CN112645287B - 一种含氟硫酸的回收利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含氟硫酸回收利用的方法，所述方法为：在常压下，向装有含氟硫酸的反应釜中加入一定量的去离子水，该去离子水的加入量为：使含氟硫酸中氟磺酸水解所需要理论水量的90‑120％；然后通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体并加热，收集尾气，用去离子水吸收后得到氢氟酸；反应釜中留下不含氟硫酸。处理后，最终反应釜中留下不含氟的硫酸，硫酸浓度为80‑98％；氢氟酸含量在10ppm以下；尾气被去离子水吸收后得到浓度为30‑48％的氢氟酸，硫酸含量在20ppm以下。因此，采用本发明的方法处理含氟硫酸后，可以获得直接商业化或生产应用的高浓度高纯度的硫酸和氢氟酸。
Description
技术领域
本发明涉及副产物硫酸的回收利用，尤其涉及一种含氟硫酸的回收利用的方法。
背景技术
在氟化工行业，工业生产氟化氢气体及五氟化磷气体净化过程中，都会产生大量的含氟硫酸。硫酸浓度一般在60％-80％之间，这一部分硫酸由于含有氟磺酸，而且浓度较高，对各种金属有着极强的腐蚀性，回收利用或储存都是各企业面临的难题。
现有的处理含氟硫酸的方法主要是利用石灰进行中和，中和后产生的氟化钙与硫酸钙溶液经过滤将固体取出集中进行固废处理。这种方法存在着以下不足之处:(1)产生的大量含氟污水需要进一步处理才能向环境外排放。(2)固废中含硫酸钙与氟化钙也需要进一步进行固废处理，增加很大成本。(3)造成氟资源浪费，并没有得到充分利用。
现有专利CN108083231A中介绍了一种含氟硫酸中分离氢氟酸的方法，该方法是将蒸汽持续通入装有含氟硫酸的蒸馏釜中，釜内温度升高，保温一段时间，蒸发釜中最终留下的为不含氟的硫酸，蒸发釜产生的气体经过冷却后得到不含硫酸的氢氟酸。该方法可以分离氢氟酸，但其不足之处主要有以下两点：第一，含氟硫酸本身腐蚀性极强，又加上反应温度高，对设备耐腐蚀性要求极高；第二，持续通入蒸汽导致生产出的硫酸浓度过低。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种含氟硫酸回收利用的方法，通过加特定和恰当质量的去离子水促进含氟硫酸中的氟磺酸进行水解，然后在加热条件下通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体，促进挥发性HF从硫酸溶液中逸出，经水收集尾气后得到氢氟酸。本发明不引入任何杂质成分，所得硫酸和氢氟酸都可以作为工业生产用试剂进行销售或再次投入生产。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种含氟硫酸回收利用的方法，所述方法为：
在常压下，向装有含氟硫酸的反应釜中加入一定量的去离子水，该去离子水的加入量为：使含氟硫酸中氟磺酸水解所需要理论水量的90-120％；
然后通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体并加热，收集尾气，用去离子水吸收后得到氢氟酸；反应釜中留下不含氟硫酸。
根据本发明较佳实施例，对含氟硫酸进行取样，然后测定其中FSO3 -离子的浓度，进而计算含氟硫酸中全部氟磺酸恰好完全水解所需的理论水量。
或者为了简化起见，直接测定F离子的浓度，用于估算含氟硫酸中全部氟磺酸恰好完全水解所需的理论水量。在这个估算过程中，是假设所有的F都与硫酸根离子结合成FSO3-，用于估算使含氟硫酸中的氟硫酸根恰好完全水解所需理论水量。氟磺酸水解过程为：FSO3 -+H2O→F-+SO4 2-+2H+；因此估算时，F离子摩尔量与氟磺酸恰好全部水解所需水量为1:1摩尔比。相比测定其中FSO3 -离子的浓度，测F简便得多。
根据本发明较佳实施例，所述惰性气体为氩气、氮气或压缩空气。
根据本发明较佳实施例，以含氟硫酸质量百分比计，所述加入去离子水的量为1-20％。
