专利名称：一种氟硅酸制备氟化钾并联产白炭黑的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氟硅酸制备氟化钾并联产白炭黑的工艺。
背景技术：
氟硅酸是磷肥和无水氢氟酸生产过程中产生的副产品，目前酸级萤石粉中二氧化娃含量为I. 0-1. 6%,每生产一吨无水氟化氢即会副产O. 2t氟娃酸(33. 5%)ο与磷肥副产品氟硅酸相比，其杂质含量较低，氟硅酸浓度更高，具有较高的回收利用价值。然而，以氟硅酸为原料生产的产品，普遍存在产品中硅含量过高导致产品质量不高的问题，从而严重影响氟硅酸的回收利用，这样，不仅会造成氟资源的严重浪费，也会对环境造成污染。长期以来，氟硅酸一直被用于配制酸洗剂、制备氟硅酸钠、氟硅酸钾等，但是这些产品附加值低、用途窄，经济效益差，并常常出现滞销状况，严重影响生产厂家回收氟硅酸的积极性，造成氟资源的浪费，并污染环境。近期，众多企业与学者纷纷开展氟硅酸制备氟·化氢、氟化铝、冰晶石、氟化钙等附加值相对较高的产品的研究，但由于工艺的不足，生成的产品往往硅含量较高，产品质量较差，从而影响氟硅酸的回收利用。氟化钾是有机氟化物制备中最重要的氟化剂。随着当前有机氟化物产量的快速增长，对氟化钾产品的市场需求也日益增长，尤其是对高活性氟化钾的需求量每年都以20%的增长速度快速增加。传统氟化钾生产工艺使用氢氟酸和氢氧化钾为原料，由于氢氟酸属于资源型和高能耗型的化工产品，生产成本高，价格昂贵，且不利于环境保护，不符合国内外倡导的节能减排和资源综合利用的趋势。近期，不少氟化钾生产企业开始尝试以氟硅酸为原料生产氟化钾，先利用氯化钾沉淀氟硅酸，生成氟硅酸钾沉淀，再加入氢氧化钾碱解氟硅酸钾沉淀生成氟化钾溶液与二氧化硅沉淀。其生产成本较低，但是，由于反应率较低，氟硅酸钾中的硅不能有效脱除，导致生成的氟化钾产品二氧化硅含量较高，产品质量较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种生产成本低，且产品质量好的氟硅酸制备氟化钾并联产白炭黑的工艺。本发明解决其技术问题采用的技术方案是一种氟硅酸制备氟化钾并联产白炭黑的工艺，包括以下步骤
(1)氨解向质量浓度为20%_45%的氟硅酸中先后加入氨气和氨水，总氨量为氟硅酸与氨的摩尔比为I. 0:(6. 1-6. 2);其中氨气与氨水中氨的摩尔比控制为(O. 67-1. 86):1. 00，搅拌反应25-35分钟后，过滤洗涤，得二氧化硅沉淀和氟化铵溶液；所述氨水的质量浓度为15%-25% ；
(2)碱解向步骤(I)所得氟化铵溶液加入氢氧化钾，氢氧化钾与氟化氨的摩尔比为(I. 05-1. 10) : I. 00，氟化铵与氢氧化钾反应生成氟化钾，蒸发浓缩至氟化钾质量浓度^ 35%，将此氟化钾溶液进行喷雾干燥后，即得氟化钾产品；蒸发产生的氨气经冷凝吸收后，所得氨水用作步骤(I)氨解所需氨水进行循环反应，未被吸收的氨气直接通入氟硅酸中进行循环反应；
(3)将步骤(I)所得二氧化硅沉淀进行干燥，即得白炭黑产品。进一步，步骤(I)中，所述氟硅酸的质量浓度为30%_35%。进一步，步骤(I)中，氨气与氨水中氨的摩尔比控制为(O. 82-1. 00) :1.00。进一步，步骤(I)中，通入氨气所用时间控制在25-35分钟。进一步，步骤(I)中，搅拌反应时间为28-32分钟。本发明以氟硅酸为原料，采用二次碱解制备氟化钾，即氨解以及氢氧化钾碱解，不仅能有效利用氟硅酸，实现氟资源的回收利用，而且生成的氟化钾产品活性高，比表面积彡I. 3m2/g，二氧化硅含量< O. 1%，产品质量超过HG/T 2829-2008的规定要求。而所得副产物·白炭黑产品质量达到HG/T3061-2009的要求。利用本发明的方法生产氟化钾，由于采用价格很低的付产品氟硅酸代替了价格昂贵的氢氟酸，生产成本大大降低，具有很高的经济效益。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步说明。实施例I
本实施例包括以下步骤
(1)氨解向IL反应器中加入275mL质量浓度为30%的氟硅酸，在半小时内逐步通入2. 46mol的氨气，然后再加入354mL质量浓度为25% (以NH3计)的浓氨水，搅拌反应30分钟，真空过滤，用500mL水进行洗涤，得二氧化硅沉淀与氟化铵溶液；
(2)碱解向步骤(I)所得氟化铵溶液中加入7.4mol的氢氧化钾，蒸发浓缩至氟化钾质量浓度为38%，将此氟化钾溶液进行喷雾干燥后，即得氟化钾产品；蒸发放出的氨气经冷凝吸收，所得氨水用作氨解所需氨水进行循环反应，未被吸收的氨气直接通入氟硅酸中进行循环反应；
(3 )将步骤(I)所得二氧化硅沉淀进行干燥，得白炭黑产品。实施例2
