氟硅酸钠生产工艺及污水回收探讨

氟硅酸钠生产工艺及污水回收探讨

马壮军

（云南云天化红磷化工有限公司，云南 开远 661699）

摘要：受到氟硅酸钠的生产方法与特点的影响，生产过程会产生较多污水，并且会出现回收难问题。采用实验法改进原有工艺，处理氟硅酸钠的污水回收与利用问题，增加经济效益。本文研究中，重点分析氟硅酸钠生产新工艺、污水回收，仅供参考。

关键词：氟硅酸钠；生产工艺；污水回收

氟硅酸钠是一种无机化工产品，工农业的快速发展，扩大了化工产品的用途。氟硅酸钠的生产方法，包括氯化钠法、硫酸钠法，上述生产工艺的价格低廉、成熟度高，然而污水内部含有盐酸，会增加回收难度，提升处理成本，所以将硫酸钠作为原料。尽管硫酸钠原料的优势多，但是污水内的硫酸含量大，并且包含钠离子，仍然会增加污水处理回收难度。因此本研究以回收硫酸钠工艺的污水为主，开展多次实验研究，将污水应用到磷酸萃取生产中，处理污水回收难问题。

1、氟硅酸钠生产的污水处理现状

不管是氯化钠法，还是硫酸钠法，生产过程的污水量都比较多。硫酸钠法的污水组成，包括钠离子、氟硅酸根、硫酸根。氯化钠法污水组成，包括氟硅酸钠、氯离子、钠离子。所以两种工艺的污水都为酸性，含有氟硅酸根，具备较强的腐蚀性，如果处理不到位，则会加剧环境污染。

在磷酸生产中可以使用污水，然而由于污水含有大量钠离子，影响使用效果，且污水处理法采用石灰乳液中和，利用两级沉降分离法，可以实现固液分离。在上述处理方法中，石灰乳处理污水后，出水的钙离子浓度、氟含量，均与溶液pH值相关。减少污水内的酸度，提升钙离子浓度、pH值时，可以减少出水氟离子浓度。为了使出水氟含量达标，钙离子浓度、pH值要满足匹配条件。在操作过程中，为了确保pH值达标，添加石灰乳实现中和效果，然而钙离子浓度不足，会影响氟化物的达标度。试验操作之后，沉淀池出水pH值为10-11，获得有效的除氟效果。尽管此种方式可以处理污水，加入石灰乳会影响控制稳定性，导致污水无法达到排放标准。污水处理装置的投资大，运行、维护费用大，所以处理效果不佳。

2、原始工艺污水回收试验与设备结垢原因

2.1污水回收试验

氟硅酸钠生产厂家，多采用湿法磷酸生产装置，多数人要将硫酸污水回收到磷酸萃取系统内，可以减少污水处理费用，还可以提升硫酸回收率。因此在处理时，先将氟硅酸钠装置污水输送到磷酸萃取槽内，连续生产1个月之后，发现磷酸萃取装置使用污水后，堵塞速度明显加快了。使用污水之前，磷酸萃取装置设备清理周期为三个月，使用污水之后，清理周期变为10天，增加了堵塞几率，对磷酸系统的运行影响明显。

第一，为了加快沉淀池的沉淀速度，将聚丙烯酰胺添加到二级沉淀池，有助于提升悬浮物的沉降速度。通过现有沉淀池容易，可以确保出水悬浮物达到工艺控制指标。

第二，在处理污水之前，要沉淀废水，分离内部的硅胶，降低氟化物、悬浮物的进口浓度，既可以提升污染物的去除效率，还可以减少石灰乳消耗量，减少污水处理的运行费用，使污水处理达到工艺控制指标，以满足国家排放标准。

第三，改造废水循环利用，保证含氟废水不外排。在改造处理时，废水处理达到工艺控制指标，一部分出水送到氟硅酸钠装置，将其作为尾气的洗涤用水，利用量为每小时25m³。一部分水送到氟硅酸钠装置的化盐合成工序，作为洗涤用水的水源，使用量为每小时15m³。剩余部分送到均化磨矿装置中，将其作为工艺用水，既可以减少生产用水量，还可以降低装置运行成本，实现环境保护目标。

