CN107601434A - 一种由氟硅酸制备氟化氢的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种由氟硅酸制备氟化氢的方法及设备，方法包括：混合浓氟硅酸和浓硫酸，反应后得到四氟化硅和氟化氢的混合气体以及稀硫酸；经过洗涤，冷凝；所述四氟化硅气体通入稀氟硅酸中，得到二氧化硅固体和浓氟硅酸清液。设备包括：依次连通的分解釜、洗涤塔、冷凝器、吸收釜以及分离装置。本发明步骤中产生的物质又作为原料使用，节约了成本，同时减少了后处理工序，提高生产效率，便于工厂的规模化应用。本发明利用浓硫酸的吸收功能，把氟硅酸分解为氟化氢和四氟化硅气体，使得氟硅酸得到有效利用。本发明通过稀硫酸浓缩，重新成为浓硫酸，减少了稀硫酸的排放，使得硫酸成为中间体，把氟硅酸分解为氟化氢和二氧化硅。

Description

一种由氟硅酸制备氟化氢的方法及设备

技术领域

本发明涉及氟化氢技术领域，特别是指一种由氟硅酸制备氟化氢的方法及设备。

背景技术

在用氟化钙与硫酸生产氟化氢的过程中，由于氟化钙中含有二氧化硅，二氧化硅与氟化氢反应生成四氟化硅，用水和少量氢氟酸一起吸收四氟化硅，使之成为氟硅酸副产品。由于近年来氟硅酸的市场用量急剧收缩，氟硅酸从可出售的副产品变成了需要环保处理的废酸；增加了生产企业的成本。

有鉴于此，有必要研发一种处理氟硅酸的工艺，消化掉多余的氟硅酸，产生其它具有经济价值的产物。

发明内容

本发明提出一种由氟硅酸制备氟化氢的方法及设备，解决了现有技术中氟硅酸过量的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种由氟硅酸制备氟化氢的方法，包括：

(1)混合浓氟硅酸和浓硫酸，反应后得到四氟化硅和氟化氢的混合气体以及稀硫酸；

(2)所述四氟化硅和氟化氢的混合气体经过浓硫酸洗涤，之后经过冷凝得到液体氟化氢和四氟化硅气体；洗涤后的硫酸用于步骤(1)中；

(3)所述步骤(2)中的四氟化硅气体通入稀氟硅酸中，得到浓氟硅酸和二氧化硅沉淀；固液分离，并清洗二氧化硅沉淀，得到二氧化硅固体和浓氟硅酸清液；该浓氟硅酸清液用于步骤(1)中。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中反应后产生的稀硫酸，经过高温浓缩得到浓度大于等于92％的硫酸和废水；所述废水中的硫酸含量不大于3％；所述高温为180℃-338℃。

作为优选的技术方案，所述步骤(2)中的液体氟化氢精制后得到无水氟化氢产品；或者与水混合后得到有水氢氟酸。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中的稀硫酸送至与磷矿粉反应生产磷肥或磷酸的生产线。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中浓氟硅酸的浓度为30％～60％。

作为优选的技术方案，所述步骤(3)中的稀氟硅酸的浓度为12％～36％。本发明的原理如下：

浓氟硅酸在浓硫酸强吸水的作用下，脱水后放出四氟化硅和氟化氢的混合气体：

H₂SiF₆+H₂SO₄(浓)→2HF+SiF₄+H₂SO₄(稀)

四氟化硅气体通入原料氟硅酸(相对较稀的氟硅酸)，与其中的水反应生成氟硅酸和二氧化硅，使得原料氟硅酸的浓度得到提升，成为浓氟硅酸：

3SiF₄+2H₂O→2H₂SiF₆+SiO₂

稀硫酸加热后脱去部分水，成为浓硫酸：

H₂SO₄(稀)→H₂SO₄(浓)+2H₂O

一种由氟硅酸制备氟化氢的设备，包括：

依次连通的分解釜、洗涤塔、冷凝器、吸收釜以及固液分离装置；

所述分解釜用于分解氟硅酸，其包括浓硫酸第一进口、浓氟硅酸进口、四氟化硅和氟化氢混合气体第一出口、以及稀硫酸出口；

所述洗涤塔用于吸收四氟化硅和氟化氢混合气体中夹带的水分，其包括浓硫酸第二进口、四氟化硅和氟化氢混合气体第一进口、四氟化硅和氟化氢混合气体第二出口以及浓硫酸第一出口；所述浓硫酸第一出口与所述浓硫酸第一进口连通，用于分解釜中浓氟硅酸的分解；

