CN106185817A - 一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法 - Google Patents
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Abstract
一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法,是先在含氟硅酸废水中加入氨或铵,使氟硅酸分解成氟化铵和二氧化硅的沉淀物,再往含氟化铵溶液中加入硫酸镁,使其中的氟以氟化镁形式沉淀析出,过滤得氟化镁和沉氟后液,然后用硫酸热分解氟化镁,热分解蒸汽冷凝吸收得氢氟酸,热分解残余物返回氟沉淀析出工序循环使用。沉氟后液搅拌加入石灰蒸发回收氨,回收得到的氨返回氟硅酸氨解工序循环使用,具有工艺简单,操作简便,氟的回收率高,回收成本低,作业环境好等优点。
Description
技术领域
本发明属于化工及冶金领域,具体涉及一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法。
背景技术
氢氟酸是一种重要的化工原料,氢氟酸通常是用氟石(萤石)和硫酸来制备。使用过的氢氟酸废液中通常含有氟硅酸、氟铁酸、氟钛酸等杂质,人们对从氟硅酸中回收氢氟酸进行过大量尝试,其中包括美国矿务局提出的石灰硅石法、巴士公司提出的热解法及伟尔曼电力煤气公司采用的浓硫酸分解法等。
石灰硅石法:是先将石灰、硅石和氟硅酸按一定比例混合。生成氟化钙和硅石沉淀经过滤和造粒,然后送至1050℃的旋转窑。从旋转窑放出的氢氟酸-水蒸汽流经冷凝,再用氟化钠饱和,使生成较难溶的二氟化钠。二氟化钠经过滤和干燥后送入反应器(400℃),在那里离解成氟化钠和氟化氢。氟化钠再循环使用,氟化氢经冷凝后成为成品氢氟酸。这种方法要经两次高温处理,能耗很高。
热解法:是先将液体氟硅酸送入浓缩塔以蒸发去除过量的水,将已浓缩的氟硅酸送至蒸发塔汽化。从蒸发塔出来的氟化氢—四氟化硅—水蒸汽混合物进入吸收塔的中部,在吸收塔的上部用有机溶剂选择性地吸收氟化氢。小量的水和四氟化硅通过由塔底进入的纯氟化氢蒸汽而汽提去除。有机溶剂吸收的氟化氢接着进入真空蒸发器,使氟化氢从溶剂中解吸出来。然后经冷凝器液化,再通过两级精馏塔去其中夹带的氟硅酸,得到产品氢氟酸。这一方法的蒸发浓缩工序能耗很高,对于稀的氟硅酸溶液没有任何经济价值。
浓硫酸分解法是采用浓硫酸使氟硅酸脱水,然后从四氟化硅气体中分离出氢氟酸。这一方法同样是能耗高,无法处理低浓度的氟硅酸废水。
含氟硅酸废水是一种含氟工业废水,其中除氟硅酸外通常还含有硫酸、氢氟酸、氟铁酸等其他金属氟络合物,且浓度有高有低。目前,除湿法磷酸和过磷酸钙工艺副产的氟硅酸可以综合利用外,其它行业产生的含氟硅酸废水大多采用石灰沉淀法处理,从而产生大量的含氟固体废弃物,造成沉重的环保压力和严重的氟资源浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种经济高效,操作简便,环境友好的从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法。
本发明一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法,包括下述步骤:
步骤一:氟硅酸的氨解
往含氟硅酸废水中加入氨或铵,调溶液pH值至6.5-10.5,使氟硅酸分解成氟化铵和二氧化硅,过滤得含氟化铵的滤液和含二氧化硅的滤饼;
步骤二:氟沉淀富集
往步骤一得到的含氟化铵滤液中搅拌加入含镁化合物,使其中的氟化铵分解沉淀析出氟化镁,过滤得氟化镁滤饼和含铵/氨的滤液;
步骤三:分离回收氢氟酸
往步骤二得到的氟化镁沉淀物中加入硫酸,使氟化镁分解成MgSO4和HF,升温使HF从分解产物中蒸发出来,蒸发出来的HF气体冷凝吸收得氢氟酸,含硫酸镁的蒸发残余物直接返回步骤二用作氟的沉淀剂;含氟硅酸废水中的氟以HF形式回收的总回收率≥95%;
步骤四:分离回收氨
步骤二得到的含铵/氨的滤液直接蒸发回收氨,或往步骤二得到的含铵/氨的滤液中先加入石灰,使其中的铵盐转化成氨和相应的钙盐,再蒸发回收氨,回收得到的氨返回步骤一继续用于氟硅酸的氨解。
本发明一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法中,所述的氟硅酸的氨解,是往含氟硅酸废水中加入氨气、氨水、碳酸铵、碳酸氢铵中的至少一种,0-90℃,搅拌1.5-4.5h,使其中氟硅酸分解成氟化铵和二氧化硅,过滤得含氟化铵的滤液和含二氧化硅的滤饼。
本发明一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法中,所述的氟沉淀富集,是按步骤一得到的含氟化铵滤液中的氟转化成氟化镁理论量的1-1.5倍加入含镁化合物,0-100℃,搅拌0.5-3.5h,使其中的氟化铵分解,沉淀析出氟化镁,过滤得氟化镁滤饼和含铵/氨的滤液。
