CN1116609A - 用高岭土生产氟化铝和冰晶石的方法 - Google Patents

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Abstract

用高岭土(粘土)和芒硝代替现有的从氢氧化铝和纯碱生产氟化铝和冰晶石的方法，是一种有着显著经济效益和减少环境污染的新工艺。本发明适于采用含30％以上氧化铝和不大于2％三氧化二铁的高岭土为原料，先经高温焙烧、低温浸取制硫酸铝，再与氢氟酸和硫酸钠分别制得氟化铝和冰晶石。该方法与现有生产方法比较，氟化铝每吨成本可降低500元左右，冰晶石可降低900元左右，母液可循环使用，不需排放有害废水和废气，氟化铝和冰晶石的产品质量达国标一级品。

Description

用高岭土生产氟化铝和冰晶石的方法
本发明属于无机氟化物的制备方法。
目前，国内外生产氟化铝的方法，都是采用氢氧化铝和氢氟酸(或氟化氢气体)为原料来制得；而冰晶石都是采用氢氧化铝、氢氟酸和纯碱(或食盐)来制得。这些生产方法，所用的主要原料氢氧化铝、纯碱，价格较高，而且国内氧化铝短缺，每年都需要进口。另外，在生产时，产生的母液不能循环利用，产生的大量废气中，含有氟化氢，对环境造成严重污染。在制备冰晶石时，若不用纯碱，而是使用食盐，所产生的母液含有氢氟酸和盐酸，无法回收利用，也带来许多麻烦。
本发明的目的是采用国内易得、便宜的高岭土(它含有氧化铝)作原料，分别与氢氟酸和芒硝来制备氟化铝和冰晶石，一方面可降低生产成本，另一方面可减少环境污染源。
本发明采用高岭土(粘土)、氢氟酸和芒硝为原料，通过先制备的硫酸铝，然后再用它分别生产氟化铝和冰晶石。
高岭土(粘土)的组成是含有30％以上的氧化铝(AL2O3)和不大于2％的三氧化二铁(Fe2O3)。
制备的原理是：
1、将含30％以上氧化铝的高岭土，粉碎，在高温下焙烧，然后用硫酸溶液浸取、过滤，得到浓度不低于80克/升的硫酸铝溶液。
其化学反应式为：
2、将所得的硫酸铝与氢氟酸反应，制得氟化铝(ALF3)。
化学反应式为：
3、硫酸铝与氢氟酸和硫酸钠(芒硝)作用，生成冰晶石(Na3ALF6)。
化学反应式为：
本发明的具体实施方案如下：
1、硫酸铝溶液的制备：
将含有30％以上氧化铝、＜2％三氧化二铁组成的高岭土(粘土)粉碎，在650——700℃高温下焙烧，然后用含硫酸不小于200克/升的溶液，在常压100℃左右浸取焙烧好的高岭土(粘土)中的氧化铝1——2小时，浸取液的PH值为2.5——3.0，过滤，得到浓度为80——120克/升的硫酸铝溶液。
滤并洗涤三次，第一次用前一次的第二次洗液洗涤，第二次洗液用前一次第三次洗液洗涤，第三次用清水洗。
2、氟化铝的制备：
将硫酸铝溶液加到合成槽，加热到95℃，边搅边加精制的氢氟酸，并加入5％的氟化铝晶种，保温结晶3小时，过滤，分离晶体及母液，滤并用水洗至PH＝2.5——3.0，干燥，粉碎，得水份＜7％的氟化铝产品。
过滤出的母液再用来制备硫酸铝溶液，而洗液用来制氢氟酸，浓度为27％左右。
3、硫酸钠溶液的制备：
将含70％以上的芒硝粉碎，加入上述硫酸铝洗液(或水)，加热到90——100℃溶解后，立即过滤，制成40％的硫酸钠溶液。
4、冰晶石的制备：
按NaF与ALF3摩尔比为2∶1——3∶1的比例换算成硫酸铝、氢氟酸和硫酸钠的配料量。
先将硫酸铝溶液加入合成槽，加热至95℃，先加一部分氢氟酸，保持90——95℃，再把剩余的氢氟酸和硫酸钠溶液加入合成槽，反应30分钟后，过滤，分离晶体和母液。第一次合成时，需先加入冰晶石生成量的5％冰晶石作为晶种。
过滤出的滤并用水洗至PH为2.5——3.0，然后将滤并干燥，水分不大于0.8％，制得冰晶石产品。
用此方法生产的氟化铝和冰晶石产品的质量均可达到国家一级品标准。成品成分的化验结果如下：
      氟化铝            冰晶石F      63.5——65.2      53.7——55.9AL       30——32        16.2——19.0Na           2——3      21.2——22.5SiO2     0.01——0.1    0.05——0.23Fe2O3   0.20——0.25   0.25——0.68SO2 -2   1.02——1.20   0.40——0.57H2O       6.0——6.8    0.10——0.57P2O5        ——           痕迹
用本发明制备氟化铝、冰晶石的母液可以循环使用，多余的母液可以生产硫酸铝产品供造纸用。制硫酸铝剩下的废渣，可用于生产水泥。在生产过程中设备密闭，可大大减少废气对环境的污染。
氟化铝的原料单耗及费用比较    表一
            现有生产方法                  本发明方法
 原料名称   单价元/吨   单耗吨/吨  实际费用(元)   原料名称    单价元/吨   单耗吨/吨   实际费用(元)
  氢氧化铝 120000 0.97 1164.00  高岭土   200.00    3.00    600.00
   水     1.00   20.00     20.00
   电     0.40   50度     20.00
冰晶石的原料单耗及费用比较    表二
                现有生产方法                    本发明方法
原料名称 单价元/吨 单耗吨/吨 实际费用(元) 原料名称 单价元/吨    单耗吨/吨    实际费用(元)
氢氧化铝 120000 0.565 678.00 高岭土 200.00     1.70     340.00
纯    碱 140000 0.630 882.00 芒  硝 200.00     1.25     250.00
水   1.00    20.00      20.00
电   0.40     50度      20.00
注：(1)氢氟酸单耗现有方法与发明方法相当，故在此未列出。
(2)高岭土(粘土)的单价是被制成硫酸铝溶液后换算出来的。
本发明方法比现有生产方法每吨氟化铝的成本可降低524元；每吨冰晶石的成本可降低930元，经济效益非常显著。
实施例
1、硫酸铝溶液的制备：
将含AL2O330％以上、Fa2O3＜2％的高岭土粉碎成60目，通过90％，在旋风炉内焙烧，物料温度达650-700℃，采用旋风器吸尘，然后用母液(含H2SO4不小于200克/升)在常压下，100-102℃浸取焙烧好的高岭土中的AL2O3，1-2小时，浸取完成的溶液PH值为2.5-3.0，用真空过滤机过滤，得到硫酸铝溶液的浓度为80-120克/升以上。
2、硫酸钠溶液的配制：
将含70％以上的Na2SO4(芒硝)粉碎，用制备硫酸铝的洗液加热至90-100℃溶解芒硝，真空过滤得到40％Na2SO4溶液。
3、氟化铝的制备：
将硫酸铝溶液加到带有搅拌器密封和冷凝装置的合成槽中，用直接蒸汽加热到95℃，保持此温度下，用15分钟边搅拌边逐渐加入精制过的氢氟酸，加5％氟化铝晶种，保温搅拌结晶3小时。
结晶好的物料经真空或离心过滤，过滤出的晶体用水洗至PH值为2.5-3.0为止，洗好的滤并在回转窑或气流干燥设备中干燥、粉碎，制得＜7％水份的氟化铝。
4、冰晶石的制备：
将硫酸铝溶液加到带有搅拌、密封和冷凝装置的合成槽中，通入直接蒸汽加热至95℃，在10分钟加入一部分氢氟酸，保温90-95℃，再加剩余的氢氟酸，同时加硫酸钠溶液，10-15分钟加完，持续反应30分钟，然后真空或离心过滤，将晶体与母液分开。滤并用水洗至PH值为2.5-3.0为止，所得滤并放入回转窑或气流干燥炉中干燥、粉碎，得水份不大于0.8％的冰晶石产品。

