مقاله خالص سازی شیمیایی فلورسپار و تولید فلوریدریک اسید از فلوروسیلیسیک اسید حاصل از حاصل سازی فلورس پار

بخشی از مقاله

چکیده :

این اختراع بطور خلاصه شامل سه مرحله زیر می باشد: مرحله اول: در این مرحله با استفاده از محلول 25 درصد هیدروژن فلوراید در سولفوریک اسید - محصول مرحله دوم - ناخالصی های خاک معدنی فلورسپار که عبارتند از سیلیس، دولومیت، اکسید آهن و سولفید سرب یا آهن حذف شده و فلورسپار با خلوص حدود 99,9 درصد و فلوروسیلیسیک اسید به عنوان محصول جانبی تولید فرایند می شود. مرحله دوم: در این مرحله فلوروسیلیسیک اسید حاصل از مرحله اول، تحت شرایط خاصی به گاز هیدروژن فلوراید و پودر سیلیس تبدیل میشود که گاز هیدروژن فلوراید با استفاده از سولفوریک اسید جذب میشود.

پودر سیلیس نیز فیلتر و سپس جمع آوری میگردد. محصول این مرحله از فرایند محلول 25 درصد هیدروژن فلوراید در سولفوریک اسید میباشد که بخشی از آن برای مرحله اول فرایند مصرف میگردد و مابقی جهت تولید فلوریدریک اسید در مرحله سوم مصرف میشود. مرحله سوم: در این مرحله فلوریدریک اسید بدون آب با خلوص بالای 99 درصد از واکنش فلورسپار خالص سازی شده - محصول مرحله اول - و سولفوریک اسید و اضافه محلول 25 درصد هیدروژن فلوراید در سولفوریک اسید - از مرحله دوم - تولید می شود.

کلمات کلیدی: خالص سازی فلورسپار، تولید فلوریدریک اسید، صرفه اقتصادی

.1  مقدمه:

فلوئور الکترونگاتیوترین عنصر جدول تناوبی است و می تواند با سایر عناصر ترکیب شود. این ماده در انرژی اتمی و صنایع پیشرفته کاربرد زیادی دارد. یکی از مهمترین منابع عنصر فلوئور کانی فلورسپار بوده که از ترکیب این کانی با اسید سولفوریک، فلورید هیدروژن تولید میشود که ماده اولیه برای تولید ترکیبات فلوئوردار است. مهمترین ترکیبات فلوئور، آلومینیومتری فلوراید و کریولیت میباشند که در صنایع آلومینیوم سازی از اهمیت خاصی برخوردارند. آلومینیومتری فلوراید، کریستال سفید رنگی است که به عنوان مکمل الکترولیت در صنایع تولید آلومینیوم مصرف فراوانی دارد. اسم فلورین و فلورسپار از کلمه لاتین Fluere به معنی جریان یا فلاکس می باشد. از سال 1546 به بعد معادن فلورین در حد اقتصادی مورد بهرهبرداری قرار گرفت. قبل از این تاریخ تنها بلورهای درشت فلورین به عنوان زینت و برای ساختن ظروف و مجسمه در برخی از کشورها معمول بوده است.

در سال 1670 حکاکی بر روی شیشه بوسیله فلورسپار ترکیب شده با اسید گزارش شد. مصرف هیدروژن فلوراید در تولید کلروفلور وکربنها - CFC - به عنوان سرد کننده و نیز آلومینیوم فلوراید و کریولیت به عنوان کمک ذوب از سالهای 1930 شروع گردید. جنگ جهانی دوم باعث تحولات عظیمی در زمینه تولید و مصرف هیدروژن در آلکیلاسیون و تولید سوخت هواپیما و در تولید اورانیوم هگزا فلوراید به عنوان تغلیظ کننده اورانیوم گردید. مهمترین کاربرد شیمیایی فلورسپار در تولید اسید فلوریدریک است که اثر سولفوریک بر فلورسپار به دست میآید. از حدود یک کیلوگرم فلورسپار،454 گرم اسید فلوریدریک تهیه میشود وجود ناخالصی سیلیس در خاک معدنی فلورسپار باعث مصرف اسید فلوریدریک شده - به ازاء هر گرم سیلیس دو گرم اسید فلوریدریک - و در محصول ناخالصی فلوروسیلیسیک اسید ایجاد میگردد. حذف کامل سیلیس از خاک معدنی فلورسپاربا روشهای فیزیکی و مکانیکی تقریباً غیرممکن است. در این مقاله روشی ارایه شده که با این روش میتوان فلورسپار با خلوص بسیار بالا تهیه نمود که هم قابل مصرف در صنایع اپتیک می باشد و همچنین مزاحمت های سیلیس در هنگام تولید اسید فلوریدریک اسید حذف می گردد.

