專利名稱：一種大結(jié)晶氟硅酸鈉、鉀的連續(xù)生產(chǎn)方法
氟硅酸鈉、氟硅酸鉀的生產(chǎn)方法屬無機化工領(lǐng)域，具體涉及到以氟硅酸為原料連續(xù)制取大結(jié)晶氟硅酸鈉和氟硅酸鉀的生產(chǎn)方法。
在磷肥生產(chǎn)中為了消除含氟廢氣的污染，絕大多數(shù)廠家都是以水吸收含氟廢氣制取氟硅酸溶液，然后進一步加工成氟硅酸鈉、氟硅酸鉀等無機氟鹽等產(chǎn)品。
氟硅酸鈉、鉀的生產(chǎn)在國內(nèi)已有數(shù)十年的歷史了，但是絕大多數(shù)廠家都采用著一種落后的間歇的生產(chǎn)方法，如氟硅酸鈉的間歇生產(chǎn)是在一個帶有攪拌器的合成反應槽內(nèi)，在攪拌下先加入氟硅酸，然后再慢慢加入～25％的氯化鈉溶液進行反應、結(jié)晶，然后靜置沉淀，讓氟硅酸鈉結(jié)晶沉到反應器底部，放出帶有硅膠的母液，然后加水攪拌洗滌，再靜置沉淀，然后再放去洗液，如此洗滌2至3次后加純堿中和未能洗滌干凈的鹽酸，最后過濾、洗滌、干燥得到成品；氟硅酸鉀的生產(chǎn)也是采用間歇的生產(chǎn)方法，雖然采用在70～80℃條件下進行氟硅酸和22～24％的氯化鉀溶液反應，以圖得到較大的氟硅酸鉀結(jié)晶，但是因為氟硅酸鉀溶解度太小，相對溶液的過飽和濃度太大，生成的氟硅酸鉀結(jié)晶仍然十分細小，以至于能長時間懸浮在液相中，給隨后的分離和洗滌以至干燥都帶來很多困難，上述間歇生產(chǎn)的方法導致產(chǎn)品質(zhì)量差，原材料消耗高，勞動強度大，勞動條件差等等不足，特別是氟硅酸鉀的生產(chǎn)更是如此。
隨著我國WTO的加入，國外對氟硅酸鈉、鉀等產(chǎn)品的要求，除產(chǎn)品內(nèi)在的質(zhì)量指標外，還特別提出對產(chǎn)品粒度的要求，要求產(chǎn)品粒度大，最好為流砂狀，以消除和減少在運輸和使用過程中粉塵飛揚對環(huán)境和相關(guān)人員身體健康的影響。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種可根據(jù)市場需要進行調(diào)節(jié)的既能生產(chǎn)氟硅酸鈉又能生產(chǎn)氟硅酸鉀的連續(xù)生產(chǎn)的方法，本發(fā)明的另一個目的是生產(chǎn)出較現(xiàn)有氟硅酸鈉、鉀生產(chǎn)方法的結(jié)晶更為粗大的氟硅酸鈉、鉀結(jié)晶。
本發(fā)明方法為一連續(xù)生產(chǎn)的方法，第一步是在常溫下，在一特殊的反應結(jié)晶器內(nèi)進行酸、鹽的連續(xù)反應、結(jié)晶以及反應母液的分離；第二步是在一連續(xù)操作的增稠器設(shè)備內(nèi)進行結(jié)晶的洗滌和洗液的分離；第三步是結(jié)晶的過濾分離和洗滌；第四步是產(chǎn)品的干燥，其示意工藝流程見附

圖1。氟硅酸和氯化鈉(或氯化鉀)的水溶液經(jīng)計量后加入反應結(jié)晶器，反應生成的母液由反應器上部溢液排出，生成的氟硅酸鈉(或氟硅酸鉀)的結(jié)晶，自反應器底部排出，與洗滌水和返回的洗液混合，一道進入增稠器，洗液自增稠器上部溢出，增稠后的料漿自底部排出，加水后進入過濾分離裝置，濾、洗液返回增稠器前作洗水應用，濾餅取出經(jīng)干燥后即得產(chǎn)品。
本發(fā)明的核心在于第一步的反應、結(jié)晶和分離。其反應為氟硅酸鈉、鉀的生成反應
該步的特征在于上述反應在常溫下，在一特殊結(jié)構(gòu)的反應結(jié)晶器內(nèi)進行酸、鹽的連續(xù)反應、結(jié)晶以及反應母液的分離。其主要工藝條件為氟硅酸濃度8～25％H2SiF6；氯化鈉溶液濃度24～26％NaCl，或生產(chǎn)氟硅酸鉀時，氯化鉀濃度為22～24％KCl；反應、結(jié)晶時間≥30分鐘。
