CN104445274A - 氟化氢铵的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氟化氢铵的制备方法，本方法将钠长石分解产生的含有氟化铵的气体生成物经氨水吸收水解处理，得到含有氟化铵的溶液；然后将所述含有氟化铵的溶液高温分解，生成氟化氢铵溶液；最后将所述氟化氢铵溶液浓缩析晶，得到氟化氢铵成品。上述方法具有工艺简单，制备成本较低，可推广性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种氟化氢铵的制备方法，尤其涉及一种利用钠长石制备氟化铵的方法。
背景技术
氟化氢铵是一种具有腐蚀性的化学物质，分子式为NH4HF2，其水溶液显弱酸性，可以溶解玻璃，微溶于醇，极易溶于冷水，而且非常容易潮解。氟化氢铵能腐蚀玻璃，对皮肤有腐蚀性，可以用作化学试剂、玻璃蚀刻剂(参与氢氟酸并用)、发酵工业消毒剂和防腐剂、由氧化铍制金属铍的溶剂以及硅钢板的表面处理剂，还用于制造陶瓷、镁合金，锅炉给水系统和蒸气发生系统的清洗脱垢，以及油田砂石的酸处理，也用作烷基化、异构化催化剂组分，还可以用于炼铍、制电焊条、铸钢、木材防腐剂等。
传统生产氟化氢铵的方法多是采用液氨-氢氟酸中和法，传统工艺中的氢氟酸主要由莹石和硫酸反应制得，传统工艺需要消耗宝贵的资源莹石，氢氟酸成本相当高。
发明内容
由鉴于此，本发明确有必要提供一种生产成本比较低的氟化氢铵的制备方法，以解决上述技术问题。
一种氟化氢铵的制备方法，包括以下步骤：
钠长石分解：将钠长石、萤石、98%的硫酸按照1：1.55～2.57：3.28～4.62的质量比混合，并在100℃～200℃和自生压力下反应得到固体残渣与含有氟化硅的气体生成物；
气体吸收水解：采用质量百分浓度为15%～28%的氨水作为吸收液对所述含有氟化硅的气体生成物进行吸收水解处理；陈化并过滤水解产物，得到含有氟化铵的滤液；
高温分解：加热所述含有氟化铵的滤液，使氟化铵在130℃～180℃分解，形成氟化氢铵溶液及氨气；
浓缩结晶氟化氢铵：对所述氟化氢铵溶液进行浓缩处理，并调节pH值为3.5～4，浓缩后的氟化氢铵溶液冷却结晶，离心分离，获得氟化氢铵产品。
基于上述氟化氢铵的制备方法，所述钠长石分解的步骤包括：在100℃～200℃下对所述钠长石和萤石预加热15分钟～30分钟，除去其中的水分，得到干燥的钠长石和萤石原料；将98%的硫酸加入到所述干燥的钠长石和萤石原料中反应2小时～5小时得到含有硫酸钙、硫酸钠和硫酸铝的固体残渣和所述含有氟化硅的气体生成物。在该步骤中，所述反应温度可以为100℃、150℃、180℃、200℃，优选为120℃～200℃；所述反应时间优选为2.5小时～4小时。
基于上述氟化氢铵的制备方法，所述气体吸收水解的步骤包括：采用除尘过滤器过滤所述含有氟化硅的气体生成物；将经除尘过滤后的气体生成物依次通到一、二级吸收塔中被所述吸收塔中的吸收液氨水吸收并水解，并控制水解温度在75℃～90℃，且调节水解反应终点的pH值为8～9；使所述水解产物在30℃～40℃陈化2小时～3小时；将陈化后的水解产物输送到压滤机中过滤，制备白炭黑，经压滤机过滤的滤液即为所述含有氟化铵的溶液。
基于上述氟化氢铵的制备方法，所述气体吸收水解的步骤进一步包括向所述吸收液中加入所述氟化硅重量0.15%～0.3%的氨三乙酸钠。
基于上述氟化氢铵的制备方法，在所述气体吸收水解的步骤中，吸收液中的氨水的加入量为按照反应理论所需质量的105%～125%。
