CN1382633A - 酸铝渣制取工业氟化铝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酸铝渣制取工业氟化铝的方法。酸铝渣是铝型材生产过程中表面腐蚀工艺处理析出的废弃物,其成分为氟铝酸铵与少量其它铵盐和微量硅铁杂质构成的混合物。将取得的干原料粉碎均匀后,加入1～30%HF－1～30%HCl的混合液,在保持温度常温～80℃下搅拌60～90分钟,使硅铁杂质的化合物与HF酸、HCl酸反应生成可溶性物质而与不溶性酸铝渣分离,然后过滤使原料与母液分离,并用清水洗涤滤干,将滤干物置于120℃的烘干设备烘1小时,取出研成粉末,放入高温炉内,在加热500～800℃下分解40～60分钟,取出冷却即制得氟化铝。由于原料来源废弃物,回收利用节约资源、有利环保,还可回收副产品氟化铵。所用方法工艺简单、成本低、质量达标、有显著的经济效益。

Description

酸铝渣制取工业氟化铝的方法

(一)技术领域：

本发明涉及化学工业，特别是一种用酸铝渣制取工业氟化铝的方法。

(二)背景技术：

工业氟化铝一般为白色晶体或粉末，在电解工业中作电解浴组分，用以降低熔点和提高电解质的电导率。目前，氟化铝的生产分为干法与湿法两种，但不管是哪种方法，铝元素来源于氢氧化铝或氧化铝，氟元素来源于莹石与硫酸反应产生的氟化氢。这两种方法工艺复杂、设备数量较多，尤其是干法氟化铝生产，投资大、成本高。

(三)发明内容：

本发明的目的是提供一种用酸铝渣制取工业氟化铝的方法，它具有工艺简单、使用设备少、投资小、见效快、能够利用铝型材行业的废弃物——酸铝渣，生产出成本很低的、合格的氟化铝产品。

酸铝渣制取工业氟化铝的方法：酸铝渣中铝元素含量为AL10～20％，氟元素含量F50～60％，成分相当量ALF₃44.87％，NH₄F50.19％，(NH₄)₂SO₄及少量杂质4.94％，其特征在于：

a、粉碎，将酸铝渣干原料先用粉碎机粉碎均匀；

b、除硅铁杂质，把粉碎后的干原料盛装在容器内，加入1～30％HF-1～30％HCL的混合液，在搅拌机搅拌下进行化学反应，使硅铁杂质的化合物与HF酸、HCL酸反应生成可溶性物质而与不溶性酸铝渣分离。反应条件是温度保持常温～80℃，搅拌时间60～90分钟；

c、过滤、洗涤、烘干、研磨，用过滤器过滤使原料与母液分离，并用清水洗涤滤干，将滤干物置于120℃的烘干设备中烘1小时，再用研磨机研成粉末；

d、热分解，将粉末原料放入高温炉，在加热500～800℃下分解40～60分钟，分解完成后，取出冷却，即制得成品氟化铝。

本发明的优点是：1、可回收利用铝型材行业废弃的酸铝渣来制取工业氟化铝，在制取过程中还可以回收副产品氟化铵，利用氟化铵又可制取氢氟酸与另一种产物铵盐如氯化铵或硫酸铵，可作化肥使用，节约资源，有利于环境保护。2、工艺简单、使用设备少、投资小、见效快，与湿法生产相比，生产成本仅为湿法的1/3～1/4，有显著的经济效益。3、产品质量、性能达到国家GB4292-1999一级标准的要求。

(四)附图说明：

图1是用酸铝渣制取氟化铝的工艺流程图。

(五)具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步详细地描述：

一、酸铝渣的形成：

酸铝渣的定义：是指铝型材用化学腐蚀液进行表面酸式腐蚀后生成的固体混合物(主要含氟元素、铝元素、铵根)称为酸铝渣。

铝型材行业使用大量铝锭，掺入少量硅粉加工转化为铝型材。挤压出的铝型材表面为一层氧化铝，带有金属光泽，不美观，其表面需要用酸或碱性化学混合液进行表面腐蚀处理。近年发展起来的酸式腐蚀法处理效果很好，现在的铝型材几乎全部需要进行表面化学腐蚀处理，大多数为酸式腐蚀。酸式腐蚀是用无机酸(如硫酸、盐酸)、氟氢化铵、调整剂等化学药剂按一定比例配成溶液，铝型材放入其中进行化学表面腐蚀，经一定时间、达到一定腐蚀深度，处理即告完成。反应过程生成氟化铝、相应无机酸的铵盐及氟硅酸等，这些物质混合在一起，在特定的条件下形成更复杂的物质，随着循环使用的化学腐蚀液浓度增加，一部分固态混合物从腐蚀液中析出，通过离心过滤或压滤后，固体部分即构成酸铝渣，滤液经补充后重新进入循环。

二、酸铝渣的成分：

1、外观：酸铝渣因从溶液中析出过滤产生，呈湿状固态物，白色略带灰色，呈酸性，润湿部分试纸检出PH值为1～3，带粘性，自然干燥或烘干后为浅灰白色固体，可研磨成粉状固体。

