專利名稱：一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法
技術領域：
本發明涉及一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，屬于無機化工生產技術領域。
背景技術：
氟化鉀是一種重要的無機化合物，廣泛應用于玻璃雕刻、食品防腐、電鍍和氟化氫鉀的制備等；在焊接領域主要用作各種合金或金屬焊接的助熔劑，在有機化合物生成領域用作氟化劑，還可以用作吸收氟化氫和水分的吸收劑，在農藥領域用于生產氟乙酸鈉和氟乙酸胺殺蟲劑，在醫藥領域用于制備氟哌酸等；氟化鉀傳統的生產方法是以氫氟酸為原料與氫氧化鉀反應，但該方法成本較高。白炭黑，學名輕質二氧化硅，主要用作農藥、消防的分散劑，橡膠、塑料的補強劑；白炭黑傳統的生產方法為水玻璃酸解法，但該方法中有復雜的硅酸聚合體等雜質，影響白炭黑的質量。碳酸鉀是一種白色結晶粉末，溶于水且水溶液呈堿性，它是無機化工、醫藥、輕工領域中重要的原料之一，主要用于光學玻璃、電子管、電視顯像管、印染、油墨、照像藥品、聚酯、炸藥、電鍍、陶瓷、建材、鉀肥皂及藥物的生產；可以用作氣體吸附劑、干粉滅火劑和橡膠防老劑，還可以用于脫除化肥合成氣中的二氧化碳；隨著高新技術的不斷開發，碳酸鉀在洗滌助劑、味精和食品等領域的應用也日趨擴大，但其在氟化鉀制備工藝中作為原料的應 用尚未見報道。粗氟硅酸鉀是濕法磷酸脫氟凈化過程中的副產物，用途少并且對周圍環境有一定危害；目前制備氟化鉀的方法大都為以氫氟酸為原料與氫氧化鉀反應，但該方法成本較高不宜廣泛應用。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方
法，特別是利用濕法磷酸脫氟凈化過程中的副產物粗氟硅酸鉀制備氟化鉀同時還聯產白炭
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o術語說明粗氟硅酸鉀:濕法磷酸脫氟凈化過程中的副產物，其純度較低，含有可溶性磷，直接排放對環境造成污染。粗氟硅酸鉀的成分組成為K2SiF6 ^ 90%。工業級氟硅酸鉀:市售產品，K2SiF6彡98wt%。本發明的技術方案如下:一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(I)將質量濃度為10 40%的氟硅酸鉀料漿與質量濃度為10 50%的碳酸鉀溶液在50 105°C反應0.5 2小時，得到包含氟化鉀溶液和二氧化硅固體的混合料漿，放出二氧化碳氣體；所述的氟硅酸鉀與碳酸鉀的摩爾比為1: (2.0 2.5);(2)反應完成后，將步驟(I)中的混合料漿靜置沉降I 4小時后進行過濾，得到二氧化硅固體的濾餅和氟化鉀溶液的濾液；
(3)將步驟(2)中的濾餅用清水進行洗滌后100 120°C干燥I 3小時得比表面積為130 200m2/g的成品白炭黑；將步驟(2)中的氟化鉀溶液的濾液冷卻、結晶、過濾分離，得固體和濾液，固體100 120°C干燥I 3小時后即得氟化鉀產品。根據本發明優選的，步驟(I)中的氟硅酸鉀料漿由工業級氟硅酸鉀加水配制而得，或用濕法磷酸脫氟凈化過程中得到的粗氟硅酸鉀用60 80°C熱水洗滌除雜后再加水配制而得。根據本發明優選的，所述步驟(I)中氟硅酸鉀料漿的質量濃度為10 30%，碳酸鉀溶液的質量濃度為20 40% ;氟硅酸鉀:碳酸鉀的摩爾比為1: (2.0 2.2)。根據本發明優選的，所述步驟(I)中反應的終點pH為7 12，特別優選pH為8 11 ;反應溫度優選60 90°C。反應生成的二氧化碳氣體作為合成輕質碳酸鈣的原料。根據本發明優選的，所述步驟(3)中對濾餅進行洗滌的方式為分級洗滌2 5次，末次洗滌用清水進行，特別優選的洗滌方式為用清水洗滌2 5次，直至洗出液呈中性，以將殘留在濾餅表面的碳酸鉀和氟化鉀洗凈。洗水返回步驟(I)配制氟硅酸鉀料漿或碳酸鉀溶液以達到循環使用的目的。氟化鉀溶液冷卻、結晶、過濾分離后濾液返回步驟(I)配制氟硅酸鉀料漿或碳酸鉀溶液循環利用。