2.    شرح فرایند :

معمولا خاک فلورسپار دارای ناخالصی هایی مانند سیلیس، دولومیت، اکسید آهن و سولفید سرب یا آهن می باشد که عمده ترین مشکلات، هنگام تولید فلوریدریک اسید، بخاطر وجود سیلیس می باشد. هنگام تولید فلوریدریک اسید، سیلیس با گاز هیدروژن فلوراید واکنش داده و تولید گاز سیلیسیم تترافلوراید می نماید که باعث ایجاد ناخالصی هگزافلوروسیلیسیک اسید در محصول نهایی می شود. در نتیجه فلوریدریک اسید تولید شده نیاز به مراحل دیگری برای خالص سازی دارد. خالص سازی فلوریدریک اسید از هگزافلوروسیلیسیک اسید دشوار بوده و برای انجام عملیات خالص سازی باید هزینه بالایی برای تهیه تجهیزات و انرژی مورد نیاز متحمل شد. دولومیت و سولفیدهای سرب یا آهن موجود در خاک معدنی فلورسپار نیز هنگام تولید فلوریدریک اسید با سولفوریک اسید موجود در راکتور وارد واکنش شده و با تولید دود و گاز هیدروژن سولفید در راکتور ایجاد مشکل می کنند. در مجموع مشکلات ناشی از ناخالصی های فلورسپار شامل موارد زیر می باشد که با حذف نمودن این ناخالصی ها با روش مطرح شده در این مقاله این مشکلات نیز حذف میشوند :

·    مصرف هیدروژن فلوراید تولید شده به وسیله سیلیس و تبدیل آن به سیلیسیم تترافلوراید و هگزافلوروسیلیسیک اسید.

·    ایجاد ناخالصی در محصول نهایی و افزایش تعداد مراحل خالص سازی نهایی.

·    کاهش راندمان واکنش و کاهش ضریب عملکرد تجهیزات تبرید وچگالش.

·    تولید رسوب سیلیس در خطوط خروجی از راکتور و قسمتهای مرطوب یا در تماس با آب.

·    ایجاد دود در راکتور در اثر وجود کربنات های موجود در خاک معدنی.

·    ایجاد رسوبات سولفیدی در خطوط تولیدی در اثر وجود سولفیدهای موجود در خاک معدنی.

·    بالا بودن مصرف انرژی و هزینه مورد نیاز برای خالص سازی فلوریدریک اسید از هگزافلوروسیلیسیک اسید و سایر ناخالصیها.

.1-2   اهداف :

هدف اصلی از انجام این اختراع، دستیابی به دانش فنی تولید فلوریدریک اسید با خلوص بالای 99 درصد به منظور رفع نیاز صنایع هسته ای، نظامی و شیمیایی کشور به این ماده مهم و پرمصرف بود. با توجه به بررسی های به عمل آمده مشخص گردید مهم ترین علت مشکلات پیش رو برای رسیدن به این هدف ناشی از ناخالصی های موجود در خاک فلورسپار میباشد.
به همین منظور فرایندی طراحی شد تا بتواند سه هدف اصلی زیر را برآورده کند :

.1-1-2 تولید فلورسپار با خلوص 99,9 درصد به منظور رفع مشکلات ناشی از ناخالصی های خاک معدنی فلورسپار هنگام تولید فلوریدریک اسید. - با استناد بر نتیجه آنالیز XRD فلورسپار تولید شده -

.2-1-2 تولید فلوریدریک اسید از هگزافلوروسیلیسیک اسید حاصل از خالص سازی شیمیایی فلورسپار به منظور افزایش بازدهی کارخانه تولید فلوریدریک اسید.

.3-1-2 تولید فلوریدریک اسید بدون آب با خلوص 99 درصد از واکنش بین فلورسپار خالص سازی شده و سولفوریک اسید که با استفاده از روش طراحی شده توانستیم فلوریدریک اسید بدون آب با خلوص 98,6 درصد تولید کنیم.

.2-2   اهمیت و کاربردها :

در زیر برخی از کاربردهای فلورسپار و فلوریدریک اسید آوره شده است :

.1-2-3  کاربردهای فلورسپار :

·    کاربرد شیمیایی: مهم ترین کاربرد شیمیایی فلورسپار در تولید فلوریدریک اسید است که از اثر سولفوریک اسید بر فلورسپار به دست میآید.از حدود یک کیلوگرم فلورسپار، 454 گرم فلوریدریک اسید تهیه میشود.