根据本发明较佳实施例，所述反应温度100-150℃。
根据本发明较佳实施例，所述通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体及加热的时间为2-10h。
根据本发明较佳实施例，反应完成后，最终反应釜中留下不含氟的硫酸，硫酸浓度为80-98％；氢氟酸含量仅在10ppm以下。
根据本发明较佳实施例，尾气被去离子水吸收后得到浓度为30-48％的氢氟酸，其中硫酸含量仅在20ppm以下。
根据本发明较佳实施例，先通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体并加热10-20min，收集尾气用去离子水吸收，至尾气中不再有HF出来为止；然后对含氟硫酸进行取样，测定其中FSO3 -的浓度，进而计算氟磺酸恰好全部水解所需的理论水量，将理论水量的90-120％加入到反应釜中，再通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体并加热，收集尾气用去离子水吸收后得到氢氟酸，至尾气中不再有HF出来为止。
(三)有益效果
本发明的含氟硫酸回收利用的方法，采用加入定量水的方法使氟磺酸刚好完全水解，水解后的硫酸浓度大于95％且水解条件温和，对设备要求不高。本发明的方法可以用于处理含氟硫酸，方法简单，条件温和、对设备腐蚀相对较小，且不产生二次废液，得到的硫酸和氢氟酸都具有直接再次使用的商业价值。
附图说明
图1为反应釜中含氟硫酸经本发明方法处理前离子色谱图。
图2为反应釜中含氟硫酸经本发明方法处理后离子色谱图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明的方案包括：
在常压下，将一定量的去离子水加入装有含氟硫酸的反应釜中，通入不与硫酸氢氟酸及水反应的惰性气体，加热，反应一段时间，釜中最终留下的为不含氟硫酸，尾气经去离子水吸收后得到氢氟酸。
本发明通过向含氟硫酸中加入一定量的水使氟磺酸刚好水解完，利用从含氟硫酸液面下方通入惰性气体(与通常的惰性气体定义不同，本申请主要是指不与硫酸氢氟酸和水反应的气体，如氮气、氩气或洁净空气等)的方法，惰性气体上浮(联合加热作用)将水解产生的氟化氢气体赶出，经水吸收后得到氢氟酸，水解后的硫酸浓度大于95％且水解条件温和，对设备要求不高。
本发明具体包含如下方案：
一种含氟硫酸回收利用的方法，所述方法为：
在常压下，向装有含氟硫酸的反应釜中加入一定量的去离子水，该去离子水的加入量为：使含氟硫酸中氟磺酸水解所需要理论水量的90-120％；
然后通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体并加热，收集尾气，用去离子水吸收后得到氢氟酸；反应釜中留下不含氟硫酸。
优选地，可预先对含氟硫酸进行取样，然后测定其中FSO3 -的浓度，进而计算氟磺酸恰好全部水解所需的理论水量。
优选地，所述惰性气体为氩气、氮气或压缩空气。
优选地，以含氟硫酸质量百分比计，所述加入去离子水的量为1～20％。
优选地，所述反应温度100-150℃；更优选为100℃-105℃、105-110℃或110-120℃。
优选地，所述通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体及加热的时间为2-10h；更优选可根据尾气中是否含有大量的HF为判断依据。尾气中HF很少或几乎没有，则可以停止加热和通入惰性气体。
优选地，所述方法包括：先通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体并加热10-20min，收集尾气用去离子水吸收，至尾气中不再有HF出来为止；然后对含氟硫酸进行取样，测定其中FSO3 -的浓度，进而计算氟磺酸恰好全部水解所需的理论水量，将理论水量的90-120％加入到反应釜中，再通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体并加热，收集尾气用去离子水吸收后得到氢氟酸，至尾气中不再有HF出来为止。
