氟硅酸钠热分解法生产氟化钠工艺技术

2013-10-17黄凤鸣

无机盐工业 2013年12期

黄凤鸣

（昆明阳光安全科技工程有限公司，云南昆明 650224）

中国是磷肥生产大国，2010年中国磷肥产量为1701万t（折100%P2O5），其中磷铵产量为1057万 t（折100%P2O5），较好地保障了中国农业生产的需要，为确保国家粮食安全和为国内外市场提供基础磷化工产品的原料做出了积极贡献。但是，生产磷肥产品如普钙、重钙及湿法磷酸过程中会产生含氟废气，对含氟废气的处理方法是将氟吸收转化为氟硅酸，生产1 t普钙将产生4.5～6.5 kg氟硅酸（100%H2SiF6），生产 1 t湿法磷酸（100%P2O5）将副产 60～65 kg氟硅酸（100%H2SiF6），这些氟硅酸85%以上用于生产附加值较低的初级氟盐产品——氟硅酸钠。为了使磷化工产业持续、稳定、健康地发展，需要延伸产业链，调整产品结构。调整好附属产品如氟盐的产品结构，对磷化工产业的发展也具有重要意义。为了充分利用磷肥工业副产的氟资源，笔者介绍了用氟硅酸钠和碳酸钠在一定温度下进行复分解反应（即氟硅酸钠热分解法）制取高附加值的氟化钠产品同时副产白炭黑（沉淀水合二氧化硅）的生产工艺技术。以年产3000 t氟化钠同时副产450 t白炭黑项目为例，以外购氟硅酸钠为原料，介绍了该工艺的工艺技术和生产操作要点，可以作为磷肥企业对于附属产品氟硅酸钠进行深加工的参考。

1 工艺技术原理及流程

氟硅酸钠热分解法［1］生产氟化钠原理：氟硅酸钠与碳酸钠反应生成氟化钠、二氧化硅和二氧化碳。

工艺流程：1）将澄清后的母液送入反应器中（或直接加入工艺水），用蒸汽加热；2）将固体氟硅酸钠投入反应器中，搅拌；3）将饱和纯碱溶液送入反应器，与氟硅酸钠反应；4）当反应到达终点后将物料放入分离洗涤器中，使氟化钠和硅胶分离，将氟化钠和硅胶分别洗涤，母液三级澄清，上层清液用于配制纯碱或作为洗液循环使用，沉淀物再进行洗涤分离；5）洗净后的氟化钠晶体送入过滤槽中除去大量的水分，再送入三足式离心机进一步脱水，最后送去流化床干燥器进行干燥；6）从分离洗涤器中分离出的二氧化硅送入硅胶洗涤器中，用质量分数为5%～10%的稀硫酸溶液中和、陈化，用泵送入板框压滤机脱水，再送去闪蒸干燥器干燥，得二氧化硅副产品，洗涤水回酸性水收集地下池澄清，再补充硫酸后循环使用。

工艺技术特点：1）间隙式生产，工艺流程短，常压反应，操作控制简单，蒸汽加热，反应温度易控制（90～95 ℃），反应时间约 3 h；2）利用氟化钠和硅胶的不同重度设计分离洗涤器，动力消耗低，产品质量稳定；3）氟化钠采用振动流化床干燥器，白炭黑用高效旋转闪蒸干燥器，两套干燥设备共用一个热风炉供热，可提高热能利用效率，降低燃煤消耗；4）两套干燥器收尘净化技术一级均采用高效旋风除尘器，二级用脉冲袋式除尘器，尾气收尘净化效果好。

2 生产运行情况

2.1 项目简介

按上述生产工艺，以外购氟硅酸钠为原料，实际设计、安装并投入运行了一套年产3000t氟化钠副产450t白炭黑的生产装置。装置占地面积为6496m2，建构筑物占地面积为 2066.7 m2，项目投资为145.17万元，建设期为6个月。装置投入运行后性能稳定，各项技术经济指标达到和超过了设计要求，年产值为1197万元，投资回收期为1 a。

