湿法磷酸副产物氟硅酸制白炭黑连续工艺研究

吴立群，梁雪松，梅 毅，王汝春，江城发，杨云松

(1.四川大学化学工程学院，四川成都 610065;2.云南省化工研究院;3.云天化集团有限责任公司)

湿法磷酸副产物氟硅酸制白炭黑连续工艺研究

吴立群1，2，梁雪松2，梅 毅3，王汝春2，江城发1，杨云松2

(1.四川大学化学工程学院，四川成都 610065;2.云南省化工研究院;3.云天化集团有限责任公司)

以湿法磷加工过程的氟硅酸为原料，和氨水发生连续氨化反应，生成白炭黑和氟化铵。白炭黑作为一种性能优越的补强材料，有着广阔的市场;氟化铵可与强酸反应生产氢氟酸。连续氨化反应的优化条件为:氟硅酸质量分数为10%、氨水质量分数为10%、反应温度为20℃、搅拌转速为700 r/min、平均停留时间为15 min，在此条件下开展连续氨化反应，生成的白炭黑比表面积可达到350 m2/g，其他化学指标均达到HG/T 3061—1999质量标准。因此，此路线是氟硅酸综合利用较为有效的方法。

氟硅酸;白炭黑;连续法;比表面积

氟硅酸氨化法制取白炭黑和氟化铵工艺均为间歇工艺，间歇工艺存在设备利用率低、自动化程度低、单套设备规模小等缺点［1－3］，使得此技术在国内没有大规模的工业化装置建成，同时造成国内湿法磷酸企业氟、硅资源利用受限。笔者利用湿法磷酸副产的氟硅酸，采用连续氨化工艺生产高比表面积的白炭黑和高浓度的氟化铵溶液。

1 实验部分

1.1 实验流程

反应流程:将氟硅酸和氨水同时加入反应器中，开启搅拌，控制pH和停留时间，反应完毕后，物料准备过滤。过滤及洗涤流程:反应后的物料用气动泵打入压滤机中经过滤、洗涤后得到白炭黑滤饼，滤液为氟化铵溶液。干燥流程:白炭黑滤饼经微波干燥后得到白炭黑成品。

1.2 实验原料及设备

氟硅酸，云天化国际化工三环分公司提供，w(H2SiF6)=20%、w(HF)≤2%;氨水，云南解化厂集团有限公司生产，w(NH3)=20%。

压滤机:bms250型;pH计:Hi－221型;微波干燥设备:昆明理工微波研究组提供。

1.3 分析测试

白炭黑各指标分析均采用化工标准 HG/T 3061—1999规定的方法。

2 结果与讨论

2.1 温度对白炭黑比表面积的影响

表1为反应温度对白炭黑比表面积的影响。从表1可以看出，随着温度的升高，白炭黑比表面积下降。温度升高会加速白炭黑团聚和硬团聚现象的发生，导致比表面积下降。

表1 反应温度对白炭黑比表面积的影响

2.2 平均停留时间对白炭黑比表面积的影响

表2为平均停留时间对白炭黑比表面积的影响。由表2可以看出，平均停留时间小于15 min时，随时间增加比表面积呈上升趋势;15 min以后，随着平均停留时间的延长，白炭黑比表面积下降趋势明显。原因是随着平均停留时间的延长，白炭黑离子团聚及硬团聚现象进一步发生，产品比表面积下降。

表2 平均停留时间对白炭黑比表面积的影响

2.3 搅拌转速对白炭黑比表面积的影响

表3为搅拌转速对白炭黑比表面积的影响。从表3可以看出，随着搅拌转速的增加白炭黑比表面积呈上升趋势。高搅拌转速可使反应体系有较好的传质效率，更有利于氟硅酸和氨水的混合;同时有利于抑制白炭黑粒子团聚现象的发生。

表3 搅拌转速对白炭黑比表面积的影响

2.4 物料浓度对白炭黑比表面积的影响

表4和表5分别为氨水浓度、氟硅酸浓度对白炭黑比表面积的影响。由表4和表5可知，随着氨水浓度和氟硅酸浓度的增加，白炭黑比表面积呈下降趋势。物料浓度越高，氨化反应的不均匀性和白炭黑粒子团聚的可能性均增加，较低的氨水浓度和氟硅酸浓度对白炭黑比表面积较为有利。

表4 氨水浓度对白炭黑比表面积的影响

表5 氟硅酸浓度对白炭黑比表面积的影响

2.5 优化条件实验

优化条件为:氟硅酸质量分数为10%、氨水质量分数为10%、反应温度为20℃、搅拌转速为700 r/min、平均停留时间为15 min，在此条件下开展实验，对得到的白炭黑进行全分析，结果见表6。

表6 白炭黑样品检测结果

3 结论

物料浓度对白炭黑比表面积影响最大，若要得到高比表面积的白炭黑，须使用低浓度的物料进行反应;合适的停留时间、高搅拌强度、较低的反应温度对生成高比表面积的白炭黑较有利。影响白炭黑比表面积的因素还有很多，通过调整工艺条件，可生产出不同品质的白炭黑以满足不同用户的需要。

［1］ 卢芳仪，饶志刚.由氟硅酸制氟化钠和白炭黑的工艺研究［J］.硫磷设计与粉体工程，2000(6):6－9.

［2］ 杜丽梅.云南磷肥工业副产氟资源综合利用途径初探［J］.云南化工，2003，30(1):24－26.

［3］ Mollere P D，Tadeusz K V，Cthornsberry JW，et al.Production of silica and fluorine－containing coproducts from fluosilicic acid: US，4915705［P］.1990－04－10.

Study on continuous technology of silica white using by－product fluosilicic acid from wet－process phosphoric acid

Wu Liqun1，2，Liang Xuesong2，Mei Yi3，Wang Ruchun2，Jiang Chengfa1，Yang Yunsong2
(1.School of Chemical Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China;
2.Yunnan Research Institute of Chemical Industry;3.Yuntianhua Group Co.，Ltd.)

Silica white and ammonium fluoride were prepared by using ammonia continually reactwith fluosilicic acid which is a by－product ofwet－process phosphoric acid.As a reinforcingmaterialwith superior performance，silica white has a broad market;ammonium fluoride can be reacted with strong acid to form hydrofluoric acid.Optimized technologic conditions were as follows:themass fraction of fluosilicic acid was10%，themass fraction of ammonia was10%，the reaction temperature was 20℃，the stirring speed was 700 r/min，and average residence time was 15 min.Specific surface area of silica white produced under these technological conditions could reach 350 m2/g，and other chemistry indexesmetwith the quality requirements of HG/T 3061—1999.So this route is relatively effective for the integrated utilization of fluosilicic acid.

fluosilicic acid;silica white;continuous process;specific surface

TQ127.2

A

1006－4990(2012)01－0055－02

2011－07－19

吴立群(1981— )，男，助理工程师，研究员，工程硕士，主要从事湿法磷加工过程副产的氟、硅资源综合利用研究。

联系方式:6186128@qq.com