張 美，李茹蕾，郭 佩，趙鵬玉，何曉強，李安梅

(荊楚理工學院，湖北 荊門 448000)

1 引言

進入21 世紀以來，隨著信息社會到來，電子信息技術及其相關材料研究與開發(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，蝕刻過程會產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將其轉化為高附加值的氟化鈉，同時考察了反應原料配比、反應溫度、反應時間、加料方式等因素對其產率的影響；并且還可以根據情況，將其進一步轉化為市場急需的氟化氫產品[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。反應完成后趁熱過濾，收集濾液，量取濾液體積并記錄數據。取部分濾液倒入旋轉蒸發(fā)儀的單口燒瓶中進行蒸發(fā)結晶干燥即得氟化鈉晶體[2-5]。反應方程式如下：

Na2SiF6+2Na2CO3=6NaF+SiO2↓+2CO2↑

3 結果與討論

3.1 反應原料配比對NaF收率的影響

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

從表1中可以看出隨著配料比增加，氟化鈉產品收率呈先增加后減小的趨勢，在反應配料比為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，在實驗后期反應產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品。實驗結果表明碳酸鈉與氟硅酸鈉反應原料最佳配比為2.3：1。

表1 反應原料配比對NaF收率的影響

3.2 反應溫度T對NaF收率的影響

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

從表2中可以看出氟化鈉的收率隨反應溫度升高呈先增加后減小的態(tài)勢，在反應溫度為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為吸熱反應，反應溫度的升高加速了 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，大部分氟化鈉產品與二氧化硅一起沉淀出來，氟化鈉收率減小。實驗結果表明反應溫度最佳為60 ℃。

表2 反應溫度T對NaF收率的影響

3.3 反應時間t對NaF收率的影響

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

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

表3 反應時間t對NaF收率的影響

4 結論

試驗結果表明：制備氟化鈉最佳條件為：反應原料配比(mol)為1：2.3，反應溫度60 ℃，反應時間3 h，氟化鈉產品含量達到國家標準。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，生產成本低廉，產生的污染小，符合綠色工藝的要求，并且氟化鈉收率較好。