СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРИДА КАЛЬЦИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК C01F11/22 

Изобретение относится к химии и технологии неорганических продуктов, в частности к получению синтетического фторида кальция.

Известен способ [патент RU №2029731, МКИ С01F 11/22, приоритет 06.07.1992, опубл. 27.02.1995] получения фторида кальция, основанный на взаимодействии фосфогипса и фторсиликатных растворов при перемешивании в водной среде, являющихся отходами производства экстракционной фосфорной кислоты, смесь которых обрабатывают раствором гидроксида натрия.

Недостатками способа являются образование труднофильтруемого мелкодисперсного порошка, необходимость утилизации водных растворов, содержащих силикат и сульфат натрия, большой объем оборотной воды, высокая стоимость процесса из-за применения дорогостоящего гидроксида натрия в количествах, соизмеримых с массой используемого фосфогипса, высокое содержание фосфора, который в большинстве случаев является вредной примесью.

Исключить применение дорогостоящего гидроксида натрия и избавиться от примеси фтора удалось в способе получения фторида кальция [патент SU №1472445, МКИ С01В 33/18, приоритет 04.10.1986, опубл. 15.04.1989] обработкой кремнефтористоводородной кислотой суспензии карбоната кальция при перемешивании, с отделением образовавшегося фторида кальция от диоксида кремния фильтрованием. При этом для увеличения выхода диоксида кремния перемешивание суспензии ведут при значении критерия Рейнольдса, равном 2000-8000, а фильтрат, содержащий диоксид кремния, подвергают распылительной сушке в течение 1-30 с.

Недостатком способа является большой расход оборотной воды. Проведение процесса при низких значениях рН среды (4,2) обуславливает применение специальных материалов оборудования при распылении кислотного фильтрата и утилизации отходящих кислых газов. Распыление фильтрата при температурах от 150 до 700°С и необходимость выпаривания большого количества воды приводит к высоким энергозатратам и удорожанию продукта. Мелкодисперсность образующегося фторида кальция приводит к ухудшению фильтрации.

Уменьшить объем оборотной воды удалось в способе получения фторида кальция [патент RU №2069179, МКИ С01F 011/22, приоритет 12.04.1994, опубл. 20.11.1996], основанном на взаимодействии раствора кремнефтористоводородной кислоты с суспензией карбоната кальция, выдержке реакционной смеси, введении в образующуюся суспензию фторида кальция сополимера акриламида, содержащего 5-20 мол.% звеньев акрилата натрия, разделении суспензии фторида кальция известными приемами и сушке продукта.

Недостатками способа являются присутствие примеси акриламида во фториде кальция, удорожание продукта из-за применения добавок сополимера, присутствие примеси не прореагировавших остатков карбоната кальция в конечном продукте, низкая скорость образования и роста кристаллов фторида кальция, мелкодисперсность образующегося фторида кальция, что приводит к ухудшению фильтрации.

Понизить содержание примесей в получаемом фториде кальция удалось в способе [патент RU №2010003, МКИ С01F 011/22, приоритет 03.06.1991, опубл. 30.03.1994] из двух стадий, заключающемся в том, что сначала суспензию карбоната кальция обрабатывают кремнефтористоводородной кислотой, взятой в смеси с осветленным раствором со второй стадии, а затем суспензию обрабатывают кремнефтористоводородной кислотой, взятой в количестве 20-50% от стехиометрически необходимого, при 40-80°С, после чего осадок фторида кальция отделяют, а осветленный раствор направляют на первую стадию обработки.

Это техническое решение является наиболее близким по технической сущности и поэтому принято в качестве прототипа.

