氟硅酸鈉熱分解法生產氟化鈉工藝技術

黃鳳鳴

（昆明陽光安全科技工程有限公司，云南昆明 650224）

中國是磷肥生產大國，2010年中國磷肥產量為1701萬t（折100%P2O5），其中磷銨產量為1057萬 t（折100%P2O5），較好地保障了中國農業生產的需要，為確保國家糧食安全和為國內外市場提供基礎磷化工產品的原料做出了積極貢獻。但是，生產磷肥產品如普鈣、重鈣及濕法磷酸過程中會產生含氟廢氣，對含氟廢氣的處理方法是將氟吸收轉化為氟硅酸，生產1 t普鈣將產生4.5～6.5 kg氟硅酸（100%H2SiF6），生產 1 t濕法磷酸（100%P2O5）將副產 60～65 kg氟硅酸（100%H2SiF6），這些氟硅酸85%以上用于生產附加值較低的初級氟鹽產品——氟硅酸鈉。為了使磷化工產業持續、穩定、健康地發展，需要延伸產業鏈，調整產品結構。調整好附屬產品如氟鹽的產品結構，對磷化工產業的發展也具有重要意義。為了充分利用磷肥工業副產的氟資源，筆者介紹了用氟硅酸鈉和碳酸鈉在一定溫度下進行復分解反應（即氟硅酸鈉熱分解法）制取高附加值的氟化鈉產品同時副產白炭黑（沉淀水合二氧化硅）的生產工藝技術。以年產3000 t氟化鈉同時副產450 t白炭黑項目為例，以外購氟硅酸鈉為原料，介紹了該工藝的工藝技術和生產操作要點，可以作為磷肥企業對于附屬產品氟硅酸鈉進行深加工的參考。

1 工藝技術原理及流程

氟硅酸鈉熱分解法［1］生產氟化鈉原理：氟硅酸鈉與碳酸鈉反應生成氟化鈉、二氧化硅和二氧化碳。

工藝流程：1）將澄清后的母液送入反應器中（或直接加入工藝水），用蒸汽加熱；2）將固體氟硅酸鈉投入反應器中，攪拌；3）將飽和純堿溶液送入反應器，與氟硅酸鈉反應；4）當反應到達終點后將物料放入分離洗滌器中，使氟化鈉和硅膠分離，將氟化鈉和硅膠分別洗滌，母液三級澄清，上層清液用于配制純堿或作為洗液循環使用，沉淀物再進行洗滌分離；5）洗凈后的氟化鈉晶體送入過濾槽中除去大量的水分，再送入三足式離心機進一步脫水，最后送去流化床干燥器進行干燥；6）從分離洗滌器中分離出的二氧化硅送入硅膠洗滌器中，用質量分數為5%～10%的稀硫酸溶液中和、陳化，用泵送入板框壓濾機脫水，再送去閃蒸干燥器干燥，得二氧化硅副產品，洗滌水回酸性水收集地下池澄清，再補充硫酸后循環使用。

工藝技術特點：1）間隙式生產，工藝流程短，常壓反應，操作控制簡單，蒸汽加熱，反應溫度易控制（90～95 ℃），反應時間約 3 h；2）利用氟化鈉和硅膠的不同重度設計分離洗滌器，動力消耗低，產品質量穩定；3）氟化鈉采用振動流化床干燥器，白炭黑用高效旋轉閃蒸干燥器，兩套干燥設備共用一個熱風爐供熱，可提高熱能利用效率，降低燃煤消耗；4）兩套干燥器收塵凈化技術一級均采用高效旋風除塵器，二級用脈沖袋式除塵器，尾氣收塵凈化效果好。

2 生產運行情況

2.1 項目簡介

按上述生產工藝，以外購氟硅酸鈉為原料，實際設計、安裝并投入運行了一套年產3000t氟化鈉副產450t白炭黑的生產裝置。裝置占地面積為6496m2，建構筑物占地面積為 2066.7 m2，項目投資為145.17萬元，建設期為6個月。裝置投入運行后性能穩定，各項技術經濟指標達到和超過了設計要求，年產值為1197萬元，投資回收期為1 a。