根據本發明優選的，步驟(3)中氟化鉀溶液的冷卻、結晶溫度為0°C 40°C，其中優選0 30°C，從節約冷源考慮可優選冷卻、結晶溫度為10 20°C。本發明產物氟化鉀的純度參照氟化鉀行業標準HG/T2829-2008，通過強酸型陽離子交換柱交換成氟化氫，以酚酞為指示液，用氫氧化鈉標準溶液滴定測定。本發明中所涉及的化學反應方程式有:K2SiF6+2K2C03=6 KF+Si02 丨 +2C02 f本發明以氟硅酸鉀特別是能以濕法磷酸脫氟凈化過程中的副產物粗氟硅酸鉀為原料與碳酸鉀反應制備氟化鉀并聯產白炭黑和輕質碳酸鈣，能夠有效節約生產成本、減少固體廢棄物排放、保護環境，生產經濟價值高的產品。與現有技術相比本發明有以下有益效果:1、以碳酸鉀和氟硅酸鉀為原料，與傳統的以氫氟酸和氫氧化鉀為原料制備氟化鉀的方法相比降低了生產成本，特別是以濕法磷酸脫氟凈化得到的粗氟硅酸鉀為原料時，成本更低。用本發明的方法生產出的氟化鉀純度能達到99.0% 99.9%，白炭黑的比表面能達到130 200m2/g，完全達到了工業標準的要求。2、粗氟硅酸鉀是濕法磷酸脫氟凈化過程中的副產物，用途較少并且對周圍環境有一定危害，本法明的方法能夠有效地解決粗氟硅酸鉀的開發利用和環保問題，具有很好的經濟效益和社會效益。3、為碳酸鉀在濕法磷酸中氟的綜合利用工藝中的應用提供了有效途徑。4、本發明制備氟化鉀的同時制備了有價值的白炭黑產品，實現了化學物料的充分利用。5、本發明的工藝步驟簡單，應用性好，二氧化碳凈化后作為生產輕質碳酸鈣的原料，母液循環利用，無危害環境的產物排放，生產環境友好。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發明做進一步說明，但不限于此。實施例1 4所用的粗氟硅酸鉀是常規濕法磷酸脫氟凈化過程中的副產物，K2SiF6彡90wt%，源自山東金正大生態工程股份有限公司貴州基地水溶肥項目。實施例5 6所用的工業級氟硅酸鉀，K2SiF6彡98.5wt%,山東紅日阿康化工股份有限公司有售。實施例中所用的其他原料均為常規市購產品，所用設備均為本技術領域常規設備。實施例1一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(I)粗氟硅酸鉀經熱水(60°C)洗滌至中性，配制成質量濃度為20%的氟硅酸鉀料漿，取2000公斤氟硅酸鉀料漿緩慢加入到質量濃度為30%的碳酸鉀溶液中，氟硅酸鉀與碳酸鉀的摩爾比為1:2.2，控制反應溫度80°C反應I小時，得到包含氟化鉀溶液及二氧化硅固體的混合料漿；反應生成的二氧化碳氣體能作為合成輕質碳酸鈣的原料；(2)反應完成后，將料漿靜置沉降4小時并進行過濾，得到固體二氧化硅的濾餅和氟化鉀溶液的濾液；(3)二氧化硅濾餅用清水洗滌4次，至洗出液呈中性，110°C干燥2小時得比表面積為180m2/g的成品白炭黑172公斤，洗水返回配制氟硅酸鉀料漿以達到循環使用的目的；氟化鉀溶液冷卻至10°C、結晶、過濾分離，得固體和濾液，固體干燥后制得純度為99.3%的氟化鉀產品623公斤，濾液返回配制碳酸鉀溶液循環利用。實施例2一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(I)粗氟硅酸鉀經熱水(80°C)洗滌至中性，配制成質量濃度為30%的氟硅酸鉀料漿，取2000公斤氟硅酸鉀料漿緩慢加入到質量濃度為20%的碳酸鉀溶液中，氟硅酸鉀與碳酸鉀的摩爾比為1:2.0，控制反應溫度90°C反應0.5小時，得到包含氟化鉀溶液及二氧化硅固體的混合料漿；反應生成的二氧化碳氣體能作為合成輕質碳酸鈣的原料；(2)反應完成后，將料漿靜置沉降3小時并進行過濾，得到固體二氧化硅的濾餅和氟化鉀溶液的濾液；(3)二氧化硅濾餅用清水洗滌5次，至洗出液呈中性，120°C干燥I小時得比表面積為150m2/g的成品白炭黑262公斤，洗水返回配制氟硅酸鉀料漿以達到循環使用的目的；氟化鉀溶液冷卻至20°C、結晶、過濾分離，得固體和濾液，固體干燥后制得純度為99.7%的氟化鉀產品927公斤，濾液返回配制碳酸鉀溶液循環利用。實施例3一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(I)粗氟硅酸鉀經熱水(60°C)洗滌至中性，配制成質量濃度為10%的氟硅酸鉀料漿，取2000公斤氟硅酸鉀料漿緩慢加入到質量濃度為40%的碳酸鉀溶液中，氟硅酸鉀與碳酸鉀的摩爾比為1:2.1，控制反應溫度60°C反應2小時，得到包含氟化鉀溶液及二氧化硅固體的混合料漿；反應生成的二氧化碳氣體能作為合成輕質碳酸鈣的原料；