本发明一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法中,所述的分离回收氢氟酸,是往步骤二得到的氟化镁沉淀物中,按其中氟化镁分解成MgSO4化学计量数的1-1.5倍搅拌加入浓度达93-98%的硫酸,130-280℃分解0.5-3.5h,使其中的氟以HF的形式挥发出来,含HF的气体经冷凝吸收得氢氟酸,含硫酸镁的蒸发残余物返回步骤二继续用作氟的沉淀剂。
本发明一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法中,所述的分离回收氨,是将步骤二得到的含铵/氨的滤液60-105℃直接常压或减压蒸发1-5h回收氨,或先按步骤二得到的含铵/氨的滤液中的铵转化成氨的理论量的1-3倍搅拌加入氧化钙或氢氧化钙,使其中的铵盐转化成氨和相应的钙盐,再60-105℃常压或减压蒸发1-5h回收氨,或按步骤二得到的含铵/氨的滤液中的硫酸铵转化成氨和硫酸钙的理论量的1-3倍加入氧化钙或氢氧化钙,研磨或搅拌球磨使其中的硫酸铵转化成氨和硫酸钙,再60-105℃常压或减压蒸发1-5h回收氨,回收得到的氨返回步骤一继续用于氟硅酸的氨解。
本发明一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法中,所述含镁化合物选自氧化镁、氢氧化镁、硫酸镁、氯化镁、硝酸镁中的至少一种,优选硫酸镁。
含氟硅酸废水采用本发明一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法处理后,其中F的总回收率≥95%。
从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的基本原理可用以下反应式来表示:
H2SiF6+6NH3+2H2O=6NH4F+SiO2↓ (1)
2NH4F+MgSO4=(NH4)2SO4+MgF2↓ (2)
MgF2+H2SO4=MgSO4+2HF↑ (3)
(NH4)2SO4+CaO+H2O=CaSO4·2H2O↓+2NH3↑ (4)
总反应为:H2SiF6+3CaO+3H2SO4+H2O=3CaSO4·2H2O+6HF+SiO2
由此看出,氨和硫酸镁在含氟硅酸废水回收氢氟酸的工艺过程中起到关键的桥梁作用。
本发明与已有的技术相比具有以下优点及效果:
本发明巧妙地利用氨和硫酸镁作为从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的媒介,只需消耗硫酸和石灰,就可从含有氟硅酸、氟铁酸、氟钛酸等的不同组成不同浓度的废水中回收得到氢氟酸,实现含氟硅酸废水的资源化利用,含氟硅酸废水中的氟以HF形式回收的总回收率≥95%。此外,由于氧化钙或氢氧化钙在水中的溶解度较小,本发明采用研磨或搅拌研磨的机械活化的方法,有效解决了硫酸铵转化形成的硫酸钙对石灰的包裹问题,确保转化反应的顺利进行。本发明具有工艺简单,操作简便,氟的回收率高,回收成本低,作业环境好等优点。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明作进一步描述,以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
取钽铌冶炼过程产生的含氟硅酸废水2.5m3,45℃搅拌加入浓度为6mol/L的浓氨水调溶液pH至9,反应2.5h后,过滤得含SiO2的滤饼和含NH4F的滤液。所得滤液按其中的F-转化成MgF2沉淀理论量的1.03倍加入MgSO4·6H2O,室温搅拌2.5h,过滤得氟化镁沉淀物和除氟后液。所得氟化镁沉淀物按其中氟化镁分解成MgSO4理论量的1.05倍搅拌加入浓度为98%的浓硫酸,210℃分解1.5h,使其中的氟以HF的形式挥发出来,含HF的气体经冷凝吸收得氢氟酸,所得氢氟酸返回钽铌冶炼生产工序循环使用。蒸发得到的残余物为无水硫酸镁,直接返回氟化镁沉淀工序循环使用。所得除氟后液按其中的硫酸铵转化成硫酸钙理论量的1.25倍加入氧化钙,100℃搅拌球磨1.5h,使其中的硫酸铵转化成硫酸钙和氨,并将挥发出来的氨气收集返回氟硅酸氨解工序继续使用。含氟硅酸废水处理前后的实验结果如下:
HF | ∑F | Fe | Si | Ti | |
处理前,g/L | 3.5 | 106.5 | 23.4 | 11.6 | 27.8 |
处理后,g/L | --- | 0.001 | 0.001 | 0.01 | 0.001 |
实施例2
取某冶炼厂的废气淋洗液1.5m3,室温搅拌通入氨气,调pH至8.5,继续搅拌2h,过滤得含SiO2的滤饼和含NH4F的滤液。所得滤液按其中的F-形成MgF2沉淀理论量的1.02倍加入实施例1得到的无水硫酸镁,60℃搅拌1h,过滤过滤得氟化镁沉淀物和除氟后液。所得氟化镁沉淀物按其中氟化镁分解成MgSO4理论量的1.01倍搅拌加入浓度为93%的硫酸,230℃蒸发1h,使其中的氟以HF的形式挥发出来,含HF的气体经冷凝吸收得氢氟酸。所得蒸发残余物-无水硫酸镁返回氟化镁沉淀工序循环使用。所得除氟后液按其中的硫酸铵转化成硫酸钙理论量的1.25倍加入氢氧化钙,95℃搅拌2h,使其中的硫酸铵转化成硫酸钙和氨,并将蒸发出来的氨收集返回氟硅酸氨解工序继续使用。废气淋洗液处理前后的实验结果如下:
HF | ∑F | HCl | Si | Ti | |
处理前,g/L | 1.5 | 43.5 | 2.1 | 10.3 | --- |
处理后,g/L | --- | 0.001 | --- | 0.01 | --- |
实施例3
取磷肥厂副产的氟硅酸2.5L,w(H2SiF6)=24.1%,按氟硅酸转化成氟化铵理论量的1.05倍加入碳酸氢铵,35-80℃搅拌3.5h,过滤得SO2滤饼和含NH4F的滤液。所得滤液按其中F-转化成MgF2沉淀理论量的1.2倍加入氧化镁,室温搅拌2h,过滤得氟化镁沉淀物和除氟后液。所得氟化镁沉淀物烘干后得氟化镁产品,除氟后液直接蒸发回收氨。
Claims (10)
1.一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法,包括下述步骤:
步骤一:氟硅酸的氨解
往含氟硅酸废水中加入氨或铵,调溶液pH值至6.5-10.5,使氟硅酸分解成氟化铵和二氧化硅,过滤得含氟化铵的滤液和含二氧化硅的滤饼;
步骤二:氟沉淀富集
往步骤一得到的含氟化铵滤液中搅拌加入含镁化合物,使其中的氟化铵分解沉淀析出氟化镁,过滤得氟化镁滤饼和含铵/氨的滤液;
步骤三:分离回收氢氟酸
往步骤二得到的氟化镁沉淀物中加入硫酸,使氟化镁分解成MgSO4和HF,升温蒸发HF,得到HF气体和含硫酸镁的蒸发残余物;蒸发出来的HF气体冷凝吸收得氢氟酸。
2.根据权利要求1所述的一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法,其特征在于:步骤一中,氟硅酸的氨解,是往含氟硅酸废水中加入氨气、氨水、碳酸铵、碳酸氢铵中的至少一种,0-90℃,搅拌,使其中氟硅酸分解成氟化铵和二氧化硅,过滤得含氟化铵的滤液和含二氧化硅的滤饼。
3.根据权利要求1所述的一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法,其特征在于:步骤二中,氟沉淀富集,是按步骤一得到的含氟化铵滤液中的氟转化成氟化镁理论量的1-1.5倍加入含镁化合物,0-100℃,搅拌,使其中的氟化铵分解,沉淀析出氟化镁,过滤得氟化镁滤饼和含铵/氨的滤液。
4.根据权利要求3所述的一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法,其特征在于:所述含镁化合物选自氧化镁、氢氧化镁、氯化镁、硝酸镁中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法,其特征在于:步骤三中,分离回收氢氟酸,是往步骤二得到的氟化镁沉淀物中,按其中氟化镁分解成MgSO4化学计量数的1-1.5倍搅拌加入浓硫酸,使氟化镁分解成MgSO4和HF,加热到130-280℃,使其中的氟以HF的形式蒸发出来,得到HF气体和含硫酸镁的蒸发残余物;含HF的气体经冷凝吸收得氢氟酸,所述浓硫酸的质量百分浓度为93-98%。
6.根据权利要求5所述的一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法,其特征在于:含硫酸镁的蒸发残余物直接返回步骤二继续用作氟的沉淀剂。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法,其特征在于:步骤二得到的含铵/氨的滤液直接蒸发回收氨;或
先往含铵/氨的滤液中加入氧化钙或氢氧化钙,使其中的铵盐转化成氨和相应的钙盐,再蒸发回收氨,回收得到的氨返回步骤一继续用于氟硅酸的氨解。
8.根据权利要求7所述的一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法,其特征在于:含铵/氨的滤液直接蒸发回收氨是将含铵/氨的滤液60-105℃直接常压或减压蒸发回收氨;或
按含铵/氨的滤液中的铵转化成氨的理论量的1-3倍搅拌加入氧化钙或氢氧化钙,使其中的铵盐转化成氨和相应的钙盐,再60-105℃常压或减压蒸发回收氨。
9.根据权利要求1-3或5-6任意一项所述的一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法,其特征在于:步骤二中加入的含镁化合物为硫酸镁。
10.根据权利要求9所述的一种从含氟硅酸废水中回收氢氟酸的方法,其特征在于:按步骤二得到的含铵/氨的滤液中的硫酸铵转化成氨和硫酸钙的理论量的1-3倍加入氧化钙或氢氧化钙,研磨或搅拌球磨使其中的硫酸铵转化成氨和硫酸钙,再60-105℃常压或减压蒸发1-5h回收氨,回收得到的氨返回步骤一继续用于氟硅酸的氨解。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161207 |