基于上述氟化氢铵的制备方法，所述高温分解的步骤包括：将所述含有氟化铵的滤液置于脱氨釜中加热浓缩，加热浓缩后的氟化铵溶液至130℃～180℃分解脱氨，反应生成的氨气经冷却循环吸收为氨水，存于贮罐，为脱硅备用。
与现有技术相比，本发明提供的氟化氢铵的制备方法中不使用氢氟酸，使用钠长石分解的氟化硅气体代替无水氟化氢生产氟化氢铵的方法，使氟化硅气体中的4个氟全部得已释放，来代替氢氟酸，能够大大降低生产成本，提升氟化氢铵生产企业效益，而且充分利用含氟废气，降低含氟废水的排出量，同时避免了氟资源的浪费，也降低了对环境的污染，节约了生产成本；本发明提供的氟化氢铵的制备方法中，钠长石的分解温度在100℃～200℃，反应条件温和，对设备的要求比较低；而且采用低温浓缩、低温结晶的方法制得氟化铵晶体，工艺简单，容易实现，降低成本，综合利用程度高、工艺先进，经济可行；而且，本发明在四氟化硅水解过程中加入氨三乙酸钠作为硅络合试剂，防止用氨脱硅时生成氟硅酸铵和氟化铵的络合物沉淀，提高二氧化硅与水的分离性，从而提高氟化氢铵的产率。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
一种氟化氢铵的制备方法，包括以下步骤：
钠长石分解：先将钠长石和萤石在100℃下预加热30分钟左右，再加入98%的硫酸使三者在100℃和自生压力下反应5小时左右，得到含有硫酸钙、硫酸钠和硫酸铝的固体残渣与含有氟化硅的气体生成物，其中，钠长石、萤石、98%的硫酸的质量比为1：1.55：3.28，反应原理为：
CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4
2NaAlSi3O8 + 24HF + 4H2SO4 = Na2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4↑ + 16H2O；
气体吸收水解：采用除尘过滤器过滤所述含有氟化硅的气体生成物；将经除尘过滤后的气体生成物依次通到一、二级吸收塔中水解，并控制水解温度在78℃，并调节水解反应终点的pH值约为8，其中，所述吸收塔中的吸收液为质量百分浓度为15%的氨水和氟化硅重量0.15%的氨三乙酸钠的混合液，所述氨水的加入量为按照反应理论所需质量的105%；使所述水解产物在30℃陈化3小时；将陈化后的水解产物输送到压滤机中过滤，制备白炭黑，经压滤机过滤的滤液即为所述含有氟化铵的溶液；其中，该气体吸收水解过程的反应原理为：3SiF4 + 2H2O = 2H2SiF6 + SiO2↓，
H2SiF6 + 6NH3·H2O = 6NH4F + SiO2↓ + 4H2O；
高温分解：将所述含有氟化铵的滤液置于脱氨釜中进行加热浓缩，加热浓缩后的氟化铵溶液至130℃分解脱氨，反应生成的氨气经冷却循环吸收为氨水，存于贮罐，为脱硅备用，其中，该步骤的反应原理为：
2NH4F = NH4HF2 + NH3↑；
浓缩结晶氟化氢铵：对所述氟化氢铵溶液进行浓缩，调节pH值约为3.5，浓缩后的氟化氢铵溶液冷却结晶，离心分离，获得氟化氢铵产品。
实施例2
本实施例与实施例1提供的氟化氢铵的制备方法基本相同，不同之处在于：在钠长石分解过程中，预加热的温度为150℃，预加热的时间为20分钟；反应的温度为150℃，反应的时间为3.5小时，且钠长石、萤石、98%的硫酸的质量比为1：2：4；在气体吸收水解的过程中，所述吸收液为质量百分浓度为22%的氨水和氟化硅重量0.2%的氨三乙酸钠的混合液，氟化硅的水解温度约为85℃，水解反应终点的pH值约为8.5，所述氨水的加入量为按照反应理论所需质量的115%，所述水解产物在35℃陈化2.5小时；高温分解的步骤中，所述氟化铵溶液的分解温度为155℃；在浓缩结晶氟化氢铵的过程中，所述氟化氢铵溶液的pH值约为3.8。
