氟化钠提纯工艺研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0582

摘要/Abstract

摘要：

经过处理后的氟化钠原料中含有较多的硅酸钠杂质。为了去除其中的杂质，提高氟化钠的纯度，获得更高的工业价值。利用溶出硅胶与蒸发结晶操作过程相结合，设计了溶出硅胶-蒸发结晶提纯氟化钠工艺，提高了氟化钠的纯度，降低了硅的含量，并且改善了氟化钠产品的外观。在溶出硅胶实验中，考察了硫酸用量比、温度、时间、搅拌速率对脱硅过程的影响，并进行了正交试验。结果表明，在溶出硅胶实验中，综合效果最好的脱硅条件为硫酸的用量比（硫酸与氟化钠原料的质量比）为0.04、反应温度为25 ℃、反应时间为30 min、搅拌速率为300 r/min。在蒸发结晶实验中，当蒸发时间为60 min时，蒸发结晶提纯氟化钠的综合效果最好。在最佳的实验条件下，能得到纯度>98%，二氧化硅质量分数<0.5%的氟化钠产品。研究表明，硫酸与硅酸钠反应能溶出硅胶，再过滤分离能达到除硅的效果，而通过蒸发结晶，能进一步提高氟化钠的纯度。该研究可为提纯氟化钠、回收氟硅资源提供新思路。

关键词: 含氟硅渣, 氟化钠提纯, 脱硅, 蒸发结晶, 氟硅资源回收

Abstract:

The treated sodium fluoride raw material contains many sodium silicate impurities.In order to remove the impurities in it，improve the purity of sodium fluoride and obtain higher industrial value，using silicon dioxide generation with evaporation crystallization，a process of sodium fluoride purification by silicon dioxide generation-evaporation crystallization was designed to improve the purity of sodium fluoride，reduce the content of silicon，and improve the appearance of the sodium fluoride product.In the silicon dioxide generation experiment，the effects of sulfuric acid dosage ratio，temperature，time and stirring speed on the desilication process were investigated，and orthogonal experiments were carried out.The results showed that in the silicon dioxide generation experiment，the desilication conditions with the best overall performance were：sulfuric acid dosage ratio of 0.04，reaction temperature of 25 ℃，reaction time of 30 min，and stirring speed of 300 r/min.In the evaporation and crystallization experiment，the best overall performance of evaporation and crystallization for the purification of sodium fluoride was achieved when the evaporation time was 60 min.Under the optimal experimental conditions，a sodium fluoride product with a purity >98% and a silica mass fraction <0.5% could be obtained.The study showed that the reaction between sulfuric acid and sodium silicate could react to produce silica gel，and then filtration and separation could achieve the effect of silica removal，and the purity of sodium fluoride could be further improved by evaporation and crystallization.This study could provide new ideas for the purification of sodium fluoride and the recovery of fluorosilicon resources.

Key words: fluorine-containing silicon residue, sodium fluoride purification, desilication, evaporating crystallization, fluorosilicon resource recovery

中图分类号:

TQ124.3

李帅, 李天祥, 朱静, 刘松林. 氟化钠提纯工艺研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(9): 90-97.

LI Shuai, LI Tianxiang, ZHU Jing, LIU Songlin. Study on purification process of sodium fluoride[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(9): 90-97.

图/表 20

图1

表1

氟化钠原料的化学组成 (%)

$w$ （Na）	$w$ （F）	$w$ （Si）	$w$ （O）	$w$ （Al）	$w$ （Cl）	$w$ （Ca）
51.98	38.28	2.91	5.49	0.38	0.82	0.14

