СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗВОДНОГО ФТОРОВОДОРОДА И ПЛАВИКОВОЙ КИСЛОТЫ
METHOD OF PRODUCING ANHYDROUS HYDROGEN FLUORIDE AND HYDROFLUORIC ACID

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано для получения плавиковой кислоты и безводного фтороводорода с содержанием основного вещества не менее 99,95 мас.% из продуктов конверсии обедненного гексафторида урана.
При конверсии обедненного гексафторида урана, помимо твердых урансодержащих продуктов, образуется фтороводородная кислота, содержащая свыше 65 мас.% HF. В России такие растворы не являются товарными продуктами и не могут быть реализованы в больших количествах на рынке неорганических материалов, так как отсутствуют необходимые нормативные документы и транспортные средства для их перевозки.
Известен способ получения безводного фтороводорода (патент США №3140152, 1962 г.) путем осаждения кислых фторидов щелочных металлов с последующим их разложением при 300-500°С. Недостатком способа является его многостадийность и применение высоких температур в атмосфере, содержащей HF и воду, что является сильной коррозионной средой. Известен способ обезвоживания HF пропусканием его водного раствора через раскаленный до 900°С кокс (Галкин Н.П., Шубин В.А., Крылов А.С. Химическая промышленность, 1962 г., №10, с.750). Недостатками способа являются многостадийность процесса, а также высокие энергозатраты.
Известен способ получения безводного фтороводорода (Позин М.Е. Технология минеральных солей. Л.: Химия, 1974, т.2, с.1121), принятый за прототип, в котором для переработки 80 мас.% фтороводородной кислоты используют процесс ректификации с получением в дистилляте жидкого фтороводорода, содержащего примеси воды, и 60 мас.% кислоты в кубовом остатке колонны. Для получения безводного фтороводорода используется дополнительная операция - обработка жидкого фтороводорода концентрированной серной кислотой, а 60 мас.% кислота возвращается в производственный цикл. Недостатками этого способа являются отсутствие возможности получить за одну стадию ректификационного разделения безводный фтороводород и плавиковую кислоту и возврат в технологический цикл половины от всего количества перерабатываемого HF.
При ректификации фтороводородной кислоты, содержащей свыше 65 мас.% HF, путем подбора флегмового числа можно добиться получения в дистилляте безводного фтороводорода, однако при этом в кубе колонны будет образовываться 46-50 мас.% кислота. Такой результат объясняется снижением интенсивности процессов массообмена при приближении неравновесной системы к состоянию равновесия. В этих условиях получение 40-45% плавиковой кислоты возможно в результате интенсификации процесса массообмена в кубе ректификационной колонны.
Технический результат предлагаемого способа заключается в получении из водных растворов, содержащих свыше 65 мас.% HF, в одной ректификационной колонне товарных продуктов - 40-45% плавиковой кислоты и безводного фтороводорода с содержанием основного вещества не менее 99,95%.
Технический результат предлагаемого способа достигается тем, что процесс ректификации фтороводородной кислоты, содержащей свыше 65% HF, проводят в условиях повышенной интенсивности тепло-массообменных процессов в кубе колонны путем поддержания в нем температуры паров 115-130°С в интервале значений флегмового числа, равного 2-5.
Исходная фтороводородная кислота, содержащая свыше 65 мас.% фтороводорода, направляется в среднюю часть ректификационной колонны колпачкового типа. Колонна изготовлена из стали и футерована фторопластом. Нижняя часть колонны теплоизолирована. Часть безводного фтороводорода из верхней части колонны направляют в дефлегматор, а затем для получения потока флегмы в разделитель конденсата. Поток жидкой флегмы возвращают в верхнюю часть колонны.
Процесс ректификации проводят в интервале флегмового числа, равного 2-5. Температура в дефлегматоре колонны равна температуре конденсации чистого фтороводорода, равной 19,6°С. Температуру паров, выходящих из куба колонны, поддерживают в пределах 115-130°С. В результате получают в дистилляте безводный фтороводород с содержанием основного вещества не менее 99,95 мас.%, а в кубе колонны 40-45% плавиковую кислоту.
При увеличении температуры исходящих паров в кубе ректификационной колонны свыше 130°С вода частично переходит в дистиллят, в результате чего содержание в нем фтороводорода будет менее 99,95% HF. В кубе ректификационной колонны образуется плавиковая кислота с содержанием HF в пределах 40-45%.
При уменьшении температуры исходящих паров в кубе ректификационной колонны ниже 115°С происходит неполная отгонка фтороводорода из кубового остатка, в результате чего его содержание увеличивается до 46 мас.% и более. В дистилляте образуется безводный фтороводород с содержанием HF не менее 99,95 мас.%.
Таким образом, при выходе температуры паров в кубе из заявляемого интервала, как свыше 130°С, так и менее 115°С, заявленный технический результат достигнут не будет.
Пример 1
Исходную фтороводородную кислоту, содержащую 70 мас.% HF, вводят в среднюю часть ректификационной колонны. В кубовой части поддерживают температуру паров 125°С, а в верхней - (19±1)°С. Процесс осуществляют при флегмовом числе, равном 3,5±0,1. Полученные безводный фтороводород и плавиковая кислота проанализированы на содержание компонентов в соответствии с требованиями ГОСТ 14022-89 и ГОСТ 2567-89. Результаты химического анализа представлены в табл.1.
Пример 2
Исходную фтороводородную кислоту, содержащую 80 мас.% HF, вводят в среднюю часть ректификационной колонны. В кубовой части поддерживают температуру паров 115°С, а в верхней - (19±1)°С. Процесс осуществляют при флегмовом числе, равном 2,6±0,1. Полученные безводный фтороводород и плавиковая кислота, проанализированные на содержание компонентов, соответствуют требованиям ГОСТ 14022-89 и ГОСТ 2567-89. Результаты химического анализа представлены в табл.2.
Пример 3
Исходную фтороводородную кислоту, содержащую 65 мас.% HF, вводят в среднюю часть ректификационной колонны. В кубовой части поддерживают температуру паров 130±С, а в верхней - (19±1)°С. Процесс осуществляют при флегмовом числе, равном 4,8±0,1. Полученные безводный фтороводород и плавиковая кислота проанализированы на содержание компонентов в соответствии с требованиями ГОСТ 14022-89 и ГОСТ 2567-89. Результаты химического анализа представлены в табл.3.
Полученные в интервале заявляемых условий приведенные в примерах 1-3 безводный фтороводород и плавиковая кислота удовлетворяют ГОСТ 14022-89 и ГОСТ 2567-89, соответственно.
Пример 4
2
Исходную кислоту, содержащую 70 мас.% HF, вводят в среднюю часть колонны. В кубе колонны температура паров равна 135°С. Флегмовое число равно 3,5. Полученный в конденсаторе фтороводород содержит 99,05 мас.% HF и до 0,92 мас.% HO, что не соответствует заявленному техническому результату. В кубовом продукте образуется плавиковая кислота, содержащая 40,12 мас.% HF.
Пример 5
Исходную кислоту, содержащую 70 мас.% HF, подвергают ректификации при температуре паров в кубе 110°С. Образующийся в конденсате безводный фтороводород содержит не менее 99,95 мас.% HF с примесью не более 0,03 мас.% влаги. Получаемая в кубовой части колонны плавиковая кислота содержит не менее 46 мас.% HF, что не соответствует заявленному техническому результату.
Таким образом, при выходе температуры паров в кубе из заявляемого интервала, как свыше 130°С, так и менее 115°С, заявленный технический результат достигнут не будет.