胡震

(四川理工學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，四川自貢 643000)

回收磷化工廢液中的氟制備氟化鈉*

胡震

(四川理工學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，四川自貢 643000)

以磷化工行業(yè)產(chǎn)生的含氟廢液中的氟和磷酸三鈉為原料制備氟化鈉，考察了原料配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、攪拌速率對(duì)氟化鈉生成量的影響。最佳工藝條件:磷酸三鈉與氟化銨物質(zhì)的量比為1.4，反應(yīng)溫度為95℃，反應(yīng)時(shí)間為60 min，攪拌速率為350 r/min。在最佳條件下，用100 g廢液可以制得4.02 g氟化鈉，廢液中氟的回收率達(dá)到85%。

磷化工廢液;氟資源回收;氟化鈉

由于生產(chǎn)技術(shù)等原因，中國磷化工行業(yè)產(chǎn)生的廢棄物里的氟資源沒有得到有效利用，而是直接排放到環(huán)境中，既浪費(fèi)了氟資源，同時(shí)也污染環(huán)境。隨著世界環(huán)境保護(hù)的日益加強(qiáng)、氟資源的短缺及氟化工業(yè)的快速發(fā)展［1－2］，將磷化工廢液中的氟加工成為化工產(chǎn)品氟化鈉，不僅可以解決磷肥行業(yè)的氟污染問題、緩解螢石資源的壓力，還可為氟化工行業(yè)提供新的廉價(jià)的氟資源。目前，國內(nèi)外回收和利用磷化工廢液中氟的報(bào)道較少，幾乎都停留在理論研究水平［3］。筆者采用磷酸三鈉回收磷化工廢液中的氟，并將其制成氟化鈉。氟化鈉是一種重要的氟化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于涂料、木材防腐劑、農(nóng)業(yè)殺蟲劑、釀造業(yè)殺菌劑、醫(yī)藥防腐劑、焊接助焊劑、堿性鋅酸鹽鍍鋅添加劑、移除鐵銹的清潔劑;在牙膏中氟化鈉作為添加劑能使牙膏具有防止蛀牙的功效［4－6］。筆者對(duì)工藝條件進(jìn)行了詳細(xì)考察。該工藝具有成本低、無污染和工藝操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料、試劑與儀器

原料:磷化工廢液經(jīng)脫硅處理含有的成分及含量:w(F－)=2.14%、w()=9.03%、w(磷酸銨)= 12.15%，w()=2.79%。

試劑:磷酸三鈉、氟化鈉、冰醋酸、檸檬酸鈉、溴甲酚綠、氯化鈉，均為分析純。

儀器:HH－2型數(shù)顯恒溫水浴鍋;SHB－Ⅲ型循環(huán)水式真空泵;PF－1型氟離子選擇性電極;217型甘汞電極。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

向磷化工廢液中加入磷酸三鈉，發(fā)生以下反應(yīng):

反應(yīng)生成的氟化鈉是溶解度很小的物質(zhì)，而且溶解度隨溫度變化很小;而磷酸銨鹽溶解度很大，溫度升高溶解度也隨著增大，故可以將反應(yīng)后的溶液真空濃縮至氟化鈉析出，然后趁熱過濾，分離出氟化鈉。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將100 g磷化工廢液裝入三口燒瓶中，置于恒溫水浴鍋中，調(diào)節(jié)至需要的溫度。向三口燒瓶中加入一定量的磷酸三鈉，開啟攪拌讓其快速溶解，并反應(yīng)一定的時(shí)間。反應(yīng)完畢后將反應(yīng)液冷卻，在一定溫度下抽真空濃縮至有沉淀析出，趁熱抽濾，將濾餅置于干燥箱中烘干，得到氟化鈉產(chǎn)品。用電化學(xué)分析法測(cè)定產(chǎn)品的氟含量，從而計(jì)算出氟化鈉產(chǎn)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料配比和反應(yīng)溫度對(duì)氟化鈉產(chǎn)量的影響

實(shí)驗(yàn)考察了原料配比(磷酸三鈉與氟離子物質(zhì)的量比)對(duì)氟化鈉產(chǎn)量的影響，結(jié)果見圖1。其他條件:反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)時(shí)間為40 min，攪拌速率為300 r/min。從圖1看出，隨著原料配比的增大，氟化鈉產(chǎn)量呈先增加后不變的變化趨勢(shì)。這是因?yàn)?，隨著原料配比的增加，有更多的Na+和F－結(jié)合形成晶體;當(dāng)原料配比超過1.4以后，溶液中的F－已經(jīng)消耗完全，Na+已過量。故原料配比應(yīng)為1.4。

