陳宏偉

(多氟多化工股份有限公司 ， 河南 焦作 454006)

?

?開發(fā)與研究?

高品質(zhì)氟硼酸鉀制備研究

陳宏偉

(多氟多化工股份有限公司 ， 河南 焦作 454006)

針對市場上氟硼酸鉀主流成品為粉狀，45 μm(325目)篩通過率>60%，流動性差，比表面積大，容易潮解結(jié)塊，影響下游客戶使用的現(xiàn)狀，本研究試驗通過在加料方式、氯化鉀和硼砂原料液濃度、攪拌速度、加料時間、氫氟酸濃度、合成溫度等方面進(jìn)行大量實驗，掌握了粒度45 μm(325目)篩通過率<10%，長時間放置不會結(jié)塊的制備高品質(zhì)氟硼酸鉀的工藝參數(shù)，產(chǎn)品滿足下游客戶使用要求，具有較強的推廣意義。

氟硼酸鉀 ；45 μm(325目)篩通過率 ； 潮解結(jié)塊 ； 流動性

0 前言

氟硼酸鉀主要用于生產(chǎn)鋁鈦硼合金，或用作熱焊、銅焊的助熔劑，或用于鋁鎂的澆鑄生產(chǎn)，制三氟化硼和其它氟鹽的原料及用于電化學(xué)過程和試劑。

鑒于氟硼酸鉀通常使用在高溫工況，雜質(zhì)水分在高溫時水解放出有毒氣體氟化氫，存在較大的環(huán)保隱患，因此市場要求氟硼酸鉀產(chǎn)品流動性好、水分低，不能出現(xiàn)潮解結(jié)塊。

目前市場上的氟硼酸鉀主流成品為粉狀，45 μm(325目)篩通過率>60%，流動性差，比表面積大，容易潮解結(jié)塊，不能滿足用戶對其越來越高的品質(zhì)需求，因此開發(fā)流動性好、不結(jié)塊的晶體氟硼酸鉀[45μm (325目)篩通過率<10%]就成為行業(yè)迫在眉睫的問題。

1 實驗原理

本工藝以有水氫氟酸、硼砂、氯化鉀為原料合成制得氟硼酸鉀料漿，經(jīng)過濾、洗滌、干燥得產(chǎn)品氟硼酸鉀，主要化學(xué)反應(yīng)式如下：

4KBF4↓+2HCl+2NaCl+17H2O

2 實驗原料及設(shè)備

2.1 試驗原料

氯化鉀，98.73% ；硼砂，98.78%；氫氟酸，26.3%、34.2%、46.7%。

2.2 主要實驗設(shè)備

電子天平(梅特勒A1204)；水浴鍋(上?？瞥綄嶒炘O(shè)備有限公司，HH-8S)；電動攪拌機(江蘇東鵬儀器制造有限公司，JJ-1 300W)；電爐(興化駿輝電熱源頭廠家，DZDW-1000 W)；布氏漏斗(唐山市開平中科化學(xué)瓷廠，250 mL)；水環(huán)式真空泵(鞏義市英峪儀器廠，SHZ-D(Ⅲ)型)；加熱恒溫箱(上海圣科儀器設(shè)備有限公司，DZF-6021)；塑料燒杯；玻璃燒杯；溫度計；小型振動篩(南京凱奧機械設(shè)備源頭廠家，圓振篩)。

3 實驗過程及結(jié)果分析

本研究實驗主要在加料方式、氯化鉀和硼砂原料濃度、攪拌速度、加料時間氫氟酸濃度、合成溫度等方面進(jìn)行大量實驗，通過實驗掌握了控制氟硼酸鉀粒度在45 μm(325目)篩通過率<10%的方法。

3.1 加料方式的影響

KCl濃度200 g/L，硼砂濃度250 g/L，氫氟酸濃度為26.3%，采用不同的加料方式將KCl、硼砂、氫氟酸進(jìn)行反應(yīng)，加料量為理論量，合成溫度為常溫，控制攪拌速度120 r/min，控制加料時間1 h，反應(yīng)完全結(jié)束后過濾洗滌，軟膏在100 ℃烘干4 h，即得氟硼酸鉀成品，小型振動篩進(jìn)行篩分，然后密閉在塑料袋里靜態(tài)放置7日觀察是否結(jié)塊，實驗結(jié)果如表1所示。