Недостатком способа является использование растворов кремнефтористоводородной кислоты двух концентраций 0,4 и 20%, что обуславливает необходимость разбавления части кислоты и концентрирования (выпариванием) другой части. На практике при производстве фосфорных удобрений образуется кремнефтористоводородная кислота с концентрацией 12-15%. При выпаривании раствор кислоты насыщается мелкодисперсным диоксидом кремния, очистка от которого трудоемка и требует введения дополнительных операций и специального оборудования. Процесс выпаривания сам по себе является энергозатратным, экологически небезопасным и требует специального коррозионностойкого оборудования. Фторид кальция образуется в виде труднофильтруемого мелкодисперсного осадка. Осуществление процесса при низких значениях рН среды (2-3) обуславливает необходимость нейтрализации кислого осветленного раствора и утилизации образующихся при этом шламов. Большой расход оборотной воды и проведение второй стадии процесса при температуре 40-80°С является энергозатратным и приводит к удорожанию продукта.

Технической задачей изобретения является безотходное, экологически безопасное получение дешевого фторида кальция для нужд металлургии и получение дешевого фторида кальция с минимальным содержанием примесей для производства сварочных электродов.

Известны различные устройства для получения фторида кальция, например устройство [патент RU №2069179, МКИ С01F 011/22, приоритет 12.04.1994, опубл. 20.11.1996], состоящее из реакционной емкости, снабженной мешалкой, воронки Бюхнера для фильтрования полученной суспензии, вакуумного насоса, сушилки.

Недостатками устройства являются невозможность получения больших партий продукции, присутствие примесей, в том числе и карбоната кальция в конечном продукте, низкая скорость образования и роста кристаллов фторида кальция, мелкодисперсность образующегося фторида кальция.

Наиболее близким к заявляемому является устройство [патент SU №1472445, МКИ С01В 33/18, приоритет 04.10.1986, опубл. 15.04.1989], которое принимается нами в качестве прототипа. Устройство включает реактор с якорной мешалкой, ленточный вакуум-фильтр, устройство для распыления фильтрата в потоке теплоносителя.

Недостатком, принятого за прототип устройства, является большой расход оборотной воды, высокие энергозатраты.

Технической задачей изобретения является безотходное, экологически безопасное получение дешевого фторида кальция с допустимым содержанием диоксида кремния.

Поставленная техническая задача достигается тем, что используют известный способ получения фторида кальция, включающий взаимодействие раствора кремнефтористоводородной кислоты с суспензией карбоната кальция, выдержку реакционной смеси, разделение суспензии фторида кальция и сушку продукта. Новым в способе является то, что сначала карбонат кальция смешивают с водой, добавляют кремнефтористоводородную кислоту, получают суспензию фторида кальция, часть полученной суспензии отделяют и направляют в суспензию карбоната кальция в качестве затравки, а остальную часть суспензии фильтруют и отделяют осадок фторида кальция, затем суспензию карбоната кальция смешивают с затравкой фторида кальция и обрабатывают кремнефтористоводородной кислотой, далее отделяют затравку фторида кальция и осадок фторида кальция, причем затравку берут из расчета 15-30% от выхода конечного продукта, окончательное значение рН реакционной смеси перед отделением осадка фторида кальция должно находиться в диапазоне 5-7, суспензию карбоната кальция готовят с соблюдением соотношения твердого к жидкости в диапазоне 1:(2-4,5) на основе части осветленного раствора, а остальной осветленный раствор направляют на получение кремнефтористоводородной кислоты.

Это исключает образование мелкодисперсного фторида кальция. Увеличивается скорость образования и роста кристаллов фторида кальция. Однократное использование кремнефтористоводородной кислоты делает процесс более технологичным и приводит к удешевлению конечного продукта.

При снижении количества затравки менее 15% от выхода продукта уменьшается скорость образования и размер кристаллов фторида кальция, снижается степень кристалличности продукта, что приводит к увеличению длительности процесса (а значит - к повышению энергозатратности способа), снижению производительности фильтрации. Увеличение количества затравки (более 30% от нарабатываемого конечного продукта) неэффективно, снижается относительная производительность. Такое количество добавляемой затравки позволяет добиться наибольшей производительности процесса.

Экспериментально установлено, что суспензию карбоната кальция необходимо готовить с соблюдением соотношения твердого к жидкости в диапазоне 1:(2-4,5), уменьшение количества жидкости в суспензии не обеспечит необходимую интенсивность перемешивания реакционной массы, а увеличение количества жидкости в суспензии неэффективно, т.к. приведет к необоснованному повышению объема оборотной воды.

