способ получения фторида натрия из кремнефтористых соединений

Формула изобретения

1. Способ получения фторида натрия из кремнефтористых соединений, включающий их взаимодействие с гидроокисью натрия в водной среде при повышенной температуре и перемешивании, отделение осадка фторида натрия, отличающийся тем, что реагирующие вещества смешивают в количестве, обеспечивающем величину рН получаемой суспензии в пределах 10,0 - 10,9.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что повышенную температуру суспензии поддерживают в пределах 80 - 90^oС за счет саморазогрева.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадок фторида натрия промывают насыщенным раствором фторида натрия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии неорганических соединений, преимущественно к технологии извлечения фтора в виде соли NaF из кремнефтористых соединений SiF₄, H₂SiF₆, смеси H₂SiF₆ с HF, Na₂SiF₆, имеющихся в качестве побочных продуктов в производстве фосфорной и фтористоводородной кислот.

Известны способы получения соли NaF из кремнефтористых соединений путем их обработки щелочными реагентами. Образующуюся суспензию NaF обрабатывают щелочью с целью удаления примеси кремния в виде раствора метасиликата натрия (заявка Японии N 49-10595. публ. 1974 г. Заявлена 21.02.69. N 44-12566 МКИ C 01 D 3/02; М.Е. Позин. Технология минеральных солей -Л.: Госхимиздат, 753 с. , 1961).

Данный процесс многостадиен, т.к. требуется перекристаллизация фторида натрия и его отмывка от избытка щелочи.

Известен способ получения фторида натрия из кремнефтористоводородной кислоты путем ее обработки при температуре 20-80^oC достаточным количеством гидроокиси натрия для получения водно-щелочной суспензии с pH 11-14, содержащей осажденный фторид натрия и раствор метасиликата натрия, после отделения и обработки которого кремнефтористыми соединениями образуется осадок аморфной двуокиси кремния и насыщенный маточный раствор фторида натрия (патент США N 4213951. Публ. 22.07.1980 г., том 996, N 4 МКИ C 01 D 3/02. Прототип).

В описании данного изобретения отмечено, что предпочтительным является pH суспензии 13-14, т. к. при pH менее 11 значительная часть NaF может остаться в растворе, а некоторое количество SiO₂ может осаждаться с солью фторида натрия, при этом отсутствуют какие-либо данные, подтверждающие сказанное, а также какие-либо качественные характеристики получаемых продуктов, определяющие их потребительские свойства.

Ввиду того что соль фторида натрия отделяют от маточного раствора метасиликата натрия фильтрацией, количество примеси кремния, оставшейся во влажном осадке NaF в виде маточного раствора Na₂SiO₃, в существенной степени зависит от фильтрационных свойств суспензии, определяющих влажность получаемой соли NaF.

В то же время фильтрационные свойства осадка зависят от параметров проводимого процесса, таких как величина pH и температура, концентрация реагентов и условия их смешения.

Опытами установлено, что полученный при значениях pH 11-14 осадок фторида натрия имеет не только высокую влажность, а, соответственно, и высокое содержание примеси кремния, но и высокую остаточную щелочность, что приводит к получению соли NaF недостаточно высокого качества и дополнительным затратам на ее очистку другими способами и сушку, в случае необходимости получения NaF более высокого качества.

Предпринимаемые при этом попытки промывки соли NaF от примеси Na₂SiO₃ водой приводят не только к значительным потерям NaF с промывными водами ввиду его высокой растворимости, но и не обеспечивают достаточно глубокое удаление примеси кремния из осадка NaF из-за гидролиза остаточных количеств Na₂SiO₃, сопровождающегося образованием SiO₂, которую удалить промывкой водой невозможно.

Технической задачей, решаемой изобретением, является получение легкофильтруемой соли фторида натрия с низким содержанием влаги.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения фторида натрия, включающем взаимодействие кремнефтористых соединений с гидроокисью натрия в водной среде при повышенной температуре и перемешивании, отделение соли фторида натрия от маточного раствора метасиликата натрия, реагирующие вещества смешивают в количестве, обеспечивающем величину pH получаемой суспензии в пределах 10,0-10,9.

Для снижения теплозатрат при проведении взаимодействия температуру суспензии в пределах 80-90^oC поддерживают за счет саморазогрева, обеспечиваемого регулированием расхода реагентов.

Для исключения потерь фторида натрия при его отделении от остаточных количеств маточного раствора метасиликата натрия в качестве промывного раствора используют вместо воды насыщенный раствор фторида натрия, образующийся на стадии выделения диоксида кремния из маточного раствора матасиликата натрия в результате обработки последнего кремнефтористым соединением.