表1

表2

图2

表3

图3

图4

图5

表4

表5

表6

图6

图7

图8

表7

表8

图9

表9

图10

表10

参考文献 19

1	陶绍程，何兵兵，龙庆兰，等.尼日利亚某中品位磷矿二水法制磷酸实验研究［J］.无机盐工业，2021，53（6）：160-163，184.
	TAO Shaocheng， HE Bingbing， LONG Qinglan，et al.Experimental study on phosphoric acid produced by dihydrate process from a middle-grade phosphate ore in Nigeria［J］.Inorganic Chemicals Industry，2021，53（6）：160-163，184.
2	彭向龙，刘松林，隋岩峰，等.环己醇萃取浓缩氟硅酸的工艺研究［J］.应用化工，2023，52（3）：739-742.
	PENG Xianglong， LIU Songlin， SUI Yanfeng，et al.Study on the technology of concentrating fluorosilicic acid by extraction［J］.Applied Chemical Industry，2023，52（3）：739-742.
3	哀鹏鹏，彭朝凯，刘成龙，等.湿法磷酸脱氟工艺的研究现状与发展方向［J］.湿法冶金，2024，43（1）：9-14.
	AI Pengpeng， PENG Zhaokai， LIU Chenglong，et al.Research status and development direction of defluorination technology of wet-process phosphoric acid［J］.Hydrometallurgy of China，2024，43（1）：9-14.
4	杨勇，陈海洋，李煜坤，等.无水氟化氢和氟化铝工艺研发及工业应用进展［J］.无机盐工业，2023，55（9）：17-25，120.
	YANG Yong， CHEN Haiyang， LI Yukun，et al.Progress of process development and industrial application for anhydrous hydrogen fluoride and aluminum fluoride［J］.Inorganic Chemicals Industry，2023，55（9）：17-25，120.
5	曹骐，张志业，王辛龙.磷化工副产氟硅酸的利用及无水氟化氢的生产研究进展［J］.无机盐工业，2010，42（5）：1-4.
	CAO Qi， ZHANG Zhiye， WANG Xinlong.Utilization of fluorosilicic acid by-produced from phosphorus chemical industry and research progress in anhydrous hydrogen fluoride［J］.Inorganic Che-micals Industry，2010，42（5）：1-4.
6	刘玉强.磷肥工业副产含氟硅渣的利用现状和建议［J］.硫磷设计与粉体工程，2021（5）：39-42，6.
	LIU Yuqiang.Current status and suggestion for utilization of fluorine-containing silicon residue as a by-product in the phosphate fertilizer industry［J］.Sulphur Phosphorus & Bulk Materials Handling Related Engineering，2021（5）：39-42，6.
7	冯胜波.利用硅渣制备偏硅酸钠联产氟化钠产品的工艺研究［J］.化学工程，2019，47（7）：76-78.
	FENG Shengbo.Process research on producing sodium metasilicate with sodium fluoride by silica slag［J］.Chemical Engineering（China），2019，47（7）：76-78.
8	李广利，胡舜钦，贺全国，等.一种氟化钠与二氧化硅提纯工艺：中国，108751207A［P］.2018-11-06.
9	李世江，薛旭金，孙丹丹，等.一种利用含氟尾气制备氟化钠联产白炭黑的方法：中国，113943010B［P］.2023-06-30.
10	王国平，李刚，毛啟凯，等.利用废液为原料合成高活性氟化钾并联产氟化钠的方法：中国，113860331B［P］.2023-08-01.
11	邓国平，伍勇，段利中，等.含氟废液资源化制备氟化钠的工艺研究［J］.无机盐工业，2024，56（6）：133-138.
	DENG Guoping， WU Yong， DUAN Lizhong，et al.Research on the process of preparing sodium fluoride from waste liquid containing fluorine as resource［J］.Inorganic Chemicals Industry，2024，56（6）：133-138.
12	戴浩翔，杨瑞甫，赖育河，等.一种工业级钠碱混合液生产电子级氟化钠的方法：中国，115893449B［P］.2023-08-29.
13	陈一可.含有机杂质的氟化钠非水全溶精制方法：中国，106698479B［P］.2017-12-12.
14	谢堂锋，陈若葵，巩勤学，等.氟硅酸钾滴定法测定粗制氟化钠中二氧化硅［J］.无机盐工业，2021，53（9）：92-96.
	XIE Tangfeng， CHEN Ruokui， GONG Qinxue，et al.Determination of silicon dioxide in crude sodium fluoride by potassium fluosilicate titrimetric method with microwave digestion［J］.Inorganic Chemicals Industry，2021，53（9）：92-96.
15	王秀莉，宋丹丹，尚玉俊，等.氟化钠纯度测定方法探讨与比较［J］.广州化工，2022，50（9）：89-92，124.
	WANG Xiuli， SONG Dandan， SHANG Yujun，et al.Discussion and comparison of determination methods for sodium fluoride content［J］.Guangzhou Chemical Industry，2022，50（9）：89-92，124.
16	American National Standards Institute. B701-06 Sodium fluori-de ［S］.New York：American Water Works Association，2005.
17	王俊中，魏昶，姜琪.氟硅酸性质［J］.昆明理工大学学报（自然科学版），2001，26（3）：93-96.
	WANG Junzhong， WEI Chang， JIANG Qi.The properties of H₂SiF₆ ［J］.Journal of Kunming University of Science and Technology，2001，26（3）：93-96.
18	戴安邦，陈荣三.影响硅酸聚合作用的因素：硅酸溶液的温度［M］//自然杂志编辑部，自然杂志年鉴.上海：上海科学技术出版社，1979：87.
19	戴安邦，陈荣三.影响硅酸聚合作用的因素：外加物的影响［M］//自然杂志编辑部，自然杂志年鉴.上海：上海科学技术出版社，1979：88.

试剂	不同温度下的溶解度/g
试剂	0 ℃	20 ℃	40 ℃	60 ℃	80 ℃	100 ℃
NaF	3.53	4.17	4.4	4.68	4.89	5.08
Na₂SO₄	4.5	19.6	48.4	45.3	43.7	4.23

水平	影响因素
水平	A用量比	B反应温度/℃	C反应时间/min
1	0.03	20	10
2	0.04	25	30
3	0.05	30	50

项目		因素			测试结果
项目		A用量比	B反应温度/℃	C反应时间/min	硅析出率/%	氟析出率/%
1		1	1	1	43.89	0.43
2		1	2	2	38.54	0.38
3		1	3	3	34.57	0.36
4		2	1	2	50.89	0.76
5		2	2	3	49.77	0.87
6		2	3	1	59.73	0.91
7		3	1	3	58.33	0.90
8		3	2	1	54.99	0.73
9		3	3	2	61.66	0.87
硅析出	k₁	39.00	51.04	52.87
	k₂	53.46	47.77	50.36
	k₃	58.33	51.99	47.56
	R	19.33	4.22	5.31
氟析出	k₁	0.39	0.70	0.69
	k₂	0.85	0.66	0.67
	k₃	0.83	0.71	0.71
	R	0.46	0.05	0.04

项目	方差来源	离差平方和	自由度	均方	F值	显著性
硅析出	A	606.36	2	303.18	11.29	非常显著
	B	29.40	2	14.70	0.55	不明显
	C	42.39	2	21.20	0.79	较显著
	误差	53.73	2
氟析出	A	0.405	2	0.203	16.70	非常显著
	B	0.004	2	0.002	0.184	较显著
	C	0.002	2	0.001	0.099	不明显
	误差	0.024	2

重复实验	硅析出率/%	氟析出率/%
1	57.86	0.87
2	55.95	0.64

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会