Остаток осветленного раствора, полученного при отделении осадка фторида кальция, направляют на получение кремнефтористоводородной кислоты любым известным способом (например, абсорбцией фторсодержащих газов).

Эти отличительные особенности способа позволяют полностью использовать осветленный раствор в технологическом цикле, сводя к минимуму потребление воды в цикле.

Экспериментально установлено, что окончательное значение рН реакционной смеси перед отделением осадка должно находиться в диапазоне 5-7, в этих условиях реагенты практически без остатка взаимодействуют с образованием фторида кальция и диоксида кремния.

Контроль значения рН среды позволяет полностью нейтрализовать кремнефтористоводородную кислоту, при одновременном снижении содержания примеси карбоната кальция в конечном продукте.

Возможен способ, при котором подача кремнефтористоводородной кислоты регулируется из расчета 0,05-0,2 кг 100%-ной кислоты в час в 1 кг суспензии карбоната кальция. Экспериментально установлено, что подача кремнефтористоводородной кислоты менее 0,05 кг 100% кислоты в час в 1 кг суспензии карбоната кальция резко снижает интенсивность образования фторида кальция. А увеличение подачи свыше 0,2 кг - приводит к сильному газообразованию, что ведет к снижению безопасности производства и увеличению потери конечного продукта (в результате уноса).

Вариантом способа является обработка суспензии карбоната кальция кремнефтористоводородной кислотой при температуре 40-65°С. При температуре ниже 40°С происходит резкое снижение скорости образования фторида кальция. При температуре выше 65°С кремнефтористоводородная кислота начинает кипеть и интенсивно испаряться. При этом увеличение температуры не дает ощутимого увеличения скорости образования фторида кальция.

Такой температурный режим позволяет снизить энергозатраты при сохранении высокой скорости образования фторида кальция.

Возможен вариант изобретения, в котором в раствор кремнефтористоводородной кислоты предварительно подают раствор гидроксида аммония, отфильтровывают и удаляют осадок оксида кремния.

Это позволяет получить фторид кальция, содержащий не менее 98 мас.% основного вещества.

Возможен вариант способа, при котором смешивание суспензии карбоната кальция с затравкой фторида кальция и ее обработка ведется при температуре 70-95°С.

При температуре ниже 70°С происходит резкое снижение скорости образования фторида кальция. При температуре выше 95°С уменьшается безопасность производства, возрастают потери суспензии в результате уноса. При этом увеличение температуры не дает ощутимого увеличения скорости образования фторида кальция.

Возможен способ, при котором расход гидроксида аммония регулируется из расчета 0,05-0,15 кг 100% гидроксида аммония в час на 1 кг кремнефтористоводородной кислоты. Экспериментально установлено, что подача гидроксида аммония менее 0,05 кг в час (в пересчете на 100% NH₄OH) резко снижает интенсивность его взаимодействия с кислотой. А увеличение подачи свыше 0,15 кг приводит к сильному газообразованию, что ведет к снижению безопасности производства и увеличению потери реагентов в результате уноса.

Возможен вариант изобретения, в котором образующийся при выдержке реакционной смеси аммиак используют для получения гидроксида аммония, направляемого для обработки кремнефтористоводородной кислоты.

Это уменьшает количество оборотной воды, увеличивает технологичность и экологическую безопасность производства, а также удешевляет стоимость конечного продукта.

Поставленная техническая задача решается при помощи устройства, содержащего реактор с мешалкой, соединенный трубопроводом с фильтром и далее с сушилкой. Новым в устройстве является то, что на трубопроводе между реактором с мешалкой и фильтром расположен агрегат для отделения затравки, дополнительно соединенный с входом в реактор для подачи затравки фторида кальция в реактор.

Это позволяет исключить образование мелкодисперсного фторида кальция.

Возможен вариант устройства, в котором дополнительно на трубопроводе между фильтром и сушилкой установлен гранулятор, причем вход гранулятора соединен с выходом фильтра и выход гранулятора соединен с входом сушилки.

