本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，特別是一種生產(chǎn)無硅氟化氫的工業(yè)方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在，氟化氫的制造方法有很多種。一般劃分為實(shí)驗(yàn)室制法和工業(yè)制法。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)室制法，由于原料用量少，反應(yīng)過程簡(jiǎn)單易控，所以反應(yīng)制備方法有多種，例如氟化鈉、氟化鉀、氟化鎂、氟鋁酸鈉或氟鋁酸鉀等與濃硫酸反應(yīng)，均能夠制得氟化氫。其缺點(diǎn)是原料用量有限，無法形成大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

對(duì)于工業(yè)方法，常采用氟化鈣與濃硫酸反應(yīng)制得。氟化鈣的來源為自然界的氟化鈣礦物，即螢石。螢石的主要成分是氟化鈣，還含有少量的fe2o3、sio2和微量的cl、s、p、as、se等雜質(zhì)元素?，F(xiàn)有工業(yè)方法制得的氟化氫，是工業(yè)制備含氟材料的原料，這種原料由于含有或多或少的硅，對(duì)下游的含氟材料制備過程由于硅的導(dǎo)入，會(huì)對(duì)含氟材料的特性造成影響。無硅氟化氫原料的出現(xiàn)由于硅的徹底去除對(duì)下游含氟材料性能的提升必定會(huì)產(chǎn)生革命性的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種生產(chǎn)無硅氟化氫的工業(yè)方法，其先通過特定的步驟制得鉀冰晶石，然后使用該鉀冰晶石與濃硫酸反應(yīng)制得氟化氫，該氟化氫為無硅氟化氫。

本發(fā)明提供一種生產(chǎn)無硅氟化氫的方法，包括如下步驟：a:將鋁置于第一反應(yīng)器中，升溫至700－1050℃，向第一反應(yīng)器內(nèi)加入氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、氟鋯酸鉀的一種或幾種的混合物；攪拌0.5-4小時(shí)；靜置2-4小時(shí)后，將上層熔融的液體抽出，得到鉀冰晶石；b:按比例將一定量的濃硫酸置于第二反應(yīng)器中；將得到的鉀冰晶石加入第二反應(yīng)器；攪拌0.5－3小時(shí),過程控制反應(yīng)溫度200-300℃；靜置3－4小時(shí)；將逸出的氣體收集，得到無硅氟化氫。

本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)如下所述。

在步驟b中，在將逸出的氣體收集之后，清理第二反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，得到硫酸鉀和硫酸鋁鉀的固體混合物。

在步驟b之后包括步驟c：將硫酸鉀和硫酸鋁鉀的固體混合物破碎，用水溶解，配成10-35％的水溶液；將水溶液置于第三反應(yīng)器加熱并保持水溶液的溫度在60-70℃，將濃度為10％的氨水、氫氧化鉀的水溶液或碳酸氫銨的水溶液中的任一種緩慢加入第三反應(yīng)器，加入的同時(shí)攪拌，調(diào)節(jié)ph值在8-9；保持溫度60-70℃，靜置2－5小時(shí),過濾第三反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)得到氫氧化鋁。

在步驟c之后包括步驟d：將得到的氫氧化鋁在140-160℃加熱1-2小時(shí)，接著在700-800℃加熱3－4小時(shí)，然后在1000-1200℃進(jìn)行煅燒，得到α型氧化鋁。

在步驟a中，所述鉀冰晶石的分子式為mkf·alf3，m為1～3。

所述m為1、1.2、1.5或3。

在步驟b中，鉀冰晶石與硫酸的重量比為1：1.3－1：1.5。

在步驟b中，鉀冰晶石與硫酸的重量比為1：1.4。

在步驟a中，使用的鋁至少為一噸。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：先通過特定的步驟制得鉀冰晶石，然后使用該鉀冰晶石與濃硫酸反應(yīng)制得氟化氫。原因在于，由步驟a制得的鉀冰晶石能夠規(guī)?；m合工業(yè)生產(chǎn)；氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、氟鋯酸鉀的一種或幾種與鋁發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)易引發(fā)且反應(yīng)完全。再加上，氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、氟鋯酸鉀為無機(jī)合成鹽，這種無機(jī)合成鹽亦必含硅，多以氟硅酸鉀的形式存在，但是，在該反應(yīng)中，硅能夠被鋁置換，所以由步驟a制得的鉀冰晶石不含有硅元素；使用該不含硅的鉀冰晶石與濃硫酸反應(yīng)制得的氟化氫，其為無硅氟化氫。

