一种萤石制备氟化铵的工艺及装置的制作方法

2021-01-30 20:01:40|

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本发明属于无机化工领域，具体的涉及一种萤石制备氟化铵的工工艺和装置。

背景技术：

氟化铵作为一种重要的氟盐，在玻璃刻蚀、冰晶石生产、防腐、抛光剂等方面用途广泛。

目前，生产氟化铵的主要方法分为气相法和液相法。气相法为以高纯液氨气化，再和高纯无水氟化氢直接反应，产品纯度高，成本高，产品一般在用于电子和医药特殊场合。液相法是以氢氟酸或氟硅酸水溶液和氨气反应制备出氟化铵溶液，再加氨调节ph、蒸发结晶得到产品，由于氢氟酸价格较贵，通常以不合格氟化氢作为原料，原料来源受到限制，采用氟硅酸合成法同样受到氟硅酸原料限制。同时，两种液相法均在蒸发阶段氟化铵部分分解，需要再加入氨水调节ph，操作繁琐。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术的问题，提供一种萤石制备氟化铵的工艺，包括如下步骤：

1)将萤石细碎后得到萤石粉，在反应炉中将萤石粉与硫酸铵粉末混匀，加热，得到硫酸钙固体和氟化铵，收集挥发出的氟化铵；

2)配制碳酸铵溶液，与步骤1)中的硫酸钙反应，过滤，得到碳酸钙滤饼和硫酸铵溶液，蒸发硫酸铵溶液得到硫酸铵晶体，硫酸铵用于下一个生产周期的步骤1)中；

3)重复步骤1)～2)，步骤1)中的硫酸铵采用上一个生产周期中步骤2)产生的硫酸铵，进入下一生产个周期，如此循环生产。

本发明提供的另一种萤石制备氟化铵的工艺，是采用萤石制备氟化铵的装置，所述装置包括通过管道连接的高温反应炉、氟化铵吸收釜、水喷射泵、氟化铵晶体过滤筒、第一离心泵、第二离心泵、去离子水水槽，高温反应炉、氟化铵吸收釜、水喷射泵、去离子水水槽、第二离心泵依次通过导管连接；所述氟化铵晶体过滤筒在氟化铵吸收釜上方，氟化铵吸收釜、第一离心泵、氟化铵晶体过滤筒通过管道构成闭合回路；所述第二离心泵出口处管道分流，分别连接水喷射泵液体入口端和和a管，a管与b管连接相通，所述水喷射泵在去离子水水槽正上方，气液出口端连接去离子水水槽。

作为优选地，连接高温反应炉与氟化铵吸收釜的管道b倾斜安装，氟化铵吸收釜处于较低端，第一离心泵出口处还有管道a分流，管道a在管道b上方，另一端连接靠高温反应炉的较高端。

作为优选地，在高温反应炉(1)和b管道之间还连接有氟化铵净化槽，氟化铵净化槽能加热，填充有氟化钠或氟化钾颗粒。萤石中常含有有害杂质石英，在硫酸铵和萤石反应时，石英会参与反应形成四氟化硅进入氟化铵产品中，可以以氟化钠或氟化钾吸收四氟化硅，该操作可以利用廉价的石英含量较高的萤石。

在上述方案中，氟化铵晶体过滤筒包括如下构造筒体(a)、圆锥形滤板(b)、搅拌装置(c)、晶体排放口(d)、晶体悬浊液入口(e)、过滤后溶液出口(f)，能过滤截留、排放氟化铵晶体。

所述工艺包括如下步骤：

1)准备阶段，预热高温反应炉，在氟化铵吸收釜、去离子水水槽中加入去离子水；

2)制备氟化铵阶段，在高温反应炉中加入硫酸铵和萤石粉末，运行第二离心泵，在高温反应炉中产生氟化铵，通过氟化铵净化槽、管道b进入氟化铵吸收釜被吸收，随着氟化铵浓度升高，析出结晶形成氟化铵悬浊液；

3)冲洗管道阶段，运行第二离心泵出口端至a管道上的阀门，氟化铵溶液经过a管道、b管道，洗涤管道上残余的氟化铵晶体进入氟化铵吸收釜；

4)分离氟化铵产物和排渣阶段，待反应结束，排出高温反应炉中的硫酸钙渣，运行第一离心泵，氟化铵悬浊液进入氟化铵晶体过滤筒，开启阀门氟化铵晶体过滤筒排出氟化铵晶体；

5)重复步骤2～4，进入下一个生产周期，如此循环；

作为优选地，步骤2)中萤石粉中氟化钙成分与硫酸铵物质的量比为1:1～1.4，反应时间60～150min，温度350～500℃，硫酸铵略过量能提高氟化钙转化率，而且过量的硫酸铵溶解度大，能与碳化后的碳酸钙过滤分离。