Это позволяет производить фторид кальция в гранулах, что соответствует требованиям металлургического производства.

Возможен вариант устройства, в котором дополнительно выход фильтра соединен с входом реактора для подачи осветленного раствора.

Это уменьшает количество оборотной воды.

Возможен вариант устройства, в котором дополнительно имеются абсорбер, для изготовления кремнефтористоводородной кислоты, входом соединенный с источником фторсодержащих газов, выходом соединенный с входом реактора, дополнительно фильтр на выходе соединен с абсорбером для подачи в него осветленного раствора.

Это уменьшает количество оборотной воды, увеличивает технологичность и экологическую безопасность производства.

Возможен вариант изобретения, в котором между абсорбером и реактором имеется дополнительный реактор для взаимодействия водного раствора гидроксида аммония с кремнефтористоводородной кислотой, на вход которого подается гидроксид аммония, а на выходе установлен дополнительный фильтр для отделения оксида кремния.

Эти отличительные особенности позволяют получить фторид кальция, содержащий не менее 98 мас.% основного вещества.

Возможен вариант устройства, в котором имеется дополнительный абсорбер для улавливания аммиака, на вход которого подают аммиак с выхода реактора и воду, а выход соединен с входом дополнительного реактора, через емкость для накопления гидроксида аммония.

Это позволяет увеличить технологичность, экологическую безопасность производства и снизить расход гидроксида аммония.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена технологическая блок-схема способа получения фторида кальция для нужд металлургии.

На фиг.2 представлена блок-схема устройства для получения фторида кальция для нужд металлургии.

На фиг.3. представлена технологическая блок-схема способа получения фторида кальция с дополнительной обработкой кремнефтористоводородной кислоты раствором гидроксида аммония.

На фиг.4 представлена блок-схема устройства для получения фторида кальция с дополнительной обработкой кремнефтористоводородной кислоты раствором гидроксида аммония.

Пример 1

Способ получения фторида кальция из суспензии карбоната кальция и раствора кремнефтористоводородной кислоты для нужд металлургии (фиг.1).

В качестве исходного сырья используют: водный раствор кремнефтористоводородной кислоты 1 (H₂SiF₆), который является побочным продуктом производства фосфорных удобрений и содержит в своем составе 12-15 мас.% кислоты H₂SiF₆; природный мел 2 с содержанием карбоната кальция СаСO₃ не менее 98 мас.%.

Для приготовления суспензии карбоната кальция 3 берут карбонат кальция 2 и осветленный раствор 4, выделяемый при фильтровании суспензии фторида кальция 5 (при запуске используется вода). Добавляют затравку 6 в виде суспензии фторида кальция (при запуске используется готовый фторид кальция). Подают кремнефтористоводородную кислоту H₂SiF₆ 7.

Часть суспензии фторида кальция отделяют 8 и направляют в приготовленную суспензию карбоната кальция в качестве затравки 6. Остальную суспензию фильтруют 5. Полученный отфильтрованный осадок фторида кальция гранулируют 9 и сушат 10. Часть осветленного раствора 4, используют для приготовления водной суспензии карбоната кальция 3, а остальной осветленный раствор 11 направляют на получение кремнефтористоводородной кислоты путем абсорбции газов (HF, SiF₄) 12, образующихся в процессе производства фосфорных удобрений.

Способ получения фторида кальция реализуется на линии (фиг.2), включающей реактор 1, предназначенный для получения фторида кальция, соединенный транспортером 2 с линией подачи карбоната кальция, трубопроводом 3 со штатным абсорбером 4, предназначенным для получения кремнефтористоводородной кислоты. Выход реактора 1 соединен трубопроводом 5 с входом агрегата 6, предназначенного для отделения затравки в виде суспензии фторида кальция. Выход агрегата 6 связан трубопроводом 7 с входом реактора 1. Кроме того, выход агрегата 6 связан трубопроводом 8 с входом фильтра 9, служащим для фильтрования суспензии фторида кальция. Выход фильтра 9 соединен трубопроводом 10 с входом реактора 1 для подачи осветленного раствора на приготовление суспензии карбоната кальция. Выход фильтра 9 соединен линией 11 с гранулятором 12, выход которого соединен линией 13 с печью 14, предназначенной для сушки фторида кальция. Выход фильтра 9 соединен также трубопроводом 15 с входом штатного абсорбера 4, предназначенного для получения кремнефтористоводородной кислоты путем абсорбции производственных фторсодержащих газов 16.

