發布時間：2014-08-22所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：硫酸鈉為原料雖然有氯化鈉為原料不具有的部分優點，可是硫酸鈉法工藝產生的污水中含有大量硫酸，同時還含有一定量的鈉離子，污水的處理回收利用仍然是一道難題。為此，本公司以回收硫酸鈉工藝中污水為出發點，做了大量的實驗研究，成功將該法產生的污
摘要：硫酸鈉為原料雖然有氯化鈉為原料不具有的部分優點，可是硫酸鈉法工藝產生的污水中含有大量硫酸，同時還含有一定量的鈉離子，污水的處理回收利用仍然是一道難題。為此，本公司以回收硫酸鈉工藝中污水為出發點，做了大量的實驗研究，成功將該法產生的污水直接用于磷酸萃取生產，解決了硫酸鈉法氟硅酸鈉生產中污水回收的難題。
1 前言
氟硅酸鈉是一種重要的無機化工產品，隨著農業和工業的發展，其用途越來越廣泛。當前，氟硅酸鈉的生產方法主要有氯化鈉法和硫酸鈉法，硫酸鈉法和氯化鈉法由于價格便宜，工藝成熟，被多數廠家采用。實際生產中氯化鈉法生產成本低，工藝成熟，但由于其污水中含有鹽酸，回收難度大，處理費用高，所以硫酸鈉為原料的生產工藝被廣大生產采用。
2 氟硅酸鈉生產中污水處理現狀
無論是硫酸鈉法還是氯化鈉法，生產過程中都會產生大量的污水。硫酸鈉法污水的組成主要是硫酸根、氟硅酸根和和鈉離子;氯化鈉法污水的主要組成是氯離子、氟硅酸鈉和鈉離子。不論是硫酸鈉法還是氯化鈉法污水都有共同的特點：污水成酸性，都含有一定量的氟硅酸根，腐蝕性強，如不加以處理，會對環境造成嚴重的污染。
當前，有將污水用于磷酸生產的，但由于污水中鈉離子含量高，導致無法正常利用，污水處理的方法主要是采用石灰乳液進行中和，通過兩級沉降分離，實現固液分離。上法中，污水經石灰乳處理后出水中氟含量與鈣離子濃度和溶液的pH值有關。降低污水中的酸度，提高pH值、提高鈣離子濃度，有利于降低出水氟離子濃度。也就是說，為保證出水中氟含量達標，出水pH與鈣離子濃度必須滿足一定的匹配條件。事實上在實際操作中，為使pH值達標，加入的石灰乳滿足了中和的要求，但提供的鈣離子濃度往往不夠，造成氟化物不能達標。經試驗，沉淀池出口pH在10～11，氟的去除效果最佳。這方法雖能對污水進行處理，由于加入的石灰乳難以穩定控制，處理后的污水仍難以達到排放標準。加上污水處理裝置建設投資大，運行和維護費用高，此法不是最好的處理方法。
3 原始工藝污水回收試驗及設備結垢原因分析
3.1 污水回收試驗
當前，氟硅酸鈉的生產廠家基本都有濕法磷酸生產裝置，大家都想將含有硫酸的污水回收至磷酸萃取系統使用，這樣即可節約污水處理的費用又可回收其中的硫酸，產生一定的經濟效益。為此，本公司先將氟硅酸鈉裝置的污水送入磷酸萃取槽內，連續試生產一個月，發現磷酸萃取裝置的管道設備在使用污水后比污水使用前堵塞速度明顯加快，污水使用前磷酸萃取裝置管道設備清理周期在三個月以上，污水使用后清理周期縮短至10天，造成磷酸系統管道設備堵塞頻繁，嚴重影響了磷酸系統的正常運行。
3.2 結垢原因分析
試驗中對污水回收利用時，萃取槽中料漿取樣進行了分析，其中H2SiF6和Na+濃度分別為：SiF62- 1.66mol/L、Na+ 6.77×10-2mol/L 則萃取槽料漿中氟硅酸鈉的實際溶度積為：KSP=[Na+]2[SiF62-]=7.6×10-3。