具體實(shí)施方式

下面的具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

本發(fā)明提供一種生產(chǎn)無硅氟化氫的方法，包括如下步驟：

a:將鋁置于第一反應(yīng)器中，升溫至700－1050℃，向第一反應(yīng)器內(nèi)加入氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、氟鋯酸鉀一種或幾種的混合物；攪拌0.5-4小時(shí)；靜置2-4小時(shí)后，將上層熔融的液體抽出，得到鉀冰晶石；

b:按比例將一定量的濃硫酸置于第二反應(yīng)器中；將得到的鉀冰晶石加入第二反應(yīng)器；攪拌0.5－3小時(shí),過程控制反應(yīng)溫度200-300℃；靜置3－4小時(shí)；將逸出的氣體收集，得到無硅氟化氫。

其中，對(duì)于步驟a，鉀冰晶石的分子式為mkf·alf3，m為1～3，即m為1、1.2、1.5或3。對(duì)應(yīng)的反應(yīng)方程式分別是：

氟鈦酸鉀與鋁的反應(yīng)式：

3k2tif6+4al＝3ti+4alf3·kf+2kf

15k2tif6+20al＝15ti+20alf3·6/5kf+6kf

3k2tif6+4al＝3ti+4alf3·3/2kf

m為3時(shí)，

氟硼酸鉀與鋁的反應(yīng)式：

kbf4+al＝b+alf3·kf

6kbf4+6al＝6b+5alf3·6/5kf+alf3

3kbf4+3al＝3b+2alf3·3/2kf+alf3

m為3時(shí)，

氟鋯酸鉀與鋁的反應(yīng)式：

3k2zrf6+4al＝3zr+4alf3·kf+2kf

15k2zrf6+20al＝15zr+20alf3·6/5kf+6kf

3k2zrf6+4al＝3zr+4alf3·3/2kf

m為3時(shí)，

氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀混合物與鋁的反應(yīng)式:

3k2tif6+kbf4+5al＝3ti+b+5alf3·kf+2kf

15k2tif6+6kbf4+26al＝15ti+6b+26alf3·6/5kf+24/5kf

3k2tif6+3kbf4+7al＝3ti+3b+6alf3·3/2kf+alf3

m為3時(shí)，

氟鈦酸鉀和氟鋯酸鉀混合物與鋁的反應(yīng)式:

3k2tif6+3k2zrf6+8al＝3ti+3zr+8alf3·kf+4kf

15k2tif6+15k2zrf6+40al＝15ti+15zr+40alf3·6/5kf+12kf

3k2tif6+3k2zrf6+8al＝3ti+3zr+8alf3·3/2kf

m為3時(shí)，

氟硼酸鉀和氟鋯酸鉀混合物與鋁的反應(yīng)式:

kbf4+3k2zrf6+5al＝b+3zr+5alf3·kf+2kf

6kbf4+15k2zrf6+26al＝6b+15zr+26alf3·6/5kf+24/5kf

3kbf4+3k2zrf6+7al＝3b+3zr+6alf3·3/2kf+alf3

m為3時(shí)，

氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀和氟鋯酸鉀混合物與鋁的反應(yīng)式:

3k2tif6+kbf4+3k2zrf6+9al＝3ti+b+3zr+9alf3·kf+4kf

15k2tif6+6kbf4+15k2zrf6+46al＝15ti+6b+15zr+46alf3·6/5kf+54/5kf

3k2tif6+3kbf4+3k2zrf6+11al＝3ti+3b+3zr+10alf3·3/2kf+alf3

m為3時(shí)，

鉀冰晶石與濃硫酸的反應(yīng)式：

alf3·kf+2h2so4＝4hf+kal(so4)2

10alf3·6/5kf+21h2so4＝42hf+k2so4+10kal(so4)2

4alf3·3/2kf+9h2so4＝18hf+k2so4+4kal(so4)2

m為3時(shí)，

在步驟b中，在將逸出的氣體收集之后，清理第二反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，得到硫酸鉀和硫酸鋁鉀的固體混合物。

在步驟b之后包括步驟c：將硫酸鉀和硫酸鋁鉀的固體混合物破碎，用水溶解，配成10-35％的水溶液；將水溶液置于第三反應(yīng)器加熱并保持水溶液的溫度在60-70℃，將濃度為10％的氨水、氫氧化鉀的水溶液或碳酸氫銨的水溶液中的任一種緩慢加入第三反應(yīng)器，加入的同時(shí)攪拌，調(diào)節(jié)ph值在8-9；保持溫度60-70℃，靜置2－5小時(shí),過濾第三反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)得到氫氧化鋁。

在步驟c之后包括步驟d：將得到的氫氧化鋁在140-160℃加熱1-2小時(shí)，接著在700-800℃加熱3－4小時(shí)，然后在1000-1200℃進(jìn)行煅燒，得到α型氧化鋁。

其中，在步驟a中，使用的鋁至少為一噸。在步驟b中，鉀冰晶石與硫酸的重量比為1：1.3－1：1.5。鉀冰晶石與硫酸的重量比為1：1.4。

實(shí)施例一

稱取1噸鋁置于反應(yīng)器中，該反應(yīng)器為密閉容器，抽真空后通入氬氣保護(hù)，升溫至700℃，按反應(yīng)比例往第一反應(yīng)器中緩慢加入干燥的氟鈦酸鉀，快速攪拌0.5小時(shí)，靜置2小時(shí)，生成海綿鈦和鉀冰晶石，打開第一反應(yīng)器蓋，用虹吸泵抽出上層熔融的液態(tài)鉀冰晶石。

按鉀冰晶石與硫酸的重量比為1：1.3，將對(duì)應(yīng)量的濃硫酸置于第二反應(yīng)器中；將得到的鉀冰晶石加入第二反應(yīng)器；攪拌0.5小時(shí)；靜置3小時(shí)；將逸出的氣體收集，得到無硅氟化氫。

清理第二反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，得到硫酸鉀和硫酸鋁鉀的固體混合物。

將硫酸鉀和硫酸鋁鉀的固體混合物破碎，用水溶解，配成10％的水溶液；將水溶液置于第三反應(yīng)器加熱并保持水溶液的溫度在60℃，將濃度為10％的氨水緩慢加入第三反應(yīng)器，加入的同時(shí)攪拌，調(diào)節(jié)ph值在8；保持溫度60℃，靜置2小時(shí),過濾第三反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)得到氫氧化鋁。

將得到的氫氧化鋁在140℃加熱1小時(shí)，接著在700℃加熱3小時(shí)，然后在1000℃進(jìn)行煅燒，得到α型氧化鋁。

實(shí)施例二

稱取1噸鋁置于反應(yīng)器中，該第一反應(yīng)器為密閉容器，抽真空后通入氬氣保護(hù)，升溫至1050℃，按反應(yīng)比例往反應(yīng)器中緩慢加入干燥的氟硼酸鉀，快速攪拌4小時(shí)，靜置4小時(shí)，生成硼和鉀冰晶石，打開第一反應(yīng)器蓋，用虹吸泵抽出上層熔融的液態(tài)鉀冰晶石。

按鉀冰晶石與硫酸的重量比為1：1.4，將對(duì)應(yīng)量的濃硫酸置于第二反應(yīng)器中；攪拌3小時(shí)；靜置4小時(shí)；將逸出的氣體收集，得到無硅氟化氫。