Устройство для получения фторида кальция из суспензии карбоната кальция и раствора кремнефтористоводородной кислоты (фиг.2) работает следующим образом. Для получения 100 кг фторида кальция по реакции:

H₂SiF₆+3СаСО₃=3СаF₂↓+SiO₂↓+Н₂О+3СО₂↑

готовят суспензию карбоната кальция с соблюдением соотношения твердого к жидкости 1:2,5, для чего 260 кг осветленного раствора, полученного после фильтрования суспензии фторида кальция направляют по трубопроводу 10 в реактор 1, где нагревают до температуры 50°С и смешивают со 104 кг карбоната кальция. Карбонат кальция в реактор 1 загружают посредством транспортера 2 при постоянном перемешивании. Далее в качестве затравки добавляют суспензию фторида кальция, которая поступает по трубопроводу 7 из агрегата 6, предназначенного для отделения части суспензии - 20-25%.

Полученную в абсорбере 4 кремнефтористоводородную кислоту H₂SiF₆, после определения концентрации и плотности, подают в количестве 48,3 кг (100% Н₂SiF₆) в расчете на 100 кг фторида кальция по трубопроводу 3 в реактор 1 с расходом примерно 0,13 кг/ч кислоты (100% H₂SiF₆) в 1 кг суспензии карбоната кальция.

В процессе добавления кремнефтористоводородной кислоты контролируют значение рН среды (5,8-6,0). Выдерживают реакционную смесь при постоянном интенсивном перемешивании в реакторе 1 в течение 1 ч, при этом поддерживают температуру реакционной смеси, равной 50°С. В ходе процесса образуются кристаллы фторида кальция и диоксид кремния. Затем суспензию из реактора 1 направляют по трубопроводу 5 в агрегат 6, где отделяют около 114 кг (соотношение твердого к жидкости составляет примерно 1:4,7) и по обратному трубопроводу 7 направляют в реактор 1 в качестве затравки. Остальную суспензию направляют по трубопроводу 8 на фильтр 9. Влажный осадок фторида кальция снимают с фильтра 9 и по транспортеру 11 направляют в гранулятор 12, откуда формы с влажными гранулами фторида кальция перемещают по транспортеру 13 в сушилку 14, где нагревают до температуры около 500°С с целью удаления влаги и повышения твердости гранул.

Полученный осветленный раствор в количестве 260 кг по трубопроводу 10 направляют в реактор 1 на приготовление суспензии карбоната кальция. Остальной осветленный раствор по трубопроводу 15 поступает в штатный абсорбер 4, предназначенный для получения кремнефтористоводородной кислоты путем абсорбции газов 16, образующихся при производстве фосфорных удобрений.

Пример 2

Способ получения фторида кальция из суспензии карбоната кальция для производства защитных покрытий сварочных электродов (фиг.3). Фторид кальция, содержащий не менее 98 мас.% основного вещества, получают обработкой карбоната кальция фторидом аммония, являющимся результатом взаимодействия 13 кремнефтористоводородной кислоты 1 с гидроксидом аммония 14.

В кремнефтористоводородную кислоту 1 подают 13 раствор гидроксида аммония 14. При этом происходит образование диоксида кремния и раствора фторида аммония. Затем полученную суспензию 15 фильтруют 16, отделяя осадок диоксида кремния. Раствор фторида аммония 17 используют для получения фторида кальция.