实施例3
本实施例与实施例1提供的氟化氢铵的制备方法基本相同，不同之处在于：在钠长石分解的过程中，预加热的温度为200℃，预加热的时间为15分钟；反应的温度为200℃，反应的时间为2小时，且钠长石、萤石、98%的硫酸的质量比为1：2.5：4.6；在气体吸收水解的过程中，所述吸收液为质量百分浓度为28%的氨水和氟化硅重量0.3%的氨三乙酸钠的混合液，氟化硅的水解温度约为90℃，水解反应终点的pH值约为9，所述氨水的加入量为按照反应理论所需质量的130%；所述水解产物在40℃陈化2小时；在高温分解的步骤中，所述氟化铵溶液的分解温度为180℃；在所述浓缩结晶氟化氢铵的步骤中，所述氟化氢铵溶液的pH值约为4。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种氟化氢铵的制备方法，包括以下步骤：
钠长石分解：将钠长石、萤石、98%的硫酸按照1：1.55～2.57：3.28～4.62的质量比混合，并在100℃～200℃和自生压力下反应得到固体残渣与含有氟化硅的气体生成物；
气体吸收水解：采用质量百分浓度为15%～28%的氨水作为吸收液对所述含有氟化硅的气体生成物进行吸收水解处理；陈化并过滤水解产物，得到含有氟化铵的滤液；
高温分解：加热所述含有氟化铵的滤液，使氟化铵在130℃～180℃分解，形成氟化氢铵溶液及氨气；
浓缩结晶氟化氢铵：对所述氟化氢铵溶液进行浓缩，并调节pH值为3.5～4，浓缩后的氟化氢铵溶液冷却结晶，离心分离，获得氟化氢铵产品。
2.根据权利要求1所述的氟化氢铵的制备方法，其特征在于：所述钠长石分解的步骤包括：在100℃～200℃下对所述钠长石和萤石预加热15分钟～30分钟，除去其中的水分，得到干燥的钠长石和萤石原料；将98%的硫酸加入到所述干燥的钠长石和萤石原料中反应2小时～5小时得到含有硫酸钙、硫酸钠和硫酸铝的固体残渣和所述含有氟化硅的气体生成物。
3.根据权利要求1所述的氟化氢铵的制备方法，其特征在于：所述气体吸收水解的步骤包括：采用除尘过滤器过滤所述含有氟化硅的气体生成物；将经除尘过滤后的气体生成物依次通到一、二级吸收塔中被所述吸收塔中的吸收液氨水吸收并水解，并控制水解温度在75℃～90℃，且调节水解反应终点的pH值为8～9；使所述水解产物在30℃～40℃陈化2小时～3小时；将陈化后的水解产物输送到压滤机中过滤，制备白炭黑，经压滤机过滤的滤液即为所述含有氟化铵的溶液。
4.根据权利要求3所述的氟化氢铵的制备方法，其特征在于：所述气体吸收水解的步骤进一步包括向所述吸收液中加入所述氟化硅重量0.15%～0.3%的氨三乙酸钠。
5.根据权利要求1～4任一项所述的氟化氢铵的制备方法，其特征在于：在所述气体吸收水解的步骤中，吸收液中的氨水的加入量为按照反应理论所需质量的105%～125%。
6.根据权利要求1所述的氟化氢铵的制备方法，其特征在于：所述高温分解的步骤包括：将所述含有氟化铵的滤液置于脱氨釜中进行加热浓缩，加热浓缩后的氟化铵溶液至130℃～180℃分解脱氨，反应生成的氨气经冷却循环吸收为氨水，存于贮罐，为脱硅备用。
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