反应完成后，最终反应釜中留下不含氟的硫酸，硫酸浓度为80-98％；氢氟酸含量在10ppm以下；尾气被去离子水吸收后得到浓度为30-48％的氢氟酸，其中硫酸含量在20ppm以下。因此，采用本发明的方法处理含氟硫酸后，可以获得直接商业化或生产应用的高浓度高纯度的硫酸和氢氟酸。
以下为本发明的较佳实施例。
实施例1
在常压下，向装有含氟硫酸的反应釜中加入15％的去离子水，然后通入纯氮气并加热至110℃，处理6.5h，在此过程中，将产生的尾气通入到去离子水罐中，去离子水罐的温度保持在10℃。
反应完成后，最终反应釜中留下不含氟的硫酸，硫酸浓度为96％；氢氟酸含量在10ppm以下；去离子水罐中氢氟酸浓度为39％的氢氟酸，硫酸含量在20ppm以下。
如图1是含氟硫酸经本发明方法处理前的离子色谱图，图2是含氟硫酸经本发明方法处理后的离子色谱图。从两个图对比可知，含氟硫酸经本发明的方法处理后，图2中已经检测不到F峰和FSO3-峰，可得到不含氟硫酸。由此说明，本发明的方法具有很好的可行性。
实施例2
在常压下，向装有含氟硫酸的反应釜中通入纯氮气并加热至110℃，处理12min，处理过程中将产生的尾气通入到去离子水罐中，去离子水罐的温度保持在10℃。然后从反应釜中取样，经过100倍稀释后，测定其中FSO3 -的含量，进而计算反应釜中含氟硫酸中FSO3 -含量，推算反应釜中全部的含氟硫酸中氟磺酸全部水解所需要理论水量M，将1.05M的水加到反应釜中，搅拌后，再通入氮气和加热至110℃，处理5h，在此过程中，将产生的尾气通入到去离子水罐中，去离子水罐的温度保持在10℃。
反应完成后，最终反应釜中留下不含氟的硫酸，硫酸浓度为97％；氢氟酸含量在10ppm以下；去离子水罐中氢氟酸浓度36.5％的氢氟酸，硫酸含量在20ppm以下。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种含氟硫酸回收利用的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、在常压下，先通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体并加热10-20min，收集尾气用去离子水吸收，至尾气中不再有HF出来为止；所述惰性气体为氩气、氮气或压缩空气；
S2、对含氟硫酸进行取样，测定其中FSO3 -的浓度，进而计算氟磺酸恰好全部水解所需的理论水量；
在常压下，向装有含氟硫酸的反应釜中加入一定量的去离子水，该去离子水的加入量为：使含氟硫酸中氟磺酸水解所需要理论水量的90-120%；
在测定其中FSO3 -的浓度时，通过测定F离子的浓度用于估算含氟硫酸中全部氟磺酸恰好完全水解所需的理论水量；
S3、通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体并加热，收集尾气用去离子水吸收后得到氢氟酸，至尾气中不再有HF出来为止；反应温度为100-150℃；所述惰性气体为氩气、氮气或压缩空气；反应釜中留下不含氟硫酸。
2.根据权利要求1所述的含氟硫酸回收利用的方法，其特征在于，所述通入不与硫酸、氢氟酸及水反应的惰性气体及加热的时间为2-10h。
3.根据权利要求1所述的含氟硫酸回收利用的方法，其特征在于，以含氟硫酸质量计，加入去离子水的量为1-20%。
4.根据权利要求1所述的含氟硫酸回收利用的方法，其特征在于，反应完成后，最终反应釜中留下不含氟的硫酸，硫酸浓度为80-98%，氢氟酸含量在10ppm以下。
5.根据权利要求1所述的含氟硫酸回收利用的方法，其特征在于，尾气被去离子水吸收后得到浓度为30-48%的氢氟酸，硫酸含量在20ppm以下。
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