Для приготовления суспензии карбоната кальция 3 в осветленный раствор 4 добавляют карбонат кальция 2. Затем в качестве затравки добавляют суспензию фторида кальция 6. Далее добавляют раствор фторида аммония 17. При этом в адсорбере 18 водой 19 улавливают выделяющийся в ходе реакции аммиак 20, с получением гидроксида аммония 14, использующегося для обработки кремнефтористоводородной кислоты 1.

Затем отделяют часть суспензии фторида кальция 8 для использования в качестве затравки 6. Остальную суспензию фильтруют 5. Полученный отфильтрованный осадок фторида кальция гранулируют 9 и сушат 10. Основную часть осветленного раствора 4 используют при приготовлении суспензии карбоната кальция. Остальной осветленный раствор 11 используют для получения кремнефтористоводородной кислоты 1 (путем абсорбции производственных газов HF, SiF₄) и/или для абсорбции аммиака 20. Полученный материал содержит не менее 98% фторида кальция в зависимости от чистоты исходного карбоната кальция. Способ позволяет получать фторид кальция следующих марок ФФ-95 и ФФ-98.

Линия для осуществления предлагаемого варианта способа получения фторида кальция включает узлы для отделения диоксида кремния и получения фторида кальция (фиг.4).

Узел осаждения фторида кальция включает реактор 1, предназначенный для получения фторида кальция, соединенный транспортером 2 с линией подачи карбоната кальция. Выход реактора 1 трубопроводом 5 соединен с входом агрегата 6, предназначенного для отделения части суспензии фторида кальция в качестве затравки. Выход агрегата 6 связан трубопроводом 7 с входом реактора 1, а трубопроводом 8 - с входом фильтра 9, служащего для фильтрования суспензии фторида кальция. Выход фильтра 9 соединен трубопроводом 10 с входом реактора 1. Кроме того, выход фильтра 9 линией 11 соединен с гранулятором 12, выход которого, в свою очередь, соединен линией 13 с печью 14, предназначенной для сушки фторида кальция. Кроме того, выход фильтра 9 соединен трубопроводом 15 с входом штатного абсорбера 4, предназначенного для получения кремнефтористоводородной кислоты из производственных фторсодержащих газов 16.

Узел отделения диоксида кремния включает дополнительный реактор 17, соединенный трубопроводом 3 со штатным абсорбером 4, предназначенным для получения кремнефтористоводородной кислоты, и трубопроводом 18 с емкостью для накопления гидроксида аммония 19. Выход реактора 17 трубопроводом 20 соединен с входом фильтра 21, выход которого связан трубопроводом 22 с входом фильтра 23, предназначенного для контрольного фильтрования раствора фторида аммония. Кроме того, выход фильтра 21 соединен транспортером 24 с сушилкой 25, предназначенной для сушки диоксида кремния. Выход фильтра 23 транспортером 26 соединен с входом сушилки 25, а трубопроводом 27 - с входом реактора 1. Выход реактора 1 соединен линией 28 с абсорбером 29, предназначенным для улавливания аммиака водой, подающейся по трубопроводу 30, и/или осветленным раствором 15, полученным после фильтрования суспензии фторида кальция. Выход абсорбера 29 соединен трубопроводом 31 с входом емкости 19, предназначенной для накопления гидроксида аммония. При необходимости в емкость 19 может подаваться готовый гидроксид аммония 32.

Устройство для получения фторида кальция из суспензии карбоната кальция и раствора фторида аммония (фиг.4) работает следующим образом.

Для получения 100 кг фторида кальция по реакции:

H₂SiF₆+6NH₄OH=6NH₄F+SiO₂↓+4H₂O.

