專利名稱：一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，屬于無(wú)機(jī)化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氟化鉀是一種重要的無(wú)機(jī)化合物，廣泛應(yīng)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(lǐng)域主要用作各種合金或金屬焊接的助熔劑，在有機(jī)化合物生成領(lǐng)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(nóng)藥領(lǐng)域用于生產(chǎn)氟乙酸鈉和氟乙酸胺殺蟲劑，在醫(yī)藥領(lǐng)域用于制備氟哌酸等；氟化鉀傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法是以氫氟酸為原料與氫氧化鉀反應(yīng)，但該方法成本較高。白炭黑，學(xué)名輕質(zhì)二氧化硅，主要用作農(nóng)藥、消防的分散劑，橡膠、塑料的補(bǔ)強(qiáng)劑；白炭黑傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法為水玻璃酸解法，但該方法中有復(fù)雜的硅酸聚合體等雜質(zhì)，影響白炭黑的質(zhì)量。碳酸鉀是一種白色結(jié)晶粉末，溶于水且水溶液呈堿性，它是無(wú)機(jī)化工、醫(yī)藥、輕工領(lǐng)域中重要的原料之一，主要用于光學(xué)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(chǎn)；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(shù)的不斷開發(fā)，碳酸鉀在洗滌助劑、味精和食品等領(lǐng)域的應(yīng)用也日趨擴(kuò)大，但其在氟化鉀制備工藝中作為原料的應(yīng) 用尚未見報(bào)道。粗氟硅酸鉀是濕法磷酸脫氟凈化過(guò)程中的副產(chǎn)物，用途少并且對(duì)周圍環(huán)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(yīng)，但該方法成本較高不宜廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方
法，特別是利用濕法磷酸脫氟凈化過(guò)程中的副產(chǎn)物粗氟硅酸鉀制備氟化鉀同時(shí)還聯(lián)產(chǎn)白炭
m
o術(shù)語(yǔ)說(shuō)明粗氟硅酸鉀:濕法磷酸脫氟凈化過(guò)程中的副產(chǎn)物，其純度較低，含有可溶性磷，直接排放對(duì)環(huán)境造成污染。粗氟硅酸鉀的成分組成為K2SiF6 ^ 90%。工業(yè)級(jí)氟硅酸鉀:市售產(chǎn)品，K2SiF6彡98wt%。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(I)將質(zhì)量濃度為10 40%的氟硅酸鉀料漿與質(zhì)量濃度為10 50%的碳酸鉀溶液在50 105°C反應(yīng)0.5 2小時(shí)，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?xì)怏w；所述的氟硅酸鉀與碳酸鉀的摩爾比為1: (2.0 2.5);(2)反應(yīng)完成后，將步驟(I)中的混合料漿靜置沉降I 4小時(shí)后進(jìn)行過(guò)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(jìn)行洗滌后100 120°C干燥I 3小時(shí)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(jié)晶、過(guò)濾分離，得固體和濾液，固體100 120°C干燥I 3小時(shí)后即得氟化鉀產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(I)中的氟硅酸鉀料漿由工業(yè)級(jí)氟硅酸鉀加水配制而得，或用濕法磷酸脫氟凈化過(guò)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(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(I)中氟硅酸鉀料漿的質(zhì)量濃度為10 30%，碳酸鉀溶液的質(zhì)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(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(I)中反應(yīng)的終點(diǎn)pH為7 12，特別優(yōu)選pH為8 11 ;反應(yīng)溫度優(yōu)選60 90°C。反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w作為合成輕質(zhì)碳酸鈣的原料。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌的方式為分級(jí)洗滌2 5次，末次洗滌用清水進(jìn)行，特別優(yōu)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(dá)到循環(huán)使用的目的。氟化鉀溶液冷卻、結(jié)晶、過(guò)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(huán)利用。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中氟化鉀溶液的冷卻、結(jié)晶溫度為0°C 40°C，其中優(yōu)選0 30°C，從節(jié)約冷源考慮可優(yōu)選冷卻、結(jié)晶溫度為10 20°C。本發(fā)明產(chǎn)物氟化鉀的純度參照氟化鉀行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T2829-2008，通過(guò)強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換柱交換成氟化氫，以酚酞為指示液，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定測(cè)定。本發(fā)明中所涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式有:K2SiF6+2K2C03=6 KF+Si02 丨 +2C02 f本發(fā)明以氟硅酸鉀特別是能以濕法磷酸脫氟凈化過(guò)程中的副產(chǎn)物粗氟硅酸鉀為原料與碳酸鉀反應(yīng)制備氟化鉀并聯(lián)產(chǎn)白炭黑和輕質(zhì)碳酸鈣，能夠有效節(jié)約生產(chǎn)成本、減少固體廢棄物排放、保護(hù)環(huán)境，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明有以下有益效果:1、以碳酸鉀和氟硅酸鉀為原料，與傳統(tǒng)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(chǎn)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(shí)，成本更低。用本發(fā)明的方法生產(chǎn)出的氟化鉀純度能達(dá)到99.0% 99.9%，白炭黑的比表面能達(dá)到130 200m2/g，完全達(dá)到了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。