表1 不同加料方式對結(jié)果的影響

從表1可以看出，采用HF溶液和混合液(KCl+硼砂)同時加入合成槽得到的氟硼酸鉀成品45 μm篩通過率<20%，流動性好，且產(chǎn)品長期存放不易結(jié)塊；而采用KCl溶液 和混合液(HF+硼砂)、硼砂(液體)和混合液(KCl+HF)同時加入合成槽的加料方式得到的氟硼酸鉀成品45 μm通過率均>50%，流動性好，產(chǎn)品經(jīng)烘干后存放易結(jié)塊。上述對比得出：采用HF溶液和混合液(KCl+硼砂)同時加入合成槽的加料方式可增大氟硼酸鉀成品粒度。

3.2 氯化鉀和硼砂原料液濃度的影響

采用KCl溶液濃度為200、250 g/L，硼砂濃度為250、300 g/L ，高純酸濃度為26.3%，加料方式為HF溶液和混合液(KCl+硼砂)同時進(jìn)入合成槽，加料量為理論量，合成溫度為常溫，攪拌速度控制120 r/min，加料時間1 h，反應(yīng)完全結(jié)束后過濾干燥即得氟硼酸鉀成品，用成品小型振動篩進(jìn)行篩分，然后密閉在塑料袋里靜態(tài)放置7日觀察是否結(jié)塊。實驗結(jié)果見表2。

表2 氯化鉀和硼砂原料液濃度對結(jié)果的影響

注：HF濃度為26.3%。

從表2可以看出，在氫氟酸濃度一定的情況下，KCl溶液濃度200 g/L、硼砂濃度250 g/L時得到的氟硼酸鉀產(chǎn)品的成品顆粒增大，45 μm篩通過率<20%，且長期存放不易結(jié)塊，其它三種濃度組合與氫氟酸反應(yīng)時得到的氟硼酸鉀產(chǎn)品45 μm篩通過率>60%。上述對比得出：KCl溶液濃度為200 g/L、硼砂濃度為250 g/L時得到的氟硼酸鉀產(chǎn)品成品顆粒增大。

3.3 攪拌轉(zhuǎn)速

采用濃度為200 g/L的KCl溶液，硼砂濃度250 g/L，高純酸濃度為26.3%，加料方式為HF溶液和混合液(KCl+硼砂)同時進(jìn)入合成槽，加料量為理論量，合成溫度為常溫，加料時間1 h，攪拌轉(zhuǎn)速80～200 r/min，反應(yīng)完全結(jié)束后過濾干燥即得氟硼酸鉀成品，用成品小型振動篩進(jìn)行篩分，然后密閉在塑料袋里靜態(tài)放置7日觀察是否結(jié)塊，實驗結(jié)果如表3所示。

表3 攪拌速度對結(jié)果的影響

從表3可以看出，攪拌速度在80、200 r/min時，得到的氟硼酸鉀烘干后易結(jié)塊；攪拌速度在120 r/min和160 r/min時，得到的氟硼酸鉀產(chǎn)品顆粒粗，45 μm篩通過率<30%。上述對比得出：攪拌速度不宜<80 r/min或>160 r/min，攪拌速度過慢， HF溶液與KCl和硼砂的混合液在進(jìn)入合成槽后未能及時充分接觸，得到的氟硼酸鉀的結(jié)晶粒度太細(xì)；攪拌速度過快，使得氟硼酸鉀未能形成較大的晶粒，對于已形成的晶粒也因被打碎而使晶粒變小。經(jīng)過上述對比，攪拌速度控制在120 r/min時，生產(chǎn)的氟硼酸鉀成品顆粒增大，且長期存放不易結(jié)塊。

3.4 加料時間

采用濃度為200 g/L的KCl溶液，硼砂濃度為250 g/L，高純酸(濃度為26.3%)，加料方式為HF溶液和混合液(KCl+硼砂)同時進(jìn)入合成槽，攪拌速度120 r/min，加料時間30min至120min之間，加料量為理論量，合成溫度為常溫，反應(yīng)完全結(jié)束后，過濾干燥即得氟硼酸鉀成品，用成品小型振動篩進(jìn)行篩分，然后密閉在塑料袋里放置七日觀察是否結(jié)塊，實驗結(jié)果見表4。

