RU2243160C1

RU2243160C1 - Aluminum fluoride granulation process

Info

Publication number: RU2243160C1
Application number: RU2004100288/15A
Authority: RU
Inventors: А.В. Кожевников (RU); А.В. Кожевников; В.И. Родин (RU); В.И. Родин; И.Н. Громова (RU); И.Н. Громова; А.И. Казаков (RU); А.И. Казаков; В.А. Зайцев (RU); В.А. Зайцев; В.А. Терсин (RU); В.А. Терсин; П.В. Классен (RU); П.В. Классен; Л.В. Ракчеева (RU); Л.В. Ракчеева; Е.В. Кременецка (RU); Е.В. Кременецкая
Priority date: 2004-01-12
Filing date: 2004-01-12
Publication date: 2004-12-27

Abstract

FIELD: inorganic compounds technology.

SUBSTANCE: invention provides granulated aluminum fluoride production process starting from powder aluminum fluoride, which process comprises mixing aluminum fluoride powder with a liquid fluorine-containing component followed by granulation of resulting mix and heat treatment of thus obtained granules. More specifically, aluminum fluoride powder is subjected to mechanical activation in shear activator for 2 to 10 min, after which activated powder is divided into two streams. Larger one is mixed, in turboblade granulator, with hydrofluoric acid or mixture thereof with aluminum fluoride to achieve moisture level 19-29% and then the rest of aluminum fluoride powder is added to reduce moisture to 10-17%. Mix is then granulated while rotor revolution speed and granulation time are controlled so as to achieve desired size of granules.

EFFECT: stabilized size composition of product, enabled variation of granule size, and increased strength of granules.

4 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к производству гранулированного фторида алюминия из порошкообразного фторида алюминия, который широко используется в алюминиевой промышленности.The invention relates to the production of granular aluminum fluoride from powdered aluminum fluoride, which is widely used in the aluminum industry.

Известен способ получения гранулированного фторида алюминия, в котором гранулирование ведут путем распыления раствора фторида алюминия концентрации 21-47% на частицы твердого фторида алюминия в лопастном шнеке при 110-350°С и осуществляют сушку получаемого готового продукта при 550°С.A known method of producing granular aluminum fluoride, in which granulation is carried out by spraying a solution of aluminum fluoride concentration of 21-47% on the particles of solid aluminum fluoride in a blade screw at 110-350 ° C and carry out the drying of the resulting finished product at 550 ° C.

Недостатком такого способа является малая прочность получаемых гранул фторида алюминия, что затрудняет его транспортировку. Хранение недостаточно прочных гранул фторида алюминия в бункерах или силосах приводит к дроблению частиц и образованию пыли. Это является существенным недостатком, так как фтористый алюминий относится к вредным веществам второго класса опасности (Патент Австрии №355543, кл. С 01 F 7/50, 1980 г.).The disadvantage of this method is the low strength of the obtained granules of aluminum fluoride, which complicates its transportation. Storage of insufficiently strong aluminum fluoride granules in silos or silos results in crushing of particles and the formation of dust. This is a significant drawback, since aluminum fluoride is a hazard class 2 hazardous substance (Austrian Patent No. 355543, class C 01 F 7/50, 1980).

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения гранулированного фторида алюминия, в котором процесс грануляции включает смешение порошкообразного фторида алюминия с жидким фторсодержащим компонентом, гранулирование полученной смеси и термообработку гранул при повышенной температуре.Closest to the described by the technical essence and the achieved result is another known method for producing granular aluminum fluoride, in which the granulation process involves mixing powdered aluminum fluoride with a liquid fluorine-containing component, granulating the resulting mixture and heat treatment of granules at elevated temperature.

По этому способу используют фторид алюминия, полученный гидрохимическим способом через тригидрат фторида алюминия. В качестве жидкого компонента берут 10-18%-ный раствор фторида алюминия, причем массовое соотношение жидкого компонента и порошкообразного фторида алюминия поддерживают равным 30-100:1, а гранулирование полученной смеси ведут в аппарате кипящего слоя в потоке газообразного теплоносителя при 185-200°С, распыляя раствор фторида алюминия на твердый продукт. Смешение компонентов и гранулирование проходят одновременно. Затем полученные гранулы поступают на термообработку (прокалку) при температуре 550°С (Патент РФ №2038305, кл. С 01 F 7/50, 1995 г.).This method uses aluminum fluoride obtained by a hydrochemical method through aluminum fluoride trihydrate. As a liquid component, a 10-18% solution of aluminum fluoride is taken, and the mass ratio of the liquid component and powdered aluminum fluoride is maintained equal to 30-100: 1, and the mixture is granulated in a fluidized bed apparatus in a gaseous coolant stream at 185-200 ° C by spraying a solution of aluminum fluoride onto a solid product. Mixing of components and granulation take place simultaneously. Then, the obtained granules go to heat treatment (calcination) at a temperature of 550 ° C (RF Patent No. 2038305, class C 01 F 7/50, 1995).