由氟硅酸鈉在磷酸中溶解度特性可知，萃取槽中Na2SiF6的實際溶度積KSP=7.6×10-3大于Na2SiF6在60℃達到飽和時的溶度積KSP60=[Na+]2[SiF62-]=1.37×10-3，所以系統中將會有Na2SiF6的生成。污水在實際回用過程中污水中的鈉離子進入磷酸系統后與稀磷酸中的氟硅酸反應再次生成氟硅酸鈉，隨后進入磷酸過濾系統，由于過濾后的磷酸管道設備沒有保溫措施，加上過濾部分有真空度的緣故，磷酸料漿在管道中降溫較快，酸溫從萃取槽中80℃降到出酸溫度65℃左右，從Na2SiF6的溶解特性可知，在P2O5濃度為25%的磷酸溶液中，Na2SiF6在80℃的溶解度為1.2%以上，60℃時的溶解度為1.0%左右，以至Na2SiF6過飽和度增大→在設備管壁表面形成晶核→晶核生長→形成結垢而大量析出。所以只有降低污水中鈉離子量才能減少氟硅酸鈉在磷酸系統的生成量，延長管道設備的清理周期。
4 降低污水中鈉離子實驗
4.1小試實驗
由于氟硅酸鈉生成的反應是一個可逆反應，現有工藝中都采用硫酸鈉過量的方法保證反應盡量向正方向進行，但是在硫酸鈉過量系數增大的同時進入污水中的鈉離子含量也在不斷的增加，使得氟硅酸鈉在實際生產過程中硫酸鈉的消耗較高，生產成本加大，同時鈉離子的增多也不利于污水的后續回收利用，基于以上原因，本實驗改變傳統的生產工藝，采用酸過量的方法以期降低原料硫酸鈉的消耗和污水中的鈉離子含量。實驗時以142g硫酸鈉為基準，用質量濃度為12%的氟硅酸與之反應，反應時間都保持在15分鐘，反應在溫度為40℃的恒溫水浴中進行。氟硅酸質量用量分別過量5%、10%、15%、20%，以上每組實驗分別做4次，反應完成后母液取樣分析鈉離子含量。經實驗得出結論，隨著氟硅酸過量量的增加，母液中鈉離子的含量不斷減少，從氟硅酸質量過量5%時的0.35%降至過量20%時的0.25%，比硫酸鈉過量時生產工藝污水中鈉離子含量0.8%低很多，當污水中的鈉離子含量在0.35%時，污水在萃取槽稀釋后其濃度便達不到氟硅酸鈉在此溫度下的飽和濃度，不會有氟硅酸鈉的生成。
4.2裝置放大實驗
生產裝置在工藝調整前，硫酸鈉用量比理論量過量25%，實際生產時污水中的鈉離子含量高達0.9%。經過小試實驗后，在氟硅酸鈉生產裝置上同樣對生產工藝進行調整，考慮到氟硅酸過量太多會造成一定量的氟硅酸浪費，硫酸鈉和氟硅酸的比列按小試實驗時氟硅酸質量過量5%的生產工藝運行。連續進行了為期三個月的生產裝置放大實驗，污水中的鈉離子含量從以前的0.9%降至調整后的0.22%，硫酸鈉的單耗從工藝調整前的1.13降低至0.94，在試生產期間，產品質量完全合格。生產裝置經過工藝調整后，其污水直接進入磷酸萃取槽使用，在連續使用兩個月后沒有發生管道設備堵塞現象，完全可以直接用于磷酸萃取系統的生產。
5 結論
經小試實驗及裝置放大實驗可知，硫酸鈉法生產氟硅酸鈉的方法中，只要將傳統的硫酸鈉過量的工藝改為氟硅酸過量5%的生產工藝，每生產一噸氟硅酸鈉可以降低硫酸鈉消耗0.19噸。污水中的鈉離子含量便會大大降低，可直接用于磷酸生產，且污水在使用過程中完全不會對系統造成影響。以我公司年產2.5萬噸氟硅酸鈉為例，每年可以減少硫酸鈉消耗0.475萬噸，回收硫酸1.6萬噸。所以使用氟硅酸過量的工藝不僅具有良好的社會效益還有很好的經濟效益。
SCISSCIAHCI