Claims (4)

1、一种以高岭土为原料生产氟化铝和冰晶石的方法，其特征在于所采用的高岭土(即粘土)是含有30％以上的氧化铝(AL2O3)和不大于2％的三氧化二铁(Fe2O3)为原料，先制得硫酸铝，再与氢氟酸反应，制得氟化铝(ALF3)，若硫酸铝与氢氟酸和芒硝(Na2SO4)一起反应，就制得冰晶石(Na3ALF6)。
2、按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于将高岭土在650-700℃高温中焙烧后，用200克/升的硫酸溶液，常压下，100-102℃浸取2小时，得到PH＝2.5-3.0、浓度为80克/升的硫酸铝溶液。
3、按照权利要求1、2所述的制备方法，其特征在于将硫酸铝溶液与氢氟酸反应，在95℃保温结晶3小时之前，需先加入氟化铝生成量的5％作为晶种，制得的产物，经分离出氟化铝产品后，母液可循环使用制硫酸铝溶液。
4、按照权利要求1、2所述的制备方法，其特征在于将硫酸铝溶液加热到95℃，加5％的冰晶石作晶种，先加一部分氢氟酸，然后在90-95℃，将剩余的氢氟酸和硫酸钠(芒硝)于10-15分钟同时加入，反应30分钟，过滤出的晶体即为冰晶石，干燥后产品水份不大于0.8％。
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