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CN114031100A - 一种磷矿伴生氟制备氟化盐的方法 - Google Patents

一种磷矿伴生氟制备氟化盐的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磷矿伴生氟制备氟化盐的方法,属于磷化工技术领域。步骤如下:(1)将副产的氟硅酸钾与氨进行反应,反应完成后体系的pH值为10‑13,反应完成后进行固液分离,将洗涤液和滤液合并得到氟化钾/氟化铵混合溶液;(2)将步骤(1)得到的氟化钾/氟化铵混合溶液与碳酸盐或碳酸氢盐进行复分解反应得到氟化盐沉淀,反应完成后进行固液分离,滤饼经洗涤和干燥后得到氟化盐;(3)将步骤(2)得到的滤液和洗涤液合并经浓缩和干燥后得到氟化钾;(4)将步骤(1)、(2)和(3)过程中产生的气体经洗涤回收后得到碳酸铵。本方法在生产高价值的氟化钾同时,制备出氟化钙、氟化镁、氟化钡或氟化锂等氟化盐,具有较高经济性。

Description

一种磷矿伴生氟制备氟化盐的方法
技术领域
本发明涉及磷化工技术领域,具体涉及一种磷矿伴生氟制备氟化盐的方法。
背景技术
磷矿中伴生有丰富的氟资源,一般氟含量在2-4%。目前氟硅酸与钠盐反应生产氟硅酸钠。由于钾和磷肥副产的硅酸酸反应制备的氟硅酸钾溶解度仅为氟硅酸钠的1/3,故更有效地提高氟硅酸的利用率,降低副产稀硫酸的氟含量。另外氟硅酸钾具有较氟硅酸钠更高的可加工性和产物价值。因此,湿法磷酸加工副产氟硅酸钾更具有优势。
氟化钙是制造氟化氢的主要原料,是制造搪瓷、陶瓷、光学玻璃等的重要原料,具有巨大的市场。专利CN201680029715.7公开了一种由氟硅酸、氨和碳酸钙制备氟化钙的方法,先是用氟硅酸和氨反应生成氟化铵溶液,该溶液再与碳酸钙反应生产氟化钙和碳酸铵、氨气;碳酸铵、氨气再循环与氟硅酸反应。专利CN201110369530.X公开了一种由氟硅酸、氨和氢氧化钙制备氟化铵的方法,先是用氟硅酸和氨反应生成氟化铵溶液,该溶液与氢氧化钙反应生成氟化钙和氨水/氨气,氨水/氨气再循环与氟硅酸反应。
氟化钡可以用作二氧化碳等器件和整机的窗口材料或其他光学元件。带有闪烁光慢成分抑制滤光片的氟化钡晶体。可以用于核医学、高能物理、物理勘探及γ射线天文学。另外氟化钡还可以用于制造光学玻璃、电机电刷、真空镀膜、激光发生器、光导纤维、透红外光薄膜、焊接助熔剂、搪瓷制造、固体润滑剂、防腐剂及杀虫剂等,目前用氟硅酸来生产氟化钡的报道不多。
氟化锂在新能源电池的电解质、核工业、搪瓷工业、光学玻璃制造、干燥剂、助熔剂等领域都有广泛的应用,此外,作为一种优良的光学导体,LiF 可用于制造飞秒脉冲激光器和近红外可调谐激光器,具有较高的附加值。目前,氟化锂的制备主要是以氢氟酸为氟源,而氢氟酸主要来源于萤石。虽然我国萤石储备丰富,但近几十年来萤石的泛滥开采及大量出口,已经对资源环境造成严重破坏,再加上近年来氟化工迅速崛起,萤石消耗猛增,国家开始对萤石的开采及出口进行限制,将萤石列为战略性资源。
氟化钾为白色单斜结晶或结晶性粉末,味咸,易吸湿,溶于水,不溶于乙醇,其水溶液呈碱性,能腐蚀玻璃和瓷器。广泛用于医药、农药、染料等行业,用以取代芳香环上的其他卤素来合成中间体。可用于冶金行业,是制造钽材的助剂,也用于生产银、铝及其他合金的钎焊助焊剂。
本发明以氟硅酸钾为原料,发展了一种新的磷氟高价值加工的方法,在生产氟化钾同时,制备出氟化钙、氟化镁、氟化钡、氟化锂等氟化盐,具有较高经济性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磷矿伴生氟经济有效的利用方法。所述方案如下:
本发明实施例提供了一种磷矿伴生氟制备氟化盐的方法,该方法包括:
(1)将湿法磷酸加工副产的氟硅酸钾与氨进行反应,反应温度为20-95℃,氨与氟硅酸钾的摩尔比为4.2-4.6:1,反应完成后体系的pH值为10-13,反应完成后进行固液分离,将洗涤液和滤液合并得到氟化钾/氟化铵混合溶液。在该过程中,需要氨过量,使氟硅酸钾更容易反应,过量的氨可以在后续步骤回收,也不会在后续步骤残留;同时,申请人发现,在pH值为10-13下氟硅酸钾更容易反应,即氨过量还用于调整反应体系的pH值。另外,固液分离得到的滤饼主要是二氧化硅,但是副产的氟硅酸钾还可能含有其他杂质,在pH值为10-13下,其他杂质也会被分离,使后续产物的质量符合要求。分离得到的滤饼可用于复合肥生产,如用作包膜剂或填料等。
(2)将步骤(1)得到的氟化钾/氟化铵混合溶液与碳酸盐或碳酸氢盐进行复分解反应得到氟化盐沉淀,反应温度为40-100℃;如果与碳酸盐反应,则氟化钾/氟化铵混合溶液中氟化铵与碳酸根的摩尔比为2.0-2.4:1;如果与碳酸氢盐反应,氟化钾/氟化铵混合溶液中氟化铵与碳酸氢根的摩尔比为1.0-1.2:1,反应完成后进行固液分离,滤饼经洗涤和干燥后得到氟化盐。在该过程中,需要较高的温度(优选为沸腾)以便于氨气和二氧化碳溢出,以保证碳酸铵的产量和保证氟化盐与氟化钾的质量。在该步骤中,氟化铵需要过量以保证氟化盐(不包括氟化钾)的产量,过量的氟化铵可在干燥的过程中分解以保证产品质量。在该步骤中,碳酸盐或碳酸氢盐要求能得到氟化盐沉淀以保证反应进行。
(3)将步骤(2)得到的滤液和洗涤液合并经浓缩和干燥后得到氟化钾;在该步骤中,干燥的过程可以去除过量的氟化铵。
(4)将步骤(1)、(2)和(3)过程中产生的气体经洗涤(较低温度下)回收后得到碳酸铵。在步骤(1)中,有一定量的氨和非常少量的氟化氢产生;在步骤(2)中,有大量的氨、大量的二氧化碳和非常少量的氟化氢产生;在步骤(3)中,有一定量的氨和非常少量的氟化氢产生。
其中,在步骤(1)中,为了控制反应体系的pH值,氨为氨水,氨水的浓度为20-25wt%。
其中,在步骤(1)中,反应时间为30-120 min。
优选地,在步骤(1)中,反应温度为60-65℃。
其中,在步骤(2)中,反应时间为10-60min。
其中,在步骤(2)中,将氟化钾/氟化铵混合溶液与碳酸盐进行复分解反应,碳酸盐选自碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、碳酸锂或碳酸锶等。对应地,碳酸氢盐可以为碳酸氢钙、碳酸氢镁、碳酸氢钡、碳酸氢锂或碳酸氢锶等。
优选地,在步骤(2)中,反应温度为100℃,即让反应液处于沸腾状态。
其中,在步骤(3)中,氟化钾干燥温度需300-650℃,优选为600℃。
具体地,本发明提供的磷矿伴生氟制备氟化盐的方法包括:
(1)将湿法磷酸加工副产的氟硅酸钾与25wt%的氨水进行反应,反应温度为60-65℃,氨与氟硅酸钾的摩尔比为4.2-4.6:1,反应完成后体系的pH值为10-13,反应完成后进行固液分离,将洗涤液和滤液合并得到氟化钾/氟化铵混合溶液,饼经洗涤后用于复合肥制备。
(2)将步骤(1)得到的氟化钾/氟化铵混合溶液与碳酸盐进行复分解反应得到氟化盐沉淀,反应温度为100℃,氟化钾/氟化铵混合溶液中氟化铵与碳酸根的摩尔比为2.0-2.4:1,反应完成后进行固液分离,滤饼经洗涤和300℃下灼烧后得到氟化盐。其中,碳酸盐选自碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、碳酸锂或碳酸锶等。
(3)将步骤(2)得到的滤液和洗涤液合并经浓缩至50wt%和600℃下灼烧后得到氟化钾。
(4)将步骤(1)、(2)和(3)过程中产生的气体经洗涤回收后得到碳酸铵。
本发明自身工艺具有如下创新点:
(1)发展了一种新的磷氟高价值加工的方法;
(2)在生产高价值的氟化钾同时,制备出氟化钙、氟化镁、氟化钡或氟化锂等氟化盐,具有较高经济性;
