摘要：為了大力加快在磷肥生產過程中副產的氟、硅資源的綜合利用，采用氟硅酸鈉為原料，制備高附加值的氟、硅產品，研究了氟硅酸鈉和氫氧化鈉作原料制備氟化鈉聯產氫氟酸工藝參數，試驗研究得出該工藝的最佳反應條件，并進行了成本和收益估算，認為不能產生經濟效益。

　　關鍵詞：氟硅酸鈉;氫氟酸;二氧化硅;水玻璃

　　化工師論文投稿刊物：《無機鹽工業》核心期刊發表多少錢 是由國家科委批準出版的中國無機化工行業唯一的全國性科技刊物。《無機鹽工業》適合從事無機鹽生產、科研、經營、管理等單位的廣大科技人員、技術工人、管理干部及大、中專學校師生訂閱。

　　1概述

　　為了大力加快在磷肥生產過程中副產的氟、硅資源的綜合利用力度，采用氟硅酸鈉為原料制備高附加值的氟、硅產品，我公司開展了氟硅酸鈉和氫氧化鈉作為原料制備氟化鈉聯產氫氟酸的試驗研究。現簡要介紹一下該項研究成果。

　　2試驗情況

　　2.1試驗原料及儀器

　　該試驗原料如下：氟硅酸鈉w(Na2SiF6)=98.13%氫氧化鈉w(NaOH)=100%(分析純)硫酸w(H2SO4)=98.72%

　　2.2試驗原理

　　以氟硅酸鈉為原料制備氫氟酸主要分三步。1.氟硅酸鈉和氫氧化鈉反應，生成氟化鈉和硅酸鈉(俗稱水玻璃)，其化學反應如下：Na2SiF6+6NaOH􀪅􀪅6NaF↓+Na2SiO3+3H2O2.氟化鈉和濃硫酸反應，生成氫氟酸和氟化氫，其化學反應如下：NaF+H2SO4􀪅􀪅HF↑+NaHSO43.硅酸鈉與一定濃度的硫酸反應，生成二氧化硅，其化學反應如下：Na2SiO3+H2SO4􀪅􀪅SiO2↓+Na2SO4+H2O氟硅酸鈉和氫氧化鈉作原料制備氟化鈉聯產氫氟酸。主要試驗儀器有：攪拌槳、水浴鍋、油浴鍋、燒杯若干、玻璃棒、溫度計、四氟化硅燒杯。

　　2.3試驗過程、結果與分析

　　2.3.1制備氟化鈉和硅酸鈉

　　按n(Na2SiF6)∶n(NaOH)=1∶6的比例，稱取3份200g氟硅酸鈉固體和255.5g氫氧化鈉固體，將氫氧化鈉分別配制成w(NaOH)為20%、25%、30%的氫氧化鈉溶液。將不同濃度的氫氧化鈉溶液預熱至85℃，分別加入200g氟硅酸鈉固體，加熱、攪拌、反應60min，再經冷卻、結晶、過濾，分離得到氟化鈉濾餅和硅酸鈉溶液。將氟化鈉濾餅用260mL的工藝水洗滌、過濾分離、干燥，得到3批固體氟化鈉，對應的樣品編號分別為#1、#2、#3。從試驗制備的固體氟化鈉粉末可以看出，在相同反應條件下，隨著氫氧化鈉溶液濃度的增加，氟化鈉產品的粒徑越小;當氫氧化鈉溶液濃度w(NaOH)=20%時，制備得到的氟化鈉產品外觀最好，粒徑最均勻。

　　稱量樣品固體氟化鈉，計算其收率;取少量氟化鈉樣品送檢分析，在相同反應條件下，隨著氫氧化鈉溶液濃度的增加，氟化鈉收率越高，當氫氧化鈉溶液濃度w(NaOH)=30%時，氟化鈉收率最高，達到96.7%。隨著氫氧化鈉溶液濃度的增加，氟化鈉純度(指標以鈉為標準)逐漸降低;當氫氧化鈉溶液濃度w(NaOH)=20%時，氟化鈉純度最高，達到90.74%，含有的雜質可能包括未反應完全的氟硅酸鈉和硅酸鈉。因此，綜合考慮，以氟硅酸鈉和氫氧化鈉為原料制備氟化鈉，在溫度80～90℃、反應時間60min下，w(NaOH)=20%時，制備的氟化鈉產品外觀最好，粒徑最均勻，純度最高，收率較低。

