氟钛酸钾生产新工艺_刘海霞.pdf

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1、适用技术氟 钛 酸 钾 生 产 新 工 艺刘海霞,张 梅,贾雪枫(多氟多化工股份有限公司 研究所,河南 焦作 415191)摘 要:介绍了利用钛铁矿、氯化钾、氢氟酸为原料生产氟钛酸钾的工艺过程、工艺条件。分析了工艺中应注意的问题及产品质量的控制。阐述了本工艺的优点和对比产生的经济效益。关键词:氟钛酸钾;精制;浸取;合成中图分类号:TQ131.11 文献标识码:B 文章编号:1003-3467(2007)12-0036-03 氟钛酸钾(K2T iF6)系无色单斜片状结晶或白色粉末,主要作为聚丙烯合成的催化剂和生产铝钛硼合金的原料。氟钛酸钾传统工艺主要有氟钛酸法、偏钛酸法等,存在成本高、原料紧俏、

2、质量差、工艺落后等缺点。本公司为解决上述问题,对原材料、工艺路线、生产设备等方面进行深入细致的研究,选用合适的原料和先进的生产设备,确定最佳的工艺路线,生产出成本低、质量达到国标一级品水平的氟钛酸钾。采用先进设备,自动化水平提高,减轻了工人劳动强度,提高了劳动生产率。1 原料选用偏钛酸(H2T iO3,50%)4 800元/,t 折合为二氧化钛价格 11 000余元,钛铁矿约 840元/,t 折合二氧化钛价格 1 700余元,因此用钛铁矿代替偏钛酸具有极大的价格优势。氢氧化钾每吨 4 800余元,合 1 t钾 6 900余元。氯化钾每吨 2 000余元,合 1 t钾 3 800余元,因此采用氯

3、化钾替代氢氧化钾或碳酸钾提供钾,具有极大的成本优势。工业氯化钾中含有少量的杂质,会影响氟钛酸钾的质量。其它原料相同,采用不同品位的氯化钾合成的氟钛酸钾质量对比见表 1。从表 1数据可以看出,氯化钾一级品合成的氟钛酸钾质量低于优级品氯化钾合成的氟钛酸钾质量,为确保氟钛酸钾的质量,因此氯化钾选用 GB7118-86优级品。氯化钾(优级品)的化学组成为:氯化钾,97.00%;氯化钠,1.80%;钙镁离子总表 1 氯化钾一级品和优级品合成的氟钛酸钾质量对比指标K2T iF6/%Si/%H2O/%一级品1#97.60 0.180.152#98.00 0.150.18优级品1#99.45 0.040.01

4、2#99.23 0.050.01量,0.28%;硫酸根,0.20%;水不溶物,0.05%。本公司生产 30%氢氟酸,具有来源稳定、价格低廉的优点,可以满足氟钛酸钾的生产需求,因此使用公司生产的 30%氢氟酸提供氟原料来源,其中H2SiF6 2.0%,H2SO4 1.5%。2 生产氟钛酸钾的工艺原理氢氟酸精制杂质含量,主要反应为:H2SiF6+2KC lK2SiF6|+2HC l(1)氢氟酸精制后浸取钛铁矿,主要反应为:6 HF+FeO#T i O2FeT iF6+3H2O(2)钛液与氯化钾合成氟钛酸钾,主要反应为:FeT iF6+2KC lK2T iF6|+FeCl2(3)3 主要生产工艺控制

5、及结果氟钛酸钾生产的工艺流程见下页图 1。3.1 反应(1)的主要生产工艺控制30%氢氟酸中氟硅酸含量达到 2.0%,若直接用于生产氟钛酸钾,合成的氟钛酸钾杂质硅含量超标。质量对比见下页表 2。收稿日期:2007-09-20 作者简介:刘海霞(1973-),女,助理工程师,主要从事氟化工的研究,电话:13839157115。#36#河南化工HENAN CHEM I CAL I NDUSTRY 2007年 第 24卷图 1 氟钛酸钾生产工艺流程图表 2 粗酸合成的氟钛酸钾组成指标K2T i F6/%Si/%H2O/%1#95.640.76 0.152#96.710.56 0.183#96.430