Недостатками известного способа являются большой влагосъем за счет кипящего слоя, что приводит к повышенным энергетическим затратам, нестабильность грансостава полученного продукта, недостаточная прочность полученных гранул, а следовательно значительные потери и пылеунос. Так прочность гранул колеблется от 1,17 до 1,55 кг.The disadvantages of this method are the large moisture removal due to the fluidized bed, which leads to increased energy costs, instability of the composition of the obtained product, insufficient strength of the obtained granules, and therefore significant losses and dust extraction. So the strength of the granules ranges from 1.17 to 1.55 kg.

Кроме того, как начальный компонент используется более дорогой продукт, что в общем удорожает процесс.In addition, as an initial component, a more expensive product is used, which generally makes the process more expensive.

Нами поставлена задача создать способ получения гранулированного фторида алюминия из порошкообразного продукта, который позволяет получить стабильный по грансоставу продукт, изменять и регламентировать размер гранул в зависимости от требований заказчика, а также повысить их прочность и снизить энергозатраты на производство.We set the task to create a method for producing granular aluminum fluoride from a powdery product, which allows us to obtain a product with a stable grain composition, to change and regulate the size of granules depending on customer requirements, as well as to increase their strength and reduce energy costs for production.

Поставленная задача решена в способе получения гранулированного фторида алюминия, включающего смешение порошкообразного фторида алюминия с жидким фторсодержащим компонентом, гранулирование полученной смеси и термообработку полученных гранул при повышенной температуре. В предложенном способе сначала порошкообразный фторид алюминия подвергают механической активации в ножевом активаторе в течение 2-10 мин, затем в турболопастном грануляторе смешивают большую часть механоактивированного порошкообразного фторида алюминия с жидким фторсодержащим компонентом, в качестве которого используют фтористо-водородную кислоту или ее смесь с раствором фторида алюминия, смешение ведут до влажности смеси 19-29%. В полученную смесь вводят оставшуюся часть порошкообразного фторида алюминия для снижения влажности смеси до 10-17%. Далее смесь гранулируют, регулируя скорость вращения ротора и время процесса до получения гранул заданного размера.The problem is solved in a method for producing granular aluminum fluoride, comprising mixing powdered aluminum fluoride with a liquid fluorine-containing component, granulating the resulting mixture and heat treatment of the obtained granules at elevated temperatures. In the proposed method, first, powdered aluminum fluoride is subjected to mechanical activation in a knife activator for 2-10 minutes, then most of the mechanically activated powdered aluminum fluoride is mixed with a liquid fluorine-containing component in a turbopaste granulator, using hydrofluoric acid or its mixture with a fluoride solution aluminum, mixing lead to a moisture mixture of 19-29%. The remainder of the powdered aluminum fluoride is introduced into the mixture to reduce the mixture moisture to 10-17%. Next, the mixture is granulated, adjusting the rotor speed and the process time to obtain granules of a given size.

Смесь фтористоводородной кислоты и раствора фторида алюминия содержит мас.%: фторида алюминия 5-10, фтористоводородной кислоты 10-20, остальное вода. Термообработку полученных гранул ведут при температуре 200-400°С. Соотношение потоков порошкообразного фторида алюминия и жидкого фторсодержащего компонента выбирают исходя из заявленной влажности смеси.The mixture of hydrofluoric acid and aluminum fluoride solution contains wt.%: Aluminum fluoride 5-10, hydrofluoric acid 10-20, the rest is water. The heat treatment of the obtained granules is carried out at a temperature of 200-400 ° C. The ratio of the flows of powdered aluminum fluoride and liquid fluorine-containing component is selected based on the stated moisture content of the mixture.

