一種利用硅藻土制備二氧化硅的方法技術

本發明專利技術公開了一種利用硅藻土制備二氧化硅的方法，所述方法為：在攪拌下將含氟鹽酸滴加到硅藻土中，在30～50℃下進行酸化反應，酸化反應完全后，將酸化反應液抽濾，獲得濾液即氟硅酸的鹽酸溶液，再將氟硅酸的鹽酸溶液減壓蒸餾除去鹽酸，獲得濃縮液；然后向濃縮液中加入飽和碳酸氫銨水溶液，在10～90℃下進行氨化反應，氨化反應完全后，將氨化反應液過濾，濾餅用水洗滌后干燥，獲得所述二氧化硅；本發明專利技術使用二級硅藻土和副產含氟鹽酸，技術易操作，轉化率高，處理方便，資源充分利用，且可變廢為寶，是可持續發展的循環經濟綠色環保技術。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及制備二氧化硅的方法，特別涉及一種由長白二級硅藻土為原料，利用氟化工行業副產氟化氫和氯化氫溶液制備高純度二氧化硅的方法。
技術介紹
硅藻土是由含氧化硅很高的硅藻、放射蟲類或海綿的遺骸組成，是以硅藻遺骸(殼體)為主的一種生物沉積巖，具有輕質、化學穩定性好、孔隙度高、隔音、耐磨、耐酸、耐熱、吸附性強、熔點高等特點，已廣泛應用于各工業部門作為助濾劑、充填劑、催化劑載體、磨料增強劑和動物飼料補充劑等。我國硅藻土的開發歷史較短，且產品多為初級產品。吉林長白山南麓和鴨綠江源頭的長白朝鮮族自治縣硅藻土儲量是亞洲最大，品位最高的硅藻土資源基地，地質儲量約2億噸。其中一級品礦約占可采儲量的三分之一。但是，將低品位的二級硅藻土提純到一級土指標，操作難度大，收率低，周期長。為了充分利用資源，提高二級硅藻土的利用率，有必要在產品轉型升級上進行技術開發研究。二氧化硅又稱硅石。在自然界分布很廣，如石英、石英砂等。白色或無色，密度2.2 2.66，熔點1670°C (鱗石英)、1710°C (方石英)，沸點2230°C，相對介電常數為3.9。不溶于水，微溶于一般的酸，但溶于氫氟酸及熱濃磷酸，能和熔融堿類起作用。用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅鐵、型砂、單質硅。在晶體管和集成電路中作雜質擴散的掩蔽膜和保護層，制成二氧化硅膜作集成電路器件。隨著氟化工行業的高速發展，在氟化工企業含氟鹽酸是氟化工企業都面臨的大噸位副產物。含氟鹽酸中氟離子的存在直接影響到其使用范圍和使用安全性，另外也容易造成周邊環境的氟污染。面對含氟鹽酸的市場日益趨于飽和的嚴峻形勢，如何拓展含氟鹽酸的適用范圍已成為氟化工企業發展面臨的首要問題。因此，利用含氟鹽酸處理二級硅藻土，制備高純度的二氧化硅，是產品轉型升級的一項重要綠色合成技術和發展方向。
技術實現思路
本專利技術目的是提供一種利用氟化工行業的副產物含氟鹽酸和長白的二級硅藻土為原料，經酸化過濾和堿化分解反應技術制備高純度二氧化硅的方法，該方法具有所使用的反應原料價廉易得，是發揮資源優勢，變廢為寶，產品轉型升級的可持續發展的一項創新性生產技術。本專利技術采用的技術方案是:本專利技術提供，所述方法為:在攪拌下將含氟鹽酸滴加到硅藻土中，在30 50°C下進行酸化反應，酸化反應完全后，將酸化反應液抽濾，獲得濾液即氟硅酸的鹽酸溶液，再將氟硅酸的鹽酸溶液減壓蒸餾至無液體流出以除去鹽酸，獲得濃縮液；然后向濃縮液中加入飽和碳酸氫銨水溶液，在10 90°C下進行氨化反應，氨化反應完全后，將氨化反應液過濾，濾餅用水洗滌后干燥，獲得所述二氧化硅；所述硅藻土質量用量以SiO2物質的量計，所述含氟鹽酸質量用量以HF物質的量計，所述硅藻土中的SiO2與含氟鹽酸中HF投料物質的量之比為1:6 7，所述硅藻土中的SiO2與飽和碳酸氫銨水溶液中碳酸氫銨物質的量之比為1:6 7。進一步,所述娃藻土中SiO2質量含量為40 55%,優選吉林省長白縣八道溝鎮的二級硅藻土。進一步，所述含氟鹽酸中HF質量含量為10 15%，優選氟化工行業副產氟化氫和氯化氫溶液混合液。進一步，所述酸化反應是在30 50°C下反應I 5h。進一步，所述氨化反應按如下步驟進行:首先向濃縮液中加入飽和碳酸氫銨水溶液a在15 20°C氨化反應3 4h，獲得氨化反應液a，將氨化反應液a過濾，向濾液中加入飽和碳酸氫銨水溶液b在80 85°C氨化反應I 2h，獲得氨化反應液b，將氨化反應液b過濾，濾餅用水洗滌后干燥，獲得所述二氧化硅；所述飽和碳酸氫銨水溶液a與飽和碳酸氫銨水溶液b中碳酸氫銨總物質的量與SiO2物質的量之比為6 7:1，飽和碳酸氫銨水溶液a,飽和碳酸氫銨水溶液b各自的用量對本專利技術沒有影響。