氟硅酸电化学除氯实验研究

周鹏飞，姜 菲

（贵州瓮福蓝天氟化工股份有限公司，贵州 福泉 550501）

国外氟硅酸的纯化有四种方法：德国专利DE1243802 和DE1095859 采用含45%～55%P2O5的磷酸提纯含量为15%～20%的氟硅酸，可以得到含量为30%左右的氟硅酸；美国专利US3645678采用90%以上的浓硫酸使氟硅酸脱水，生成四氟化硅，四氟化硅挥发后，用稀氟硅酸吸收，即得含量为40%～60%的较纯氟硅酸；Tivnan 等[1]采用高分子胺吸附浓缩提纯氟硅酸；Tomaszewska[2]采用膜蒸馏法（membrane distillation）对粗氟硅酸进行浓缩提纯，净化效果很好。这四种方法均是在浓缩的同时对氟硅酸进行提纯，工艺较复杂，投资大。高分子胺吸附法需要进行后续分离，分离效果有限。并且这四种方法对易挥发的轻组分如氯、碘从氟硅酸中分离的效果不明显。国内对氟硅酸的纯化主要采用改性活性炭吸附法，此方法对除去氟硅酸中的砷、氯和碘有一定的效果，但在吸附杂质的同时也吸附走一定量的氟硅酸，造成氟硅资源浪费并且活性炭的再生利用存在较大困难。

在氟硅酸所含各种杂质中，氯元素难去除且影响大。氯与氟属同族元素并且性质相似，很难用常规方法有效去除。为了解决困扰多时的氯元素脱除难题，本课题小组拟采用电解法进行氟硅酸除氯实验研究。目前未见有此法提纯氟硅酸的报道，本方法工艺简单、设备投入少、操作简便，易于实现工业化。本实验项目的成功开展，将从根本上解决氟硅酸工业化利用的诸多难题，并且符合国家倡导的绿色环保可持续发展理念。

1 实验原理

氟硅酸中氯、碘、氟硅酸根离子等拥有不同的电极电势，根据卤素离子还原性的差异：F-＜Cl-＜Br-＜I-，将氯离子电解成氯气从阳极逸出。

通电前，H+和Cl-等在氟硅酸溶液中自由移动；通电后，这些自由移动的离子在电场作用下改作定向移动。溶液中带正电的H+向阴极移动，带负电的Cl-向阳极移动。在阴极，H+获得电子而还原成氢气从阴极逸出；在阳极，Cl-失去电子而被氧化成氯原子，并两两结合成氯气分子，从阳极逸出。

阴极：2H++2e-→H2↑

阳极：2Cl--2e-→Cl2↑

电解过程中电极材料的选择会对电解实验进程有一定的影响，电极材料必须有较好的抗酸性、抗腐蚀性及抗氧化还原性，故选用碳棒为阴极材料、含稀有金属涂层的钛板为阳极材料进行实验。

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2 实验方案

2.1 实验原料

本实验原料选用瓮福蓝天湖北子公司C-4270（尾洗）外排氟硅酸，其组分和含量见表1。

表1 原料酸成分表

选用湖北子公司外排氟硅酸为原料，一方面是由于此处酸样氯含量高，实验具有代表性；另一方面湖北子公司生产系统受氯元素影响较大，以此为基础的研究有利于未来在湖北子公司实现工业化电解除氯。

2.2 实验器材

实验装置以碳棒（自备）为阴极，钛板（含稀有金属涂层）为阳极，直流电源型号规格见表2。

表2 直流电源型号规格表

2.3 实验过程

称取一定量的原料氟硅酸溶液，放入简易电解槽中，在不同电位条件下观察电解情况，检测记录不同实验条件前后质量、温度、氟硅酸含量、氯含量等并计算对应的氟硅酸样品中氯元素脱除率和氟硅酸损失率。

3 实验数据及分析

3.1 实验现象

（1）电位在2.7 V、电流为0.26 A 时电解可以发生，有氯气及氢气逸出，但效率较低。气体逸出会导致液体飞溅。

（2）电位在6 V 以上时，有大量气泡逸出，效率较高。

（3）随着电解的进行，氟硅酸温度由20 ℃升高到52 ℃。

（4）当温度升高时，电流增大，电解效率增强。

3.2 不同电位条件下氯的去除情况

室温（20 ℃）下，称取4 组原料氟硅酸（各400 g），放入简易电解槽中，调整不同的电源输出，持续电解2.5 h。不同电位实验结果见表3。

表3 不同电位实验结果

3.3 同一电位下持续电解情况

（1）室温下（20 ℃），称取400 g 原料氟硅酸放入简易电解槽中，电源输出调整为6.5 V，持续电解2.5 h。结果见表4。

表4 6.5 V 持续电解结果

（2）室温（20 ℃）下，称取400 g 原料氟硅酸放入简易电解槽，电源输出调整为7.5 V，持续电解2.5 h。结果见表5。

表5 7.5 V 持续电解结果

（3）室温（20 ℃）下，称取400 g 原料氟硅酸放入简易电解槽，电源输出调整为8.0 V，持续电解2.5 h。结果见表6。

表6 8.0 V 持续电解结果

4 结论

（1）随着实验电压电流的升高，电解效率也越高。

（2）通过电解，氟硅酸中氯离子含量从2.28%降低到0.06%以下，氯脱除率达到99.73%。

（3）电解后氟硅酸温度升高，氟硅酸损失率在0.92%～2.83%之间，其原因为氟硅酸自挥发及氯气、氢气逸出时产生的微量气提。

（4）相同条件下，氟硅酸中氯离子含量在1%以下时，电解效率持续降低。

5 电解除氯工艺应用前景

氟硅酸电解除氯工艺的应用前景有如下三方面：

（1）进一步释放以氟硅酸为原料的无水氢氟酸（AHF）装置产能，使AHF 浓缩系统运行更加稳定，提升产品质量。

（2）从根本上解决了以氟硅酸为原料生产AHF对高氯氟硅酸的应用限制，为贵州磷化集团AHF项目国际化推广提供重要支撑。

（3）为以氟硅酸为原料生产高品质氟盐奠定坚实基础。