способ получения фторида кальция

Формула изобретения

1. Способ получения фторида кальция из карбоната кальция и кремнефтористоводородной кислоты путем их взаимодействия в водной среде при температуре не выше 40°С с последующим отделением целевого продукта - фторида кальция от коллоидного раствора диоксида кремния, нейтрализацией последнего с выделением геля диоксида кремния в качестве второго продукта, отличающийся тем, что взаимодействие карбоната кальция и кремнефтористоводородной кислоты проводят при рН 2,5-3,5, а нейтрализацию коллоидного раствора диоксида кремния проводят при рН не менее 8 и температуре не ниже 60°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нейтрализацию коллоидного раствора диоксида кремния проводят при рН 8,5-9,5 и температуре 80-90°С.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нейтрализацию коллоидного раствора проводят гидроксидом натрия.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нейтрализацию коллоидного раствора проводят гидроксидом кальция.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что гидроксид кальция берут в виде известкового молока с концентрацией 100-150 г/дм³ по СаО.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к технологии получения фторида кальция, и может найти применение в производстве синтетического плавикового шпата, являющегося сырьем для получения фтористого водорода.

Известен способ получения фторида кальция из карбоната кальция и кремнефтористо-водородной кислоты (а.с. СССР № 101115, кл.С 01 F 11/22, опубл. 24.09.55), который состоит в нейтрализации кремнефтористо-водородной кислоты раствором аммиака, отделении от диоксида кремния образующегося раствора фторида аммония и обработке последнего карбонатом кальция. Недостаток известного способа состоит в образовании в качестве отхода аммонийсодержащих растворов, сброс которых недопустим, а утилизация крайне затруднена.

Наиболее близким к предлагаемому по совокупности существенных признаков является другой известный способ получения фторида кальция путем взаимодействия кремнефториcтоводородной кислоты с тонкоизмельченным карбонатом кальция, взятым в количестве менее 85% от стехиометрии (оптимально 40-80%), что соответствует рН 1,7-1,8, при температуре 2-38°С, с последующим отделением фторида кальция от коллоидного раствора диоксида кремния, донейтрализацией последнего карбонатом кальция до рН 7,0-7,3 при той же температуре, как на первой стадии, с последующим отделением второсортного фторида кальция с примесью кремнефторида кальция от коллоидного раствора диоксида кремния и концентрированном раствора с получением геля диоксида кремния в качестве второго продукта (патент США № 2780523, кл. НКИ 23-88, опубл. 05.02.57).

Недостаток данного известного способа состоит в неудовлетворительных для технологического процесса физико-механических свойствах коллоидного раствора диоксида кремния, образующегося при взаимодействии исходных реагентов. Указанный коллоидный раствор характеризуется малой устойчивостью (склонен к быстрой частичной коагуляции) и невысокой скоростью коагуляции основного количества диоксида кремния. Этот недостаток при промышленной реализации способа обусловит загрязнение товарного фторида кальция примесью диоксида кремния на стадии отделения целевого продукта и инкрустацию (засорение) оборудования гелем диоксида кремния на стадии его введения в качестве второго продукта взаимодействия исходных реагентов.

Технической задачей предлагаемого способа является улучшение физико-механических свойств коллоидного раствора диоксида кремния за счет повышения его устойчивости и увеличения скорости коагуляции геля диоксида кремния.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения фторида кальция из карбоната кальция и кремнефтористо-водородной кислоты путем их взаимодействия в водной среде при температуре не выше 40°С с последующим отделением целевого продукта - фторида кальция от коллоидного раствора диоксида кремния, нейтрализацией последнего с выделением геля диоксида кремния в качестве второго продукта, согласно изобретению, взаимодействие карбоната кальция и кремнефтористо-водородной кислоты проводят при pН 2,5-3,5, а нейтрализацию коллоидного раствора диоксида кремния проводят при рН не менее 8 и температуре не ниже 60°С. При этом нейтрализацию раствора диоксида кремния проводят при рН 8,5-9,5 и температуре 80-90°С гидроксидом натрия или гидроксидом кальция, причем последний применяют предпочтительно в виде известкового молока с концентрацией 100-150 г/дм³ по СаО.

Пример 1.

Опыты по получению фторида кальция проводят на лабораторной установке непрерывного действия, состоящей из двух реакторов с пропеллерными мешалками с рабочим объемом по 5 дм³ каждый. В качестве реагентов используют 20%-ную (здесь и далее проценты массовые) кремнефтористо-водородную кислоту - отход производства фосфорной кислоты, а также природный мел с содержанием основного вещества 98%, и синтетический карбонат кальция 98%-ный - продукт азотнокислотной переработки апатита. В первый реактор каскада непрерывно подают 20%-ную кремнефтористо-водородную кислоту в количестве 283 г/ч и карбонат кальция в количестве 118 г/ч в пересчете на 100%-ный в виде водной пульпы с соотношением Т:Ж=1:6 в количестве 842 г/ч. Расход исходных реагентов регулируют таким образом, чтобы в первом реакторе поддерживать рН в пределах 2,5-3,5. Температуру реакционной массы в реакторах поддерживают в пределах 15-25°С. Реакционную массу выводят из второго реактора и центрифугируют. Получают 185 г осадка с влажностью 50%. Осадок промывают водой и высушивают при температуре 200°С. Получают фторид кальция, содержащий 97,5% основного вещества. Фугат, представляющий собой коллоидный раствор диоксида кремния, обрабатывают известковым молоком с концентрацией 100-150 г/дм³ по СаО в течение 10 мин при температуре 80-90°С и рН 8-10, после чего отделяют образовавшийся гель диоксида кремния от жидкости. Остаточное содержание нескоагулировавшегося диоксида кремния в жидкости составляет 0,2 г/дм, степень коагуляции диоксида кремния 92%. Часть фугата оставляют на выдержку для определения времени начала видимого гелеобразования. Оно составляет не менее 5 ч.

Пример 2 (контрольный - по прототипу).

Опыт проводят на установке, описанной в примере 1. В качестве реагентов используют 3,5%-ную кремнефтористо-водородную кислоту - отход производства экстракционной фосфорной кислоты, и синтетический карбонат кальция, описанный в примере 1.

В первый реактор каскада непрерывно подают кремнефтористо-водородную кислоту в количестве 1000 г/ч и карбонат кальция в количестве 60 г/ч, что составляет 80% от стехиометрии. Температуру в реакторах поддерживают в пределах 15-25°С. При заданном расходе реагентов рН в первом реакторе устанавливается на уровне 1,7-1,8. Реакционную массу, выводимую из второго реактора, центрифугируют. Получают 81 г осадка с влажностью 50%. Его промывают водой и высушивают при температуре 200°С. Он содержит 97,0% фторида кальция. Часть коллоидного раствора диоксида кремния оставляют на выдержку для определения времени начала видимого гелеобразования. Оно составляет 0,5 ч. Основное количество коллоидного раствора диоксида кремния дополнительно нейтрализуют карбонатом кальция до рH 7, отделяют осадок СаF₂+СаСО₃, а из фильтрата при нагревании коагулируют гель диоксида кремния. Через 10 мин степень коагуляции составляет 30%, через 1 ч - 70%, полная коагуляция наблюдается через 2 ч.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет в 10 раз увеличить устойчивость коллоидного раствора диоксида кремния и в 12 раз повысить скорость его коагуляции, т.е. существенно улучшить физико-механические свойства коллоидного раствора.