CN110683561B - 一种综合利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法 - Google Patents

一种综合利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种综合利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法，所述方法包括流态化干燥工序、流态化分解工序、气相沉积工序、汽化工序和冷凝工序。在本方法中，氟硅酸钠经过流态化干燥得到无水氟硅酸钠；然后进入流态化分解工序，得到氟化钠产品以及富四氟化硅的混合气；在气相沉积工序，富四氟化硅的混合气与汽化后的三氯化铝反应，得到氟化铝产品和富四氯化硅混合气；富四氯化硅混合气经过冷凝工序得到四氯化硅产品，冷凝工序尾气送碱洗塔处理。本方法具有流程短，能耗低，环境友好，产品附加值高等优点。

Description

一种综合利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅 的方法
技术领域
本发明属于化工、材料领域，特别涉及一种综合利用氟硅酸钠高效生产多种化工品(氟化钠、氟化铝和四氯化硅)的方法。
背景技术
我国是磷肥生产大国，生产中伴随着大量氟硅酸的产出。目前氟硅酸主要用来生产氟硅酸钠。氟硅酸钠产品价值低，产能过剩，经济效益差。因此，通过技术创新，开发利用氟硅酸钠生产高附加值氟盐化工品具有很大的经济效益和社会效益。氟硅酸钠可以通过热分解制备氟化钠和四氟化硅。氟化钠是一种重要的氟化盐，是制造其它氟化物的原料，可以用来生产人造冰晶石。四氟化硅是电子和半导体行业一种重要的化工原料，主要用于硅化钽、氮化硅的刻蚀剂。
但是氟硅酸钠在固定床分解过程中易发生熔融结块，导致分解不彻底，能耗升高。四氟化硅虽然是电子行业不可缺少的化工试剂，但是市场容量小，相对于数量巨大的氟硅酸钠相比，难以有效匹配。而且四氟化硅气体储存困难。为了开拓更广阔的四氟化硅应用市场，亟待开发新工艺、新流程。
为解决氟硅酸钠分解过程中熔融结块的问题，科技人员进行了大量的研究，并形成相应的专利技术。中国专利200910024293.6公开了一种采用回转反应炉热解氟硅酸钠的方法，首先在煅烧炉内低温负压干燥，脱除水分；然后将惰性助剂与干燥后的氟硅酸钠按一定比例混合，在回转反应炉内高温煅烧分解，得到四氟化硅气体，以及惰性助剂和氟化钠的混合物。该工艺虽然可以缓解熔融结块的问题，但是引入的惰性助剂与氟化钠分解困难，不利于氟化钠的利用。而且回转反应炉难以实现大规模连续化生产。中国专利201510302232.7公开了一种高温分解氟硅酸钠制备四氟化硅的方法及装置。首先将氟硅酸钠与分解助剂混合均匀，采用薄层、静态的方式平铺在托盘中，平铺厚度1mm～20mm，将托盘叠放至托盘架上，并置于分解釜体中加热分解。但是该工艺实际仍是固定床分解，存在处理量小，操作复杂，不利于大规模连续化生产，而且需要添加分解助剂，增加成本。中国专利201710216329.5公开了一种用氟硅酸制备氟化氢的循环生产工艺，其中涉及热分解氟硅酸钠制备氟化钠固体和四氟化硅气体，但是并没有给出实际的操作方案。中国专利201110258173.X公开了一种采用回转窑制备四氟化硅的方法，将氟硅酸钠与浓硫酸预反应得到氟硅酸，然后采用回转窑低温热分解，得到氟化氢和四氟化硅的混合气，最后通过冷冻分离，得到纯度较高的四氟化硅气体。该工艺涉及到氟化氢和四氟化硅混合气的分离，增大生产成本，而且四氟化硅市场容量比较小。中国专利200980156839.1公开了一种用于流化床反应器中由氟硅酸盐生产四氟化硅的方法和体系。采用氟硅酸盐热分解得到四氟化硅气体、氟硅酸盐与氟盐混合物。一部分四氟化硅再循环到流化床分解反应器用作流化气体。氟硅酸盐与氟盐混合物配加氟硅酸重新生成氟硅酸盐返回干燥分解工序。该工艺中流化床反应器是解决熔融结块的一种有效方法，并采用四氟化硅作为流化气体，没有外来气体引入，避免混合气体分离提纯问题。但是该工艺将分解不完全的氟硅酸钠经过湿法流程重新生成氟硅酸盐，存在流程长，反复干燥，能耗高的缺点。
气相白炭黑广泛用于化工、喷涂材料、医药、环保等各种领域，市场容量非常大。但是四氟化硅气相水解制备白炭黑的工艺，由于受热力学限制，需要很高的温度，而且反应转化率低，难以工业化实施。
综上所述，现有的综合利用氟硅酸钠的技术存在熔融结块、分解不彻底、需要添加助剂、流程长等问题。得到的四氟化硅市场容量小，难以和大量的氟硅酸钠相匹配。因此，通过工艺技术创新，开发综合利用氟硅酸钠高效生产多种化工品的技术具有重要意义。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出了一种综合利用氟硅酸钠高效生产多种化工品(氟化钠、氟化铝和四氯化硅)的方法。本方法具有流程短，能耗低，环境友好，产品附加值高等优点。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种综合利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法，所述方法包括流态化干燥工序1、流态化分解工序2、气相沉积工序3、汽化工序4和冷凝工序5五个工序，具体按以下步骤进行：