2.2结垢原因分析

试验操作中，回收利用污水时，萃取槽内料浆取样，钠离子浓度为6.77×10-2mol/L，氟硅酸浓度为1.66mol/L。萃取槽料浆内的氟硅酸钠溶度积为7.6×10-3mol/L。分析磷酸溶解度特性可知，萃取槽内的氟硅酸溶度积为7.6×10-3mol/L。因此系统内会生成氟硅酸。回用污水时，污水内的钠离子进入磷酸系统，会与稀磷酸的氟硅酸反应，从而生成氟硅酸钠，之后进入到磷酸过滤系统。磷酸过滤之后，由于管道设备无保温效果，过滤部分存在真空度，所以磷酸料浆在管道内的降温比较快，酸温从80℃降低到65℃。分析氟硅酸钠的溶解特性发现，在磷酸溶液（25%）中，氟硅酸钠80℃溶解度为1.2%，60℃的溶解度为1%，所以氟硅酸钠的过饱和度持续加大，并且会在设备管壁上形成晶核，晶核生长之后会形成结垢析出。降低污水内的钠离子量，才可以减少氟硅酸钠的生成量，延长管道设备清理周期。

3、降低污水内的钠离子实验

3.1小试实验

氟硅酸钠为可逆反应，现有工艺多采用过量硫酸钠法，确保反应朝着正方向操作。当硫酸钠过量系数增加后，污水内的钠离子含量也持续增加，所以氟硅酸钠生产过程的硫酸钠消耗高，会持续增加生产成本。当钠离子含量增加，则会影响污水的回收利用。所以此次实验要改变传统工艺，通过酸过量法减少原料硫酸钠消耗、污水钠离子含量。实验操作中，遵照142g硫酸钠，使用氟硅酸（12%）进行反应，反应时间控制在15min，于恒温水浴（40℃）反应，反应时间为15min。氟硅酸质量分数为过量5%、10%、15%、20%，分别开展四次实验，反应后母液取样分析钠离子含量。实验结果提示，当氟硅酸过量添加量增加之后，会持续减少钠离子含量。当氟硅酸降低到0.25%时，生产工艺的钠离子含量非常低。如果污水内的钠离子含量为0.35%，污水经过萃取槽稀释之后，浓度无法达到氟硅酸钠的饱和温度，此时就不会生成氟硅酸钠。

3.2装置放大试验

在调整工艺之前，硫酸钠用量大于理论量的25%。在生产过程中，污水内的钠离子含量9%。小试实验之后，基于氟硅酸钠生产装置调整生产工艺，由于氟硅酸过量超标后，会浪费一些氟硅酸。所以在试验操作中，硫酸钠、氟硅酸的比例为质量过量5%。经过3个月的生产装置放大实验之后，污水钠离子含量降低到0.22%。在试生产过程中，产品质量的合格率高。调整生产装置的工艺之后，污水进入到磷酸萃取槽内。在试验个月之后，没有出现管道设备堵塞的情况，所以可以应用到磷酸萃取系统生产中。

4、实施效果分析

第一，改善出水水质：改造处理之后，提升了污水处理水质。装置出水氟、悬浮物排放量明显减少，且其他污染指标明显改善。

第二，经济效益：按照每小时40m³用水量计算，水资源费用、排污费用为每立方米1.5元计算。一年可以节约用水近30万m³，节约资金42.3万元。

第三，环境效益：为了封闭循环使用含氟废水，处理对外环境氟污染问题。同时可以减少能源使用量，避免浪费能源，符合节能环保的时代主题。

5、结束语

综上所述，综合使用磷酸生产产物氟硅酸，可以处理磷肥生产的氟污染问题，现已成为化工业的发展方向。磷肥生产企业要积极保护环境，将氟硅酸应用到氟硅酸钠生产工序，消除氟硅酸生产过程的环境污染影响，建设污水治理措施，实现废水的循环使用，加强磷肥生产企业的竞争实力。同时，完善氟盐污水处理设施，循环使用废水资源，深度挖掘废水资源的综合使用途径，从而处理磷肥生产过程的氟污染问题，明确磷化工行业的发展方向，深入践行节能环保的发展理念，全面促进化工产业的经济发展。

参考文献

[1]王磊,陈思涛,宋志勇. 湿法磷酸生产过程中氟硅酸性质及应用的研究[J]. 硫磷设计与粉体工程,2019,(02):24-28+5-6.

[2]刘荆风,杨秀山,张志业,李维红,杨毅,王辛龙. 湿法磷酸酸解槽中氟硅酸钠颗粒形成原因及防治[J]. 磷肥与复肥,2018,33(12):104-107.