CN103359769A - 氟化钙制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明有关于一种氟化钙制备方法,包括以下步骤:提供一含有HF酸的废液;控制该废液中的HF酸含量于一预定浓度范围;添加一Ca源至含该预定浓度范围HF酸的废液中;及控制Ca与HF酸的反应温度于一预定温度范围,以生成CaF2。藉此,本发明的氟化钙制备方法的制程简单、成本低廉、CaF2制备速率高,且制备的CaF2具有极高且稳定的纯度及品质。
Description
技术领域
本发明与氟化钙制备方法有关,特别是有关于一种利用含有HF酸的废液制备氟化钙的方法。
背景技术
由于氢氟(HF)酸大量使用在半导体、光电面板、太阳能等晶片或基板的清洗制程,以台湾为例,氢氟酸的使用量极高(依产能利用率,至少有近5~10万公吨/年),所排放的废氢氟酸则至少是使用量的倍数,因为清洗过程会使用超纯水再洗净,自然就会排放更多的含HF酸废液。含HF酸废液必须经过回收及处理,否则会对环境造成及大的污染及伤害。
一般处理含HF酸废时,必须耗用大量碱来中和处理,并产生很多微细污泥,处理非常困难且成本高昂。并且,若无法将其中的氟有价物制得工业上可以使用的产品如氟化钙(CaF2,俗称萤石),只能将其当作污泥处理,实在非常浪费资源且不经济。
不同产业及不同制程所形成的废液中通常含有不同浓度的HF酸,浓度可由3wt%至49wt%,而在现有利用含HF酸废液制备CaF2的方法中,皆未对回收废液的HF酸浓度进行调控且未控制反应温度,而直接在回收废液中加入氢氧化钙(Ca(OH)2)或氯化钙(CaCl2)等钙源,使氟离子(F-)与钙离子(Ca2+)产生难溶于水(溶解度积(Ksp)极低)的CaF2沉淀物,如此造成了CaF2的生成速率较低、制程时间较长等问题。此外,由于废液中大多另含有如硝酸或/及硫酸等杂质,其将会与钙反应生成硝酸钙或/及硫酸钙并与CaF2共同沉淀,因此只能制备纯度较低(纯度约仅能达50-60%)的CaF2。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种氟化钙制备方法,其制程简单、成本低廉、CaF2制备速率高,且制备的CaF2具有极高且稳定的纯度及品质。
为了达成上述目的,本发明的氟化钙制备方法包括以下步骤:提供一含有HF酸的废液;控制该废液中的HF酸含量于一预定浓度范围;添加一Ca源至含该预定浓度范围HF酸的废液中;及控制Ca与HF酸的反应温度于一预定温度范围,以生成CaF2。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例氟化钙制备方法的流程图;及
图2为本发明一较佳实施例氟化钙制备方法的制程示意图。
其中,附图标记:
12 废液 14 离子浓度监测器
16 反应槽 18 Ca源
20 搅拌器 22 压滤机
具体实施方式
为了更了解本发明的特征,以下列举一较佳实施例并配合图式说明于后,其中:
图1为本发明一较佳实施例氟化钙制备方法的流程图;及
图2为本发明一较佳实施例氟化钙制备方法的制程示意图。
不同产业及不同制程所形成的废液中,通常含有不同浓度的HF酸,浓度可由3wt%至49wt%,且这些废液之中有些可能另含有如硝酸或/及硫酸等杂质,甚至另含有氟硅化物。本发明即在提供一种氟化钙制备方法,其制程简单、成本低廉、CaF2制备速率高,且制备的CaF2具有极高且稳定的纯度及品质。
请配合参考图1、2,首先参考步骤S11,提供一含有HF酸的废液12。
参考步骤S12,控制该废液12中的HF酸含量于一预定浓度范围。在本实施例中,是利用离子浓度监测器14监测氟离子浓度,并调整及控制该废液12的HF酸含量使该预定浓度范围介于6-15wt%之间。例如:可将一含有3wt%HF酸的废液与另一含有49wt%HF酸的废液混合并调控其混合溶液的HF酸浓度介于6-15wt%之间,然上述二废液中的HF酸的浓度仅为例示,实际上其可为任意二浓度,或是将含有较高HF酸浓度的废液与水混合。要说明的是,亦可将二个以上含有不同wt%HF酸的废液混合并调整其混合溶液的HF酸浓度介于6-15wt%之间。要说明的是,该预定浓度范围较佳介于8-12wt%之间,更佳介于8-10wt%之间。关于HF酸浓度的调整,可先由外界完成浓度调整后再将该废液12盛于一反应槽16中,或可先将该废液12盛于反应槽16中再进行浓度调整。
参考步骤S 13,添加一Ca源18至含该预定浓度范围HF酸的废液12中。该Ca源18较佳为钙盐,该钙盐可选自碳酸钙(CaCO3)、氢氧化钙(Ca(OH)2)及氯化钙(CaCl2)至少其中之一,该钙盐于本实施例中是使用价格较低且容易取得的碳酸钙,如此可降低生产成本。可理解的是,所添加的Ca源18亦可为其他含钙的化合物,只要其含Ca而可与HF酸反应生成CaF2即可。该Ca源18可直接加至该反应槽16中,或先由外界与水混合后再加至该反应槽16中。该Ca源18的添加量较佳是依据该废液12的总量而相应地调整。该Ca源与该废液的重量比可介于0.2:1.0至0.3:1.0,较佳地为(0.24-0.25):1.0。