1)氟硅酸钠原料首先经过流态化干燥工序得到无水氟硅酸钠，干燥尾气送碱洗塔处理；
2)无水氟硅酸钠送流态化分解工序，得到氟化钠产品和富四氟化硅混合气；
3)三氯化铝经过汽化工序后进入气相沉积工序与来自分解工序的四氟化硅反应，得到氟化铝产品和富四氯化硅混合气；
4)富四氯化硅混合气进入冷凝工序，冷凝得到四氯化硅产品，冷凝工序尾气送碱洗塔处理。
优选地，所述流态化干燥工序1采用流化床反应器，干燥温度为0℃～200℃，干燥时间0.1h～36h，流化气体为氟化氢混合气，氟化氢混合气中氟化氢体积比例为0.1％～15％，其余气体为净化氮气、净化空气、净化氩气中的一种或几种。
优选地，所述流态化分解工序2中采用流化床反应器，分解温度为400℃～700℃，停留时间15min～300min，流化气体为净化氮气、净化空气、净化氩气中的一种或几种。
优选地，所述气相沉积工序3采用流化床反应器，流化气体为流态化热解工序2产生的富四氟化硅混合气，反应温度为200℃～600℃，三氯化铝与四氟化硅的摩尔比1.34～1.50。
优选地，所述三氯化铝和载气一同进入汽化工序4，汽化温度为150℃～300℃，所述载气为净化空气、净化氮气、净化氩气中的一种或几种，所述三氯化铝为无水三氯化铝。
相对于现有技术，本发明具有如下突出的优点：
(1)本发明在干燥、分解、气相沉积等工序采用流化床反应器，强化传质传热，没有熔融结块的问题，节能降耗。
(2)本发明在流态化干燥工序，通入氟化氢混合气，在干燥同时，抑制硅的水解。
(3)本发明在分解工序不需要添加助剂，降低了生产成本，不引入其他物料，可以获得纯净氟化钠产品。
(4)本发明在气相沉积工序，引入无水三氯化铝和四氟化硅反应，得到氟化铝产品和四氯化硅产品。
(5)本发明中的氟化铝产品可以用于铝冶金，四氯化硅可以用来生产白炭黑，均有较大的市场容量和附加值。
采用本发明综合利用氟硅酸钠高效生产多种化工品的工艺，可以同时获得市场容量大且附加值高的氟化钠产品、氟化铝、四氯化硅产品，采用流化床反应器，没有熔融结块的问题，具有效率高、能耗低、产品质量良好等优点，可有效提高综合利用氟硅酸钠生产多种化工品的工艺。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步阐释，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明所述的综合利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法的流程示意图。
附图标记：1、流态化干燥工序，2、流态化分解工序，3、气相沉积工序，4、汽化工序，5、冷凝工序。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。值得说明的是，实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。
实施例1
图1为本发明所述的综合利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法的流程示意图。
结合图1，本实施例所使用的一种综合利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法，所述方法包括流态化干燥工序1、流态化分解工序2、气相沉积工序3、汽化工序4和冷凝工序5五个工序，具体按以下步骤进行：
1)氟硅酸钠原料首先经过流态化干燥工序得到无水氟硅酸钠，干燥尾气送碱洗塔处理；
2)无水氟硅酸钠送流态化分解工序，得到氟化钠产品和富四氟化硅混合气；
3)三氯化铝经过汽化工序后进入气相沉积工序与来自分解工序的四氟化硅反应，得到氟化铝产品和富四氯化硅混合气；
4)富四氯化硅混合气进入冷凝工序，冷凝得到四氯化硅产品，冷凝工序尾气送碱洗塔处理。
实施例2
本实施例采用实施例1所述综合利用氟硅酸钠生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法，所述流态化干燥工序1采用流化床反应器，干燥温度为0℃，干燥时间36h，氟化氢混合气中氟化氢体积比例为0.1％，其余气体为净化氮气。所述流态化分解工序2中采用流化床反应器，分解温度为400℃，停留时间300min，流化气体为净化氮气。所述气相沉积工序3采用流化床反应器，反应温度为200℃，三氯化铝与四氟化硅的摩尔比1.50。所述三氯化铝和载气一同进入汽化工序4，汽化温度为150℃，所述载气为净化空气，所述三氯化铝为无水三氯化铝。氟化钠产品的杂质硅含量为0.2wt％(以SiO2计)，原料中硅的回收率为92％(以进入SiCl4产品计)。