所述冷凝器用于把氟化氢气体冷凝为液体，使之与四氟化硅气体分离，其包括四氟化硅和氟化氢混合气体第二进口、液体氟化氢出口以及四氟化硅气体出口；所述四氟化硅和氟化氢混合气体第二进口与四氟化硅和氟化氢混合气体第二出口相连；所述液体氟化氢出口与液体储罐相连；

所述吸收釜用于稀氟硅酸吸收四氟化硅气体，使得稀氟硅酸成为浓氟硅酸并同时析出二氧化硅；其包括稀氟硅酸进口、四氟化硅气体进口、以及浓氟硅酸和二氧化硅固体出口；

所述固液分离装置用于分离浓氟硅酸与二氧化硅；其包括浓氟硅酸和二氧化硅固体进口、浓氟硅酸出口、清洗液进口、清洗液出口以及二氧化硅出口；所述浓氟硅酸和二氧化硅固体进口与浓氟硅酸和二氧化硅固体出口相连，所述浓氟硅酸出口与浓氟硅酸进口相连。

作为优选的技术方案，还包括浓缩塔，所述浓缩塔包括稀硫酸进口、浓硫酸第二出口和废水出口；所述稀硫酸进口与所述稀硫酸出口连通；所述浓硫酸第二出口与所述浓硫酸第二进口连通。

有益效果

(1)本发明利用浓硫酸的吸收功能，把氟硅酸分解为氟化氢和四氟化硅气体，使得氟硅酸得到有效利用；

(2)本发明通过稀硫酸浓缩，重新成为浓硫酸，减少了稀硫酸的排放，使得硫酸成为中间体，把氟硅酸分解为氟化氢和二氧化硅。

(3)在稀硫酸有后续使用去处时，本发明直接把稀硫酸送至后续工序，节省了稀硫酸浓缩的能耗，如磷矿粉反应生产磷肥或磷酸的生产线。

(4)本发明生产的氟化氢产品是废物利用，成本低廉，同时便于工厂的规模化应用。

(5)本发明的方法制得氟化氢的同时，还得到了二氧化硅副产品，可以作为成品出售，增加经济价值。

(6)本发明的工艺路线无废渣、无废气，仅有少量含硫酸废水排出，经过与氧化钙的反应，可生成硫酸钙沉淀，废水可达标排放，硫酸钙可用于工程建筑等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例1的一种由氟硅酸制备氟化氢的设备的结构示意图。

图2为本实施列2的一种由氟硅酸制备氟化氢的方法的工艺流程图。

其中：分解釜11、洗涤塔12、冷凝器13、吸收釜14、固液分离装置15、浓缩塔16、液体储罐17、热能供应设备18、、浓硫酸第一进口111、浓氟硅酸进口112、稀硫酸出口113、四氟化硅和氟化氢混合气体第一出口114、浓硫酸第二进口121、四氟化硅和氟化氢混合气体第一进口122、四氟化硅和氟化氢混合气体第二出口123、浓硫酸第一出口124、四氟化硅和氟化氢混合气体第二进口131、液体氟化氢出口132、四氟化硅气体出口133、稀氟硅酸进口141、四氟化硅气体进口142、浓氟硅酸和二氧化硅固体出口143、浓氟硅酸和二氧化硅固体进口151、浓氟硅酸出口152、清洗液进口153、清洗液出口154、二氧化硅出口155、稀硫酸进口161、浓硫酸第二出口162、废水出口163。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实施例中使用的物质均为市售。

