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DE19834832A1 - Verfahren zur Herstellung von Natriumfluorid - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Natriumfluorid

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Publication number
DE19834832A1
DE19834832A1 DE19834832A DE19834832A DE19834832A1 DE 19834832 A1 DE19834832 A1 DE 19834832A1 DE 19834832 A DE19834832 A DE 19834832A DE 19834832 A DE19834832 A DE 19834832A DE 19834832 A1 DE19834832 A1 DE 19834832A1
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DE
Germany
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naf
sodium
fluoride
weight
suspension
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19834832A
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English (en)
Inventor
Guenter Lailach
Andreas Bulan
Guenter Buss
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Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01DCOMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D3/00Halides of sodium, potassium or alkali metals in general
    • C01D3/02Fluorides

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Cosmetics (AREA)
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Abstract

Verfahren zum Herstellen von Natriumfluorid aus Natronlauge und Fluorwasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 45 gew.-%ige, insbesondere 50 gew.-%ige Natronlauge und wasserfreier Fluorwasserstoff getrennt in eine gesättigte NaF-Lösung eingeleitet werden, in der 4 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% festes NaF suspendiert sind und deren Temperatur im Bereich von 20 bis 80 DEG C, vorzugsweise 30 bis 60 DEG C liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Natrium­ fluorid aus Natronlauge und Fluorwasserstoff,
Es ist bekannt, Natriumfluorid durch Reaktion von Natriumcarbonat oder -hydroxid mit Fluorwasserstoffsäure herzustellen. Dabei kann die Abtrennung des festen NaF von der 4 bis 5 Gew,-% NaF gelöst enthaltenden Mutterlauge durch Zugabe von Alkohol verbessert werden (Ullmann's Encyclopedia of Ind. Chem., 5th Ed., 1997, Wiley VCH, Weinheim,). Gemäß Remy, Lehrbuch der Anorg. Chem. Bd. 1, 11. Auflage, Leipzig, 1960, S. 933, fällt NaF beim Einleiten von Fluorwasserstoff in verdünnte Natriumhydroxid- oder- carbonatlösung als weißer Niederschlag aus.
Die technische Herstellung erfolgt bevorzugt aus den kostengünstigeren Rohstoffen Kryolith (Remy) oder Hexafluorkieselsäure (JP-A-71.03253, DD-A-220 587).
Zur Produktion von reinem Natriumfluorid, wie es beispielsweise zur Herstellung pharmazeutischer Präparate oder von Zahnpasta sowie zur Trinkwasserdotierung benötigt wird, eignen sich besonders Natronlauge und durch Destillation gereinigter Fluorwasserstoff. Werden diese Reaktionspartner gemäß dem Stand der Technik in verdünnter Form miteinander zur Reaktion gebracht, erhält man erhebliche Mengen Mutterlauge mit 4 bis 5 Gew.-% gelöstem NaF, deren Aufarbeitung die Wirtschaft­ lichkeit der NaF-Herstellung sehr beeinträchtigt. Setzt man dagegen 50 gew.-%ige Natronlauge direkt mit wasserfreiem Fluorwasserstoff um, erhitzt sich das Reaktions­ gemisch infolge der stark exothermen Reaktion auf ca. 100°C. Es verdampft so viel Wasser, daß das feststoffreiche Gemisch nur äußerst schwierig zu homogenisieren ist. Der eingeleitete Fluorwasserstoff entweicht teilweise infolge Blasenbildung aus der Mischung und führt w Korrosions- und Abgasproblemen. Die Korrosivität beider Reaktionspartner bei der hohen Reaktionstemperatur erfordert teure Anlagen.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der beschriebenen Probleme ein Ver­ fahren zur kostengünstigen Herstellung von reinem NaF aus Natronlauge und Fluor­ wasserstoff zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung von NaF durch separate Einführung von 50 Gew.-%iger Natronlauge und wasserfreiem HF in eine gesättigte NaF-Lösung, die 4 bis 50-Gew.-% festes NaF suspendiert enthält, bei 20 bis 80°C.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Natriumfluorid aus Natronlauge und Fluorwasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 45 gew.-%ige, insbesondere 50 gew.-%ige Natronlauge und wasserfreier Fluorwasser­ stoff getrennt in eine gesättigte NaF-Lösung eingeleitet werden, in der 4 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% festes NaF suspendiert sind und deren Temperatur im Bereich von 20 bis 80°C, vorzugsweise 30 bis 60°C liegt.