本发明原理如下

硫酸铵与氟化钙在高温下反应，得到硫酸钙和氟化铵：

(nh4)2so4+caf2＝caso4+2nh4f

高温下氟化铵分解为氟化氢和氨气的混合物：

nh4f＝nh3↑+hf↑

低温下，氨气和氟化氢重新化合得到氟化铵：

nh3+hf＝nh4f

产生的硫酸钙与碳酸铵溶液(碳酸氢铵的氨水溶液)反应：

caso4+(nh4)2co3＝(nh4)2so4+caco3↓

总反应为：(nh4)2co3+caf2＝2nh4f+caco3

可见，本工艺并未实际消耗硫酸铵，同时产生了有价物质碳酸钙，避免了生成利用价值低的硫酸钙。

该方法能达到以下有益效果：1)以来源广泛的萤石为原料直接合成氟化铵，流程短，成本低；2)采用本发明装置，结构简单，密封性好，避免氨气、氟化铵有害气体泄露，环保；3)氟化钙利用率高，能充分反应；4)无石膏副产物生成，碳酸钙有利用前景，经济效益好；5)由于密封生产，抑制氨气溢出，氟化铵分解少，产物纯度高；6)可以直接利用含有一定量碳酸钙、石英杂质的萤石，降低原料成本。

附图说明

图1是本发明实施例1中的萤石制备氟化铵的装置的结构示意图。

图2是本发明方法的氟化铵晶体过滤筒结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

采用的萤石氟化钙含量为98％，萤石粉主要成分表如表1，实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7及碳酸钙成分如表2。

实施例1构建萤石制备氟化铵的装置

构建如图1所示的萤石制备氟化铵的装置，包括如下结构：高温反应炉1、氟化铵吸收釜2、水喷射泵3、氟化铵晶体过滤筒4、第一离心泵5、第二离心泵6、去离子水水槽7，高温反应炉1、氟化铵吸收釜2通过b管连接，高温反应炉1、氟化铵吸收釜2、水喷射泵3、去离子水水槽7、第二离心泵6依次通过导管连接；氟化铵晶体过滤筒4在氟化铵吸收釜2上方，氟化铵吸收釜2、第一离心泵5、氟化铵晶体过滤筒4通过管道构成闭合回路；第二离心泵6出口处管道分流成两路，分别连接水喷射泵3液体入口端和和a管，a管与b管连接相通，水喷射泵3在去离子水水槽7正上方，气液出口端连接去离子水水槽7。在高温反应炉1和b管道之间还连接有氟化铵净化槽8，氟化铵净化槽8能加热，填充有氟化钠或氟化钾颗粒。

连接高温反应炉1与氟化铵吸收釜2的管道b倾斜安装，b管靠近氟化铵吸收釜2处于较低端，另一端连接靠高温反应炉1的较高端。

氟化铵晶体过滤筒4包括如下构造筒体a、圆锥形滤板b、搅拌装置c、晶体排放口d、晶体悬浊液入口e、过滤后溶液出口f，能过滤截留、排放氟化铵晶体。

实施例2采用实施例1所述的装置用萤石制备氟化铵

1)准备阶段，预热高温反应炉1至500℃，在氟化铵吸收釜2、去离子水水槽7中加入去离子水；

2)制备氟化铵阶段，在高温反应炉1中加入8.43kg硫酸铵和5kg萤石粉末，运行第二离心泵6，在高温反应炉1中产生氟化铵，时间90min，通过氟化铵净化槽8、管道b进入氟化铵吸收釜2被吸收，随着氟化铵浓度升高，析出结晶形成氟化铵悬浊液；

3)冲洗管道阶段，运行第二离心泵6出口端至a管道上的阀门，氟化铵溶液经过a管道、b管道，洗涤管道上残余的氟化铵晶体进入氟化铵吸收釜2；

4)分离氟化铵产物和排渣阶段，待反应结束，排出高温反应炉1中的硫酸钙渣，运行第一离心泵5，氟化铵悬浊液进入氟化铵晶体过滤筒4，开启阀门氟化铵晶体过滤筒4排出氟化铵晶体；

5)将步骤4)获得的的硫酸钙加水配制成悬浊液，加入碳酸铵溶液(含碳酸氢铵5kg和氨1.1kg)，搅拌90min，过滤，获得碳酸钙滤饼和硫酸铵溶液，蒸干后用于下一周期步骤2)；

6)重复步骤2～4，循环操作一次；

氟化铵经过干燥质量依次为1.69kg，2.35kg，纯度均超过98％。

实施例3萤石制备氟化铵

1)准备阶段，预热高温反应炉1至350℃，在氟化铵吸收釜2、去离子水水槽7中加入去离子水；