進一步，本專利技術所述利用硅藻土制備二氧化硅的方法推薦按如下步驟進行:在裝有機械攪拌、冷凝管、滴液漏斗的三口燒瓶中加入硅藻土，在攪拌下將含氟鹽酸滴加到三口燒瓶中，在35 40°C下進行酸化反應2 4h，酸化反應完全后，將酸化反應液抽濾，獲得濾液即氟硅酸的鹽酸溶液，再將氟硅酸的鹽酸溶液減壓蒸餾除去鹽酸，獲得濃縮液；向濃縮液中加入飽和碳酸氫銨水溶液a在15 20°C氨化反應3 4h，獲得氨化反應液a，將氨化反應液a過濾，向濾液中加入飽和碳酸氫銨水溶液b在80 85°C氨化反應I 2h，獲得氨化反應液b，將氨化反應液b過濾，濾餅用水洗滌后干燥,獲得所述二氧化硅；所述硅藻土中SiO2質量含量為40 5 5%,所述含氟鹽酸中HF質量含量為10 15% ;所述娃藻土質量用量以SiO2物質的量計，所述含氟鹽酸質量用量以HF物質的量計，所述SiO2與HF投料物質的量之比為1:6 7，所述飽和碳酸氫銨水溶液a與飽和碳酸氫銨水溶液b中碳酸氫銨總物質的量與SiO2物質的量之比為6 7:1，飽和碳酸氫銨水溶液a與飽和碳酸氫銨水溶液b各自的用量多少對本專利技術沒有影響。本專利技術所述利用硅藻土制備二氧化硅的反應式如下:Si02+HF — H2SiF6H2SiF6+NH4HC03 — (NH4)2SiF6(NH4)2SiF6 ^ SiO2 I +NH4F+C02 +H2O本專利技術所述飽和碳酸氫銨水溶液a和飽和碳酸氫銨水溶液b均為飽和碳酸氫銨水溶液，為便于區分不同步驟所用量不同而命名，氨化反應液a和氨化反應液b均為氨化反應液，為便于區分不同步驟獲得的反應液不同而命名，字母本身沒有含義。本專利技術所制備的二氧化硅經檢測，純度達到95.0%以上。本專利技術與現有技術相比，其有益效果體現在:本專利技術使用二級硅藻土和副產含氟鹽酸，技術易操作，轉化率高，處理方便，資源充分利用，且可變廢為寶，是可持續發展的循環經濟綠色環保技術。具體實施例方式下面結合具體實施例對本專利技術進行進一步描述，但本專利技術的保護范圍并不僅限于此:本專利技術實施例中使用的硅藻土為吉林省長白縣八道溝鎮的二級硅藻土。實施例1在裝有機械攪拌、冷凝管、滴液漏斗的5000mL三口燒瓶中加入吉林省長白縣八道溝鎮硅藻土公司生產的二級硅藻土(SiO2含量40wt%) 150g (Imol)，攪拌下滴加含氟鹽酸(HF含量10wt%)1200g (6mol)，在35°C酸化反應2小時，反應完畢，抽濾除去廢渣后，取濾液減壓濃縮至無液體流出去除剩余的鹽酸，獲得濃縮液，在15°C下向濃縮液中慢慢加入碳酸氫銨的飽和水溶液(碳酸氫銨160g，2mol)進行氨化3小時，過濾，濾液再加入316g碳酸氫銨的飽和水溶液(碳酸氫銨316g，4mol)加熱80°C反應2小時，過濾，固體用水洗滌后干燥，得到二氧化硅產品58g，收率97%，純度98%。實施例2在裝有機械攪拌、冷凝管、滴液漏斗的5000mL三口燒瓶中加入長白八道溝二級硅藻土(SiO2含量50wt%) 120g (Imol)，攪拌下滴加含氟鹽酸(HF含量15wt%) 930g(7mol)，在40°C酸化反應4小時，反應完畢，抽濾除去廢渣后，取濾液減壓蒸餾去除剩余的鹽酸，獲得濃縮液。在20°C下向濃縮液中慢慢加入的飽和水溶液(碳酸氫銨160g，)進行氨化5小時，過濾，濾液再加入的飽和水溶液(碳酸氫銨316g，4mol)加熱85°C反應I小時，過濾，固體用水洗滌干燥，得到二氧化硅產品59g，收率98%，純度98%。實施例3在裝有機械攪拌、冷凝管、滴液漏斗本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用硅藻土制備二氧化硅的方法，其特征在于所述方法為：在攪拌下將含氟鹽酸滴加到硅藻土中，在30～50℃下進行酸化反應，酸化反應完全后，將酸化反應液抽濾，獲得濾液即氟硅酸的鹽酸溶液，再將氟硅酸的鹽酸溶液減壓蒸餾除去鹽酸，獲得濃縮液；然后向濃縮液中加入飽和碳酸氫銨水溶液，在10～90℃下進行氨化反應，氨化反應完全后，將氨化反應液過濾，濾餅用水洗滌后干燥，獲得所述二氧化硅；所述硅藻土質量用量以SiO2物質的量計，所述含氟鹽酸質量用量以HF物質的量計，所述硅藻土中的SiO2與含氟鹽酸中HF投料物質的量之比為1:6～7，所述硅藻土中的SiO2與飽和碳酸氫銨水溶液中碳酸氫銨物質的量之比為1:6～7。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：裴文，孫莉，汪祝勝，陶榮哨，胡衛雅，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：