СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА ФТОРИДА АММОНИЯ Российский патент 1995 года по МПК C01C1/16 

Изобретение относится к технологии получения фтористых солей и применяется при утилизации фтора в процессе получения фосфорсодержащих удобрений.

Известен способ получения раствора фторида аммония путем нейтрализации плавиковой кислоты аммиаком (1).

Недостаток способа заключается в использовании дефицитного реагента плавиковой кислоты.

Наиболее близким к предлагаемому является известный способ получения раствора фторида аммония путем обработки кремнефторида аммония и/или кремнефтористоводородной кислоты водным раствором аммиака с последующим отделением осадка двуокиси кремния от целевого раствора известными приемами. При этом тепло реакции, выделяющееся при обработке, отводится через теплообменную поверхность (2).

Недостаток известного способа заключается в необходимости теплоотвода через теплообменную поверхность. Гидролиз кремнефтористоводородной кислоты (КФК) и кремнефторида аммония (КФА) водным раствором аммиака сопровождается значительным тепловым эффектом. В случае отсутствия теплоотвода произойдет существенный нагрев реакционной массы, что обусловит снижение полноты гидролиза КФК и КФА и увеличит остаточное содержание двуокиси кремния в целевом продукте.

Для обеспечения приемлемой для производственного процесса полноты гидролиза температура реакционной массы перед отделением осадка не должна превышать 50^оС. Для достижения указанной температуры при работе по известному способу необходим теплоотвод. Однако отвод теплоты гидролиза КФК и КФА в промышленных условиях является сложной задачей из-за инкрустации теплообменной поверхности осадком двуокиси кремния: инкрустация снижает эффективность теплоотвода, а его удаление с теплообменной поверхности затруднено.

Указанный недостаток имеет место независимо от вида исходного реагента: кремнефтористоводородной кислоты, кремнефторида аммония или их смеси.

Предлагаемый способ позволяет устранить недостаток известного способа. Это достигается тем, что в известном способе получения раствора фторида аммония, включающем обработку кремнефтористоводородной кислоты и/или кремнефторида аммония с использованием водного раствора аммиака с последующим отделением осадка двуокиси кремния от целевого раствора известными приемами, кремнефтористоводородную кислоту и/или кремнефторид аммония предварительно обрабатывают карбонатом аммония, а полученную реакционную массу обрабатывают водным раствором аммиака. При этом при обработке кремнефтористоводородной кислоты карбонат аммония берут в количестве 1,6-2,2 г-моль на 1 г-моль кислоты, а при обработке кремнефторида аммония 0,6-1,2 г-моля на 1 г-моль соли.

Отличие предлагаемого способа состоит в том, что кремнефтористоводородную кислоту и/или кремнефторид аммония предварительно обрабатывают карбонатом аммония. При этом при обработке кремнефтористоводородной кислоты карбонат аиммония берут в количестве 1,6-2,2 г-моля на 1 г-моль кислоты, а при обработке кремнефторида аммония 0,6-1,2 г-моля на 1 г-моль соли.

Предварительная обработка кремнефтористоводородной кислоты и/или кремнефторида аммония карбонатом аммония позволяет резко уменьшить суммарный тепловой эффект процесса гидролиза и, соответственно, нагрев реакционной массы, что исключает необходимость отвода тепла через теплообменную поверхность.

Уменьшение суммарного теплового эффекта обусловлено тем, что реакция нейтрализации кремнефтористоводородной кислоты карбонатом аммония протекает с незначительным выделением тепла, а реакция гидролиза ионов кремнефторида с поглощением тепла.

Частичное проведение процесса гидролиза с использованием карбоната аммония, которое обеспечивается при предварительной обработке исходного реагента, позволяет осуществить процесс гидролиза в целом с незначительным нагревом реакционной массы и исключить необходимость теплоотвода через теплообменную поверхность.

П р и м е р 1. В опытах используют следующие реагенты: раствор кремнефтористоводородной кислоты с концентрацией 20 мас. раствор карбоната аммония с концентрацией 33 мас. водный раствор аммиака с концентрацией 16 мас.

Исходная температура всех реагентов 25^оС.

В термоизолированный реактор помещают 100 г раствора кремнефтористоводородной кислоты и 81 г раствора карбоната аммония (мольное соотношение (NH₄)₂CO₃: H₂SiF₆ 2:1). Содержимое реактора перемешивают в течение 20 мин, затем в реактор добавляют 45 г водного раствора аммиака и продолжают перемешивание реакционной массы в течение 20 мин. Температура реакционной массы в реакторе в конце опыта 32^оС. Реакционную массу фильтруют, получают 22 г влажного осадка и 192 г фильтрата. Состав фильтрата, мас. фтор 7,67; двуокись кремния 0,068; отношение двуокиси кремния ко фтору 0,0089; степень гидролиза 98,3 отн.