清理第二反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，得到硫酸鉀和硫酸鋁鉀的固體混合物。

將硫酸鉀和硫酸鋁鉀的固體混合物破碎，用水溶解，配成15％的水溶液；將水溶液置于第三反應(yīng)器加熱并保持水溶液的溫度在70℃，將濃度為10％的氫氧化鉀的水溶液緩慢加入第三反應(yīng)器，加入的同時(shí)攪拌，調(diào)節(jié)ph值在9；保持溫度70℃，靜置5小時(shí),過濾第三反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)得到氫氧化鋁。

將得到的氫氧化鋁在160℃加熱2小時(shí)，接著在800℃加熱4小時(shí)，然后在1200℃進(jìn)行煅燒，得到α型氧化鋁。

實(shí)施例三

稱取1噸鋁置于第一反應(yīng)器中，該第一反應(yīng)器為密閉容器，抽真空后通入氬氣保護(hù)，升溫至750℃，按反應(yīng)比例往第一反應(yīng)器中緩慢加入干燥的氟鋯酸鉀，快速攪拌2小時(shí)，靜置3小時(shí)，生成鉀冰晶石，打開第一反應(yīng)器蓋，用虹吸泵抽出上層熔融的液態(tài)鉀冰晶石。

按鉀冰晶石與硫酸的重量比為1：1.5，將對(duì)應(yīng)量的濃硫酸置于第二反應(yīng)器中；攪拌1小時(shí)；靜置3.5小時(shí)；將逸出的氣體收集，得到無硅氟化氫。

清理第二反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，得到硫酸鉀和硫酸鋁鉀的固體混合物。

將硫酸鉀和硫酸鋁鉀的固體混合物破碎，用水溶解，配成23％的水溶液；將水溶液置于第三反應(yīng)器加熱并保持水溶液的溫度在65℃，將濃度為10％的碳酸氫銨的水溶液緩慢加入第三反應(yīng)器，加入的同時(shí)攪拌，調(diào)節(jié)ph值在8.5；保持溫度65℃，靜置3小時(shí),過濾第三反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)得到氫氧化鋁。

將得到的氫氧化鋁在150℃加熱1.5小時(shí)，接著在750℃加熱3.5小時(shí)，然后在1050℃進(jìn)行煅燒，得到α型氧化鋁。

實(shí)施例四

稱取5噸鋁置于反應(yīng)器中，升溫至1000℃，往第一反應(yīng)器中緩慢加入干燥的氟硼酸鉀與氟鈦酸鉀混合物2噸，氟硼酸鉀與氟鈦酸鉀的摩爾比為1：1，快速攪拌3小時(shí)，靜置3小時(shí)，由于鋁過量，生成鋁鈦硼合金和鉀冰晶石，打開第一反應(yīng)器蓋，用虹吸泵抽出上層熔融的液態(tài)鉀冰晶石。

按鉀冰晶石與硫酸的重量比為1：1.4，將對(duì)應(yīng)量的濃硫酸置于第二反應(yīng)器中；攪拌2小時(shí)；靜置3.5小時(shí)；將逸出的氣體收集，得到無硅氟化氫。

清理第二反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，得到硫酸鉀和硫酸鋁鉀的固體混合物。

將硫酸鉀和硫酸鋁鉀的固體混合物破碎，用水溶解，配成24％的水溶液；將水溶液置于第三反應(yīng)器加熱并保持水溶液的溫度在68℃，將濃度為10％的氨水緩慢加入第三反應(yīng)器，加入的同時(shí)攪拌，調(diào)節(jié)ph值在8；保持溫度68℃，靜置4小時(shí),過濾第三反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)得到氫氧化鋁。

將得到的氫氧化鋁在155℃加熱2小時(shí)，接著在780℃加熱3小時(shí)，然后在1150℃進(jìn)行煅燒，得到α型氧化鋁。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。