6、.80 0.08表 3 氟硅酸含量低于 0.2%的氢氟酸合成的氟钛酸钾组成指标K2T i F6/%Si/%H2O/%1#98.610.10 0.152#98.990.06 0.033#99.500.04 0.01 因此,需粗酸精制工序,以获得氟硅酸含量低于0.2%的精酸。氟硅酸钾溶解度小,在粗酸中加入氯化钾,生成氟硅酸钾沉淀,再通过过滤或沉降除去氟硅酸钾,得到氟硅酸含量低于 0.2%的精酸。工业氯化钾为固体,精制、合成时使用有诸多不便,将氯化钾制成溶液,方便使用,同时可过滤除去少量的不溶性杂质。设置氯化钾溶解精制工段,以获得清澈的氯化钾溶液。3.2 反应(2)的主要生产工艺控制钛铁矿中的钛需用

7、酸浸取方可利用,直接用氢氟酸浸取钛铁矿,具有工艺简单、流程短的优点。将钛铁矿溶于精制后的氢氟酸生成氟钛酸亚铁溶液,过滤后滤液再和氯化钾溶液反应得到氟钛酸钾和氯化亚铁溶液,再经过滤洗涤,得到氟钛酸钾。经实验,以精制氢氟酸浸取钛铁矿,钛的收率可达到 85%,按此流程生产的氟钛酸钾粒度大,易过滤、易洗涤,产品质量好。因此,采用钛铁矿溶于精制后的氢氟酸,再将制得的氟钛酸亚铁溶液和氯化钾溶液合成氟钛酸钾。钛铁矿浸取放出大量的反应热,使温度升高至沸腾,导致大量的氢氟酸挥发,据统计,挥发的氢氟酸约占总量的 15%;若不加以回收,不仅造成生产成本增加,还会有严重的环境污染。因此要设置氢氟酸回收装置,降低成本,

8、减少环境污染。3.3 反应(3)的主要生产工艺控制合成产生的母液为氯化亚铁溶液,直接排放会造成严重的环境污染。如利用母液生产氯化亚铁,或氧化后生产氯化铁,做到无废液排放,既可减轻环保压力,又可副产氯化亚铁。4 设备选用4.1 合成采用聚丙烯塑料槽氟钛酸钾的合成体系为酸性,需采用耐腐蚀材料;合成过程虽然是放热过程,但最终反应温度约在80 e 左右;经综合考虑采用聚丙烯塑料槽。4.2 浸取使用内衬石墨的铁制反应釜钛铁矿的浸取系在酸性环境下,浸取槽要采用耐腐蚀材料;同时浸取会放出大量的反应热,温度很高;塑料槽虽可耐腐蚀但不能耐 100 e 以上的高温,因此普通塑料槽不能满足使用要求。经考察研究,内衬

9、石墨的铁制反应釜既耐腐蚀又可承受 100 e 以上的温度,可满足钛铁矿浸取的使用要求;造价也低于其它的材料。因此钛铁矿的浸取可使用内衬石墨的铁制反应釜。4.3 采用填料塔喷淋吸收钛铁矿浸取过程挥发的氢氟酸气体,经综合考虑后,采用填料塔喷淋吸收,工艺技术成熟,设备投资低,回收的氢氟酸可返回浸取。为提高回收率,确保排放废气符合国家排放标准,采用两级填料塔喷淋吸收。4.4 采用暗流式箱式压滤机分离钛铁矿浸取后,滤液和滤渣的分离采用暗流式箱式压滤机分离,可取得良好的效果,回收率高,滤渣水分含量低,现场操作环境好。4.5 采用耐腐蚀自动刮刀离心机老工艺采用方框过滤机过滤氟钛酸钾料浆,需人工进行过滤、洗涤

