳立群，梁雪松，梅 毅，王汝春，江城發(fā)，楊云松

(1.四川大學化學工程學院，四川成都 610065;2.云南省化工研究院;3.云天化集團有限責任公司)

濕法磷酸副產(chǎn)物氟硅酸制白炭黑連續(xù)工藝研究

吳立群1，2，梁雪松2，梅 毅3，王汝春2，江城發(fā)1，楊云松2

(1.四川大學化學工程學院，四川成都 610065;2.云南省化工研究院;3.云天化集團有限責任公司)

以濕法磷加工過程的氟硅酸為原料，和氨水發(fā)生連續(xù)氨化反應，生成白炭黑和氟化銨。白炭黑作為一種性能優(yōu)越的補強材料，有著廣闊的市場;氟化銨可與強酸反應生產(chǎn)氫氟酸。連續(xù)氨化反應的優(yōu)化條件為:氟硅酸質(zhì)量分數(shù)為10%、氨水質(zhì)量分數(shù)為10%、反應溫度為20℃、攪拌轉速為700 r/min、平均停留時間為15 min，在此條件下開展連續(xù)氨化反應，生成的白炭黑比表面積可達到350 m2/g，其他化學指標均達到HG/T 3061—1999質(zhì)量標準。因此，此路線是氟硅酸綜合利用較為有效的方法。

氟硅酸;白炭黑;連續(xù)法;比表面積

氟硅酸氨化法制取白炭黑和氟化銨工藝均為間歇工藝，間歇工藝存在設備利用率低、自動化程度低、單套設備規(guī)模小等缺點［1－3］，使得此技術在國內(nèi)沒有大規(guī)模的工業(yè)化裝置建成，同時造成國內(nèi)濕法磷酸企業(yè)氟、硅資源利用受限。筆者利用濕法磷酸副產(chǎn)的氟硅酸，采用連續(xù)氨化工藝生產(chǎn)高比表面積的白炭黑和高濃度的氟化銨溶液。

1 實驗部分

1.1 實驗流程

反應流程:將氟硅酸和氨水同時加入反應器中，開啟攪拌，控制pH和停留時間，反應完畢后，物料準備過濾。過濾及洗滌流程:反應后的物料用氣動泵打入壓濾機中經(jīng)過濾、洗滌后得到白炭黑濾餅，濾液為氟化銨溶液。干燥流程:白炭黑濾餅經(jīng)微波干燥后得到白炭黑成品。

1.2 實驗原料及設備

氟硅酸，云天化國際化工三環(huán)分公司提供，w(H2SiF6)=20%、w(HF)≤2%;氨水，云南解化廠集團有限公司生產(chǎn)，w(NH3)=20%。

壓濾機:bms250型;pH計:Hi－221型;微波干燥設備:昆明理工微波研究組提供。

1.3 分析測試

白炭黑各指標分析均采用化工標準 HG/T 3061—1999規(guī)定的方法。

2 結果與討論

2.1 溫度對白炭黑比表面積的影響

表1為反應溫度對白炭黑比表面積的影響。從表1可以看出，隨著溫度的升高，白炭黑比表面積下降。溫度升高會加速白炭黑團聚和硬團聚現(xiàn)象的發(fā)生，導致比表面積下降。

表1 反應溫度對白炭黑比表面積的影響

2.2 平均停留時間對白炭黑比表面積的影響

表2為平均停留時間對白炭黑比表面積的影響。由表2可以看出，平均停留時間小于15 min時，隨時間增加比表面積呈上升趨勢;15 min以后，隨著平均停留時間的延長，白炭黑比表面積下降趨勢明顯。原因是隨著平均停留時間的延長，白炭黑離子團聚及硬團聚現(xiàn)象進一步發(fā)生，產(chǎn)品比表面積下降。