Zur Einhaltung einer vorzugsweise konstanten Reaktionstemperatur wird vorzugsweise unter Vakuum Wasser aus dem Reaktionsgemisch verdampft. Die Reaktion kann in einem Rührbehälter oder vorzugsweise in einem Zwangsumlaufver­ dampfer gemäß Fig. 1 durchgeführt werden. Aus dem Reaktor wird, vorzugsweise kontinuierlich, Suspension zwecks Abtrennung des gebildeten NaF entnommen.
Die NaF-Abtrennung kann durch Filtration oder Zentrifugieren erfolgen. Die dabei an­ fallende Mutterlauge wird vorzugsweise in den Reaktor zurückgeführt. Die Feuchte des abgetrennten NaF wird vorzugsweise mit ca. 15 Gew.-% so eingestellt, daß das Mutterlaugevolumen in der Anlage konstant bleibt. Das feuchte NaF kann in einem geeigneten Trockner getrocknet werden, beispielsweise einem Spinflash-Trockner, Stromtrockner, Fließbetttrockner oder einem Kontakttrockner.
Überraschend wurde gefunden, daß bei Verwendung eines Zwangsumlaufverdampfers als Reaktor bei gegebener Anlagenkapazität die Teilchengröße des produzierten NaF durch die Änderung des im Kreislauf gepumpten Volumenstromes in weiten Grenzen variiert werden kann. Je größer der Volumenstrom, desto grobteiligeres NaF wird produziert. Die Einführung der Reaktanten erfolgt separat vorzugsweise in die Kreis­ laufleitung vor oder hinter der Pumpe.
Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens soll an Hand der Fig. 1 näher beschrieben werden.
Der Reaktor zur Herstellung des NaF ist ein Vakuumzwangsumlaufverdampfer, be­ stehend aus einem Brüdendom (1), einer Kreislaufpumpe (2) und einem Statik­ mischer (3) mit der dazugehörigen Kreislaufleitung. Mittels Pumpe (2) wird die vor­ zugsweise 5 bis 30 Gew.-% festes NaF enthaltende Suspension (10) mit einem solchen Volumenstrom im Kreislauf gefördert, daß die Suspension durch die Reaktionswärme, die bei der Reaktion der in den Kreislauf eingespeisten 50 gew.-%igen NaOH (11) und des Fluorwasserstoffes (12) frei wird, um 3 bis 50 K, vorzugsweise 5 bis 20 K erwärmt wird. Der im Kreislauf geförderte Volumenstrom liegt im Bereich von 15 bis 300 m3/h, vorzugsweise 40 bis 200 m3/h bei einer Anlagen­ kapazität von 1 t NaF/h. Die Reaktionswärme wird vollständig zur Verdampfung von Wasser im Brüdendom (1) genutzt. Das unter Vakuum im Brüdendom (1) verdampfte Wasser (13) wird in dem mit Kühlwasser (14) beaufschlagten Kondensator (4) kondensiert. Das Kondensat (15) wird wie üblich über eine Tauchung abgeleitet, während nichtkondensierbare Gase (16) mit einer Vakuumpumpe aus dem System ab­ gezogen werden. Die Kondensationstemperatur der Brüden wird so eingestellt, daß die Temperatur der aus dem Brüdendom (1) zur Pumpe (2) strömenden Suspension im Bereich von 20 bis 60°C, vorzugsweise 30 bis 50°C liegt. Durch die niedrige Temperatur des Reaktionsmediums, die große Verdünnung der Reaktanten und den in die Kreislaufleitung eingebauten Statikmischer wird die Bildung von HF-Gasblasen vermieden.
Aus dem Suspensionskreislauf wird kontinuierlich so viel Suspension (17) auf ein Vakuumtrommeldrehfilter (5) ausgespeist, wie der NaF-Bildung entspricht. Aufgrund der geringen Temperatur der Suspension wird das Verdampfen von Wasser aus der Mutterlauge und damit ein Zukristallisieren des Filtertuches vermieden. Die als Filtrat anfallende Mutterlauge (18), eine ca. 4 gew.-%ige NaF-Lösung, wird in den Reaktor zurückgeführt. Der Filterkuchen (19) wird in einem Trockner (6) eingespeist, aus dem das getrocknete reine NaF (20) ausgetragen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet mehrere Vorteile:
  • - Die Reaktanten Natronlauge und Fluorwasserstoff werden in dem relativ kalten Suspensionskreislauf sofort stark verdünnt und gut gemischt, so daß kein HF entweichen kann.