從事磷肥生產(chǎn)的人都知道，無論是從普通過磷酸鈣生產(chǎn)或是萃取磷酸濃液過程中得到的氟硅酸都含有硅膠，即使經(jīng)過預處理后在氟硅酸中仍然含有一定數(shù)量的硅膠，在間歇法生產(chǎn)中是依靠采用多次沉降分離的方法將硅膠分離干凈。即在反應和洗滌過程中，攪拌讓物料懸浮，然后靜置沉降，利用硅膠和氟硅酸鈉、鉀結(jié)晶自然沉降速度的不同，氟硅酸鈉、鉀結(jié)晶先行沉降到底部，硅膠尚懸浮在液相中時，將母液、洗液放出，從而達到洗滌和分離的目的。另外，在間斷生產(chǎn)中缺乏一個穩(wěn)定的結(jié)晶條件，反應所得氟硅酸鈉、鉀結(jié)晶細小，其中尤以氟硅酸鉀更甚，在沉降分離過程中容易隨液相的分離而導致?lián)p失，因此在間歇法生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量較差，酸、鹽等主要原料的消耗亦較高。
為了解決上述問題，獲取粗大而均勻的結(jié)晶是關(guān)鍵，從結(jié)晶學的觀點出發(fā)，要獲取粗大而均勻的結(jié)晶，關(guān)鍵是要降低溶液的過飽和度以減少晶核的形成，促進晶核的成長。如在氟硅酸鉀的常規(guī)生產(chǎn)中采用加熱到70～80℃條件下進行反應，就是因為隨著溫度增高，氟硅酸鉀溶解度加大，從而相對應地降低了過飽和度，生成較常溫下結(jié)晶較大的結(jié)晶，但這并不可取。因為溫度升高，溶解損失加大，將直接導致消耗定額的提高；加入晶種亦是一種重要的制取粗大結(jié)晶的手段。但其通常的做法都是將分離掉反應母液的料漿循環(huán)到反應結(jié)晶器內(nèi)從而使得循環(huán)系統(tǒng)顯得較為復雜且降低反應結(jié)晶器的濃度。為此本發(fā)明依據(jù)結(jié)晶原理提出一種特殊結(jié)構(gòu)的反應結(jié)晶器，既能實現(xiàn)酸、鹽的連續(xù)反應、結(jié)晶，得到遠較間歇方法結(jié)晶粗大的結(jié)晶，又能實施反應母液的分離，將懸浮于其中的硅膠隨著母液的分離一道排出系統(tǒng)。
反應結(jié)晶器見附圖2，為一雙筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒內(nèi)設(shè)置一導流筒，筒的下端有一推進式攪拌器，以增加容積循環(huán)速率，有利于降低過飽和度；氟硅酸溶液引入導流筒下部固相濃度較高區(qū)域，鹽溶液在反應結(jié)晶器上部以環(huán)形管均勻加入，以最大限度地降低局部過飽和度；反應生成的含有氟硅酸鈉(或氟硅酸鉀)結(jié)晶的料漿在內(nèi)筒和導流筒之間循環(huán)，較大的結(jié)晶則沉降在底部，由緩慢轉(zhuǎn)動的耙齒移向錐體中部的出料口，較細小的結(jié)晶則在循環(huán)料漿的帶動下繼續(xù)在器內(nèi)循環(huán)，以逐步長大；反應母液從反應結(jié)晶器內(nèi)筒和外筒之間的環(huán)形槽溢流而出，同時將懸浮于其中的硅膠帶出。隨著母液的排出和結(jié)晶在器內(nèi)的滯留，反應結(jié)晶器中的固相含量大幅增加。其作用相當于加入大量晶種，而且通過結(jié)晶排出量的控制可改變其中固相含量的數(shù)量，從而可以有效地調(diào)節(jié)和控制結(jié)晶的成長，因此本反應結(jié)晶器設(shè)備不僅能用于氟硅酸鈉、鉀的生產(chǎn)，而且也能用于其它的類似的通過化學反應結(jié)晶的無機鹽的生產(chǎn)，包括常溫下的化學反應結(jié)晶以及加熱狀態(tài)下的反應結(jié)晶等。
本發(fā)明的第二步是第一步反應排出的料漿的洗滌和沉降分離，這是在一個增稠器內(nèi)實現(xiàn)的，料漿和洗水以及隨后過濾分離的濾液和洗液混合后進入增稠器，利用氟硅酸鈉、鉀結(jié)晶和硅膠沉降速度的差異，固相結(jié)晶沉降到底部由耙齒集中到下料口后排出，洗液則夾帶懸浮于其中的硅膠一道溢流排出。
本發(fā)明的第三步，第四步雖是本發(fā)明的的有機組成部分，但可采用通用的過濾和干燥裝置，且可較為靈活地變化，在此不予贅述了。
