DE1567638B2 - PROCESS FOR THE CONTINUOUS PURIFICATION OF AN AQUATIC HYDROGEN HYDROGEN ACID BY DISTILLATION - Google Patents

PROCESS FOR THE CONTINUOUS PURIFICATION OF AN AQUATIC HYDROGEN HYDROGEN ACID BY DISTILLATION

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DE1567638B2 DE19651567638 DE1567638A DE1567638B2 DE 1567638 B2 DE1567638 B2 DE 1567638B2 DE 19651567638 DE19651567638 DE 19651567638 DE 1567638 A DE1567638 A DE 1567638A DE 1567638 B2 DE1567638 B2 DE 1567638B2
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Description

Kieselflußsäure, wie die Kieselfluorwasserstoffsäure (H2SiF6) der Kürze halber oft genannt wird, ist Ausgangsstoff für die Herstellung vieler anderer Fluorverbindungen, wie z. B. von Natriumsilikofluorid, Ammonfluorid, Aluminiumfiuorid oder Fluorwasserstoff. In den meisten Fällen sind für die Durchführbarkeit und die Wirtschaftlichkeit dieser Verfahren die Reinheit und die Konzentration der Kieselflußsäure bestimmend. Hydrofluoric acid, as hydrofluoric acid (H 2 SiF 6 ) is often called for the sake of brevity, is the starting material for the production of many other fluorine compounds, such as. B. of sodium silicofluoride, ammonium fluoride, aluminum fluoride or hydrogen fluoride. In most cases, the purity and concentration of the hydrofluoric acid are decisive for the feasibility and economic viability of these processes.

Kieselflußsäure fällt in bedeutenden Mengen beim Aufschluß von Rohphosphaten mit Mineralsäuren, insbesondere bei der Superphosphatherstellung, oder beim Eindampfen verdünnter Phosphorsäurelösungen an. Besonders die im letzteren Falle erhaltenen Lösungen von Kieselflußsäure sind für die Weiterverarbeitung zu verdünnt und praktisch immer verunreinigt, so daß sie verworfen werden mußten.Silicate hydrofluoric acid falls in significant quantities in the digestion of rock phosphates with mineral acids, especially when producing superphosphate or when evaporating dilute phosphoric acid solutions at. The solutions of hydrofluoric acid obtained in the latter case are particularly suitable for further processing too dilute and practically always contaminated, so that they had to be discarded.

Das Verhalten der Kieselfluorwasserstoffsäure bei der Destillation ist sehr-kompliziert. Aus den Arbeiten von E. B a u r in den Ber., 36 (1903), S. 4215, ist bekannt, daß der Dampf der Kieselflußsäure fast vollständig in Fluorwasserstoff und Siliziumtetrafluorid zerfällt. Ferner ist bekannt, daß, je nach der Konzentration der siedenden Kieselflußsäure, der Dampf Fluorwasserstoff und Siliziumtetrafluorid in einem veränderlichen Verhältnis zueinander enthält. Kieselfluorwasserstoffsäure mit einer Konzentration unter 13 Gewichtsprozent ergibt ein Destillat, das reicher an Fluorwasserstoff ist, als der Formel H2SiF6 entsprechen würde, eine solche, die konzentrierter als 13 Gewichtsprozent ist, ergibt ein Destillat, das ärmer an Fluorwasserstoff ist. Außerdem bilden Wasser und Kieselflußsäure ein Azeotrop mit einem Maximalsiedepunkt bei etwa 45 Gewichtsprozent H2SiF6, so daß die Rektifikation einer verdünnteren Säure als diese eine Anreicherung dieser Säure im Kolonnensumpf ergibt.The behavior of hydrofluoric acid in distillation is very complicated. From the work of E. B aur in den Ber., 36 (1903), p. 4215, it is known that the vapor of hydrofluoric acid breaks down almost completely into hydrogen fluoride and silicon tetrafluoride. It is also known that, depending on the concentration of the boiling silicofluoric acid, the vapor contains hydrogen fluoride and silicon tetrafluoride in a variable ratio to one another. Hydrofluoric acid with a concentration below 13 percent by weight gives a distillate that is richer in hydrogen fluoride than would correspond to the formula H 2 SiF 6 , and one that is more concentrated than 13 percent by weight gives a distillate that is poorer in hydrogen fluoride. In addition, water and hydrofluoric acid form an azeotrope with a maximum boiling point of about 45 percent by weight H 2 SiF 6 , so that rectification of an acid that is more dilute than this results in an accumulation of this acid in the column bottom.