  • - Die niedrige Reaktionstemperatur ermöglichst den Einsatz kostengünstiger Anlagenkomponenten.
  • - Die Reaktionswärme wird vollständig zur Wasserverdampfung genutzt, so daß nur noch wenig Wasser bei der Trocknung des NaF-Filterkuchens ver­ dampft werden muß.
  • - Die niedrige Temperatur der NaF-Suspension ermöglicht die störungsfreie und effektive Abtrennung der Mutterlauge vom produzierten NaF.
  • - Durch Änderung des im Kreislauf gepumpten Volumenstromes in weiten Grenzen kann bei gegebener Anlagenkapazität die Einheit des produzierten NaF entsprechend dem Bedarf eingestellt werden.
Die Vorteile der Erfindung sollen am folgenden Beispiel verdeutlicht werden, ohne daß dadurch der Umfang der Erfindung eingeschränkt wird.
Beispiel
48 t/h einer Suspension, die 18,2 Gew.-%-festes NaF in gesättigter NaF-Lösung ent­ hält (Stoffstrom (10) gemäß Fig. 1), werden mittels Pumpe (2) gefördert. In den zum Brüdendom (1) zurückgeförderten Teilstrom werden zuerst 1600 kg/h 50 gew.-%ige NaOH (11) und danach 400 kg flüssiger Fluorwasserstoff (12) eingeleitet. Durch die Reaktionswärme, die bei der NaF-Bildung frei wird, erwärmt sich die Suspension von 35°C auf 50°C. Im Brüdendom (1), in dem ein Druck von 50 mbar (abs.) aufrecht­ erhalten wird, kühlt sich die Suspension durch die Verdampfung von 1020 kg/h Wasser wieder auf 35°C ab. Das aus dem Kondensator (4) mit 32°C abfließende Brüdenkondensat (15) enthält 40 bis 60 ppm HF. Hinter Pumpe (2) wird ein Teil­ strom (17) der Suspension (10) entnommen und zum Vakuumtrommeldrehfilter (5) geleitet. Bei der Filtration dieses Teilstromes (4500 kg/h) fallen 960 kg/h Filter­ kuchen (19), der 14,6 Gew.-% Feuchte enthält, und 3540 kg/h Mutterlauge (18) an, die in den Brüdendom (1) zurückfließt.
Der Filterkuchen wird in einem Spinflash-Trockner (6) bei 180°C getrocknet. Aus dem Trockner werden 840 kg/h reines NaF ausgetragen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen von Natriumfluorid aus Natronlauge und Fluor­ wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 45 gew.-%ige, insbesondere 50 gew.-%ige Natronlauge und wasserfreier Fluorwasserstoff getrennt in eine gesättigte NaF-Lösung eingeleitet werden, in der 4 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% festes NaF suspendiert sind und deren Temperatur im Bereich von 20 bis 80°C, vorzugsweise 30 bis 60°C liegt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur durch Wasserverdampfung aus dem Reaktionsmedium bei vermindertem Druck im Bereich von 20 bis 80°C gehalten wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die NaF- gesättigte Mutterlauge nach der Abtrennung des gebildeten festen Natrium­ fluorids in den Reaktor zurückgeführt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktor ein Vakuumzwangsumlaufverdampfer, bestehend aus Brüdendom, Umwälz­ pumpe, Kreislaufleitung, in die vorzugsweise ein Statikmischer eingebaut ist, sowie Brüdenkondensationssystem, verwendet wird, bei dem Natronlauge und Fluorwasserstoff getrennt in die NaF-Suspension eingespeist werden.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Kreislauf gepumpte Volumenstrom der NaF-Suspension so gewählt wird, daß die Er­ wärmung der Suspension durch die bei der NaF-Bildung frei werdende Reaktionswärme im Bereich von 3 bis 50 K, vorzugsweise 5 bis 20 K liegt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße des NaF durch Vergrößerung des im Kreislauf gepumpten Volumenstromes vergrößert bzw. durch Verringerung des Volumenstromes verringert wird.
7, Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pro t NaF- Produktion/h ein Volumenstrom im Bereich von 15 bis 300 m3/h, vorzugs­ weise von 40 bis 200 m3/h umgepumpt wird.
DE19834832A 1998-08-01 1998-08-01 Verfahren zur Herstellung von Natriumfluorid Withdrawn DE19834832A1 (de)

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