2、粗氟硅酸鉀是濕法磷酸脫氟凈化過(guò)程中的副產(chǎn)物，用途較少并且對(duì)周圍環(huán)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(fā)利用和環(huán)保問(wèn)題，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。3、為碳酸鉀在濕法磷酸中氟的綜合利用工藝中的應(yīng)用提供了有效途徑。4、本發(fā)明制備氟化鉀的同時(shí)制備了有價(jià)值的白炭黑產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)物料的充分利用。5、本發(fā)明的工藝步驟簡(jiǎn)單，應(yīng)用性好，二氧化碳凈化后作為生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣的原料，母液循環(huán)利用，無(wú)危害環(huán)境的產(chǎn)物排放，生產(chǎn)環(huán)境友好。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。實(shí)施例1 4所用的粗氟硅酸鉀是常規(guī)濕法磷酸脫氟凈化過(guò)程中的副產(chǎn)物，K2SiF6彡90wt%，源自山東金正大生態(tài)工程股份有限公司貴州基地水溶肥項(xiàng)目。實(shí)施例5 6所用的工業(yè)級(jí)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(shí)施例中所用的其他原料均為常規(guī)市購(gòu)產(chǎn)品，所用設(shè)備均為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)設(shè)備。實(shí)施例1一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(I)粗氟硅酸鉀經(jīng)熱水(60°C)洗滌至中性，配制成質(zhì)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(zhì)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(yīng)溫度80°C反應(yīng)I小時(shí)，得到包含氟化鉀溶液及二氧化硅固體的混合料漿；反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w能作為合成輕質(zhì)碳酸鈣的原料；(2)反應(yīng)完成后，將料漿靜置沉降4小時(shí)并進(jìn)行過(guò)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(shí)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(dá)到循環(huán)使用的目的；氟化鉀溶液冷卻至10°C、結(jié)晶、過(guò)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(chǎn)品623公斤，濾液返回配制碳酸鉀溶液循環(huán)利用。實(shí)施例2一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(I)粗氟硅酸鉀經(jīng)熱水(80°C)洗滌至中性，配制成質(zhì)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(zhì)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(yīng)溫度90°C反應(yīng)0.5小時(shí)，得到包含氟化鉀溶液及二氧化硅固體的混合料漿；反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w能作為合成輕質(zhì)碳酸鈣的原料；(2)反應(yīng)完成后，將料漿靜置沉降3小時(shí)并進(jìn)行過(guò)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(shí)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(dá)到循環(huán)使用的目的；氟化鉀溶液冷卻至20°C、結(jié)晶、過(guò)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(chǎn)品927公斤，濾液返回配制碳酸鉀溶液循環(huán)利用。實(shí)施例3一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(I)粗氟硅酸鉀經(jīng)熱水(60°C)洗滌至中性，配制成質(zhì)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(zhì)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(yīng)溫度60°C反應(yīng)2小時(shí)，得到包含氟化鉀溶液及二氧化硅固體的混合料漿；反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w能作為合成輕質(zhì)碳酸鈣的原料；

(2)反應(yīng)完成后，將料漿靜置沉降2小時(shí)并進(jìn)行過(guò)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(shí)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(dá)到循環(huán)使用的目的；氟化鉀溶液冷卻至0°C、結(jié)晶、過(guò)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(chǎn)品310公斤，濾液返回配制碳酸鉀溶液循環(huán)利用。實(shí)施例4一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(1)粗氟硅酸鉀經(jīng)熱水(70°C)洗滌至中性，配制成質(zhì)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(zhì)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(yīng)溫度75°C反應(yīng)1.5小時(shí)，得到包含氟化鉀溶液及二氧化硅固體的混合料漿；反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w能作為合成輕質(zhì)碳酸鈣的原料；(2)反應(yīng)完成后，將料漿靜置沉降2小時(shí)并進(jìn)行過(guò)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(shí)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(dá)到循環(huán)使用的目的；氟化鉀溶液冷卻至30°C、結(jié)晶、過(guò)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(chǎn)品733公斤，濾液返回配制碳酸鉀溶液循環(huán)利用。