Durch die USA.-Patentschrift 2 369 791 ist bekanntgeworden, während des Eindampfens verdünnter, Kieselflußsäure und andere flüchtige Fluor bzw. Fluor-Siliziumverbindungen enthaltender Phosphorsäure verdünnte, phosphathaltige und gegebenenfalls auch kieselsäurehaltige Rohkieselfluorwasserstoffsäurelösung zu gewinnen. Hierbei wird Phosphorsäure einer Anfangskonzentration von etwa 35 bis 45 % auf" etwa 80% eingedampft und zur Vermeidung von Kieselsäureabscheidungen in den Dämpfen infolge Reaktion von SiF4 mit dem Kondenswasser deren Temperaturen so hoch gehalten, daß die Kondenswasserbildung unterbunden wird. Hierzu werden Temperaturen über 1100C, vorzugsweise zwischen 116 und 1210C vorgeschrieben, die dadurch erreicht werden, daß während des Eindunstens der Phosphorsäure heiße Feuerungsgase auf deren Oberfläche auftreffen. Damit sind aber unkontrollierbare örtliche Überhitzungserscheinungen in der allmählich und bei zwangläufig ansteigender Temperatur aufkonzentrierten Phosphorsäure und im darüber befindlichen Dampfraum unvermeidlich. In Anbetracht des komplizierten Gleichgewichtes zwischen H2SiF6, H2O, SiF4 und HF sowohl in der verdünnten Rohphosphorsäure als auch im Dampfzustand steht keineswegs fest, ob und in welchem Umfang Kieselflußsäure bzw. HF und SiF4, letztere im optimalen molaren Verhältnis von 2:1, abdestillieren. Abgesehen davon fällt das Kondensat nicht rein an. Es enthält Phosphorsäure und muß außerdem über ein Sandbett abfiltriert werden. Dieses Verfahren ist somit zur Herstellung reiner Kieselflußsäure ungeeignet.US Pat. No. 2,369,791 has made it known that dilute, phosphate-containing and optionally also silicic acid-containing crude hydrofluoric acid solution can be obtained during the evaporation of dilute hydrofluoric acid and other volatile phosphoric acid containing fluorine or fluorosilicon compounds. Here, phosphoric acid with an initial concentration of about 35 to 45% is evaporated to "about 80% and to avoid silica deposits in the vapors as a result of the reaction of SiF 4 with the condensation water, the temperatures are kept high enough that the formation of condensation water is prevented. For this purpose, temperatures above 110 0 C, preferably between 116 and 121 0 C, which is achieved by the fact that hot furnace gases hit the surface during evaporation of the phosphoric acid. However, this results in uncontrollable local overheating in the phosphoric acid, which is gradually and inevitably increasing in concentration, and in the above In view of the complicated equilibrium between H 2 SiF 6 , H 2 O, SiF 4 and HF both in the dilute raw phosphoric acid and in the vapor state, it is by no means certain whether and to what extent hydrofluoric acid or HF and SiF 4 , the latter in the optimal mo lar ratio of 2: 1, distill off. Apart from that, the condensate is not pure. It contains phosphoric acid and must also be filtered off through a bed of sand. This process is therefore unsuitable for the production of pure hydrofluoric acid.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich das Siede- und Destillationsverhalten wäßriger Kieselflußsäurelösung grundlegend ändert, wenn man die Destillation von Rohkieselflußsäurelösung aus siedender Phosphorsäurelösung bei Temperaturen nicht unter 12O0C vornimmt.Surprisingly, it has now been found that the boiling and distillation behavior aqueous Kieselflußsäurelösung changes fundamentally if one does not carry out the distillation of Rohkieselflußsäurelösung of boiling phosphoric acid solution at temperatures below 12O 0 C.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur kontinuierlichen Reinigung einer wäßrigen Kieselflußsäurelösung durch Destillation bei Atmosphärendruck, welches dadurch gekennzeichnet ist, daßThe invention thus provides a process for the continuous purification of an aqueous silicofluoric acid solution by distillation at atmospheric pressure, which is characterized in that

ίο siedende, wäßrige Phosphorsäurelösung mit einem Siedepunkt von zumindest 120° C vorgelegt wird, wobei während der Destillation wäßrige Kieselflußsäure laufend so zugesetzt wird, daß der Siedepunkt der Mischung auf mindestens 1200C konstant gehalten wird.ίο boiling, aqueous solution of phosphoric acid wherein aqueous Kieselflußsäure during distillation is continuously added so that the boiling point of the mixture is kept constant at least 120 0 C is presented with a boiling point of at least 120 ° C.