2.2 主要生產設備

年產3000 t氟化鈉副產450 t白炭黑生產裝置選用的主要生產設備見表1。

表1 年產3000 t氟化鈉副產450 t白炭黑生產裝置主要生產設備

2.3 項目性能指標

2.3.1 產品產量和質量

年產3000 t氟化鈉副產450 t白炭黑項目建成投產后，生產運行期各項經濟技術指標均達到了設計要求，實際日平均氟化鈉產量為9.20 t，副產粉狀白炭黑為1.56 t。氟化鈉產品質量達到YS/T 517—2009《氟化鈉》一級指標要求，見表2。白炭黑產品質量達到HG/T 3061—2009《橡膠配合劑沉淀水合二氧化硅》主要指標要求，見表3。

表2 氟化鈉產品質量與行業標準對比

表3 白炭黑產品質量與行業標準對比

2.3.2 原輔材料和能源消耗

以生產1 t氟化鈉（含白炭黑）計，消耗定額設計指標和實際消耗指標見表4。在后來的實際運行中主要原料氟硅酸鈉采用的是沒經烘干的半成品，純堿采用的也不是純度為98%的純堿，而是純堿廠品質較差的純度為92%的純堿，可以進一步降低生產成本。

表4 生產1 t氟化鈉（含白炭黑）消耗指標

2.4 工藝控制要點

2.4.1 反應終點判斷

用氟硅酸鈉和純堿采用熱分解法生產氟化鈉，關鍵工藝控制點是反應終點的判斷，它直接關系到下一步氟化鈉和二氧化硅的分離以及所得產品的質量，也影響產品收率。一般資料介紹，當反應完成到達終點時體系pH為8～9，但在實際生產控制中，當反應接近終點或加入過量純堿條件下體系pH也都在8～9，所以僅用體系pH為8～9來判斷反應是否到達終點是不合理的，一是會造成氟硅酸鈉沒有反應完全，使產品中二氧化硅和水不溶物超標，影響產品質量；二是純堿加入量過大，導致反應時間延長，純堿消耗量增加，產品收率反而降低。所以采取何種既簡便又快捷的判斷反應終點的方法是裝置操作控制的一個難點。在生產操作過程中，通過不斷試驗并結合中間分析、產品分析，可以找到判斷反應終點的規律。

2.4.2 氟化鈉和二氧化硅的分離與洗滌

氟化鈉和二氧化硅均是結晶體，兩者重度不同，氟化鈉晶體的重度大于硅膠，其沉降速度也大于二氧化硅，因此二者大部分好分離，但氟化鈉產品中仍然夾雜有二氧化硅，同樣在二氧化硅產品中也夾帶有結晶細小的氟化鈉。為了使氟化鈉和二氧化硅很好地分離，使兩種產品質量都達標，根據實際生產經驗，在反應中必須盡量讓氟化鈉的結晶體變大，給分離洗滌創造條件，再配上一臺特殊的分離洗滌器，掌握好分離洗滌的時機和方法，最終才能使氟化鈉和白炭黑產品質量達標。

2.5 環境保護

氟硅酸鈉熱解法生產氟化鈉附產白炭黑項目屬于資源綜合利用項目，可以將磷肥生產中廢棄的氟硅酸作為原料，制備成氟硅酸鈉，進而生產高附加值的氟化鈉產品，同時附產白炭黑。反應過程在90～95℃、常壓條件下進行，反應過程中有水蒸氣產生，無固體廢物產生，洗滌水經沉淀后用于配料和洗滌不外排，無液體廢物產生。氟化鈉、白炭黑兩種產品的干燥尾氣均采用旋風＋布袋二級除塵，尾氣排放低于GB 16297—1996 《大氣污染物綜合排放標準》規定的廢氣污染物排放限值。

2.6 存在的問題和建議

該項目屬于單獨建設，原料氟硅酸鈉為外購成品，反應加熱使用的蒸汽、產品干燥使用的熱能需要配套建設蒸汽鍋爐、熱風爐等。如果該項目與磷肥企業配套建設，不但可以就近對氟硅酸鈉直接進行深加工（不需要對氟硅酸鈉進行干燥、包裝，可以節省大量能源），實現連續生產，而且氟化鈉生產需要的蒸汽也可以利用磷肥生產中產生的余熱、高溫廢氣，除可節省投資外，還可減少能源消耗，節約資源，降低生產運行成本。

3 結論

氟硅酸鈉熱分解法生產氟化鈉并副產白炭黑，生產技術合理、實用、可靠，產品附加值高。若將該項目與磷肥企業配套建設，可以延伸磷肥企業附屬產品的產業鏈，促進磷肥企業持續、穩定、健康發展。

［1］天津化工研究院.無機鹽工業手冊（上）［M］.北京：化學工業出版社，1979.