(3)制备得到的氟化钙达到YB/T 5217-2005中FC97的标准,制备得到的氟化钡达到HG/T4499-2013中优等品的标准,制备得到的氟化镁达到YS/T 691-2009中MF-1的标准,制备得到的氟化锂达到GB/T 22666-2008中LF-1的标准,制备得到的氟化钾达到医药级氟化钾的标准。
附图说明
图1是本发明实施例提供的磷矿伴生氟制备氟化盐的方法的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例 1
(1)氟化钾、氟化铵混合溶液的制备:将预先用氟硅酸制备好的氟硅酸钾37.5g,加入水75g调配成料浆,升温60-65℃,往烧瓶内滴加25wt%浓度的氨水,65℃搅拌反应60min,然后过滤得到二氧化硅滤饼和氟化钾、氟化铵混合溶液,滤饼经洗涤后用于复合肥制备;滤液进入下一步反应。
(2)混合溶液中加入碳酸钙25.25g,100℃下反应60min后,过滤得到氟化钙粗产品和粗氟化钾溶液,将粗氟化钾溶液浓缩得到浓度为50wt%的氟化钾溶液,600℃下灼烧,得到氟化钾产品;将氟化钙粗产品300℃下灼烧,得到氟化钙产品;反应过程中溢出的氨气、二氧化碳回收制备碳酸铵。
在该过程中得到氟化钙18.8g,氟化钙含量99.5%,二氧化硅含量0.06%,碳酸钙含量0.04%,硫含量0.04%,P含量0.05%,砷未测出,有机物未测出。达到YB/T 5217-2005中FC97的标准,可用来生产无水氟化氢。
在该过程中得到氟化钾16g,氟化钾含量99.4%,水分0.15%,碳酸盐0.005%,硫酸盐0.007%,氯化物0.01%,水不溶物0.015%,吸湿率0.23%。达到医药级氟化钾的标准。
实施例2
(1)氟化钾、氟化铵溶液的制备:将稀磷酸脱氟得到的氟硅酸钾50g,加入水100g调配成料浆,升温60-65℃,往烧瓶内滴加25wt%浓度的氨水,65℃搅拌反应60min,然后过滤得到二氧化硅滤饼和氟化钾、氟化铵混合溶液,滤饼经洗涤后用于复合肥制备;滤液进入下一步反应。
(2)在氟化钾、氟化铵溶液中加入碳酸钡68.4g,100℃下反应60 min后,过滤得到氟化钡粗产品和氟化钾溶液。将粗氟化钾溶液浓缩得到浓度为50wt%的氟化钾溶液,600℃下灼烧,得到氟化钾产品;将氟化钡粗产品300℃下灼烧,得到氟化钡产品;反应过程中溢出的氨气、二氧化碳回收制备碳酸铵。
在该过程中得到氟化钡59.41g,氟化钡含量99.8%,二氧化硅含量0.026%,钙含量0.03%,硫含量0.03%,P含量0.08%,砷未测出,有机物未测出。达到HG/T4499-2013中优等品的标准。
在该过程中得到氟化钾21.3 g,氟化钾含量99.07%,碳酸钾0.07%,水分0.2%。达到HG/T2829-2008中优等品级别。
实施例3
(1)氟化钾、氟化铵溶液的制备:将结晶物得到的氟硅酸钾41.6g,加入水83.3g调配成料浆,升温60-65℃,往烧瓶内滴加25wt%浓度的氨水,65℃搅拌反应60min,然后过滤得到二氧化硅滤饼和氟化钾、氟化铵混合溶液,滤饼经洗涤后用于复合肥制备;滤液进入下一步反应。
(2)在氟化钾、氟化铵混合溶液中加入碳酸镁17.91g,室温下反应40 min后,过滤得到氟化镁粗产品和粗氟化钾溶液。将粗氟化钾溶液浓缩得到浓度为50wt%的氟化钾溶液,600℃下灼烧,得到氟化钾产品;将氟化镁粗产品300℃下灼烧,得到氟化镁产品;反应过程中溢出的氨气、二氧化碳回收制备碳酸铵。
在该过程中得到氟化镁16.45g,氟化镁含量98.4%,二氧化硅含量0.14%,碳酸镁含量0.05%,硫含量0.27%,P含量0.43%,砷未测出,有机物未测出。达到YS/T 691-2009中MF-1的标准。
在该过程中得到氟化钾46.5 g,氟化钾含量99.0%。碳酸钾0.12%,水分0.2%。达到HG/T2829-2008中优等品级别。
实施例4
(1)氟化钾、氟化铵溶液的制备:将结晶物得到的氟硅酸钾60g,加入水120g调配成料浆,升温60-65℃,往烧瓶内滴加25wt%浓度的氨水,65℃搅拌反应60min,然后过滤得到二氧化硅滤饼和氟化钾、氟化铵混合溶液,滤饼经洗涤后用于复合肥制备;滤液进入下一步反应。
