Концентрирование фтористоводородной кислоты

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.

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 [H_n-1F_n · nx H₂O]^-, где n и x изменяются от 1 до 5.

Таблица 2. Исследование механизма электродиализа фтористоводородной кислоты 

 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