61,6 кг кремнефтористоводородной кислоты (100% Н₂SiF₆) по трубопроводу 3 направляют в реактор 17. Затем по трубопроводу 18 из емкости 19 в реактор 17 медленно при постоянном перемешивании подают 94 кг гидроксида аммония (100% NH₄OH). Расход гидроксида аммония не должен превышать 0,12 кг 100% NH₄OH в час в 1 кг кремнефтористоводородной кислоты, что позволяет избежать включения фторида аммония в состав диоксида кремния. Тщательно перемешивают реакционную смесь в течение часа. В реакторе 17 происходит образование диоксида кремния и раствора фторида аммония. Затем по трубопроводу 20 суспензию из реактора 17 направляют для фильтрования на фильтр 21. Отфильтрованный и тщательно промытый от фторида аммония осадок диоксида кремния по линии 24 направляют в сушилку 25, где сушат при температуре около 150°С до удаления влаги. Собранный раствор фторида аммония по трубопроводу 22 направляют на фильтр 23 для контрольного фильтрования. Осадок диоксида кремния по трубопроводу 26 подают в сушилку 25. Раствор фторида аммония направляют по трубопроводу 27 в реактор 1 для взаимодействия с предварительно подготовленной суспензией карбоната кальция по реакции:

2NH₄F+СаСО₃=CaF₂↓+2NH₃↑+Н₂О+СO₂↑.

Для приготовления суспензии берут 128 кг карбоната кальция по линии 2 направляют в реактор 1 с предварительно подогретым до температуры 85°С осветленным раствором, который в количестве 256 кг направляют в реактор 1 по трубопроводу 10. Затем в реактор 1 добавляют затравку в виде суспензии фторида кальция в количестве не менее 110 кг, которую направляют по линии 7 из агрегата 6, предназначенного для отделения части суспензии фторида кальция. Далее в реактор 1 добавляют раствор фторида аммония, поступающий по линии 27. Поддерживают температуру 85°С в реакторе 1 при постоянном тщательном перемешивании, при этом происходит образование и рост кристаллов фторида кальция. Время реакции по максимуму ограничивают прекращением газообразования NH₃, СО₂ и Н₂О, но не менее 1,5 ч. При этом улавливают аммиак, поступающий по линии 28 в абсорбер 29. Полученный гидроксид аммония из абсорбера 29 по трубопроводу 31 направляют в емкость 19. Контролируют плотность, определяют концентрацию и в требуемом количестве (94 кг гидроксида аммония в пересчете на 100% NH₄OH), подают по трубопроводу 18 в реактор 17 для обработки кремнефтористоводородной кислоты. При запуске используется готовый гидроксид аммония. В дальнейшем количество добавляемого готового гидроксида аммония уменьшается по мере поступления гидроксида аммония, полученного улавливанием аммиака.

Суспензию фторида кальция из реактора 1 направляют по трубопроводу 5 в агрегат 6 для отделения части суспензии, которую в качестве затравки направляют по трубопроводу 7 в реактор 1. Остальную часть суспензии фторида кальция подают по трубопроводу 8 для фильтрования на фильтр 9. Влажный осадок фторида кальция снимают с фильтра и направляют по линии 11 в гранулятор 12 и затем в сушилку 14, где нагревают до температуры около 200°С с целью удаления влаги.

256 кг осветленного раствора по трубопроводу 10 направляют в реактор 1 на приготовление водной суспензии карбоната кальция, а остальной осветленный раствор по трубопроводу 15 направляют в абсорбер 4, где улавливают фторсодержащие газы 16 с получением кремнефтористоводородной кислоты.

Таким образом, возможно безотходное, экологически безопасное получение дешевого фторида кальция, содержащего не менее 98 мас.% основного вещества.

По изобретению в настоящее время готовится техническая документация для внедрения изобретения на промышленном предприятии.