(2)反應完成后，將料漿靜置沉降2小時并進行過濾，得到固體二氧化硅的濾餅和氟化鉀溶液的濾液；
(3)二氧化硅濾餅用清水洗滌3次，至洗出液呈中性，100°C干燥3小時得比表面積為198m2/g的成品白炭黑87公斤，洗水返回配制氟硅酸鉀料漿以達到循環使用的目的；氟化鉀溶液冷卻至0°C、結晶、過濾分離，得固體和濾液，固體干燥后制得純度為99.0%的氟化鉀產品310公斤，濾液返回配制碳酸鉀溶液循環利用。實施例4一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(1)粗氟硅酸鉀經熱水(70°C)洗滌至中性，配制成質量濃度為25%的氟硅酸鉀料漿，取2000公斤氟硅酸鉀料漿緩慢加入到質量濃度為15%的碳酸鉀溶液中，氟硅酸鉀與碳酸鉀的摩爾比為1:2.05，控制反應溫度75°C反應1.5小時，得到包含氟化鉀溶液及二氧化硅固體的混合料漿；反應生成的二氧化碳氣體能作為合成輕質碳酸鈣的原料；(2)反應完成后，將料漿靜置沉降2小時并進行過濾，得到固體二氧化硅的濾餅和氟化鉀溶液的濾液；(3)二氧化硅濾餅用清水洗滌4次，至洗出液呈中性，115°C干燥2小時得比表面積為146m2/g的成品白炭黑218公斤，洗水返回配制氟硅酸鉀料漿以達到循環使用的目的；氟化鉀溶液冷卻至30°C、結晶、過濾分離，得固體和濾液，固體干燥后制得純度為99.9%的氟化鉀產品733公斤，濾液返回配制碳酸鉀溶液循環利用。實施例5一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(1)工業級氟硅酸鉀加水配制成質量濃度為20%的氟硅酸鉀料漿，取2000公斤氟硅酸鉀料漿緩慢加入到質量濃度為20%的碳酸鉀溶液中，氟硅酸鉀與碳酸鉀的摩爾比為1:
2.2，控制反應溫度65°C反應2小時，得到包含氟化鉀溶液及二氧化硅固體的混合料漿；反應生成的二氧化碳氣體能作為合成輕質碳酸鈣的原料；(2)反應完成后，將料漿靜置沉降2小時并進行過濾，得到固體二氧化硅的濾餅和氟化鉀溶液的濾液；(3)二氧化硅濾餅用清水洗滌4次，至洗出液呈中性，110°C干燥2小時得比表面積為191m2/g的成品白炭黑173公斤，洗水返回配制氟硅酸鉀料漿以達到循環使用的目的；氟化鉀溶液冷卻至30°C、結晶、過濾分離，得固體和濾液，固體干燥后制得純度為99.9%的氟化鉀產品594公斤，濾液返回配制碳酸鉀溶液循環利用。實施例6一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(1)工業級氟硅酸鉀加水配制成質量濃度為25%的氟硅酸鉀料漿，取2000公斤氟硅酸鉀料漿緩慢加入到質量濃度為10%的碳酸鉀溶液中，氟硅酸鉀與碳酸鉀的摩爾比為1:
2.1，控制反應溫度75°C反應I小時，得到包含氟化鉀溶液及二氧化硅固體的混合料漿；反應生成的二氧化碳氣體能作為合成輕質碳酸鈣的原料；(2)反應完成后，將料漿靜置沉降3小時并進行過濾，得到固體二氧化硅的濾餅和氟化鉀溶液的濾液；(3)二氧化硅濾餅用清水洗滌5次，至洗出液呈中性，120°C干燥1.5小時得比表面積為200m2/g的成品白炭黑217公斤，洗水返回配制氟硅酸鉀料漿以達到循環使用的目的；氟化鉀溶液冷卻至10°C、結晶、過濾分離，得固體和濾液，固體干燥后制得純度為99.5%的氟化鉀產品769公斤，濾液返回配制碳酸鉀溶液循環利用。通過實施例1 4可以看出，以濕法磷酸生產過程中的副產物氟硅酸鉀為原料，雖然其純度較低，含有的雜質較多，但是通過初步提純后的氟硅酸鉀制備的氟化鉀的純度能達到99%以上，制備的白炭黑的比表面積能達到130 200m2/g，完全符合工業生產的要求，具有顯著的進步和優良的效果。通過實施例5 6可以看出，以工業級氟硅酸鉀為原料，制備出的氟化鉀的純度能達到99.5%以 上，制備的白炭黑的比表面積能達到150 200m2/g，完全符合工業生產的要求。