Einem Siedepunkt von 1200C entspricht eine Phosphorsäurekonzentration von 60 bis 65 Gewichtsprozent. Bei diesem Mindestsiedepunkt destilliert die Kieselflußsäure kongruent ab und bildet kein Azeotrop mit Wasser. Voraussetzung für die Durchführbarkeit des Verfahrens ist die Einhaltung der genannten Mindestkonzentration der vorgelegten Phosphorsäurelösung, so daß das erfindungsgemäße Verfahren mit der Herstellung von konzentrierter Phosphorsäurelösung aus verdünnter gemäß der zuvor genannten USA.-Patentschrift praktisch weder gekoppelt werden kann noch durch deren Erkenntnisse vorweggenommen ist.A phosphoric acid concentration of 60 to 65 percent by weight corresponds to a boiling point of 120 ° C. At this minimum boiling point, the hydrofluoric acid distills off congruently and does not form an azeotrope with water. The prerequisite for the feasibility of the process is compliance with the specified minimum concentration of the phosphoric acid solution presented, so that the process according to the invention can practically neither be coupled with the production of concentrated phosphoric acid solution from the dilute one according to the aforementioned USA patent, nor is it anticipated by its findings.

Beispielexample

21 kg Phosphorsäure jeweils verschiedener Dichte mit nachstehend angegebenen Siedepunkten wurden in einen Polypropylenkolben von 300 mm Durchmesser und 550 mm Höhe eingefüllt und mit einer dampfdurchströmten Heizschlange aus Silber bis zum jeweiligen Siedepunkt der wasserhaltigen Phosphorsäure erhitzt. Sobald der Siedepunkt der vorgelegten Phosphorsäure erreicht war, wurde wäßrige Kieselfluorwasserstoffsäure kontinuierlich so zugetropft, daß er konstant blieb. Dabei betrug die je Versuch zugesetzte Menge Kieselfluorwasserstoffsäuremenge etwa 13 kg pro Stunde. Etwa 2 Stunden nach Versuchsbeginn war die Kondensatmenge pro Zeiteinheit kon- stant. Das Produkt wurde anschließend gesammelt und analysiert, ebenso wie der Verdampferinhalt. Nachstehend die Resultate:21 kg of phosphoric acid each of different densities with the following boiling points were Filled into a polypropylene flask with a diameter of 300 mm and a height of 550 mm and with a Silver heating coil through which steam flows up to the respective boiling point of the water-containing phosphoric acid heated. As soon as the boiling point of the initially charged phosphoric acid was reached, aqueous silicofluoric acid became continuously added dropwise so that it remained constant. The amount added per experiment was Amount of hydrofluoric acid amount about 13 kg per hour. About 2 hours after the start of the experiment, the amount of condensate per unit of time was stant. The product was then collected and analyzed, as was the contents of the evaporator. The results are as follows:

H2SiF6
Zusatz
Konzen
tration in %
H 2 SiF 6
additive
Conc
tration in%
Siedepunkt
der H3PO1-
Destillations-
temperatur
(0C)
boiling point
the H 3 PO 1 -
Distillation
temperature
( 0 C)
H3PO1
Konzen
tration in %
H 3 PO 1
Conc
tration in%
F-Gehalt
in der
H3PO1
in%
F content
in the
H 3 PO 1
in%
D
kg/1
D.
kg / 1
11
11
11
11
11th
11th
11th
11th
110
115
120
125
110
115
120
125
35,5
" 49,9
64,2
70,2
35.5
"49.9
64.2
70.2
9,15
6,35
3,35
1,25
9.15
6.35
3.35
1.25
1,36
1,44
1,50
1,54
1.36
1.44
1.50
1.54

Bei den Destillationstemperaturen von 120 undAt the distillation temperatures of 120 and

125°C war das Kondensat klar. Bei 115°C trat bereits leichte Trübung auf. Bei 1100C schieden sich bereits große Mengen Kieselsäure ab, und der Verdampferinhalt nahm laufend zu.The condensate was clear at 125 ° C. Even at 115 ° C. slight cloudiness appeared. At 110 ° C., large amounts of silica separated out, and the contents of the evaporator increased continuously.

Die so erhaltene Kieselflußsäure enthält etwa 50 ppm P2O5 und ist völlig frei von ausgeschiedener Kieselsäure. The hydrofluoric acid thus obtained contains about 50 ppm P 2 O 5 and is completely free of precipitated silica.

In der verdünnten Kieselflußsäure enthaltene, nicht verdampfbare Verunreinigungen, wie z. B. Phosphorsäure, Gips usw., reichern sich im Verdampfer an und müssen kontinuierlich oder periodisch aus diesem entfernt werden.In the dilute silicofluoric acid contained, non-evaporable impurities such. B. phosphoric acid, Gypsum, etc., accumulate in the evaporator and must be removed from it continuously or periodically will.

