無(wú)水氟化氫的生產(chǎn)工藝主要有兩種:硫酸法(螢石法)和回收法。目前幾乎所有的工業(yè)化生產(chǎn)裝置均用螢石法,而回收法一直處于開(kāi)發(fā)起步階段,有少數(shù)生產(chǎn)廠(chǎng)家已投入工業(yè)化裝置。 螢石-硫酸法
此法所需的主要原料為螢石和硫酸,兩種原料在生產(chǎn)過(guò)程中均被消耗。生產(chǎn)工藝為:將干燥后的螢石粉和硫酸按配比1:(1.2~1.3)混合,送入回轉(zhuǎn)式反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行反應(yīng),爐內(nèi)氣相溫度控制在280±10℃。反應(yīng)后的氣體進(jìn)入粗餾塔,除去大部分硫酸、水分和螢石粉,塔釜溫度控制在100~110℃,塔頂溫度為35~40℃。由于螢石中含有SiO2、碳酸鈣、氧化鋁及鐵礦石等雜質(zhì),還伴隨有相應(yīng)的副反應(yīng)及其副產(chǎn)物,因此粗氟化氫氣體需再經(jīng)脫氣塔冷凝為液態(tài),塔釜溫度控制在20~23℃,塔頂溫度為一8±1℃,然后進(jìn)入精餾塔精餾,塔釜溫度控制在30~40℃,塔頂溫度為19.6±0.5℃。精餾后將雜質(zhì)除去,得到高純無(wú)水氟化氫。其主反應(yīng)式如下: 回收法
回收法是指對(duì)磷化工業(yè)副產(chǎn)物氟化硅直接回收利用,其中包括氟硅酸銨法、石灰法、Buss法、火焰水解法和堿金屬鹽轉(zhuǎn)化回收法等。 (1)氟硅酸銨法
先將四氟化硅氣體與循環(huán)的氟化銨溶液反應(yīng),生成氟硅酸銨:
SiF4+2NH4F→(NH4)2SiF6
(NH4)2SIF6+(n+2)H2O+4NH3→SiO2.nH2O↓+6NH4F 過(guò)濾除去沉淀的二氧化硅,得到氟化銨溶液。除留足循環(huán)用量外,多余部分在140~150℃濃縮,然后在170~180℃用硫酸分解得無(wú)水氟化氫和硫酸氫銨。 (2)石灰法
3Ca(OH)2,+H2SiF6→3CaF2+SiO2+H2O
產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、造粒后送入轉(zhuǎn)窯,通入蒸汽加熱至1050℃,發(fā)生下述反應(yīng)生成氟化氫:
氟化鈣也可用碳酸鈣懸浮物與氟硅酸直接反應(yīng)生成。
(3)BUSS法(布什法)
將磷肥廠(chǎng)洗滌廢氣得到的氟硅酸濃縮并氣化為HF-SiF4-H2O混合物,然后用多元醇有機(jī)溶劑選擇吸收氟化氫,經(jīng)真空蒸發(fā)從溶劑中解吸氟化氫后,液化、再經(jīng)兩級(jí)精餾提純得無(wú)水氟化氫。 (4)火焰水解法
四氟化硅用氫或烴火焰在1100℃以上水解可得二氧化硅和氟化氫。氣體中約有70%~85%(以元素氟計(jì))轉(zhuǎn)化為氟化氫,用稀的氫氟酸吸收,經(jīng)濃硫酸脫水可得無(wú)水氟化氫。 (5)氟硅酸與硫酸反應(yīng)的回收法
該回收法是在BUSS法基礎(chǔ)上創(chuàng)新改進(jìn)得到的新工藝技術(shù),即利用磷礦石分解產(chǎn)生的磷酸副產(chǎn)氟硅酸為原料與濃硫酸反應(yīng)制取無(wú)水氟化氫工藝技術(shù)。具體生產(chǎn)方法為: H2SiF6?SiF4+H2SO4(濃)→SiF4+2HF+H2SO4(稀)
SiF4氣體返回到接觸器被氟硅酸吸收,反應(yīng)按反應(yīng)下式進(jìn)行: 5SiF4+2H2O→2H2SiF6?SiF4+SiO2(水合物)
氟硅酸吸收SiF4后,經(jīng)式反應(yīng)析出SiO2,濃度增大,與硫酸進(jìn)行反應(yīng)生成HF。
上述生產(chǎn)方法工藝流程主要由濃縮、過(guò)濾、反應(yīng)、蒸餾、預(yù)凈化、精餾、汽提、吸收、尾氣洗滌等單元組成。
①濃縮:稀氟硅酸在濃縮單元生成濃氟硅酸和二氧化硅沉淀。
②過(guò)濾:濃縮反應(yīng)液經(jīng)過(guò)濾分離得到濃氟硅酸,濾餅洗滌產(chǎn)生廢水集中收集后部分作為洗滌水回用,部分送磷酸系統(tǒng)使用,不外排。二氧化硅渣集中收集后進(jìn)一步綜合利用。 ③反應(yīng):過(guò)濾的濃縮氟硅酸進(jìn)入反應(yīng)單元,在濃硫酸的作用下,氟硅酸分解成四氟化硅和氟化氫。
④蒸餾:來(lái)自反應(yīng)的含有氟化氫的混酸反應(yīng)液進(jìn)蒸餾系統(tǒng)蒸餾得到粗HF氣體。
⑤預(yù)凈化和精餾:蒸餾的粗HF氣體在預(yù)凈化塔降溫并除去大部分高沸點(diǎn)雜質(zhì),液體雜質(zhì)返回蒸餾系統(tǒng),粗HF經(jīng)冷凝后泵送到加壓精餾系統(tǒng),輕組分雜質(zhì)SO2、SiF4從塔頂脫除,并送到吸收系統(tǒng);塔底出料為無(wú)水氟化氫產(chǎn)品。 ⑥汽提:蒸餾硫酸含有少量HF通過(guò)汽提塔脫出;塔底得到70%~75%的稀硫酸全部返回到磷酸裝置繼續(xù)使用,汽提出來(lái)的氣體進(jìn)吸收系統(tǒng)。 ⑦吸收和尾氣洗滌:用濃硫酸吸收反應(yīng)、汽提、精餾系統(tǒng)尾氣中所含HF和水分,將分離出的四氟化硅送至濃縮系統(tǒng)進(jìn)行反應(yīng);其余尾氣送至串級(jí)洗滌系統(tǒng)洗滌,洗滌后的達(dá)標(biāo)尾氣高空排大氣;洗滌廢水再次用于二氧化硅濾餅洗滌。