(2)在氟化钾、氟化铵溶液中加入碳酸锂30.8g,100℃下反应60 min后,过滤得到氟化锂粗产品和氟化钾溶液。将粗氟化钾溶液浓缩得到浓度为50wt%的氟化钾溶液,600℃下灼烧,得到氟化钾产品;将氟化锂粗产品300℃下灼烧,得到氟化锂产品;反应过程中溢出的氨气、二氧化碳回收制备碳酸铵。
在该过程中得到氟化锂13g,氟化锂含量99.5%,二氧化硅含量0.02%,碳酸锂含量0.01%,硫含量0.03%,P含量0.04%,砷未测出,有机物未测出。达到GB/T 22666-2008中LF-1的标准。
在该过程中得到氟化钾25.5g,氟化钾含量99.1%。碳酸钾0.07%,水分0.15%。达到HG/T2829-2008中优等品级别。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种磷矿伴生氟制备氟化盐的方法,其特征在于,所述方法包括:
(1)将湿法磷酸加工副产的氟硅酸钾与氨进行反应,反应温度为20-95℃,氨与氟硅酸钾的摩尔比为4.2-4.6:1,反应完成后体系的pH值为10-13,反应完成后进行固液分离,将洗涤液和滤液合并得到氟化钾/氟化铵混合溶液;
(2)将步骤(1)得到的氟化钾/氟化铵混合溶液与碳酸盐或碳酸氢盐进行复分解反应得到氟化盐沉淀,反应温度为40-100℃,氟化钾/氟化铵混合溶液中氟化铵与碳酸根的摩尔比为2.0-2.4:1,氟化钾/氟化铵混合溶液中氟化铵与碳酸氢根的摩尔比为1.0-1.2:1,反应完成后进行固液分离,滤饼经洗涤和干燥后得到氟化盐;
(3)将步骤(2)得到的滤液和洗涤液合并经浓缩和干燥后得到氟化钾;
(4)将步骤(1)、(2)和(3)过程中产生的气体经洗涤回收后得到碳酸铵。
2.根据权利要求1所述的磷矿伴生氟制备氟化盐的方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述氨为氨水,氨水的浓度为20-25wt%。
3.根据权利要求1所述的磷矿伴生氟制备氟化盐的方法,其特征在于,在步骤(1)中,反应时间为30-120 min。
4.根据权利要求1所述的磷矿伴生氟制备氟化盐的方法,其特征在于,在步骤(2)中,反应时间为10-60min。
5.根据权利要求1所述的磷矿伴生氟制备氟化盐的方法,其特征在于,在步骤(2)中,将氟化钾/氟化铵混合溶液与碳酸盐进行复分解反应,所述碳酸盐选自碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、碳酸锂或碳酸锶。
6.根据权利要求1所述的磷矿伴生氟制备氟化盐的方法,其特征在于,在步骤(3)中,氟化钾干燥温度为300-650℃。
7.根据权利要求1所述的磷矿伴生氟制备氟化盐的方法,其特征在于,所述方法包括:
(1)将湿法磷酸加工副产的氟硅酸钾与25wt%的氨水进行反应,反应温度为60-65℃,氨与氟硅酸钾的摩尔比为4.2-4.6:1,反应完成后体系的pH值为10-13,反应完成后进行固液分离,将洗涤液和滤液合并得到氟化钾/氟化铵混合溶液,饼经洗涤后用于复合肥制备;
(2)将步骤(1)得到的氟化钾/氟化铵混合溶液与碳酸盐进行复分解反应得到氟化盐沉淀,反应温度为100℃,氟化钾/氟化铵混合溶液中氟化铵与碳酸根的摩尔比为2.0-2.4:1,反应完成后进行固液分离,滤饼经洗涤和300℃下灼烧后得到氟化盐,所述碳酸盐选自碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、碳酸锂或碳酸锶;
(3)将步骤(2)得到的滤液和洗涤液合并经浓缩至50wt%和600℃下灼烧后得到氟化钾;
(4)将步骤(1)、(2)和(3)过程中产生的气体经洗涤回收后得到碳酸铵。
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