实施例1

如图1所示：一种由氟硅酸制备氟化氢的设备，包括分解釜11、洗涤塔12、冷凝器13、吸收釜14以及固液分离装置15。其中分解釜11、洗涤塔12、冷凝器13、吸收釜14、分离装置15通过管道依次连通。该分解釜11用于分解氟硅酸，其包括浓硫酸第一进口111、浓氟硅酸进口112、稀硫酸出口113、以及四氟化硅和氟化氢混合气体第一出口114。洗涤塔12用于吸收四氟化硅和氟化氢混合气体中夹带的水分，其包括浓硫酸第二进口121、四氟化硅和氟化氢混合气体第一进口122、四氟化硅和氟化氢混合气体第二出口123以及浓硫酸第一出口124。该浓硫酸第一出口124与浓硫酸第一进口111连通，用于分解釜中浓氟硅酸的分解。也即洗涤塔12与分解釜11之间形成循环路线。冷凝器13用于把氟化氢气体冷凝为液体，使之与四氟化硅气体分离，其包括四氟化硅和氟化氢混合气体第二进口131、液体氟化氢出口132以及四氟化硅气体出口133。四氟化硅和氟化氢混合气体第二进口131、四氟化硅和氟化氢混合气体第二出口133相连。液体氟化氢出口132与液体储罐17相连。经过冷凝器13出来的液体氟化氢储存在液体储罐17中备用。吸收釜14用于稀氟硅酸吸收四氟化硅气体，使得稀氟硅酸成为浓氟硅酸并同时析出二氧化硅；其包括稀氟硅酸进口141、四氟化硅气体进口142、以及浓氟硅酸和二氧化硅固体出口143。固液分离装置15用于分离浓氟硅酸与二氧化硅；其包括浓氟硅酸和二氧化硅固体进口151、浓氟硅酸出口152、清洗液进口153、清洗液出口154以及二氧化硅出口155。浓氟硅酸和二氧化硅固体进口151与浓氟硅酸和二氧化硅固体出口143相连，浓氟硅酸出口152与浓氟硅酸进口112相连。上述分解釜11、洗涤塔12、冷凝器13、吸收釜14、分离装置15形成闭合管路。

为了更有效的利用物料，该实施例中还包括浓缩塔16，用于将反应后的稀硫酸浓缩为浓硫酸继续使用。该浓缩塔16包括稀硫酸进口161、浓硫酸第二出口162和废水出口163。稀硫酸进口161与分解釜11的稀硫酸出口113连通；浓硫酸第二出口162与分解釜11的浓硫酸第一进口111连通。并通过热能供应设备18给浓缩塔16升温。经过废水出口163出来的少量含硫酸废水与氧化钙的反应，生成硫酸钙沉淀，废水可达标排放，硫酸钙可用于工程建筑等。

实施例2

采用实施例1中的设备制备，以氟硅酸为原料制备氟化氢的具体步骤如下：

将1000kg30％氟硅酸与1750kg98％的浓硫酸通入分解釜11，在90℃下混合反应，产生的气体通入洗涤塔12，用浓硫酸吸收四氟化硅和氟化氢混合气体中夹带的水分，之后进入冷凝器13，冷凝后的液体氟化氢通入液体储罐17。洗涤塔12中的浓硫酸继续用于分解釜11中。

未冷凝的气体通入存有1000kg30％氟硅酸的吸收釜14中，再将反应物通入分离装置15，并清洗二氧化硅沉淀，得到二氧化硅41.7kg，42.5％的氟硅酸1175kg。该氟硅酸继续作为原料回用。该二氧化硅可以作为产品外卖。

将分解釜11中2450kg稀硫酸通入浓缩塔16，反应温度控制在205℃，得到98％的浓硫酸1746.4kg。该浓硫酸通入洗涤塔12中。

实施例3

采用实施例1中的设备制备，以氟硅酸为原料制备氟化氢的具体步骤如下：

将1175kg42.5％氟硅酸与1746.4kg98％的浓硫酸通入分解釜11，在90℃下混合反应，产生的气体依次通入洗涤塔12、冷凝器13后，冷凝后的液体氟化氢经过精制得到138.7kg无水氟化氢。洗涤塔12中的浓硫酸继续用于分解釜11中。

未冷凝的气体通入存有1000kg30％氟硅酸的吸收釜14中，再将反应物通入分离装置15，并清洗二氧化硅沉淀，得到二氧化硅69.4kg，49％的氟硅酸1291.4kg。该氟硅酸继续作为原料回用。该二氧化硅可以作为产品外卖。