　　2.3.2氟化鈉制備氫氟酸

　　稱取前一步制得的#1氟化鈉樣品取84g，加熱至85～95℃，緩慢滴加濃硫酸共198g，加熱攪拌，控制反應溫度分別為60、90、120℃，反應時間60～120min，直至濕潤的廣泛pH試紙不再變紅。反應完全后將產品硫酸氫鈉冷卻，稱量，計算氫氟酸的揮發率，并對產品硫酸氫鈉取樣送檢分析。隨著反應時間的增加，氫氟酸的揮發率也在提高，在120min時系統內氣體的揮發率達到最高97.75%。試驗所得的硫酸氫鈉的純度大于93%，還有3%～7%的其他雜質，這些雜質可能是由前一步制備的氟化鈉帶入的，因其中雜質包括未反應完的氟硅酸鈉和硅酸鈉，在與硫酸反應過程中會有SiF4生成，因此，氫氟酸的最終轉化率為85.5%。觀察試驗過程還發現，試驗初期有大量的白色霧狀氣體(即氫氟酸HF)揮發，隨著反應時間的增加，氣體揮發量逐漸減少。且氟化鈉和濃硫酸在過高的溫度條件下反應，產生的物料有變黑的現象。故氟化鈉和硫酸的反應溫度宜控制在80～95℃。

　　2.3.3硅酸鈉制備二氧化硅

　　將相對密度為1.1～1.3的硅酸鈉溶液加熱至80～90℃，滴加硫酸反應45～60min，冷卻、結晶、過濾、洗滌，得到二氧化硅和硫酸鈉溶液。二氧化硅取樣送檢分析，化學分析檢測結果見表5。從表5可知，試驗所得的二氧化硅濃度達不到《國內外二氧化硅技術要求》GB/T20020-2005規定的合格品w(SiO2)≥98%的要求，究其原因是：硅酸鈉溶液和硫酸反應過程有一部分硫酸鈉晶體析出，摻雜于二氧化硅產品中。3經濟效益估算3.1成本估算根據以上試驗研究條件和結果，以生產1t氫氟酸為基準，對其進行成本估算。

　　1.氟化鈉制備氫氟酸在氫氟酸制備的過程中，其轉化率為85%，則生成產1t氫氟酸，需要消耗氟化鈉(NaF)：(42÷20)÷85%=2.47t需要消耗H2SO4∶(98÷20)÷85%=5.76t同時生成NaHSO4∶(120÷20)÷85%=7.06t2.氟硅酸鈉制備氟化鈉由于氟硅酸鈉和氫氧化鈉制備氟硅酸鈉過程中，氟化鈉的收率為86.3%，則實際生產2.47t氟化鈉，需要消耗氟硅酸鈉Na2SiF6：(188÷252)×2.47÷86.3%=2.14t需要消耗NaOH：(240÷252)×2.47÷86.3%=2.73t生成硅酸鈉Na2SiO3：(122÷252)×2.47÷86.3%=1.18t生成水H2O：(54÷252)×2.47÷86.3%=0.61t同時氟化鈉洗滌水用量為2.47t。

　　2.73t氫氧化鈉配制成w(NaOH)=20%的氫氧化鈉溶液，用水量為：(1-20%)×2.73/20%=10.92t

　　3.硅酸鈉制備二氧化硅在硅酸鈉制備二氧化硅過程中，1.18t硅酸鈉需要消耗硫酸H2SO4：(98÷122)×1.18=0.95t生成二氧化硅SiO2：(60÷122)×1.18=0.58t生成硫酸鈉Na2SO4：(142÷122)×1.18=1.37t生成水H2O：(18÷122)×1.18=0.17t

　　4.成本估算總結綜合以氟硅酸鈉為原料制備氟化鈉聯產氫氟酸的三個主要反應過程的原料消耗情況，生產1t氫氟酸的原料成本估算結果見表6。

　　4結束語

　　通過對氟硅酸鈉為原料制備氟化鈉聯產氫氟酸的工藝進行試驗研究，得出如下結論：1.以氟硅酸鈉和氫氧化鈉為原料，制備氟化鈉的最佳工藝參數為：氫氧化鈉溶液濃度為w(NaOH)=20%～25%，反應溫度80℃，反應時間60min，純度為90.74%，其轉化率為86.3%。2.氟化鈉滴加硫酸制備氫氟酸的最佳工藝條件為：反應溫度85～95℃，反應時間120min，其氫氟酸轉化率為85.5%。3.硅酸鈉溶液制備二氧化硅過程中，因為硅酸鈉溶液中含有10%～15%的氟化鈉、氟硅酸鈉等物質，因此在二氧化硅產品中全可溶性物質含量高，但產品純度低。4.根據生產成本和產品銷售收益估算，該工藝最終并不能產生經濟效益。

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