Концентрирование фтористоводородной кислоты

Главная » Литература » Тезисы » Концентрирование фтористоводородной кислоты
Автор: Седнева Т.А, Локшин Э.П., Беликов М.Л.

ИХТРЭМС им. И.В. Тананаева КНЦ РАН, г. Апатиты

Проблема утилизации фтористоводородной кислоты, широко используемой в химической технологии, не теряет актуальности. С ней также тесно связаны вопросы захоронения фторсодержащих отходов и экологической опасности действующих производств. Техника мембранного электролиза позволяет в двухкамерном электролизере с анионообменными мембранами экстрагировать из смесей кислот преимущественно одновалентные анионы.

Изучена рекуперация HF электроэкстракцией фторид-ионов через мембрану отечественного производства ОАО «Щекин-азот»» МА-40  из смесей (HF, H2SO4), (HF, HNO3, H3PO4,) и (H2SiF6, H3PO4) и установлено, что селективное извлечение F- достигается только из смеси с многоосновными кислотами H2SO4 и H3PO4. Гидролиз H2SiF6 в электрическом поле осложняет процесс выделением геля SiO2.

Однако, с увеличением концентрации HF в анолите возрастает её диффузионное противодействие встречной электромиграции фторид-ионов, что препятствует накоплению выше 160 г/л HF. Решение заключается в организации ступенчатого электролиза (табл.1), позволяющего в итоге концентрировать до ~ 400 г/л (21 моль) HF.

 Таблица 1. Зависимость параметров электромембранного концентрирования HF от ее начальной концентрации [HF]о.

 [HF]о, г/л

[HF], г/л

Va, мл

N=H2O/НF, моль/моль

U, В

W, кВт·ч/кг

Q, кг/м2·ч

130

223

6,3

2,08

11,2

6,30

2,67

200

295

5,6

1,61

10,0

4,90

3,06

250

337

3,9

1,33

8,2

4,78

2,57

335

404

2,4

0,98

7,6

5,28

2,16

Сопоставление расчетных значений переноса F, H2O и порядка реакций (табл. 2) приводит к выводу, что в переносе через анионообменную мембрану при электродиализе раствора HF участвуют ионизированные гидратированные ассоциаты состава [Hn-1Fn · nx H2O]-, где n и x изменяются от 1 до 5.

Таблица 2. Исследование механизма электродиализа фтористоводородной кислоты 

[HF], г/л

Q, г/л·с·103

N

K, л·моль-1·с-1

Кинетическое уравнение

75

2,9

2,4

5·10-3

 

Kt = 1/ct -1/c0

100

8,1

2,6

2,3·10-4

110

10,0

2,7

1,9·10-6

200

10,8

1,2

2,1·10-4·с-1

Kt = ln c0/ct

250

7,1

0,7

2,3·10-2·с-1

 В 4-6 молярных растворах наиболее устойчивыми являются [H2F3·(9÷12)H2O]-, [H3F4·(9÷12)H2O]-. С повышением исходной концентрации до 12-18 моль HF усиливающаяся дегидратация приводит к ассоциатам [F·H2O]-, [HF2·(2÷4)H2O]-, [H2F3·3H2O]-, что и позволяет получать концентрированные растворы HF.

Работа выполнена при поддержке  гранта НШ 487.2014.3