Сущность способа заключается в следующем. Для увеличения удельной поверхности и изменения аутогезионных свойств порошка проводят механическую активацию порошка в течении 2-10 мин. Данный интервал времени подобран экспериментально. Снижение времени обработки не дает необходимого эффекта, а увеличение его нецелесообразно. Далее большую часть активированного порошка в турболопастном грануляторе смешивают с жидким фторсодержащим компонентом, в качестве которого используют фторводородную кислоту или ее смесь с фторидом алюминия. Как нами установлено, в случае использования фтористоводородной кислоты при взаимодействии ее с фторидом алюминия происходит частичное растворение последнего с дальнейшим образованием кристаллизационных мостиков, что в процессе термообработки и грануляции приводит к упрочнению полученных гранул. В случае использования смеси фтористоводородной кислоты с раствором фторида алюминия при термообработке на поверхности гранул образуются кристаллические мостики, что также позволяет значительно увеличить прочность полученных гранул. Использование того или другого жидкого фторсодержащего компонента зависит от способа получения порошкообразного фторида алюминия (из аммонийного криолита с применением кремнефтористоводородной кислоты, на основе плавиковой кислоты и др.). Количество механоактивированного порошка фторида алюминия и, соответственно, количество раствора жидкого фторсодержащего компонента определяются также экспериментально в зависимости от скоростного режима смешения, от свойств порошка, зависящих от способа его получения. Обязательным условием на этой стадии является достижение влажности смеси 20-29%. Такая влажность смеси позволяет вести процесс в режиме переувлажнения, что приводит к ускорению образования зародышей гранул в смеси. Но увеличение ее более 29% приведет к слипанию и комкованию смеси. Далее для снижения влажности до 10-17% в смесь добавляют оставшуюся часть механоактивированного порошка. Такое ведение процесса (с делением подачи порошка на две части) позволяет интенсифицировать процесс гранулирования и получать наиболее прочные гранулы. Процесс гранулирования идет при регулировании скорости вращения ротора турболопастного гранулятора и времени обработки в зависимости от заданного размера гранул.The essence of the method is as follows. To increase the specific surface area and change the autogesion properties of the powder, mechanical activation of the powder is carried out for 2-10 minutes. This time interval is selected experimentally. Reducing the processing time does not give the desired effect, and increasing it is impractical. Next, most of the activated powder in a turbopaste granulator is mixed with a liquid fluorine-containing component, which is used as hydrofluoric acid or its mixture with aluminum fluoride. As we have established, in the case of the use of hydrofluoric acid in its interaction with aluminum fluoride, the latter partially dissolves with the further formation of crystallization bridges, which in the process of heat treatment and granulation leads to hardening of the obtained granules. In the case of using a mixture of hydrofluoric acid with a solution of aluminum fluoride during heat treatment, crystalline bridges are formed on the surface of the granules, which also allows to significantly increase the strength of the obtained granules. The use of one or another liquid fluorine-containing component depends on the method of producing powdered aluminum fluoride (from ammonium cryolite using hydrofluoric acid, based on hydrofluoric acid, etc.). The amount of mechanically activated aluminum fluoride powder and, accordingly, the amount of a solution of a liquid fluorine-containing component are also determined experimentally, depending on the speed of mixing, on the properties of the powder, depending on the method of its preparation. A prerequisite at this stage is to achieve a moisture content of the mixture of 20-29%. Such humidity of the mixture allows the process to be carried out in the mode of overmoistening, which leads to an acceleration of nucleation of granules in the mixture. But an increase of more than 29% will lead to adhesion and clumping of the mixture. Next, to reduce moisture to 10-17%, the remainder of the mechanically activated powder is added to the mixture. This process management (with the division of the powder supply into two parts) allows to intensify the granulation process and to obtain the most durable granules. The granulation process is carried out by regulating the rotor speed of the turbopaste granulator and the processing time depending on the given size of the granules.

Термообработку ведут при температуре 200-400°С, которая является достаточной для получения прочных гранул готового продукта.Heat treatment is carried out at a temperature of 200-400 ° C, which is sufficient to obtain durable granules of the finished product.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.The method is illustrated by the following examples.

Пример 1. В ножевой активатор порционно подают 3800 г порошкообразного фторида алюминия. Активацию ведут в течении 10 мин. Затем 3000 г. активированного порошка подают в турболопастной гранулятор, где он смешивается с 800 мл 5%-ного р-ра фтористо-водородной кислоты. Скорость вращения ротора составляет 3000 мин^-1. В результате получают смесь влажностью 21%. В смесь вводят 800 г активированного фторида алюминия и снижают частоту вращения ротора до 1000 мин^-1. После грануляции влажность материала составляет 17%. Время цикла гранулирования 7 мин. В результате получают гранулы размером 1-5 мм.Example 1. 3800 g of powdered aluminum fluoride are portioned into the knife activator. Activation is carried out within 10 minutes. Then, 3000 g of activated powder is fed into a turbopaste granulator, where it is mixed with 800 ml of a 5% solution of hydrofluoric acid. The rotor speed is 3000 min ^-1 . The result is a mixture with a moisture content of 21%. 800 g of activated aluminum fluoride are introduced into the mixture and the rotor speed is reduced to 1000 min ^-1 . After granulation, the moisture content of the material is 17%. The granulation cycle time is 7 minutes. The result is granules with a size of 1-5 mm.

Далее полученные гранулы поступают на термообработку в сушилку при температуре 200°С. Прочность гранулированного фторида алюминия составляет 20 кгс/см².Next, the obtained granules go to heat treatment in a dryer at a temperature of 200 ° C. The strength of granular aluminum fluoride is 20 kgf / cm ² .