2、化学成分：从酸铝渣产生过程中可分析出，酸铝渣是一种混合物，既含有固体物质，又含有液体物质，既包括反应产物，又包含未反应物。

用酸铝渣原料烘干后形成的干料，经过定性和定量分析，其组成(以相当量表示)如下表1：

表1

成分	ALF3	NH4F	(NH4)2SO4及少量杂质	合计
					含量％	44.87	50.19	4.94	100

经X射线衍射分析证实，干料的组成主要为(NH₄)₃ALF₆和(NH₄)₂ALF₅。因此，干料主要由氟铝酸铵与少量其他铵盐和微量硅、铁杂质构成的混合物。

三、酸铝渣原料制取氟化铝的工艺路线：

由分析结果可知，原料中铝元素为金属元素，它与F元素的原子以共价键相连，构成的离子团再以离子键与铵根结合，F元素与铝元素均为活泼元素，故构成的共价键很牢固，键能很大，打断这些键需要很大能量。同时，原料中含有硅、铁杂质，及相应无机酸的铵盐应除去。因此，制取路线要完成的任务是：一、除杂质；二、将原料中的铝元素与氟元素的原子经化学反应重整为氟化铝。

采取的制取路线：

酸铝渣原料→粉碎→除杂质→过滤洗涤烘干研磨→热分解→氟化铝产品。(参见图1)

步骤：

1、将取得的原料(干料)先用粉碎机粉碎均匀，以增大反应接触面，缩短反应时间。

2、把粉碎后的干原料盛装在容器内，加入1～30％HF-1～30％HCL的混合液，在搅拌机搅拌下进行化学反应，使硅铁杂质的化合物与HF酸、HCL酸反应生成可溶性物质而与不溶性酸铝渣分离，反应条件：温度保持常温～80℃；搅拌时间60～90分钟。

3、过滤、洗涤、烘干、研磨。用过滤器过滤使原料与母液分离，并用清水洗涤滤干，将滤干物置于120℃的烘干设备中烘1小时，再用研磨机研磨成粉末。

4、热分解。

原料中氟、铝形成的化合物，经过X射线衍射分析确认主要有两种：(NH₄)₃ALF₆和(NH₄)₂ALF₅。也即原料中氟、铝元素的原子主要结合成六氟铝酸铵和五氟铝酸铵。氟铝酸铵属铵盐，铵盐加热至一定温度下时，将会发生分解，铵根分解产生氨气NH₃，另三个氢原子将与[ALF₆]^3-组成氟铝酸，它在高温下也将分解而产生ALF₃与HF。上述过程用反应式表达为： 五氟铝酸铵分解过程：

最终结果可得到氟化铝和氟化铵。这样就完成原料中氟原子与铝原子重整为氟化铝。酸铝渣中的少量硫酸的铵盐或其它铵盐，在热分解中一并分解除去。

如果原料中无硅铁杂质，或者含量较低，2、3步可省略。

因此，将上一步得到的原料粉末放入高温炉在加热500～800℃下分解40～60分钟，分解完成后，取出冷却，即得到成品氟化铝。

经电子显微镜、电子衍射、X射线等多种仪器检测及化学分析、结果如下表2：

表2化学成分

编号	F	AL	SiO2	Fe2O3	P	Na	K	H2O
									RZ-1	64.22	31.58	0.26	0.02	0.004	0.011	0.006	1.12

上表数据全部达到或超过国家GB4292-1999一级产品以上要求。

四、副产品氟化铵的回收利用：

1、在制取氟化铝过程中，副产品NH₄F产生在原料加热分解过程中：

当产生的NH₃与HF气体在常温或较低温下混合，则反应生成固态氟化铵：

因此，将产生HF气体与NH₃气同时引入一个气室，将很快生成NH₄F固体。

2、回收利用。NH₄F为白色固体，加热易分解为HF与NH₃气，与酸反应则生成铵盐和氟化氢气体。收集副产品氟化铵，使之与硫酸反应，产生氟化氢与硫酸铵：

产生的HF气体用水吸收制取氢氟酸，另一种产物硫酸铵，俗称“肥田粉”，可作化肥使用。

3、尾气处理。在产生和回收副产品过程中，有少部分分解产生的NH₃与HF气体未及反应将排出，如不处理，将产生空气污染，故需进行处理，处理方法：以水作吸收剂，用两级填料吸收塔循环吸收，达一定浓度蒸发结晶，可第二次获得固体氟化铵，母液排入污水处理系统。

Claims (1)

1、一种酸铝渣制取工业氟化铝的方法，酸铝渣中铝元素含量AL10～20％，氟元素含量F50～60％，成分相当量为ALF₃44.87％，NH₄F50.19％，(NH₄)₂SO₄及少量杂质4.94％，其特征在于：

a、粉碎，将酸铝渣干原料先用粉碎机粉碎均匀；

b、除硅铁杂质，把粉碎后的干原料盛装在容器内，加入1～30％HF-1～30％HCL的混合液，在搅拌机搅拌下进行化学反应，使硅铁杂质的化合物与HF酸、HCL酸反应生成可溶性物质而与不溶性酸铝渣分离，反应条件是温度保持常温～80℃，搅拌时间60～90分钟；

c、过滤、洗涤、烘干、研磨，用过滤器过滤使母液与原料分离，并用清水洗涤滤干，将滤干物置于120℃的烘干设备中烘1小时，再用研磨机研成粉末；

d、热分解，将粉末原料放入高温炉，在加热500～800℃下分解40～60分钟，分解完成后，取出冷却，即制得成品氟化铝。