權利要求
1.一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)將質量濃度為10 40%的氟硅酸鉀料漿與質量濃度為10 50%的碳酸鉀溶液在50 105°C反應0.5 2小時，得到包含氟化鉀溶液和二氧化硅固體的混合料漿，放出二氧化碳氣體；所述的氟硅酸鉀與碳酸鉀的摩爾比為1: (2.0 2.5); (2)反應完成后，將步驟(I)中的混合料漿靜置沉降I 4小時后進行過濾，得到二氧化硅固體的濾餅和氟化鉀溶液的濾液； (3)將步驟(2)中的濾餅用清水進行洗滌后100 120°C干燥I 3小時得比表面積為130 200m2/g的成品白炭黑；將步驟(2)中的氟化鉀溶液的濾液冷卻、結晶、過濾分離，得固體和濾液， 固體100 120°C干燥I 3小時后即得氟化鉀產品。
2.根據權利要求1所述的用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，其特征在于，步驟(I)中的氟硅酸鉀料漿由工業級氟硅酸鉀加水配制而得，或用濕法磷酸脫氟凈化過程中得到的粗氟硅酸鉀用60 80°C熱水洗滌除雜后再加水配制而得。
3.根據權利要求1所述的用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，其特征在于，所述步驟(I)中氟硅酸鉀料漿的質量濃度為10 30%，碳酸鉀溶液的質量濃度為20 40% ；氟硅酸鉀:碳酸鉀的摩爾比為1:(2.0 2.2)，反應溫度為60 90°C。
4.根據權利要求1所述的一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，其特征在于所述步驟(I)中反應生成的二氧化碳氣體用作合成輕質碳酸鈣的原料。
5.根據權利要求1所述的用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，其特征在于，所述步驟(3)中對濾餅進行洗滌的方式為分級洗滌2 5次，末次洗滌用清水進行，優選的洗滌方式為用清水洗滌2 5次，直至洗出液呈中性。
6.根據權利要求1所述的用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，其特征在于，步驟(3)中氟化鉀溶液的冷卻、結晶溫度為0°C 40°C。
7.根據權利要求1所述的一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，其特征在于所述步驟(3)中濾液返回步驟(I)配制氟硅酸鉀料漿或碳酸鉀溶液循環利用。
全文摘要
本發明涉及一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯產白炭黑的方法，該方法步驟為將氟硅酸鉀料漿與碳酸鉀溶液反應得到混合料漿；反應完成后將混合料漿靜置沉降后進行過濾，得到濾餅和濾液；將濾餅用清水進行洗滌后干燥得成品白炭黑；將濾液冷卻、結晶、過濾分離，得固體和濾液，固體干燥后即得固體氟化鉀產品。本發明以氟硅酸鉀和碳酸鉀為原料，成本低廉且能有效解決粗氟硅酸鉀開發利用和環保問題，有很好經濟效益和社會效益，為碳酸鉀在濕法磷酸脫氟工藝中應用提供有效途徑；制備氟化鉀并同時制備白炭黑，操作簡單，原料利用率高。
文檔編號C01B33/12GK103101931SQ20131006081
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月26日 優先權日2013年2月26日
發明者胡兆平, 李新柱, 邢士玉, 徐文鳳, 張西興, 李樹坤 申請人:山東金正大生態工程股份有限公司