Пример 2. В ножевой активатор порционно подают 3900 г порошкообразного фторида алюминия. Активацию ведут в течении 6 мин. Затем 3000 г активированного порошка подают в турболопастной гранулятор, где он смешивается с 700 мл смеси, состоящей из, мас.%: фторид алюминия 5, фтористо-водородная кислота 10, остальное вода. Скорость вращения ротора составляет 3000 мин^-1. В результате получают смесь влажностью 19%. В смесь вводят 900 г активированного фторида алюминия и снижают частоту вращения ротора до 1000 мин^-1. После грануляции влажность материала составляет 15%. Время цикла гранулирования 7 мин. В результате получают гранулы размером 1-5 мм.Example 2. Into a knife activator, 3900 g of powdered aluminum fluoride are portioned. Activation is carried out for 6 minutes. Then 3000 g of the activated powder is fed into a turbopaste granulator, where it is mixed with 700 ml of a mixture consisting of, wt.%: Aluminum fluoride 5, hydrofluoric acid 10, the rest is water. The rotor speed is 3000 min ^-1 . The result is a mixture with a moisture content of 19%. 900 g of activated aluminum fluoride are introduced into the mixture and the rotor speed is reduced to 1000 min ^-1 . After granulation, the moisture content of the material is 15%. The granulation cycle time is 7 minutes. The result is granules with a size of 1-5 mm.

Далее полученные гранулы поступают на термообработку в сушилку при температуре 400°С. Прочность гранулированного фторида алюминия составляет 15 кгс/см².Next, the obtained granules are fed to a heat treatment in a dryer at a temperature of 400 ° C. The strength of granular aluminum fluoride is 15 kgf / cm ² .

Пример 3. В ножевой активатор порционно подают 4000 г порошкообразного фторида алюминия. Активацию ведут в течении 2 мин. Затем 3000 г активированного порошка подают в турболопастной гранулятор, где он смешивается с 900 мл смеси, состоящей из, мас.%: фторид алюминия 10, фтористо-водородная кислота 20, остальное вода. Скорость вращения ротора составляет 3000 мин^-1. В результате получают смесь влажностью 29%. В смесь вводят 1200 г активированного фторида алюминия и снижают частоту вращения ротора до 1000 мин^-1. После грануляции влажность материала составляет 10%. Время цикла гранулирования 7 мин. В результате получают гранулы размером 1-5 мм.Example 3. In a knife activator portion served 4000 g of powdered aluminum fluoride. Activation is carried out for 2 minutes. Then, 3000 g of activated powder is fed into a turbopaste granulator, where it is mixed with 900 ml of a mixture consisting of, wt.%: Aluminum fluoride 10, hydrofluoric acid 20, the rest is water. The rotor speed is 3000 min ^-1 . The result is a mixture with a moisture content of 29%. 1200 g of activated aluminum fluoride are introduced into the mixture and the rotor speed is reduced to 1000 min ^-1 . After granulation, the moisture content of the material is 10%. The granulation cycle time is 7 minutes. The result is granules with a size of 1-5 mm.

Далее полученные гранулы поступают на термообработку в сушилку при температуре 300°С. Прочность гранулированного фторида алюминия составляет 17 кгс/см².Next, the obtained granules go to heat treatment in a dryer at a temperature of 300 ° C. The strength of granular aluminum fluoride is 17 kgf / cm ² .

Claims

1. A method of producing granular aluminum fluoride, comprising mixing powdered aluminum fluoride with a liquid fluorine-containing component, granulating the resulting mixture and heat treatment of the obtained granules at elevated temperature, characterized in that the powdered aluminum fluoride is first subjected to mechanical activation in a knife activator for 2-10 minutes, then mechanically activated powdered aluminum fluoride is divided into two streams, the larger of them is mixed in a turbopaste granulator with liquid fluorine-containing m component, which is used as hydrofluoric acid or its mixture with a solution of aluminum fluoride, the mixture is brought to a moisture content of 19-29%, and then the remaining powdery aluminum fluoride is added to the resulting mixture to reduce the moisture content of the mixture to 10-17% and the mixture is granulated by adjusting rotor speed and process time to obtain the granules of the required size.

2. The method according to claim 1, characterized in that a mixture of hydrofluoric acid and a solution of aluminum fluoride is used with the following amounts of reagents in it, wt.%: Aluminum fluoride - 5-10; hydrofluoric acid - 10-20; water is the rest.

3. The method according to claim 1, characterized in that the heat treatment of the granules is carried out at a temperature of 200-400 ° C.

4. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of the flows of powdered aluminum fluoride and liquid fluorine-containing component is selected based on the stated humidity of the mixture.