一种利用氟硅酸废液生产冰晶石的方法与流程

本发明涉及冰晶石制备技术领域，特别涉及一种利用氟硅酸废液生产冰晶石的方法。

背景技术：

氟硅酸通常是湿法磷酸以及普钙、重钙等生产的副产品。二水法湿法磷酸，每生产一吨湿法磷酸(100%P2O5)大约副产0.06吨氟硅酸(100%H2SiF6),每生产一吨普钙(100%P2O5)大约副产0.06吨氟硅酸(100%H2SiF6)。我国是磷肥生产和消费大国,全国磷肥行业副产的氟硅酸数量惊人。由于磷肥生产过程中产生的氟硅酸主要是通过导入水池变为氟硅酸废液，氟硅酸废液具有强酸性，将其直接排放极易对环境造成破坏，同时也造成了氟硅酸资源的浪费。而另一方面氟硅酸却是生成冰晶石的重要原料之一。

目前使用氟硅酸生产冰晶石的主要方法是氟化铵中间产物和氟硅酸钠中间产物法，前者系氟硅酸与氨水氨化后再与铝酸钠反应而生成。后者是将磷肥生产中的含氟废气经回收氟硅酸钠后，再经氨化合成等工序而制得。上述两种方法均需要通过氨化，而氨化过程使得冰晶石的制备过程繁琐、转化率较低严重增加了生产成本。

技术实现要素：

本发明意在提供一种利用氟硅酸废液生产冰晶石的方法，以提高氟硅酸废液的利用率和冰晶石的质量及产出率。

本方案中的一种利用氟硅酸废液生产冰晶石的方法，包括以下步骤：

步骤一、氟化钠溶液的制备：

1）将去杂质后的氟硅酸废液倒入钢衬塑反应釜中，再向钢衬塑反应釜中添加过量5%~10%的纯碱形成料液，搅拌料液并加热至70℃，直至料液pH值为8~9；化学反应式为：H2SiF6+3Na2CO3→6NaF+SiO2+3CO2+H2O；

2）过滤：过滤加热后的料液，滤出二氧化硅硅胶，滤液即为氟化钠溶液；

步骤二、氟化铝溶液的制备：

1）将去杂质后的氟硅酸废液倒入钢衬塑反应釜中，再按反应比例向钢衬塑反应釜中添加三氧化二铝形成料液，搅拌料液并加热至80℃，直至料液中无粒子；化学反应式为：H2SiF6+Al2O3→2AlF3+SiO2+H2O；

2）过滤：过滤加热后的料液，滤出二氧化硅硅胶，滤液即为氟化铝溶液；

步骤三：冰晶石的合成：

1）向合成釜中放入氟化钠溶液，再向合成釜中加入过量9%~11%的氟化铝溶液形成混合液，加热混合液至95℃~100℃，直至合成釜内不再有晶粒生成；化学反应式为：3NaF+AlF3→Na3AlF6；

2）过滤混合液，滤出冰晶石并加热水洗涤，然后甩干、干燥，得到冰晶石成品。

本发明的有益效果：本方案采用氟硅酸废液分别与纯碱和三氧化二铝反应制得氟化钠和氟化铝，再利用氟化钠和氟化铝间的反应生成冰晶石；整个反应过程时间短，并使氟硅酸废液得到充分反应，从而使冰晶石的质量与转化率都得到很大提高；同时在反应过程中生成了可利用的二氧化硅硅胶。在氟化钠溶液制备过程中，在反应釜中添加过量5%~10%的纯碱使得氟硅酸得到充分反应，并将料液的温度提高到70摄氏度，进一步促进了纯碱与氟硅酸废液间的反应，同时大大降低了反应时间，提高了工作效率；pH值为8~9说明氟硅酸得到较为充分的反应。在氟化铝溶液的制备过程中，由于氟硅酸废液的浓度一般只有11%~12%，选用三氧化二铝能与氟硅酸废液进行充分反应，有利于提高氟硅酸的利用率，同时将料液的反应温度控制在80℃，显著提高了反应速度并提高了氟硅酸的消耗量。在冰晶石的制备过程中，由于氟硅酸废液的浓度一般只有11%~12%，从而使制得的氟化钠溶液与氟化铝溶液的浓度分别处于18%~22%和11%~13%左右，由于两者浓度较低，而氟化铝相对氟化钠惰性更强，向氟化钠溶液和氟化铝溶液组成的混合液中加入过量9%~11%的氟化铝溶液使两者间的反应物达到均衡，有利于两者充分反应，提高冰晶石的转化率，降低了滤液的污染性；而在95℃~100℃的温度下进行反应，显著提高了两者间的反应速度并提高了冰晶石的转化率。