2.2 主要生产设备

年产3000 t氟化钠副产450 t白炭黑生产装置选用的主要生产设备见表1。

表1 年产3000 t氟化钠副产450 t白炭黑生产装置主要生产设备

2.3 项目性能指标

2.3.1 产品产量和质量

年产3000 t氟化钠副产450 t白炭黑项目建成投产后，生产运行期各项经济技术指标均达到了设计要求，实际日平均氟化钠产量为9.20 t，副产粉状白炭黑为1.56 t。氟化钠产品质量达到YS/T 517—2009《氟化钠》一级指标要求，见表2。白炭黑产品质量达到HG/T 3061—2009《橡胶配合剂沉淀水合二氧化硅》主要指标要求，见表3。

表2 氟化钠产品质量与行业标准对比

表3 白炭黑产品质量与行业标准对比

2.3.2 原辅材料和能源消耗

以生产1 t氟化钠（含白炭黑）计，消耗定额设计指标和实际消耗指标见表4。在后来的实际运行中主要原料氟硅酸钠采用的是没经烘干的半成品，纯碱采用的也不是纯度为98%的纯碱，而是纯碱厂品质较差的纯度为92%的纯碱，可以进一步降低生产成本。

表4 生产1 t氟化钠（含白炭黑）消耗指标

2.4 工艺控制要点

2.4.1 反应终点判断

用氟硅酸钠和纯碱采用热分解法生产氟化钠，关键工艺控制点是反应终点的判断，它直接关系到下一步氟化钠和二氧化硅的分离以及所得产品的质量，也影响产品收率。一般资料介绍，当反应完成到达终点时体系pH为8～9，但在实际生产控制中，当反应接近终点或加入过量纯碱条件下体系pH也都在8～9，所以仅用体系pH为8～9来判断反应是否到达终点是不合理的，一是会造成氟硅酸钠没有反应完全，使产品中二氧化硅和水不溶物超标，影响产品质量；二是纯碱加入量过大，导致反应时间延长，纯碱消耗量增加，产品收率反而降低。所以采取何种既简便又快捷的判断反应终点的方法是装置操作控制的一个难点。在生产操作过程中，通过不断试验并结合中间分析、产品分析，可以找到判断反应终点的规律。

2.4.2 氟化钠和二氧化硅的分离与洗涤

氟化钠和二氧化硅均是结晶体，两者重度不同，氟化钠晶体的重度大于硅胶，其沉降速度也大于二氧化硅，因此二者大部分好分离，但氟化钠产品中仍然夹杂有二氧化硅，同样在二氧化硅产品中也夹带有结晶细小的氟化钠。为了使氟化钠和二氧化硅很好地分离，使两种产品质量都达标，根据实际生产经验，在反应中必须尽量让氟化钠的结晶体变大，给分离洗涤创造条件，再配上一台特殊的分离洗涤器，掌握好分离洗涤的时机和方法，最终才能使氟化钠和白炭黑产品质量达标。

2.5 环境保护

氟硅酸钠热解法生产氟化钠附产白炭黑项目属于资源综合利用项目，可以将磷肥生产中废弃的氟硅酸作为原料，制备成氟硅酸钠，进而生产高附加值的氟化钠产品，同时附产白炭黑。反应过程在90～95℃、常压条件下进行，反应过程中有水蒸气产生，无固体废物产生，洗涤水经沉淀后用于配料和洗涤不外排，无液体废物产生。氟化钠、白炭黑两种产品的干燥尾气均采用旋风＋布袋二级除尘，尾气排放低于GB 16297—1996 《大气污染物综合排放标准》规定的废气污染物排放限值。

2.6 存在的问题和建议

该项目属于单独建设，原料氟硅酸钠为外购成品，反应加热使用的蒸汽、产品干燥使用的热能需要配套建设蒸汽锅炉、热风炉等。如果该项目与磷肥企业配套建设，不但可以就近对氟硅酸钠直接进行深加工（不需要对氟硅酸钠进行干燥、包装，可以节省大量能源），实现连续生产，而且氟化钠生产需要的蒸汽也可以利用磷肥生产中产生的余热、高温废气，除可节省投资外，还可减少能源消耗，节约资源，降低生产运行成本。