10、和出料,劳动环境差,劳动强度大,生产效率低下。氟钛酸钾软膏水分较高,增加干燥费用。本公司氟钛酸钾的过滤采用耐腐蚀自动刮刀离心机,过滤、洗涤、卸料均自动完成,自动化程度高,节省人力,增加劳动效率。过滤后的软膏用输料螺旋送至干燥工段干燥。4.6 采用旋转闪蒸干燥机#37#第 12期 刘海霞等:氟钛酸钾生产新工艺干燥方式采用回转炉,设备笨重,环境恶劣,得到的产品粒度不均、有结块,质量差。经综合考虑采用自动化程度高、操作环境好的旋转闪蒸干燥机;过滤的软膏通过螺旋直接送入闪蒸干燥机,干燥后的产品经旋风和布袋两级除尘后,废气排放;氟钛酸钾用无轴螺旋送入成品料仓,使用自动包装机装袋包装。整个流程自动化程度高

11、,环境干净卫生;获得的产品粒度均匀,无结块,外观洁白,产品质量极佳。5 产品质量检测对比本工艺生产的氟钛酸钾,与其它厂家产品的质量对比见表 4。表 4 本工艺氟钛酸钾和其它厂家氟钛酸钾质量对比%化学指标K2T i F6SiFe2O3Cl-CaPbH2O本工艺生产的氟钛酸钾特级1#99.50.008 0.0090.010.030.00080.012#99.60.007 0.0080.0080.040.00070.03一级1#98.40.12 0.0120.010.080.00160.252#98.60.10 0.0110.010.080.00190.20其它厂家的氟钛酸钾特级1#99.30.04

12、 0.0390.090.070.00070.012#99.20.05 0.0350.080.080.00080.02一级1#98.20.15 0.170.060.090.0020.202#98.40.18 0.150.080.100.0020.30 从表 4可以看出,本公司新工艺生产的氟钛酸钾主含量一级品可达到 98%,特级品可达到 99%。氟钛酸钾的杂质含量,硅、铁、氯离子、铅均比国内同类产品有不同程度的下降,其中铅和同类产品相比,下降一个数量级。质量优于国内同类产品质量,能够满足国内外客户使用要求。6 产品成本对比本公司生产 1 t氟钛酸钾的原料成本为:含T i O249%的钛粉 0.90

13、,t 单价 840元,金额 756元;97%氯化钾 0.86,t 单价 2 045.45元,金额 1 759.09元;30%氢氟酸 2.385 t,单价 886.17元,金额2 113.52元;合计 4 628.61元。其它厂家生产 1 t氟钛酸钾的原料成本为:H2T i O350%的偏钛酸 1.10 t,单价 4800元,金额5280元;95%氢氧化钾 0.7 t,单价 4800元,金额3 360元;40%氢氟酸 1.5 t,单价 1300元,金额1 950元;合计 10 590元。由以上对比可知:本公司生产的氟钛酸钾的主要原材料成本低于国内其它厂家,近 6 000元/,t具有强大的市场竞争力。生产氢氧化钾需消耗大量的电能,属于高能耗产业,以氢氧化钾生产氟钛酸钾,也间接消耗了大量的电能。我们以氯化钾代替氢氧化钾,相当于节约了大量的电能,符合国家发展低能耗的产业政策。7 结束语本公司的氟钛酸钾新工艺,具有成本低、质量好、工艺合理、设备先进、环境污染小的优点。不论从原料、生产工艺、生产设备、产品质量、生产成本等各方面,均优于国内其它厂家,代表着氟钛酸钾生产工艺的发展方向,符合国家节能减排的要求。#38#河南化工HENAN CHEM I CAL I NDUSTRY 2007年 第 24卷