单氟磷酸钠
n(Na) : n(F)=2:(0.98~1.05) 反应的工艺流程图大致如下:
Ⅱ、原料:六偏磷酸钠(NaPO3)6、氟化钠(NaF)、氟 硅酸钠(Na2SiF6)(助熔剂)。
生产工艺:
将 六 偏 磷 酸 钠 在 400~520℃ 干 燥 10~30min , 将 干 燥 过的六偏磷酸钠和氟化钠、氟硅酸钠混合均匀,将混合 物 投 入 高 温 炉 中 在 590~640℃ 下 发 生 熔融 反 应 15~ 30min,冷却、粉碎、筛分得到单氟磷酸钠产品。
2、液相中和法
此方法使用磷酸、氢氟酸、碳酸钠或者氢氧
化钠为原料,通过混合中和反应,将反应中
和液蒸发、浓缩、结晶、干燥可得到单氟磷
酸钠。反应的工艺流程图如下: 水 蒸 发
NaOH+H3PO4+HF+H2O
Na2PO3F
本方法工艺简单,能耗低,反应相对温和。但是HF腐 蚀性强,对设备的材质和结构要求高,且生产难以控制, 腐蚀产物容易引进新的杂质,且难以有效分离出杂质。
②单氟磷酸钠的制备
将上述反应完成物冷却使其温度下降,降至100℃以下,将其放入中间仓。再 将中间仓的物料供入一个涡流加热器重,物料在温度升高过程慢慢发生熔融反 应:
(Na2PO3)n nNaF nNa2PO3F
调整加热功率使反应温度控制在690~740℃之间,同时通过控制投料的速率 来控制熔融物的反应停留时间在16~22min使反应完成。
n 2
CO2
维持一定的反应速度,防止因反映速度过快发生喷料现 象,采用空气冷却物料,控制空气通入量保持物料温度 在200~400℃之间。
注:由中国专利CN1548366A使用磷酸、氢氧化钠、和 氟化钠合成,其需要中和干燥制取中间产物聚磷酸钠, 需要外部加热,本工艺利用反应热即可完成实验,不必 加热,降低了反映成本。
发生的反应有:
Na2SiF6 2NaF SiF4 6NaF (NaPO3)6 6Na2PO3F
本工艺降低了合成熔融温度,从而降低了能耗,生产出的产 品纯度高。反应可以间歇,可以连续。
其中作为助熔剂的氟硅酸钠Na2SiF6在300℃时分解为氟化钠 NaF和四氟化硅SiF4,氟化钠可以作为原料反应,四氟化硅 以气态逸出用水吸收可以生产氟硅酸钠。这对产品纯度没有 影响。
单氟磷酸钠的合成目前主要由三种方法: 熔融法及熔融盐法、液相中和法、气相 氟化法。
1、熔融法
熔融法合成单氟磷酸钠生产工艺简单,产品 纯度高,是目前工业化生产的主要方法。下面介 绍两种熔融法工艺。
Ⅰ,原料:磷酐(P4O10)、碳酸钠(Na2CO3)、氟化钠 (NaF)。
生产工艺:
本工艺分两步完成,首先磷酐和碳酸钠混合生成偏磷酸钠, 偏磷酸钠再和氟化钠反应生成单氟磷酸钠。
并且使用了腐蚀性很强的HF对早做技术要求高。
以上所有方法生产单氟磷酸钠存在共有的问题就是设备 材质的耐腐蚀性。
因此在后续的新的工艺方案研究过程中找到合适的助熔 剂降低能耗,开发新的适应设备材料是从根本上降低工 艺成本。
其反应的工艺流程图如下:
HF气体
Na2P2O7或Na2HPO4 干燥 氟化反应 Na2PO3F
此工艺简单,成本低,反应条件温和,适合工业化生产。
但是需要控制好氟化氢剂通入时间,时间过长会使副反应
发生Na2PO3F+HF
NaPO3F2+H2O 降低了产品纯度。
另外氟化氢气体回收较困难,该工艺单氟磷酸钠收率较低。
单氟磷酸钠的合成方法
LOREM IPSUM DOLOR
单氟磷酸钠,别名一氟磷酸钠。是优良的防龋齿剂和牙 膏脱敏剂,主要用于含氟牙膏的添加剂。
单氟磷酸钠化学式:Na2PO3F 分子量:143.9499
性质:白色粉末或白色晶体,易溶于水,吸湿性强。在 25℃水溶液中溶解度为 42g/100g水。2%水溶液PH值 为6.5~8.0。化合物稳定,兼容性好,熔点约为625℃。 酸性溶液中易水解,加热分解成焦磷酸盐。
本反应所用的原料:
氟硅酸钠 98.5%工业级
氟化钠 98.5%工业级
原料的配比:氟硅酸钠用量和原料用量摩尔比=0.1~0.3
n(F) : n(P)=1.38~ 1.91
加热炉炉膛材质选用耐火砖和半封闭结构减少热损失。 反应釜选为园平底釜,反应装置材料选择使用铬镍合金 结构,石墨内衬;选用银做排料管材质,螺纹设计以便 更换。加热方式选用气态燃料加热。本装置加热使用炉 膛难以有效的控制加热温度,内衬是石墨高温下耐蚀性 仍然有欠缺。
生产的工艺流程图大致如下:
作为助熔剂的还有(NH4)2SO4、NaCl+CdCl2
熔融法所需温度较高,对设备的材质和结构要求特殊, 能耗大,高温下腐蚀厉害。
1993年美国有人提出发明在反应的设备的反应管和产 品储槽间加一个2-4V的直流电压,反应管结正极,储槽 结负极,这样可以抑制设备腐蚀,增加了设备的使用周 期。
①偏磷酸钠的混合物制备
将 粉 状 磷 酐 ( P4O10 ) 、 碳 酸 钠 ( Na2CO3 ) 和 氟 化 钠 (NaF)混合放入在一个带搅拌器的反应器中,物料混合后 磷酐和碳酸钠发生反应生成偏磷酸钠,并放出大量热,使 物料温度升高。
发生的反应式如下:n 2N2CO3n 4
P4O10
(NaPO3)n
3、气相氟化法
此方法是使用焦磷酸钠或者磷酸二氢钠经干 燥 后 置 于 反 应 容 器 内 , 控 制 温 度 在 200~ 450℃之间,通入HF气体,通入量为计算的 理论值的100%~150%。固态原料与HF 发生 反应生成Na2PO3F,气反应机理如下:
Na2P2O7 2HF 2Na2PO3F H2O Na2HPO4 HF Na2PO3F H2O
对熔融物冷却、粉碎、筛分制得单氟磷酸钠。
本工艺反应过程不产生氟化氢,氟的损失小,腐蚀较小。
四川大学陈宇等人经过多次偏磷酸盐和氟化钠实验,结果表明六偏磷酸钠合成 所得效果更好,产品转化率高,成品颜色外观白色,溶解性好,游离氟含量低。
本反应使用的原料有: 碳酸钠 99%工业级 磷酐 98.8%工业级 氟化钠 98.5%工业级 原料的配比:n(Na) : n(P)=2:(0.5~1.5)