實(shí)施例5一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(1)工業(yè)級(jí)氟硅酸鉀加水配制成質(zhì)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(zhì)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(yīng)溫度65°C反應(yīng)2小時(shí)，得到包含氟化鉀溶液及二氧化硅固體的混合料漿；反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w能作為合成輕質(zhì)碳酸鈣的原料；(2)反應(yīng)完成后，將料漿靜置沉降2小時(shí)并進(jìn)行過(guò)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(shí)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(dá)到循環(huán)使用的目的；氟化鉀溶液冷卻至30°C、結(jié)晶、過(guò)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(chǎn)品594公斤，濾液返回配制碳酸鉀溶液循環(huán)利用。實(shí)施例6一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，該方法包括以下步驟:(1)工業(yè)級(jí)氟硅酸鉀加水配制成質(zhì)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(zhì)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(yīng)溫度75°C反應(yīng)I小時(shí)，得到包含氟化鉀溶液及二氧化硅固體的混合料漿；反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w能作為合成輕質(zhì)碳酸鈣的原料；(2)反應(yīng)完成后，將料漿靜置沉降3小時(shí)并進(jìn)行過(guò)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(shí)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(dá)到循環(huán)使用的目的；氟化鉀溶液冷卻至10°C、結(jié)晶、過(guò)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(chǎn)品769公斤，濾液返回配制碳酸鉀溶液循環(huán)利用。通過(guò)實(shí)施例1 4可以看出，以濕法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物氟硅酸鉀為原料，雖然其純度較低，含有的雜質(zhì)較多，但是通過(guò)初步提純后的氟硅酸鉀制備的氟化鉀的純度能達(dá)到99%以上，制備的白炭黑的比表面積能達(dá)到130 200m2/g，完全符合工業(yè)生產(chǎn)的要求，具有顯著的進(jìn)步和優(yōu)良的效果。通過(guò)實(shí)施例5 6可以看出，以工業(yè)級(jí)氟硅酸鉀為原料，制備出的氟化鉀的純度能達(dá)到99.5%以 上，制備的白炭黑的比表面積能達(dá)到150 200m2/g，完全符合工業(yè)生產(chǎn)的要求。
權(quán)利要求
1.一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)將質(zhì)量濃度為10 40%的氟硅酸鉀料漿與質(zhì)量濃度為10 50%的碳酸鉀溶液在50 105°C反應(yīng)0.5 2小時(shí)，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?xì)怏w；所述的氟硅酸鉀與碳酸鉀的摩爾比為1: (2.0 2.5); (2)反應(yīng)完成后，將步驟(I)中的混合料漿靜置沉降I 4小時(shí)后進(jìn)行過(guò)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(jìn)行洗滌后100 120°C干燥I 3小時(shí)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(jié)晶、過(guò)濾分離，得固體和濾液， 固體100 120°C干燥I 3小時(shí)后即得氟化鉀產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)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(yè)級(jí)氟硅酸鉀加水配制而得，或用濕法磷酸脫氟凈化過(guò)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(jù)權(quán)利要求1所述的用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)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(zhì)量濃度為10 30%，碳酸鉀溶液的質(zhì)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(yīng)溫度為60 90°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，其特征在于所述步驟(I)中反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w用作合成輕質(zhì)碳酸鈣的原料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，其特征在于，所述步驟(3)中對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌的方式為分級(jí)洗滌2 5次，末次洗滌用清水進(jìn)行，優(yōu)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(jù)權(quán)利要求1所述的用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，其特征在于，步驟(3)中氟化鉀溶液的冷卻、結(jié)晶溫度為0°C 40°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)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(huán)利用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用氟硅酸鉀制備氟化鉀聯(lián)產(chǎn)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(yīng)得到混合料漿；反應(yīng)完成后將混合料漿靜置沉降后進(jìn)行過(guò)濾，得到濾餅和濾液；將濾餅用清水進(jìn)行洗滌后干燥得成品白炭黑；將濾液冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾分離，得固體和濾液，固體干燥后即得固體氟化鉀產(chǎn)品。本發(fā)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(fā)利用和環(huán)保問(wèn)題，有很好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為碳酸鉀在濕法磷酸脫氟工藝中應(yīng)用提供有效途徑；制備氟化鉀并同時(shí)制備白炭黑，操作簡(jiǎn)單，原料利用率高。
文檔編號(hào)C01B33/12GK103101931SQ20131006081
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者胡兆平, 李新柱, 邢士玉, 徐文鳳, 張西興, 李樹坤 申請(qǐng)人:山東金正大生態(tài)工程股份有限公司