参考步骤S14,控制Ca与HF酸的反应温度于一预定温度范围,以生成CaF2。Ca与HF酸的反应方程式如下式(1)所示:
Ca2++2F- (aq)→CaF2(s)(1)
要说明的是,Ca与HF酸的反应为放热反应,在长时间持续的反应下,若未对其反应温度进行控制,最终的反应温度会高达80℃以上,甚至高达90℃以上,会影响到CaF2的生成且会造成操作环境上的危险。因此,在本发明的方法中将该预定温度范围控制介于50-70℃之间,较佳介于57-63℃之间,更佳介于59-61℃之间。反应温度的调控可以但不限于通过一温控装置(图未示)控制设于该反应槽16的一加温装置(图未示)对该反应槽16中的混合液体加热而达成。生成的CaF2为固体(s)且其溶解度积极低(Ksp约为10-10),因此难溶于水而会产生沉淀,故CaF2可通过Ca与HF酸反应制得。在应用上,CaF2例如可作为钢铁业所使用的助熔剂。
较佳地,本发明的方法可另于Ca与HF酸反应过程中通过一搅拌器20进行一搅拌步骤,如此可使Ca与HF酸较均匀且快速地进行反应。
在氟化钙制备过程中控制HF酸浓度范围以及反应温度下,可具有较高的CaF2生成速率,其反应时间约在30分钟内即可完成;并且即使废液12中含有如硝酸或/及硫酸等杂质,亦可控制使Ca2+较易与HF酸反应生成CaF2而不易与硝酸或/及硫酸反应生成硝酸钙或/及硫酸钙,生成的CaF2纯度平均高于75wt%,纯度大部分介于75-83wt%之间,少部分可高于83wt%。
综上所述,本发明氟化钙制备方法的制程简单、成本低廉、CaF2制备速率高,且制备的CaF2具有极高且稳定的纯度及品质。
上述CaF2生成后存在于反应槽16中的液体中,而在后续处理过程中,生成的CaF2可另经一压滤步骤S15,例如利用压滤机22将固体的CaF2与液体分离及脱水而取得CaF2产品,压滤后的CaF2含水率通常不高于70%,通常低于50%,然CaF2的含水率可依需要而进一步调整。在实际制程中,压滤步骤所产生的水可再导至与Ca源18混合,亦可补充至该反应槽16中。
压滤取得的CaF2可再进行一干燥步骤S16,该干燥步骤S16依据CaF2所需含水率(例如含水率低于50%)而进行调控,然若未对含水率有所要求,不进行干燥步骤S16亦可。
以下表一是显示于数个实例中控制HF酸浓度范围以及反应温度下,每单位吨数废液所需的CaCO3需求量,以及CaF2的产生量及H2O的生成量,其中干重指含水率低于3%的CaF2的重量,湿重指未经干燥的CaF2(含水率低于50%)的重量。
以本发明氟化钙制备方法制得的产品,经送经济部标准检验局所得的试验结果中显示,送验样品中CaF2含量为80.4wt%、二氧化硅含量为3.1wt%、硫含量为0.15wt%。而根据CNS的规范,以本发明氟化钙制备方法制得的产品的数据如下:
产品级别 | CNS2643M1012C1级 |
干基氟化钙 | >70% |
硫含量 | <0.3% |
二氧化硅含量 | <5% |
含水率 | <50% |
由上结果可知,本发明氟化钙制备方法制备的CaF2确实具有极高且稳定的纯度及品质。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例,非用于限制本发明,本领域技术人员可基于本发明的精神,对本发明做出各种修改或等同替换,这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种氟化钙制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
提供一含有HF酸的废液;
控制该废液中的HF酸含量于一预定浓度范围;
添加一Ca源至含该预定浓度范围HF酸的废液中;及
控制Ca与HF酸的反应温度于一预定温度范围,以生成CaF2。
2.根据权利要求1所述的氟化钙制备方法,其特征在于,该预定浓度范围介于6-15wt%之间。
3.根据权利要求2所述的氟化钙制备方法,其特征在于,该预定浓度范围介于8-10wt%之间。
4.根据权利要求1所述的氟化钙制备方法,其特征在于,该Ca源与该废液的重量比为0.2:1.0至0.3:1.0。
5.根据权利要求1所述的氟化钙制备方法,其特征在于,该预定温度范围介于50-70℃之间。
6.根据权利要求1所述的氟化钙制备方法,其特征在于,该Ca源为钙盐。
7.根据权利要求6所述的氟化钙制备方法,其特征在于,该钙盐选自碳酸钙(CaCO3)、氢氧化钙(Ca(OH)2)及氯化钙(CaCl2)至少其中之一。
8.根据权利要求1所述的氟化钙制备方法,其特征在于,另于Ca源与HF酸反应过程中进行一搅拌步骤。
9.根据权利要求1所述的氟化钙制备方法,其特征在于,生成的CaF2另经一压滤步骤。
10.根据权利要求9所述的氟化钙制备方法,其特征在于,在压滤步骤后另包括一干燥CaF2的步骤。
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TWI449668B (zh) | 2014-08-21 |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131023 |