張 美，李茹蕾，郭 佩，趙鵬玉，何曉強，李安梅

(荊楚理工學(xué)院，湖北 荊門 448000)

1 引言

進入21 世紀以來，隨著信息社會到來，電子信息技術(shù)及其相關(guān)材料研究與開發(fā)得到了快速發(fā)展，以玻璃面板為基板的液晶顯示器(TFT-LCD)產(chǎn)業(yè)也進入了一個高速增長期，但對玻璃面板的厚度也要求其越來越薄，現(xiàn)在大部分TFT玻璃減薄都采用含氟化氫的酸性液體浸泡式玻璃蝕刻工藝的方法進行生產(chǎn)，蝕刻過程會產(chǎn)生大量含氟廢液和殘渣。隨著環(huán)保法的加緊實施以及人們對環(huán)境問題的持續(xù)關(guān)注，開發(fā)新的綠色可持續(xù)治理工藝具有重要意義。氟硅酸鈉作為TFT-LCD蝕刻工藝中的廢渣，由于利用價值低，一般被填埋處理，既污染環(huán)境又浪費寶貴的氟資源(Na2SiF6)，因此開發(fā)新的處理固廢氟硅酸鈉的綠色工藝要提上日程。通過將氟硅酸鈉與碳酸鈉反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為高附加值的氟化鈉，同時考察了反應(yīng)原料配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、加料方式等因素對其產(chǎn)率的影響；并且還可以根據(jù)情況，將其進一步轉(zhuǎn)化為市場急需的氟化氫產(chǎn)品[1]。

2 實驗

2.1 主要試劑與儀器

雷磁PXSJ-216離子計；氟硅酸鈉(分析純)；無水碳酸鈉(分析純)。

2.2 實驗方法

稱取適量Na2SiF6置于250 mL三口燒瓶中，加入適量無水碳酸鈉溶液，攪拌加熱恒溫至一定時間。反應(yīng)完成后趁熱過濾，收集濾液，量取濾液體積并記錄數(shù)據(jù)。取部分濾液倒入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的單口燒瓶中進行蒸發(fā)結(jié)晶干燥即得氟化鈉晶體[2-5]。反應(yīng)方程式如下：

Na2SiF6+2Na2CO3=6NaF+SiO2↓+2CO2↑

3 結(jié)果與討論

3.1 反應(yīng)原料配比對NaF收率的影響

在保持反應(yīng)時間3 h和反應(yīng)溫度60 ℃不變的情況下，通過改變反應(yīng)原料(mol)配比，考察改變反應(yīng)原料(mol)配比對NaF收率的影響，結(jié)果如下：

從表1中可以看出隨著配料比增加，氟化鈉產(chǎn)品收率呈先增加后減小的趨勢，在反應(yīng)配料比為2.3：1條件下，氟化鈉的收率達最大90.20%。原因是二氧化硅的溶解度小于氟化鈉，在實驗后期反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化硅與過量的碳酸鈉晶體發(fā)生共沉淀，抑制了碳酸鈉與氟硅酸鈉反應(yīng)速率，且生成的氟化鈉會附著于二氧化硅晶體上，隨水流沖洗，因此損耗了大部分的氟化鈉產(chǎn)品。實驗結(jié)果表明碳酸鈉與氟硅酸鈉反應(yīng)原料最佳配比為2.3：1。

表1 反應(yīng)原料配比對NaF收率的影響

3.2 反應(yīng)溫度T對NaF收率的影響

在保持反應(yīng)時間3 h和反應(yīng)原料(mol)配比1：2.3不變的情況下，通過改變反應(yīng)溫度，考察反應(yīng)溫度對NaF收率的影響，結(jié)果如下：

從表2中可以看出氟化鈉的收率隨反應(yīng)溫度升高呈先增加后減小的態(tài)勢，在反應(yīng)溫度為60 ℃條件下，氟化鈉收率為90.20%。其原因是氟硅酸鈉與碳酸鈉反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度的升高加速了 CO32-和 HCO3-的水解，氟化鈉晶體形成加快，但由于碳酸鈉隨溫度升高在水中溶解度會減小，且二氧化硅溶解度隨溫度升高而升高，反應(yīng)生成的氟化鈉會與二氧化硅生成混晶，在抽濾過程中受室外溫度和水洗影響，大部分氟化鈉產(chǎn)品與二氧化硅一起沉淀出來，氟化鈉收率減小。實驗結(jié)果表明反應(yīng)溫度最佳為60 ℃。

表2 反應(yīng)溫度T對NaF收率的影響

3.3 反應(yīng)時間t對NaF收率的影響

在保持反應(yīng)溫度60 ℃和反應(yīng)原料(mol)配比1：2.3不變的情況下，通過改變反應(yīng)時間，考察反應(yīng)溫度對NaF收率的影響，結(jié)果如下：

從表3中可以看出氟化鈉的收率隨反應(yīng)時間的增加呈先增加后減小的趨勢，在反應(yīng)時間為3 h的條件下，氟化鈉收率為90.20%。其原因是在轉(zhuǎn)化率不變的條件下，反應(yīng)時間長有利于反應(yīng)物的生成，但由于有二氧化硅晶體產(chǎn)生，所以反應(yīng)時間太長會導(dǎo)致二氧化硅結(jié)晶增多，附著在二氧化硅產(chǎn)品上的氟化鈉產(chǎn)品就越多，氟化鈉產(chǎn)品收率就會減小。實驗結(jié)果表明反應(yīng)時間最佳為3 h。

表3 反應(yīng)時間t對NaF收率的影響

4 結(jié)論

試驗結(jié)果表明：制備氟化鈉最佳條件為：反應(yīng)原料配比(mol)為1：2.3，反應(yīng)溫度60 ℃，反應(yīng)時間3 h，氟化鈉產(chǎn)品含量達到國家標(biāo)準。此研究創(chuàng)新之處在于工藝流程與其他方法相比流程簡單且易于操作，生產(chǎn)成本低廉，產(chǎn)生的污染小，符合綠色工藝的要求，并且氟化鈉收率較好。