本实施例包括以下步骤
(1)氨解向IL反应器中加入236mL质量浓度为35%的氟硅酸，在30分钟内逐步通入
2.8ImoI的氨气，然后再加入410mL质量浓度为20%的氨水，搅拌反应30分钟，真空过滤，用500mL水进行洗涤滤饼，得二氧化硅沉淀与氟化铵溶液；
(2)碱解向步骤(I)所得氟化铵溶液中加入7.4mol的氢氧化钾，蒸发浓缩至氟化钾质量浓度为40%，将此氟化钾溶液进行喷雾干燥后，即得氟化钾产品；蒸发放出的氨气经冷凝吸收，所得氨水用作氨解所需氨水进行循环反应，未被吸收的氨气直接通入氟硅酸中进行循环反应；
(3 )将步骤(I)所得二氧化硅沉淀进行干燥，得白炭黑产品。实施例3
本实施例包括以下步骤
(I)氨解向IL反应器中加入206mL质量浓度为40%的氟硅酸，在半小时内逐步通入
3.52mol的氨气，然后再加入450mL质量浓度为15% (以NH3计)的氨水，搅拌反应30分钟，真空过滤，用500mL水进行洗涤滤饼，得二氧化硅沉淀与氟化铵溶液；
(2)碱解向步骤(I)所得氟化铵溶液中加入7.6mol的氢氧化钾，蒸发浓缩至氟化钾质量浓度为36%，将此氟化钾溶液进行喷雾干燥后，即得氟化钾产品；蒸发放出的氨气经冷凝吸收，所得氨水用作氨解所需氨水进行循环反应，未被吸收的氨气直接通入氟硅酸中进行循环反应；
(3)将步骤所得二氧化硅沉淀进行干燥，得白炭黑产品。实施例4
本实施例包括以下步骤
(1)氨解向IL反应器中加入413mL质量浓度为20%的氟硅酸，在30分钟内逐步通入
4.23mol的氨气，然后再加入218mL质量浓度为25% (以NH3计)的浓氨水，搅拌反应30分·钟，真空过滤，用500mL水进行洗涤，得二氧化硅沉淀与氟化铵溶液；
(2)碱解向步骤(I)所得氟化铵溶液中加入7.5mol的氢氧化钾，蒸发浓缩至氟化钾质量浓度为40%，将此氟化钾溶液进行喷雾干燥后，即得氟化钾产品；蒸发放出的氨气经冷凝吸收，所得氨水用作氨解所需氨水进行循环反应，未被吸收的氨气直接通入氟硅酸中进行循环反应；
(3)将步骤(I)所得二氧化硅沉淀进行干燥，得白炭黑产品。各实施例所得氟化钾以及白炭黑产品质量分别如表I、表2所示。表I本发明生产的氟化钾产品分析结果
权利要求
1.一种氟硅酸制备氟化钾并联产白炭黑的工艺，其特征在于，包括以下步骤 (1)氨解向质量浓度为20%-45%的氟硅酸中先后加入氨气和氨水，总氨量为氟硅酸与氨的摩尔比为I. 0:(6. 1-6. 2);其中氨气与氨水中氨的摩尔比控制为(O. 67-1. 86):1. 00，搅拌反应25-35分钟后，过滤洗涤，得二氧化硅沉淀和氟化铵溶液；所述氨水的质量浓度为15%-25% ； (2)碱解向步骤(I)所得氟化铵溶液加入氢氧化钾，氢氧化钾与氟化氨的摩尔比为(I. 05-1. 10) : I. 00，氟化铵与氢氧化钾反应生成氟化钾，蒸发浓缩至氟化钾质量浓度^ 35%，将此氟化钾溶液进行喷雾干燥后，即得氟化钾产品；蒸发产生的氨气经冷凝吸收后，所得氨水用作步骤(I)氨解所需氨水进行循环反应，未被吸收的氨气直接通入氟硅酸中进行循环反应； (3)将步骤(I)所得二氧化硅沉淀进行干燥，即得白炭黑产品。
2.根据权利要求I所述的氟硅酸制备氟化钾并联产白炭黑的工艺，其特征在于，步骤(O中，所述氟硅酸的质量浓度为30%-35%。
3.根据权利要求I或2所述的氟硅酸制备氟化钾并联产白炭黑的工艺，其特征在于，步骤(I)中,氨气与氨水中氨的摩尔比控制为(O. 82-1. 00) :1. 00。
4.根据权利要求I或2所述的氟硅酸制备氟化钾并联产白炭黑的工艺，其特征在于，步骤(I)中，通入氨气所用时间控制在25-35分钟。
5.根据权利要求I或2所述的氟硅酸制备氟化钾并联产白炭黑的工艺，其特征在于，步骤(I)中，搅拌反应时间为28-32分钟。
全文摘要
一种氟硅酸制备氟化钾并联产白炭黑的工艺，包括以下步骤(1)氨解向质量浓度为20%-45%的氟硅酸中先后加入氨气和氨水，搅拌反应25-35分钟后，过滤洗涤，得二氧化硅沉淀和氟化铵溶液；(2)碱解向步骤(1)所得氟化铵溶液加入氢氧化钾，氢氧化钾与氟化氨的摩尔比为(1.05-1.10):1.00，氟化铵与氢氧化钾反应生成氟化钾，蒸发浓缩至氟化钾质量浓度≥35%，将此氟化钾溶液进行喷雾干燥后，即得氟化钾产品；(3)将所得二氧化硅沉淀进行干燥，即得白炭黑产品。本发明生产成本低，且产品质量好。
文档编号C01B33/12GK102887532SQ20121045140
公开日2013年1月23日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者李程文, 廖志辉, 刘东晓, 曹崇高, 彭颂生, 段立山, 梁雅娟 申请人:湖南有色氟化学科技发展有限责任公司