Leitet man nun den durch Destillation aus der vorgelegten Phosphorsäure erhaltenen Dampf zwecks Konzentration der Kieselflußsäure in eine Rektifikationskolonne, so wird in letzterer zuerst der Fluorwasserstoff und erst im oberen Teil das Siliziumtetra- *° fluorid absorbiert, welches unter Hydrolyse Kieselsäure bildet und die Kolonne verstopft. Dies kann in naheliegender Weise dadurch verhindert werden, daß man dem aus dem Verdampfer kommenden Dampf das fluorreichere, konzentrierte Kondensat vom Boden *5 der Kolonne im Kreislauf entgegenschickt, wodurch es zu einem Ausgleich im F-Gehalt des gesamten Kolonneninhalts kommt und die Abspaltung von Kieselsäure am Kolonnenkopf verhindert wird. Der durch die weitergehende Kondensation entstehende Überschuß konzentrierterer Kieselflußsäurelösung wird laufend am Boden der Kolonne abgezogen, während ein Teil des Wasserdampfes am Kopf der Rektifikationskolonne abzieht. Falls dieser geringe Mengen an Siliziumtetrafluorid enthält, wird, um eine Hydrolyse dieser Verbindung unter Kieselsäureabscheidung im Nachwäscher zu vermeiden, der am Kolonnenkopf entweichende SiF4-haltige Dampf mit wäßrigen Fluoridlösungen gewaschen.If the vapor obtained by distillation from the initially introduced phosphoric acid is passed into a rectification column for the purpose of concentrating the silicofluoric acid, the hydrogen fluoride is first absorbed in the latter and the silicon tetrafluoride is only absorbed in the upper part, which forms silica under hydrolysis and clogs the column. This can be prevented in an obvious way by sending the more fluorine-rich, concentrated condensate from the bottom of the column towards the vapor coming out of the evaporator, which balances the F content of the entire column contents and splits off silica is prevented at the top of the column. The excess of concentrated silicofluoric acid solution resulting from the further condensation is continuously drawn off at the bottom of the column, while part of the water vapor is drawn off at the top of the rectification column. If this contains small amounts of silicon tetrafluoride, the SiF 4 -containing vapor escaping at the top of the column is washed with aqueous fluoride solutions in order to avoid hydrolysis of this compound with precipitation of silica in the post-washer.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete, aus herkömmlichen Elementen zusammengestellte Apparatur kann aus einem Verdampfer 1 mit einer diesem nachgeschalteten, der Rektifikation des Dampfes dienenden Füllkörperkolonne 2 mit einer Einrichtung 3 zur Zirkulation des Kondensates, einem der Kolonne 2 aufgesetzten bzw. nachgeschalteten Rückflußkühler 4 und gegebenenfalls einer zwischen diesen beiden angeordneten zusätzlichen Kolonne 5 bestehen, in welcher der SiF4-haltige Wasserdampf mit Fluoridlösungen gewaschen wird (vgl. F i g. 1 und 2).An apparatus composed of conventional elements suitable for carrying out the process according to the invention can consist of an evaporator 1 with a downstream packed column 2 serving to rectify the vapor with a device 3 for circulating the condensate, a reflux condenser 4 and a reflux condenser 4 attached to or downstream of the column 2 if necessary, there is an additional column 5 arranged between these two, in which the SiF 4 -containing water vapor is washed with fluoride solutions (cf. FIGS. 1 and 2).

Claims (1)

Patentanspruch:.Claim :. Verfahren zur kontinuierlichen Reinigung einer wäßrigen Kieselfluorwasserstoffsäure durch Destillation bei Atmosphärendruck, dadurch gekennzeichnet, daß siedende, wäßrige Phosphorsäurelösung mit einem Siedepunkt von zumindest 1200C vorgelegt wird, wobei während der Destillation wäßrige Kieselfluorwasserstoffsäure laufend so zugesetzt wird, daß der Siedepunkt der Mischung auf mindestens 12O0C konstant gehalten wird.Process for the continuous purification of an aqueous fluosilicic acid by distillation at atmospheric pressure, characterized in that boiling, aqueous solution of phosphoric acid is presented with a boiling point of at least 120 0 C, with aqueous during distillation fluosilicic acid is continuously added so that the boiling point of the mixture to at least 12O 0 C is kept constant. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
DE19651567638 1965-06-23 1965-06-23 PROCESS FOR THE CONTINUOUS PURIFICATION OF AN AQUATIC HYDROGEN HYDROGEN ACID BY DISTILLATION Pending DE1567638B2 (en)

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