發(fā)布時(shí)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(yōu)點(diǎn)，可是硫酸鈉法工藝產(chǎn)生的污水中含有大量硫酸，同時(shí)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(fā)點(diǎn)，做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，成功將該法產(chǎn)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(yōu)點(diǎn)，可是硫酸鈉法工藝產(chǎn)生的污水中含有大量硫酸，同時(shí)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(fā)點(diǎn)，做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，成功將該法產(chǎn)生的污水直接用于磷酸萃取生產(chǎn)，解決了硫酸鈉法氟硅酸鈉生產(chǎn)中污水回收的難題。
1 前言
氟硅酸鈉是一種重要的無機(jī)化工產(chǎn)品，隨著農(nóng)業(yè)和工業(yè)的發(fā)展，其用途越來越廣泛。當(dāng)前，氟硅酸鈉的生產(chǎn)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(jià)格便宜，工藝成熟，被多數(shù)廠家采用。實(shí)際生產(chǎn)中氯化鈉法生產(chǎn)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(fèi)用高，所以硫酸鈉為原料的生產(chǎn)工藝被廣大生產(chǎn)采用。
2 氟硅酸鈉生產(chǎn)中污水處理現(xiàn)狀
無論是硫酸鈉法還是氯化鈉法，生產(chǎn)過程中都會(huì)產(chǎn)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(diǎn)：污水成酸性，都含有一定量的氟硅酸根，腐蝕性強(qiáng)，如不加以處理，會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。
當(dāng)前，有將污水用于磷酸生產(chǎn)的，但由于污水中鈉離子含量高，導(dǎo)致無法正常利用，污水處理的方法主要是采用石灰乳液進(jìn)行中和，通過兩級沉降分離，實(shí)現(xiàn)固液分離。上法中，污水經(jīng)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(guān)。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(dá)標(biāo)，出水pH與鈣離子濃度必須滿足一定的匹配條件。事實(shí)上在實(shí)際操作中，為使pH值達(dá)標(biāo)，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(dá)標(biāo)。經(jīng)試驗(yàn)，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(jìn)行處理，由于加入的石灰乳難以穩(wěn)定控制，處理后的污水仍難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。加上污水處理裝置建設(shè)投資大，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用高，此法不是最好的處理方法。
3 原始工藝污水回收試驗(yàn)及設(shè)備結(jié)垢原因分析
3.1 污水回收試驗(yàn)
當(dāng)前，氟硅酸鈉的生產(chǎn)廠家基本都有濕法磷酸生產(chǎn)裝置，大家都想將含有硫酸的污水回收至磷酸萃取系統(tǒng)使用，這樣即可節(jié)約污水處理的費(fèi)用又可回收其中的硫酸，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)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(nèi)，連續(xù)試生產(chǎn)一個(gè)月，發(fā)現(xiàn)磷酸萃取裝置的管道設(shè)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(shè)備清理周期在三個(gè)月以上，污水使用后清理周期縮短至10天，造成磷酸系統(tǒng)管道設(shè)備堵塞頻繁，嚴(yán)重影響了磷酸系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
3.2 結(jié)垢原因分析
試驗(yàn)中對污水回收利用時(shí)，萃取槽中料漿取樣進(jìn)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(shí)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(shí)際溶度積KSP=7.6×10-3大于Na2SiF6在60℃達(dá)到飽和時(shí)的溶度積KSP60=[Na+]2[SiF62-]=1.37×10-3，所以系統(tǒng)中將會(huì)有Na2SiF6的生成。污水在實(shí)際回用過程中污水中的鈉離子進(jìn)入磷酸系統(tǒng)后與稀磷酸中的氟硅酸反應(yīng)再次生成氟硅酸鈉，隨后進(jìn)入磷酸過濾系統(tǒng)，由于過濾后的磷酸管道設(shè)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(shí)的溶解度為1.0%左右，以至Na2SiF6過飽和度增大→在設(shè)備管壁表面形成晶核→晶核生長→形成結(jié)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(tǒng)的生成量，延長管道設(shè)備的清理周期。
4 降低污水中鈉離子實(shí)驗(yàn)
4.1小試實(shí)驗(yàn)
由于氟硅酸鈉生成的反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，現(xiàn)有工藝中都采用硫酸鈉過量的方法保證反應(yīng)盡量向正方向進(jìn)行，但是在硫酸鈉過量系數(shù)增大的同時(shí)進(jìn)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(shí)際生產(chǎn)過程中硫酸鈉的消耗較高，生產(chǎn)成本加大，同時(shí)鈉離子的增多也不利于污水的后續(xù)回收利用，基于以上原因，本實(shí)驗(yàn)改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)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(shí)驗(yàn)時(shí)以142g硫酸鈉為基準(zhǔn)，用質(zhì)量濃度為12%的氟硅酸與之反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間都保持在15分鐘，反應(yīng)在溫度為40℃的恒溫水浴中進(jìn)行。氟硅酸質(zhì)量用量分別過量5%、10%、15%、20%，以上每組實(shí)驗(yàn)分別做4次，反應(yīng)完成后母液取樣分析鈉離子含量。經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)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(zhì)量過量5%時(shí)的0.35%降至過量20%時(shí)的0.25%，比硫酸鈉過量時(shí)生產(chǎn)工藝污水中鈉離子含量0.8%低很多，當(dāng)污水中的鈉離子含量在0.35%時(shí)，污水在萃取槽稀釋后其濃度便達(dá)不到氟硅酸鈉在此溫度下的飽和濃度，不會(huì)有氟硅酸鈉的生成。
4.2裝置放大實(shí)驗(yàn)
生產(chǎn)裝置在工藝調(diào)整前，硫酸鈉用量比理論量過量25%，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)污水中的鈉離子含量高達(dá)0.9%。經(jīng)過小試實(shí)驗(yàn)后，在氟硅酸鈉生產(chǎn)裝置上同樣對生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，考慮到氟硅酸過量太多會(huì)造成一定量的氟硅酸浪費(fèi)，硫酸鈉和氟硅酸的比列按小試實(shí)驗(yàn)時(shí)氟硅酸質(zhì)量過量5%的生產(chǎn)工藝運(yùn)行。連續(xù)進(jìn)行了為期三個(gè)月的生產(chǎn)裝置放大實(shí)驗(yàn)，污水中的鈉離子含量從以前的0.9%降至調(diào)整后的0.22%，硫酸鈉的單耗從工藝調(diào)整前的1.13降低至0.94，在試生產(chǎn)期間，產(chǎn)品質(zhì)量完全合格。生產(chǎn)裝置經(jīng)過工藝調(diào)整后，其污水直接進(jìn)入磷酸萃取槽使用，在連續(xù)使用兩個(gè)月后沒有發(fā)生管道設(shè)備堵塞現(xiàn)象，完全可以直接用于磷酸萃取系統(tǒng)的生產(chǎn)。
5 結(jié)論
經(jīng)小試實(shí)驗(yàn)及裝置放大實(shí)驗(yàn)可知，硫酸鈉法生產(chǎn)氟硅酸鈉的方法中，只要將傳統(tǒng)的硫酸鈉過量的工藝改為氟硅酸過量5%的生產(chǎn)工藝，每生產(chǎn)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(huì)大大降低，可直接用于磷酸生產(chǎn)，且污水在使用過程中完全不會(huì)對系統(tǒng)造成影響。以我公司年產(chǎn)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(huì)效益還有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
