[發(fā)明專利]以磷肥副產物氟硅酸鹽為原料制備氣相法白炭黑和無水氫氟酸的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310323328.2
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103420383A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 苗延軍;彭永紅;谷新春;王宇光
• 申請（專利權）人: 中國化學賽鼎寧波工程有限公司
• 主分類號: C01B33/113
• 分類號: C01B33/113;C01B7/19
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

技術領域

本發(fā)明涉及一種氣相法白炭黑和無水氫氟酸的制備方法，尤其是涉及一種以磷肥副產物氟硅酸鹽為原料制備氣相法白炭黑和無水氫氟酸的方法。

背景技術

氣相法白炭黑為白色無定型絮狀半透明固體膠態(tài)極微粒子，其化學式可以寫作SiO₂·nH₂O，外觀為蓬松的白色粉末，無毒無味，不溶于水和酸，化學性質穩(wěn)定，耐高溫，不燃燒，具有很高的電絕緣性。氣相法白炭黑以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補強性、增稠性和觸變性而在橡膠、涂料、醫(yī)藥、造紙等諸多工業(yè)領域得到廣泛的應用，并為許多工業(yè)領域的發(fā)展提供了新材料和技術保障，已成為當今世界材料科學中最能適應時代要求和發(fā)展最快的品種之一。

目前，氣相二氧化硅是利用硅烷的鹵化物，在氫氧燃燒火焰中高溫水解得到無定形二氧化硅，其硅烷鹵化物原料主要有SiCl₄和CH₃SiCl₃兩種。隨著多晶硅技術的不斷發(fā)展，其原本廢棄的SiCl₄得到了有效的應用，減少了對白炭黑企業(yè)的供應。而現(xiàn)有白炭黑生產過程中產生大量的稀鹽酸，后續(xù)銷售壓力較大。

無水氫氟酸主要用于制冷劑、氟樹脂、氟化鹽、氟橡膠和含氟中間體以及精細化學品的生產，市場前景廣闊。目前無水氫氟酸的生產幾乎都是采用螢石-硫酸法，消耗了大量的不可再生的自然礦產資源。目前，磷肥副產物氟硅酸鹽主要用來生產氟化氫，僅利用了部分氟資源，而硅資源沒有得到很好的利用，廢棄的硅資源造成二次污染。開發(fā)研究綜合利用磷礦石中的氟、硅資源生產氣相法白炭黑并副產氫氟酸，不僅可以緩解氟硅酸對環(huán)境的影響，而且發(fā)展了氣相法白炭黑的生產技術。

中國發(fā)明專利名稱為一種四氟化硅制備氟化氫聯(lián)產白炭黑的方法（申請?zhí)枺篊N201110192918.7），公開了一種四氟化硅制備氟化氫聯(lián)產白炭黑的方法，磷肥副產的粗四氟化硅氣體經除塵，除濕后，在200-800℃條件下與反應量的水蒸氣發(fā)生水解反應，得到的產物經氣固分離分別得到氟化氫和白炭黑，具有原料易得，價格低廉，原料利用率高，但是該方法生產得到的白炭黑顆粒大，不具備氣相法白炭黑，常態(tài)下為白色無定形絮狀半透明固體膠狀納米粒子(粒徑小于100nm)的特點。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種原料易得，氟、硅資源能同時得到高效利用、環(huán)保、產品純度高的以磷肥副產物氟硅酸鹽為原料制備氣相法白炭黑和無水氫氟酸的方法。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種以磷肥副產物氟硅酸鹽為原料制備氣相法白炭黑和無水氫氟酸的方法，包括以下步驟：

（1）四氟化硅制備：將磷肥副產物氟硅酸鹽在200～400℃下熱解制得氣態(tài)四氟化硅粗產品；將四氟化硅粗產品冷卻到50～100℃后，經過過濾器除去粉塵后送入洗滌塔，通過93～98%濃硫酸洗滌除去四氟化硅中所含的水分及雜質，得到純度大于99.999%的四氟化硅產品；

（2）四氟化硅水解：將四氟化硅氣體送入水解反應器，與空氣混合后再與氫氣均勻混合，氫氣、空氣和四氟化硅的體積比為1：2：0.05～0.3，將水解反應器內的反應溫度控制為1000～1100℃，使四氟化硅氣體發(fā)生高溫水解反應，生成包含納米SiO₂顆粒、H₂O蒸汽和氫氟酸的氣固混合物，同時放出大量的反應熱；該反應中氫氣、空氣和四氟化硅按上述配比混合能使四氟化硅完全反應，同時在熔融狀態(tài)下的二氧化硅個體容易碰撞融合成大顆粒，采用上述原料成分及配比使個體間碰撞幾率降低，確保生成納米級二氧化硅顆粒，最后在四氟化硅高溫水解反應中，反應過程中少量HF會發(fā)生高溫分解，生成游離氟。定量加入氫氣，使游離氟還原為HF；通過這種設計，可以徹底根除游離氟對系統(tǒng)破壞的隱患；

（3）產品分離：將氣固混合物溫度下降到200～400℃后，送入旋風分離器進行氣固分離；

（4）氣相法白炭黑制備：將旋風分離器分離出來的納米SiO₂顆粒輸送至脫酸爐中，在脫酸爐中通入熱空氣進行脫酸處理，除去附著在二氧化硅顆粒上的氟化氫，得到氣相法白炭黑；

（5）粗氫氟酸制備：將旋風分離器分離出來的尾氣送入三級串聯(lián)的旋風分離器除去99%以上的二氧化硅顆粒后，送入多級脈沖袋式除塵器進行過濾，得到粗氟化氫氣體；目前氣相法白炭黑只有一級脈沖袋式除塵器，不能保證裝置連續(xù)生產，這也是生產成本高的一個原因。本發(fā)明采用三級旋風分離基本上除去了99%以上的二氧化硅顆粒，減輕了后續(xù)袋式除塵器的壓力，保證生產連續(xù)化運行；