实施例3
本实施例采用实施例1所述综合利用氟硅酸钠生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法，所述流态化干燥工序1采用流化床反应器，干燥温度为200℃，干燥时间0.1h，氟化氢混合气中氟化氢体积比例为15％，其余气体为净化空气。所述流态化分解工序2中采用流化床反应器，分解温度为700℃，停留时间15min，流化气体为净化空气。所述气相沉积工序3采用流化床反应器，反应温度为600℃，三氯化铝与四氟化硅的摩尔比1.34。所述三氯化铝和载气一同进入汽化工序4，汽化温度为300℃，所述载气为净化氮气，所述三氯化铝为无水三氯化铝。氟化钠产品的杂质硅含量为0.3wt％(以SiO2计)，原料中硅的回收率为93％(以进入SiCl4产品计)。
实施例4
本实施例采用实施例1所述综合利用氟硅酸钠生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法，所述流态化干燥工序1采用流化床反应器，干燥温度为100℃，干燥时间6h，氟化氢混合气中氟化氢体积比例为0.5％，其余气体为净化氩气。所述流态化分解工序2中采用流化床反应器，分解温度为600℃，停留时间120min，流化气体为净化氩气。所述气相沉积工序3采用流化床反应器，反应温度为400℃，三氯化铝与四氟化硅的摩尔比1.40，流化气体为净化氩气。所述三氯化铝和载气一同进入汽化工序4，汽化温度为220℃，所述载气为净化氩气，所述三氯化铝为无水三氯化铝。氟化钠产品的杂质硅含量为0.1wt％(以SiO2计)，原料中硅的回收率为94％(以进入SiCl4产品计)。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种综合利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法，所述方法包括流态化干燥工序(1)、流态化分解工序(2)、气相沉积工序(3)、汽化工序(4)和冷凝工序(5)五个工序，具体按以下步骤进行：
1)氟硅酸钠原料首先经过流态化干燥工序得到无水氟硅酸钠，干燥尾气送碱洗塔处理；
2)无水氟硅酸钠送流态化分解工序，得到氟化钠产品和富四氟化硅混合气；
3)三氯化铝经过汽化工序后进入气相沉积工序与来自分解工序的四氟化硅反应，得到氟化铝产品和富四氯化硅混合气；
4)富四氯化硅混合气进入冷凝工序，冷凝得到四氯化硅产品，冷凝工序尾气送碱洗塔处理；
所述流态化干燥工序(1)的流化气体为氟化氢混合气，氟化氢混合气中氟化氢体积比例为0.1％～15％，其余气体为净化氮气、净化空气、净化氩气中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法，其特征是，所述流态化干燥工序(1)采用流化床反应器，干燥温度为0℃～200℃，干燥时间0.1h～36h。
3.根据权利要求1所述的利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法，其特征是，所述流态化分解工序(2)中采用流化床反应器，分解温度为400℃～700℃，停留时间15min～300min，流化气体为净化氮气、净化空气、净化氩气中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法，其特征是，所述气相沉积工序(3)采用流化床反应器，流化气体为流态化热解工序(2)产生的富四氟化硅混合气，反应温度为200℃～600℃，三氯化铝与四氟化硅的摩尔比1.34～1.50。
5.根据权利要求1所述的利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法，其特征是，所述三氯化铝和载气一同进入汽化工序(4)，汽化温度为150℃～300℃，所述载气为净化空气、净化氮气、净化氩气中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的利用氟硅酸钠高效生产氟化钠、氟化铝和四氯化硅的方法，其特征是，所述三氯化铝为无水三氯化铝。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101134588A (zh) * 2006-09-01 2008-03-05 多氟多化工股份有限公司 氟化铝的生产方法
CN102317201A (zh) * 2008-12-17 2012-01-11 Memc电子材料有限公司 用于在流化床反应器中由氟硅酸盐生产四氟化硅的方法和体系

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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