将分解釜11中2422kg稀硫酸通入浓缩塔16，反应温度控制在205℃，得到98％的浓硫酸1726.4kg。该浓硫酸通入洗涤塔12中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种由氟硅酸制备氟化氢的方法，其特征在于，包括：

(1)混合浓氟硅酸和浓硫酸，反应后得到四氟化硅和氟化氢的混合气体以及稀硫酸；

(2)所述四氟化硅和氟化氢的混合气体经过浓硫酸洗涤，之后经过冷凝得到液体氟化氢和四氟化硅气体；洗涤后的浓硫酸用于步骤(1)中；

(3)所述步骤(2)中的四氟化硅气体通入稀氟硅酸中，得到浓氟硅酸和二氧化硅沉淀；固液分离，并清洗二氧化硅沉淀，得到二氧化硅固体和浓氟硅酸清液；该浓氟硅酸清液用于步骤(1)中。

2.根据权利要求1所述的一种由氟硅酸制备氟化氢的方法，其特征在于，所述步骤(1)中反应后产生的稀硫酸，经过高温浓缩得到浓度大于等于92％的硫酸和废水；所述废水中的硫酸含量不大于3％；所述高温为180℃-338℃。

3.根据权利要求1所述的一种由氟硅酸制备氟化氢的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的液体氟化氢精制后得到无水氟化氢产品；或者与水混合后得到有水氢氟酸。

4.根据权利要求1所述的一种由氟硅酸制备氟化氢的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的稀硫酸送至与磷矿粉反应生产磷肥或磷酸的生产线。

5.根据权利要求1所述的一种由氟硅酸制备氟化氢的方法，其特征在于，所述步骤(1)中浓氟硅酸的浓度为30％～60％。

6.根据权利要求1所述的一种由氟硅酸制备氟化氢的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的稀氟硅酸的浓度为12％～36％。

7.一种由氟硅酸制备氟化氢的设备，其特征在于，包括：

依次连通的分解釜、洗涤塔、冷凝器、吸收釜以及固液分离装置；

所述分解釜用于分解氟硅酸，其包括浓硫酸第一进口、浓氟硅酸进口、四氟化硅和氟化氢混合气体第一出口、以及稀硫酸出口；

所述洗涤塔用于吸收四氟化硅和氟化氢混合气体中夹带的水分，其包括浓硫酸第二进口、四氟化硅和氟化氢混合气体第一进口、四氟化硅和氟化氢混合气体第二出口以及浓硫酸第一出口；所述浓硫酸第一出口与所述浓硫酸第一进口连通，用于分解釜中浓氟硅酸的分解；

所述冷凝器用于把氟化氢气体冷凝为液体，使之与四氟化硅气体分离，其包括四氟化硅和氟化氢混合气体第二进口、液体氟化氢出口以及四氟化硅气体出口；所述四氟化硅和氟化氢混合气体第二进口与四氟化硅和氟化氢混合气体第二出口相连；所述液体氟化氢出口与液体储罐相连；

所述吸收釜用于稀氟硅酸吸收四氟化硅气体，使得稀氟硅酸成为浓氟硅酸并同时析出二氧化硅；其包括稀氟硅酸进口、四氟化硅气体进口、以及浓氟硅酸和二氧化硅固体出口；

所述固液分离装置用于分离浓氟硅酸与二氧化硅；其包括浓氟硅酸和二氧化硅固体进口、浓氟硅酸出口、清洗液进口、清洗液出口以及二氧化硅出口；所述浓氟硅酸和二氧化硅固体进口与浓氟硅酸和二氧化硅固体出口相连，所述浓氟硅酸出口与浓氟硅酸进口相连。

8.根据权利要求7所述的一种由氟硅酸制备氟化氢的设备，其特征在于，还包括浓缩塔，所述浓缩塔包括稀硫酸进口、浓硫酸第二出口和废水出口；所述稀硫酸进口与所述稀硫酸出口连通；所述浓硫酸第二出口与所述浓硫酸第二进口连通。