进一步，冰晶石制备过程中氟硅酸废液的浓度为12%、纯碱纯度为96%以上、三氧化二铝的纯度为95%以上。由于冰晶石的制备过程中，各反应间环环相扣，其中任意一环出现问题都会导致冰晶石的质量与转化率低。保持氟硅酸的浓度在12%保证了其余纯碱和三氧化二铝间的反应，同时由避免了向氟硅酸废液中添加氟硅酸造成成本提高；而纯碱与三氧化二铝的纯度保持在高位有利于其与氟硅酸废液间的反应，同时确保反应过后的氟化钠溶液与氟化铝溶液具有较高的纯度，从而为冰晶石的生成节约反应时间，提高冰晶石的质量与转化率。

进一步，步骤一中，对料液的加热直至料液pH值为9。料液pH值达到8后已基本实现氟硅酸的充分反应，但为确保氟硅酸的完全反应，加热至料液pH值达到9后，料液中的氟硅酸已实现完全反应。

进一步，步骤三中，添加的氟化铝溶液过量值为10%。10%的氟化铝过量值能确保氟化钠与氟化铝间的正常反应，同时避免添加过量的氟化铝溶液致使混合液浓度进一步降低，降低两者间的反应速度。

附图说明

图1为本发明一种利用氟硅酸废液生产冰晶石的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

实施例1：

如图1所示的一种利用氟硅酸废液生产冰晶石的方法，包括以下步骤：

步骤一、氟化钠溶液的制备：

1)将去杂质后的氟硅酸废液制成浓度为12%的氟硅酸溶液并倒入钢衬塑反应釜中，再向钢衬塑反应釜中添加过量10%的纯碱（纯碱纯度为98%）形成料液，搅拌料液并加热至70℃，直至料液pH值为9；化学反应式为：H2SiF6+3Na2CO3→6NaF+SiO2+3CO2+H2O；

2)过滤：过滤加热后的料液，滤出二氧化硅硅胶，滤液即为氟化钠液，再将氟化钠液制备为氟化钠浓度为20%的氟化钠溶液；

步骤二、氟化铝溶液的制备：

1）将去杂质后的氟硅酸废液制成浓度为12%的氟硅酸溶液并倒入钢衬塑反应釜中，再按反应比例向钢衬塑反应釜中添加三氧化二铝（三氧化二铝的纯度为96%）形成料液，搅拌料液并加热至80℃，直至料液中无粒子；化学反应式为：H2SiF6+Al2O3→2AlF3+SiO2+H2O；

2）过滤：过滤加热后的料液，滤出二氧化硅硅胶，滤液即为氟化铝液，再将氟化铝液制备为氟化铝浓度为12%的氟化钠溶液；

步骤三：冰晶石的合成：

1）向合成釜中放入氟化钠溶液，再向合成釜中加入过量10%的氟化铝溶液形成混合液，加热混合液至100℃，直至合成釜内不再有晶粒生成；化学反应式为：3NaF+AlF3→Na3AlF6；

2）过滤混合液，滤出冰晶石并加热水洗涤，然后甩干、干燥，得到冰晶石成品。

实施例2：

实施例2与实施例1的不同之处在于，纯碱的纯度为96%、三氧化二铝的纯度为95%；步骤一中料液加热至料液pH值为8.5；步骤三中，氟化铝溶液添加的过量值为9%，加热温度为95℃。

实施例3：

实施例3与实施例1的不同之处在于，纯碱的纯度为97%、三氧化二铝的纯度为98%；步骤一中料液加热至料液pH值为8；步骤三中，氟化铝溶液添加的过量值为11%，加热温度为98℃。

通过采用本发明制备冰晶石，能有效提高冰晶石的质量与转化率，同时实现氟硅酸废液的高效利用，避免了氟硅酸废液中氟硅酸的浪费，在保护环境的同时，为企业的发展创造了更多价值。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。