表4 加料時間對結(jié)果的影響

從表4可以看出， KCl溶液濃度為200 g/L、硼砂濃度為250 g/L，攪拌轉(zhuǎn)速120 r/min，加料時間30 min，得到的氟硼酸鉀45 μm篩通過率均在60%以上；加料時間60 min，得到的氟硼酸鉀45 μm篩通過率均<20%，加料時間在90 min以上時，得到的氟硼酸鉀45 μm篩通過率均<100%。經(jīng)過上述對比，延長加料時間有助于晶體顆粒逐步長大，得到的氟硼酸鉀成品顆粒較大且長期存放不易結(jié)塊，結(jié)合本項目對產(chǎn)品粒度要求，建議選用加料時間90 min。

3.5 HF酸的濃度

采用不同濃度的氫氟酸，KCl溶液濃200 g/L，硼砂濃度250 g/L，加料方式為HF溶液+混合液(KCl+硼砂)同時進(jìn)入合成槽，攪拌速度控制120 r/min，加料時間90 min，加料量為理論量，合成溫度為常溫，反應(yīng)完全結(jié)束后過濾干燥即得氟硼酸鉀成品，用成品小型振動篩進(jìn)行篩分，然后密閉在塑料袋里放置七日觀察是否結(jié)塊，實驗結(jié)果見表5。

從表5可以看出，用氫氟酸濃度26.3%為原料，得到的氟硼酸鉀粒度45 μm篩通過率<10%；用氫氟酸濃度34. 2%為原料，得到的氟硼酸鉀粒度45 μm篩通過率>30%；用氫氟酸濃度46.7%為原料，得到的氟硼酸鉀粒度45 μm篩通過率>50%；經(jīng)過上述對比，低濃度的氫氟酸制得的氟硼酸鉀成品顆粒較大且長期存放不易結(jié)塊，建議選用氫氟酸濃度≤30%。

表5 HF濃度對結(jié)果的影響

3.6 合成溫度

采用氫氟酸濃度26.3%，KCl溶液濃200 g/L，硼砂濃度250 g/L，加料方式為HF溶液+混合液(KCl+硼砂)同時進(jìn)入合成槽，攪拌速度控制120 r/min，加料時間90 min，加料量為理論量，在不同溫度下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完全結(jié)束后過濾干燥即得氟硼酸鉀成品，用成品小型振動篩進(jìn)行篩分，然后密閉在塑料袋里放置7 d觀察是否結(jié)塊，實驗結(jié)果如表6所示。

從表6可看出，在氫氟酸濃度26.3%，KCl溶液濃200 g/L，硼砂濃度250 g/L，加料方式為HF溶液+混合液(KCl+硼砂)同時進(jìn)入合成槽，攪拌速度控制120 r/min，加料時間90 min，加料量為理論量的條件下，合成溫度無論是常溫、50～60 ℃和70 ℃以上，所得到的氟硼酸鉀產(chǎn)品45 μm篩通過率都在10%以下，結(jié)合本項目，建議合成溫度為常溫。

表6 合成溫度對結(jié)果的影響

4 結(jié)論

綜上所述本研究確定工藝參數(shù)為： 200 g/L氯化鉀溶液和250 g/L硼砂溶液混合后，與26.3%氫氟酸同時均勻地加入合成槽中，加料量為理論量，合成攪拌速度120 r/min，加料時間90 min，合成溫度為常溫，所得到的料漿經(jīng)過濾洗滌干燥得到的氟硼酸鉀產(chǎn)品粒度45 μm篩通過率>10%，流動性好且長期存放不會結(jié)塊，滿足下游客戶需求，具有較大的推廣意義。

Study on the Preparation of High Quality Potassium Fluoborate System

CHEN Hongwei

(Do-fluoride Chemicals Co.Ltd , Jiaozuo 454006 , China)

Due to market mainstream potassium fluoborate product powdery 45 μm(325 mesh pass rate≥ 60%),poor mobility,with high specific surface area,easy deliquescence caking,influence downstream customers to use status and the test by false chat,potassium chloride and borax concentration of raw materials,stirring speed,feed time,concentration of hydrofluoric acid,synthesis temperature etc.aspects of a large number of experiments,the master of the granularity in 45 μm(325 mesh) <10%,the long time placed not caking of process parameters for synthesis of high quality potassium fluoborate products to meet the downstream customer requirements and has strong significance for popularization.

potassium fluoborate ； 45 μm(325 mesh) pass rate ； deliquescence caking ； mobility

2016-07-05

陳宏偉(1970-)，男，工程師，從事氟化工研究工作，電話：13939176975。

TQ131.13

A

1003-3467(2016)11-0019-04