Изобретение может быть использовано в металлургии и в производстве защитных покрытий сварочных электродов. Способ получения фторида кальция включает взаимодействие раствора кремнефтористоводородной кислоты с суспензией карбоната кальция, выдержку реакционной смеси, разделение суспензии фторида кальция и сушку продукта. Сначала карбонат кальция смешивают с водой, добавляют кремнефтористоводородную кислоту, получают суспензию фторида кальция. Часть полученной суспензии отделяют и направляют в суспензию карбоната кальция в качестве затравки, а остальную часть суспензии фильтруют и отделяют осадок фторида кальция. Затем суспензию карбоната кальция смешивают с затравкой фторида кальция и обрабатывают кремнефтористоводородной кислотой. Далее отделяют затравку фторида кальция и осадок фторида кальция, причем затравку берут из расчета 15-30% от выхода конечного продукта. Окончательное значение рН реакционной смеси перед отделением осадка фторида кальция должно равняться 5-7. Суспензию карбоната кальция готовят с соблюдением соотношения твердого к жидкости в диапазоне 1:(2-4,5) на основе части осветленного раствора, полученного при отделении осадка фторида кальция, а остальной осветленный раствор направляют на получение кремнефтористоводородной кислоты. Предложено устройство для получения фторида кальция. Изобретение позволяет получить фторид кальция с минимальным содержанием примесей, содержащий не менее 98 мас.% основного вещества, повысить экологическую безопасность производства. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ получения фторида кальция, включающий взаимодействие раствора кремнефтористоводородной кислоты с суспензией карбоната кальция, выдержку реакционной смеси, разделение суспензии фторида кальция и сушку продукта, отличающийся тем, что сначала карбонат кальция смешивают с водой, добавляют кремнефтористоводородную кислоту, получают суспензию фторида кальция, часть полученной суспензии отделяют и направляют в суспензию карбоната кальция в качестве затравки, а остальную часть суспензии фильтруют и отделяют осадок фторида кальция, затем суспензию карбоната кальция смешивают с затравкой фторида кальция и обрабатывают кремнефтористоводородной кислотой, далее отделяют затравку фторида кальция и осадок фторида кальция, причем затравку берут из расчета 15-30% от выхода конечного продукта, окончательное значение рН реакционной смеси перед отделением осадка фторида кальция должно находиться в диапазоне 5-7, суспензию карбоната кальция готовят с соблюдением соотношения твердого к жидкости в диапазоне 1:(2-4,5) на основе части осветленного раствора, полученного при отделении осадка фторида кальция, а остальной осветленный раствор направляют на получение кремнефтористоводородной кислоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подача кремнефтористоводородной кислоты регулируется из расчета 0,05-0,2 кг 100%-ной кислоты в час на 1 кг суспензии карбоната кальция.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработка кремнефтористоводородной кислотой ведется при температуре 40-65°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в раствор кремнефтористоводородной кислоты предварительно подают раствор гидроксида аммония и отфильтровывают осадок оксида кремния.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что смешивание суспензии карбоната кальция с затравкой фторида кальция и ее обработка ведется при температуре 70-95°С.

6. Способ по любому из пп.4-5, отличающийся тем, что образующийся при выдержке реакционной смеси аммиак используют для образования гидроксида аммония, направляемого для обработки кремнефтористоводородной кислоты.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что расход гидроксида аммония регулируется из расчета 0,05-0,15 кг 100% гидроксида аммония в час на 1 кг кремнефтористоводородной кислоты.

8. Устройство для реализации способа получения фторида кальция по п.1, включающее реактор с мешалкой, соединенный с фильтром и далее с сушилкой, отличающееся тем, что между реактором и фильтром расположен агрегат для отделения затравки, дополнительно соединенный с входом в реактор для подачи затравки фторида кальция.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что дополнительно между фильтром и сушилкой установлен гранулятор, причем вход гранулятора соединен с выходом фильтра и выход гранулятора соединен с входом сушилки.

10. Устройство по любому из пп.7 и 8, отличающееся тем, что дополнительно выход фильтра соединен с входом реактора для подачи осветленного раствора.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что дополнительно имеется абсорбер для изготовления кремнефтористоводородной кислоты, входом соединенный с источником фторсодержащих газов, выходом соединенный с входом реактора, дополнительно фильтр на выходе соединен с абсорбером для подачи в него осветленного раствора.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что между абсорбером и реактором имеется дополнительный реактор для взаимодействия водного раствора гидроксида аммония с кремнефтористоводородной кислотой, на вход которого подается гидроксид аммония, а на выходе установлен дополнительный фильтр для отделения оксида кремния.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что имеется дополнительный абсорбер для улавливания аммиака, на вход которого подают аммиак с выхода реактора и воду, а выход соединен с входом дополнительного реактора через емкость для накопления гидроксида аммония.