Проводят еще 5 опытов, в которых изменяют мольное соотношение карбоната аммония и кремнефтористоводородной кислоты, взятых для предварительной обработки, в пределах 1,6-2,4. Расход водного аммиака регулируют таким образом, чтобы рН реакционной массы перед фильтрованием поддерживать в пределах 8,6-8,9.

Результаты проведенных опытов приведены в табл.1.

П р и м е р 2. В опытах вместо кремнефтористоводородной кислоты используют раствор кремнефторида аммония с концентрацией 19 мас. Остальные реагенты те же, что и в примере 1.

Исходная температура всех реагентов 25^оС.

Результаты опытов с кремнефторидом аммония приведены в табл.2.

П р и м е р 3. Проводят опыт с раствором, содержащим 16 мас. кремнефторида аммония и 2 мас. кремнефтористоводородной кислоты. На опыт берут 135 г указанного раствора. Расход раствора карбоната аммония на предварительную обработку составляет 47 г, а расход водного раствора аммиака для обработки реакционной массы 46 г.

Температура исходных реагентов 25^оС, температура суспензии перед фильтрованием 27^оС. Состав фильтрата, мас. фтор 7,40; двуокись кремния 0,058; отношение двуокиси кремния к фтору 0,0078; степень гидролиза 98,5%
П р и м е р 4 (контрольный). Проводят два опыта, в которых в соответствии с известным способом гидролиз кремнефтористоводородной кислоты осуществляют с использованием только водного раствора аммиака. На опыт берут 100 г раствора кремнефтористоводородной кислоты и 113 г водного раствора аммиака.

Один опыт проводят без отвода тепла. Температура в конце опыта перед фильтрованием 68^оС, состав продукционного раствора мас. фтор 7,72; двуокись кремния 0,33; отношение двуокиси кремния к фтору 0,043; степень гидролиза 91,9%
Второй опыт проводят с отводом тепла в реакторе, помещенном в баню с температурой 30^оС.

Температура реакционной массы в конце опыта 32^оС, состав продукционного раствора, мас. фтор 7,74; двуокись кремния 0,063; отношение двуокиси кремния к фтору 0,0081; степень гидролиза 98,5%
Из приведенных данных видно, что предлагаемый способ позволяет провести гидролиз кремнефтористоводородной кислоты и/или кремнефторида аммония в условиях незначительного нагрева реакционной массы, что исключает необходимость организованного теплоотвода через теплообменную поверхность.

Теплоотвод от реакционной массы в условиях выделения в результате реакции осадка двуокиси кремния представляет сложную техническую задачу. Поэтому исключение необходимости теплоотвода означает существенное упрощение способа.

Положительный эффект предлагаемого способа обуславливается тем, что исходные реагенты предварительно обрабатывают карбонатом аммония с последующей обработкой полученной реакционной массы водным раствором аммиака. Оптимальный расход карбоната аммония составляет 1,8-2,2 г-моль на 1 г-моль H₂SiF₆ или 0,8-1,2 г-моль на 1 г-моль (NH₄)₂SiF₆.

При уменьшении расхода карбоната аммония несколько увеличивается нагрев реакционной массы перед отделением осадка и возрастает остаточное содержание двуокиси кремния в продукционном растворе. Увеличение расхода обуславливает снижение концентрации продукционного раствора и некоторое увеличение в нем остаточного содержания двуокиси кремния.

Изобретение относится к технологии получения фтористых солей, в частности к способам получения фторида аммония, и может быть использован при утилизации фтора в процессе производства фосфорсодержащих удобрений. Кремнефтористоводородную кислоту и/или кремнефторид аммония обрабатывают карбонатом аммония, после чего в реакционную массу вводят раствор аммиака и отделяют осадок двуокиси кремния от целевого раствора известными приемами. Карбонат аммония берут в количестве 1,6 2,2 г моль и 1 г моль кремнефтористоводородной кислоты или 0,6 - 1,2 г моль на 1 г моль кремнефторида аммония. Использование карбоната аммония позволяет уменьшить тепловой эффект процесса гидролиза фторсодержащего сырья, что исключает необходитость теплоотвода и очистки теплообменной поверхности. Степень гидролиза сырья 98 98,5% 2 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА ФТОРИДА АММОНИЯ из кремнефтористоводородной кислоты и/или кремнефторида аммония с использованием водного раствора аммиака с последующим отделением осадка двуокиси кремния от целевого раствора, отличающийся тем, что кремнефтористоводородную кислоту и/или кремнефторид аммония предварительно обрабатывают карбонатом аммония, а полученную реакционную массу обрабатывают водным раствором аммиака. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбонат аммония берут в количестве 1,6-2,2 г-моля на 1 г-моль кремнефтористоводородной кислоты. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбонат аммония берут в количестве 0,6-1,2 г-моля на 1 г-моль кремнефторида аммония.