實(shí)驗(yàn)考察了反應(yīng)溫度對(duì)氟化鈉產(chǎn)量的影響，其他條件同上，結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，氟化鈉的產(chǎn)量逐漸增加，95℃時(shí)達(dá)到最大，之后略有降低。這是因?yàn)?，Na+進(jìn)入反應(yīng)體系后，要和F－以離子鍵結(jié)合，這需要吸收一定的熱量，故較高的溫度有利于形成氟化鈉結(jié)晶。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，反應(yīng)溫度以95℃為宜。

圖1 原料配比對(duì)氟化鈉產(chǎn)量的影響

圖2 反應(yīng)溫度對(duì)氟化鈉產(chǎn)量的影響

2.2 反應(yīng)時(shí)間和攪拌速度對(duì)氟化鈉產(chǎn)量的影響

實(shí)驗(yàn)考察了反應(yīng)時(shí)間對(duì)氟化鈉產(chǎn)量的影響，其他條件同2.1節(jié)，結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，反應(yīng)時(shí)間對(duì)氟化鈉產(chǎn)量的影響不大，60 min就可以完成。故選擇反應(yīng)時(shí)間為60 min。

在磷酸三鈉和氟化銨的反應(yīng)過程中，由于反應(yīng)液的黏度較大，需要通過外力攪拌使其混合均勻，加速反應(yīng)的進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)考察了攪拌速率對(duì)氟化鈉產(chǎn)量的影響，其他條件同2.1節(jié)，結(jié)果見圖4。由圖4可以看出:當(dāng)攪拌速率較低時(shí)，氟化鈉的產(chǎn)量較低，主要是由于磷酸三鈉與氟化銨未達(dá)到充分接觸，從而使得兩者未反應(yīng)完全，故產(chǎn)量較低;當(dāng)攪拌速率達(dá)到350 r/min時(shí)，氟化鈉的產(chǎn)量達(dá)到最大，再增大攪拌速率產(chǎn)量不再增加，主要是由于攪拌速率大，反應(yīng)物能在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到充分接觸和反應(yīng)，從而產(chǎn)量較高。故選擇攪拌速率為350 r/min。圖3反應(yīng)時(shí)間對(duì)氟化鈉產(chǎn)量的影響圖4 攪拌速率對(duì)氟化鈉產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論

以磷化工行業(yè)產(chǎn)生的含氟廢液中的氟和磷酸三鈉為原料制備氟化鈉。最佳工藝條件:磷酸三鈉與氟化銨物質(zhì)的量比為1.4，反應(yīng)時(shí)間為60 min，反應(yīng)溫度為95℃，攪拌速率為350 r/min。在此條件下，用100 g廢液可以制得4.02 g氟化鈉，廢液中氟的回收率達(dá)到85%。

［1］朱建國，袁浩.磷礦伴生氟將是我國氟化工的重要原料［J］.貴州化工，2008，33(2):1－2，33.

［2］許寧.磷肥工業(yè)廢氣中氟資源的綜合利用［J］.江蘇化工，2006 (15):17－19.

［3］袁俊宏.我國螢石資源開發(fā)利用情況［J］.有機(jī)氟工業(yè)，2005 (2):27－29.

［4］許效天，孟俊峰，羅耀軍.淺談我國磷礦伴生氟資源的綜合利用［J］.安徽化工，2007，33(5):12－13.

［5］王克功，佘順利，孫克萍.磷礦資源的綜合利用技術(shù)研討［J］.現(xiàn)代機(jī)械，2009(1):90－91，93.

［6］王賀云，李建敏，劉曉紅，等.磷肥副產(chǎn)氟硅酸的發(fā)展現(xiàn)狀和展望［J］.江西化工，2005(1):27－29.

Preparation of sodium fluoride by recovering fluorine from waste liquid in phosphate chemical industry

Hu Zhen
(School of Materials and Chemical Engineering，Sichuan University of Science＆Engineering，Zigong643000，China)

Sodium fluoride was prepared with trisodium phosphate and fluorine in the waste liquid from phosphate chemical industry as raw materials.Influences of various factors，such as mix ratio of raw materials(amount－of－substance ratio of trisodium phosphate to ammonium fluoride)，reaction temperature，reaction time，and stirring speed，on yield of sodium fluoride were investigated.Optimum conditions were as follows:amount－of－substance ratio of trisodium phosphate to ammonium fluoride was 1.4，reaction time was 60 min，reaction temperature was 95℃，and stirring speed was 350 r/min.Under the optimum conditions，yield of sodium fluoride was 4.02 g per 100 g waste liquid，and the recovery rate of fluorine in waste liquid reached 85%.

waste liquid in phosphate chemical industry;fluorine resource recovery;sodium fluoride

TQ442;124.3

A

1006－4990(2011)06－0053－02

四川理工學(xué)院院級(jí)科研基金項(xiàng)目(2009xjkpL002);四川理工學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目。

2011－01－16

胡震(1980— )，男，碩士，講師，主要從事功能材料、油品及其添加劑的研究。

聯(lián)系方式：huz88888@126.com