Пример 1. В заданный объем предварительно нагретой до 80^oC 25% NaOH при непрерывном перемешивании присыпали соль Na₂SiF₆.

Из-за сильного саморазогрева раствора вплоть до 110^oC, сопровождающегося вспениванием и кипением, соль Na₂SiF₆ присыпали постепенно, в течение 30 минут, регулируя температуру в пределах 80-90^oC, до достижения заданного значения pH, после чего добавление Na₂SiF₆ прекращали и производили расчет расхода Na₂SiF₆ в соответствии с уравнением реакции



Во всех случаях полученный осадок NaF после его фильтрации промывали на фильтре насыщенным маточным раствором, имеющим pH 9,0-10,0, с содержанием NaF до 42 г/л и примеси кремния до 0,15-0,25 г/л, при соотношении масс осадка и промывного раствора 1:2 и сушили до постоянной массы при температуре 300^oC.

Результаты опытов приведены в табл. 1.

Из результатов табл. 1 видно, что при величине pH меньше 10,0 и больше 10,9 качество NaF недостаточно высокое, содержание примеси кремния неудовлетворительное, фильтруемость осадка, определяемая по формуле Дарси, и влажность осадка также неудовлетворительны.

В интервале pH 10,0 - 10,9 перечисленные показатели оцениваются как хорошие.

Наилучшие результаты по основным показателям, таким как фильтруемость, влажность осадка, содержание NaF и примеси Si, достигнуты в опыте N 3 при pH 10,5.

Пример 2. В заданный объем предварительно нагретой до 80^oC кремнефтористоводородной кислоты при непрерывном перемешивании приливали раствор 25% NaOH.

Из-за интенсивного саморазогрева температуру суспензии поддерживали в пределах 80-90^oC корректировкой расхода щелочи в течение 30 минут до достижения заданного значения pH, после чего приливание щелочи прекращали, осадок отфильтровывали, промывали на фильтре насыщенным раствором NaF в соотношении масс Т:Ж=1:2.

Расчет расхода NaOH производили в соответствии с уравнением реакции



Результаты опытов приведены в табл. 2.

Из результатов опытов, приведенных в табл. 2, видно, что наилучшие показатели получены также при pH 10,5 в опыте N 3.

Содержание F-иона в маточном растворе остается на одном уровне, за исключением опыта N 1 при pH 9,5, в котором высаливающее действие Na₂SiO₃ по отношению к F-иону еще не проявляется из-за соосаждения кремния в виде диоксида совместно с образующимся NaF.

Пример 3. В заданный объем предварительно нагретой до 80^oC 25% NaOH при непрерывном перемешивании приливали 4М кремнефтористоводородную кислоту. Из-за сильного саморазогрева температуру суспензии поддерживали не выше 90^oC изменением скорости приливания раствора H₂SiF₆ и проводили опыт в течение 30 минут до достижения заданного значения pH, после чего добавление H₂SiF₆ прекращали, осадок отфильтровывали, промывали на фильтре насыщенным раствором NaF в соотношении масс Т : Ж = 1 : 2, анализировали.

Результаты опытов приведены в табл. 3.

Из результатов, приведенных в табл. 3, видно, что хорошие показатели по фильтруемости, влажности, содержанию NaF, примеси кремния и избыточной щелочности, а также по остаточному содержанию F-иона в маточном растворе достигнуты в интервале pH 10,0-10,7, а наилучшие при pH 10,5.

Пример 4. Через заданный объем нагретой до 80^oC 25% NaOH методом барботирования пропускали газ из сбросного газового коллектора производства безводного фтористого водорода с содержанием SiF₄ до 10% объемных.

Скорость пропускания газа через слой раствора щелочи контролировали и регулировали по температуре саморазогрева суспензии, которую поддерживали в пределах 902^oC. Пропускание газа прекращали при снижении pH суспензии до заданной величины. Осадок отфильтровывали и промывали насыщенным раствором NaF.

Химизм протекающей реакции описывается уравнением



Результаты опытов приведены в табл. 4.

Как и в опытах примеров 1, 2, 3, в опытах примера 4 при получении NaF из газовой фазы лучший результат по всем показателям достигнут при pH суспензии 10,5 и температуре 90^oC.

Полученный во всех четырех примерах в интервале pH 10,0-10,9 осадок содержит более 97% NaF и соответствует 1 сорту по ГОСТ 2871-71 на натрий фтористый технический, который может быть использован как самостоятельный товарный продукт, как исходный продукт для получения фтористого водорода, криолита, используемого в алюминиевой промышленности, либо синтетического флюорита, используемого для получения фтористого водорода и фтора, а также в качестве антисептика древесины и т.п..