實施例在一內(nèi)筒直徑為Φ800的反應結(jié)晶器中，先按423Kg/hr的流量投入10％HiSiF6，直到導流筒和內(nèi)筒間開始循環(huán)時，停止氟硅酸的投料并開始按172Kg/hr的流量投入26％NaCl溶液，當其投入時間相等于氟硅酸的投料時間后，再開始氟硅酸的投料。當稀相母液溢流，稠相料漿又不予排出時，系統(tǒng)中的固相含量則不斷升高，在約2小時后開始排出稠相料漿，并注意保持系統(tǒng)的平衡，同時于稠相料漿中加入230Kg/hr水，并于增稠器中分離，增稠器排出的料漿在一Φ400離心機中分離并洗滌，濾餅在105℃烘干，即得產(chǎn)品。分析表明，產(chǎn)品氟硅酸鈉含量達99。4％NaSiF6，+60目篩的數(shù)量達52％。
權(quán)利要求
1.一種大結(jié)晶氟硅酸鈉、鉀的連續(xù)生產(chǎn)方法主要包括四步。第一步是在常溫下，在一特殊的反應結(jié)晶器內(nèi)進行氟硅酸和氯化鈉或氯化鉀溶液的連續(xù)反應、結(jié)晶以及反應母液的分離；第二步是在一連續(xù)操作的增稠器設(shè)備內(nèi)進行結(jié)晶的洗滌和洗液的分離；第三步是結(jié)晶的過濾分離和洗滌；第四步是產(chǎn)品的干燥.其工藝流程簡述為氟硅酸和氯化鈉或氯化鉀的水溶液經(jīng)計量后加入反應結(jié)晶器，反應生成的母液由反應器上部溢流排出，生成的氟硅酸鈉或氟硅酸鉀的結(jié)晶自反應器底部排出，與洗滌水和返回的洗液混合，一道進入增稠器，洗液自增稠器上部溢出；增稠后的料漿自底部排出，加水后進入過濾分離裝置，濾、洗液返回增稠器前作洗水應用，濾餅取出經(jīng)干燥后即得成品。第一步反應的主要工藝條件為氟硅酸濃度8～25％H2SiF6，氯化鈉溶液濃度24～26％NaCl，氯化鈉溶液用量為理論量的110～140％；或生產(chǎn)氟硅酸鉀時，氯化鉀溶液濃度為22～25％KCl，用量為理論量的110～140％；反應、結(jié)晶時間＞30分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大結(jié)晶氟硅酸鈉、鉀的連續(xù)生產(chǎn)方法，其所述特殊的反應結(jié)晶器為一雙筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒內(nèi)設(shè)置一導流筒，筒的下端有一推進式攪拌器，用以實現(xiàn)反應料漿在內(nèi)筒和導流筒之間循環(huán)，反應母液從內(nèi)筒和外筒間的環(huán)形槽溢流排出，沉降到錐形底部的結(jié)晶由緩慢轉(zhuǎn)動的耙齒移向錐體中部的下料口排出。本反應器不僅適用于氟硅酸鈉、鉀的生產(chǎn)而且也能用于其它的類似的通過化學反應結(jié)晶的無機鹽類的生產(chǎn)，包括常溫下的化學反應結(jié)晶以及加熱狀態(tài)下的反應結(jié)晶等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)操作的增稠器是利用稀釋和自然沉降的原理來進行洗滌和結(jié)晶的分離時，其所使用的洗水一部分是后一工序過濾的濾液和洗液。
全文摘要
一種大結(jié)晶氟硅酸鈉、鉀的連續(xù)生產(chǎn)方法是在常溫下，在一特殊結(jié)構(gòu)的反應結(jié)晶器內(nèi)氟硅酸和氯化鈉溶液或氯化鉀溶液反應生成氟硅酸鈉或氟硅酸鉀結(jié)晶，反應母液由上部溢出，結(jié)晶從底部排出。并和洗水一道進入增稠器進行洗滌和分離，沉降到底部的結(jié)晶排出后經(jīng)過濾、洗滌、干燥后即得到結(jié)晶顆粒較大的氟硅酸鈉、鉀產(chǎn)品。和常規(guī)的間歇法生產(chǎn)相比，本發(fā)明方法具有產(chǎn)品質(zhì)量好，特別是產(chǎn)品結(jié)晶粗大，酸、鹽消耗定額較低，勞動條件較好等優(yōu)點。
文檔編號C01B33/20GK1396113SQ02137889
公開日2003年2月12日 申請日期2002年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月3日
發(fā)明者夏克立 申請人:夏克立