[發明專利]一種磷礦伴生氟制備無水四氟化硅和氟化氫混合氣的方法

在審

• 申請號: 202011029531.5
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112158850A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 黃忠;何俊;張險峰;徐超;陳喜珍;余雙強;查炎華
• 申請（專利權）人: 湖北祥云（集團）化工股份有限公司;黃忠
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107;C01B7/19
• 代理公司: 武漢惠創知識產權代理事務所(普通合伙) 42243
• 代理人: 童思明

本發明公開了一種磷礦伴生氟制備無水四氟化硅和氟化氫混合氣的方法，屬于磷化工技術領域。步驟如下：(1)將含水氟硅酸物攪拌均勻后，加入洗滌硫酸進行反應，得到含氟硫酸和含水四氟化硅與氟化氫混合氣體，洗滌硫酸來自步驟(3)，氟硅酸物選自氟硅酸和氟硅酸鹽中的一種或兩種，含水氟硅酸物中的水與洗滌硫酸的質量比為1?3:7；(2)將步驟(1)得到的含氟硫酸進行加熱，加熱溫度為160?220℃，得到濃度為70?80wt%的硫酸和含水四氟化硅與氟化氫混合氣，70?80wt%的硫酸用于制備磷酸；(3)將步驟(1)和步驟(2)得到的混合氣體采用熱濃硫酸進行洗滌，得到無水四氟化硅和氟化氫混合氣，洗滌硫酸送步驟(1)。

技術領域

本發明涉及磷化工技術領域，具體涉及一種磷礦伴生氟制備無水四氟化硅和氟化氫混合氣的方法。

背景技術

氟化氫是氟化工的基礎原料，也是制造元素氟的唯一原料，可用于生產氣霧劑、金屬清洗劑、塑料發泡劑、表面活性劑及聚四氟乙烯等各行業所需的重要制品。氟化氫常作為含氟催化劑的原料，可在有機化合物烷基化、異構化或聚合反應中作催化劑；氟化氫還是核工業制造六氟化鈾的基本原料，高純或超純氟化氫己在光學、微電子工業及精細化工中得到應用。由于含氟化合物的產品和需求量逐年增多，氟化氫的需求量也相應地逐年增加。但是近年來由于螢石的稀缺性，氟化工裝置的產能一直在增長，但是開工率一直不足，故氟化氫供應較為緊張，價格一直處于歷史高位。

四氟化硅是氟化工領域里重要的化工原料之一，主要應用在電子和半導體行業中，用于氮化硅的蝕刻劑，P型摻雜劑、外延沉積擴散硅源等，還可用于制備電子級硅烷或硅。隨著世界電子工業的飛速發展，市場對四氟化硅的需求量逐漸增加。

濕法磷酸生產過程中會產生大量的氟硅酸、氟硅酸鈉等氟硅酸物。大多數氟硅酸濃度在12%左右，用來生產Na₂SiF₆，價值低廉，這種加工方式令部分企業處于虧損狀態，利用的積極性不高，部分企業甚至直接添加到磷復肥當中，造成了氟資源和硅資源的大量浪費。目前僅有少數企業副產的濃度為18%氟硅酸的氟資源得到加工利用，以貴州甕福藍天化工有限公司為代表，在貴州、云南、湖北建設了五套裝置，氟硅酸利用率僅占全國副產的20%左右，全國范圍內還有80%的氟硅酸受制于濃度、運輸距離等因素的影響，僅僅作為環保性項目進行簡單處理。

貴州甕福藍天的濃硫酸分解濃氟硅酸技術在磷礦伴生氟利用方面具有成本低的優勢。該技術用98%硫酸分解30%氟硅酸，得到的四氟化硅被18%氟硅酸吸收后得到30%氟硅酸，剩下的氟化氫-硫酸-水體系經過高溫，得到氟化氫粗氣體，再通過精餾得到工業級氟化氫。但是受制于原料要求高（氟硅酸濃度必須達到18%，大部分企業很難達到）、氟硅酸運輸距離、副產硅膠的處理成本高、副產稀硫酸量大（1噸氟化氫副產70%硫酸約27噸）等因素的影響，故應用范圍十分有限。

申請號為CN201110446235的專利公開了一種由氟硅酸鈉為原料制備四氟化硅和氟化氫的方法，過程是將干燥后的氟硅酸鈉與硫酸按摩爾比1:1加入磚窯反應器中，在160-220℃下反應，然后除塵加壓預冷到-30℃，再將混合氣送至精餾塔進行分離，分別得到無水氟化氫和四氟化硅。該專利的缺點在于，①用轉爐作為反應器，能耗利用率極低，僅為25%左右；②濃硫酸與氟硅酸鈉混合后粘度非常大，容易在磚窯內壁粘結，最后造成爐壁換熱性能差，無法實現正常生產；③只能應用于固體狀的氟硅酸鈉，而無法應用于氟硅酸。

因此，十分必要研究和發明一種既適用氟硅酸，又能適用于氟硅酸鹽的方法克服上述工藝的缺點，以便在工業上做到氟、硅資源同時高效利用和廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有濕法磷酸生產過程中副產氟硅酸物的技術缺陷，提供一種更為經濟有效、應用范圍更廣和資源利用率更高的方法。無水四氟化硅和氟化氫混合氣的分離方法已經成熟，因此很容易得到氟化氫和四氟化硅產品。所述方案如下：

本發明實施例提供了一種磷礦伴生氟制備無水四氟化硅和氟化氫混合氣的方法，該方法的步驟如下：