表2 平均停留時間對白炭黑比表面積的影響

2.3 攪拌轉速對白炭黑比表面積的影響

表3為攪拌轉速對白炭黑比表面積的影響。從表3可以看出，隨著攪拌轉速的增加白炭黑比表面積呈上升趨勢。高攪拌轉速可使反應體系有較好的傳質(zhì)效率，更有利于氟硅酸和氨水的混合;同時有利于抑制白炭黑粒子團聚現(xiàn)象的發(fā)生。

表3 攪拌轉速對白炭黑比表面積的影響

2.4 物料濃度對白炭黑比表面積的影響

表4和表5分別為氨水濃度、氟硅酸濃度對白炭黑比表面積的影響。由表4和表5可知，隨著氨水濃度和氟硅酸濃度的增加，白炭黑比表面積呈下降趨勢。物料濃度越高，氨化反應的不均勻性和白炭黑粒子團聚的可能性均增加，較低的氨水濃度和氟硅酸濃度對白炭黑比表面積較為有利。

表4 氨水濃度對白炭黑比表面積的影響

表5 氟硅酸濃度對白炭黑比表面積的影響

2.5 優(yōu)化條件實驗

優(yōu)化條件為:氟硅酸質(zhì)量分數(shù)為10%、氨水質(zhì)量分數(shù)為10%、反應溫度為20℃、攪拌轉速為700 r/min、平均停留時間為15 min，在此條件下開展實驗，對得到的白炭黑進行全分析，結果見表6。

表6 白炭黑樣品檢測結果

3 結論

物料濃度對白炭黑比表面積影響最大，若要得到高比表面積的白炭黑，須使用低濃度的物料進行反應;合適的停留時間、高攪拌強度、較低的反應溫度對生成高比表面積的白炭黑較有利。影響白炭黑比表面積的因素還有很多，通過調(diào)整工藝條件，可生產(chǎn)出不同品質(zhì)的白炭黑以滿足不同用戶的需要。

［1］ 盧芳儀，饒志剛.由氟硅酸制氟化鈉和白炭黑的工藝研究［J］.硫磷設計與粉體工程，2000(6):6－9.

［2］ 杜麗梅.云南磷肥工業(yè)副產(chǎn)氟資源綜合利用途徑初探［J］.云南化工，2003，30(1):24－26.

［3］ Mollere P D，Tadeusz K V，Cthornsberry JW，et al.Production of silica and fluorine－containing coproducts from fluosilicic acid: US，4915705［P］.1990－04－10.

Study on continuous technology of silica white using by－product fluosilicic acid from wet－process phosphoric acid

Wu Liqun1，2，Liang Xuesong2，Mei Yi3，Wang Ruchun2，Jiang Chengfa1，Yang Yunsong2
(1.School of Chemical Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China;
2.Yunnan Research Institute of Chemical Industry;3.Yuntianhua Group Co.，Ltd.)

Silica white and ammonium fluoride were prepared by using ammonia continually reactwith fluosilicic acid which is a by－product ofwet－process phosphoric acid.As a reinforcingmaterialwith superior performance，silica white has a broad market;ammonium fluoride can be reacted with strong acid to form hydrofluoric acid.Optimized technologic conditions were as follows:themass fraction of fluosilicic acid was10%，themass fraction of ammonia was10%，the reaction temperature was 20℃，the stirring speed was 700 r/min，and average residence time was 15 min.Specific surface area of silica white produced under these technological conditions could reach 350 m2/g，and other chemistry indexesmetwith the quality requirements of HG/T 3061—1999.So this route is relatively effective for the integrated utilization of fluosilicic acid.

fluosilicic acid;silica white;continuous process;specific surface

TQ127.2

A

1006－4990(2012)01－0055－02

2011－07－19

吳立群(1981— )，男，助理工程師，研究員，工程碩士，主要從事濕法磷加工過程副產(chǎn)的氟、硅資源綜合利用研究。

聯(lián)系方式:6186128@qq.com