CN105502451A - 一种生产氟化铝联产高分子比冰晶石的方法 - Google Patents

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Abstract

一种生产氟化铝联产高分子比冰晶石的方法，包括以下步骤，(1)氟化铝的制备：将浓度为13～14％氟硅酸通过换热器加热至65℃～75℃，与氢氧化铝在70～80℃，搅拌反应12～16min；然后过滤脱硅，结晶，干燥、煅烧、冷却，即得氟化铝；(2)高分子比冰晶石的制备：将过滤后的氟化铝母液与氟化钠在80～90℃搅拌反应50～60min，反应完毕将反应物过滤，滤液送入污水池进行处理，滤饼在120℃～150℃闪蒸干燥，即得高分子比冰晶石。本发明制备的氟化铝浓度低、稳定、收率高；联产高分子比冰晶石品质高、收率也高。与此同时，本发明在生产过程中的污水只有氟化铝母液带入，与其他生产工艺相比，其污水量少，且易处理。

Description

一种生产氟化铝联产高分子比冰晶石的方法
技术领域
本发明涉及一种生产氟化铝联产高分子比冰晶石的方法,具体涉及一种利用低浓度氟硅酸生产氟化铝联产高分子比冰晶石的方法。
背景技术
氟化铝是萤石和磷肥生产过程中的副产物氟硅酸直接合成法制冰晶石的重要中间产物，主要用于炼铝生产。冰晶石，也称氟铝酸钠，其分子式为Na3AlF6，按其氟化钠与氟化铝的分子之比，可分为高分子比冰晶石和低分子比冰晶石。其中，高分子比冰晶石(nNaF.AlF3，n：2.8～3.0)是以正冰晶石为主的混合物，可作为炼铝工业用的助溶剂，具有挥发损失少，热稳定性好，环境污染小的优点，在环境保护和经济效益等方面均优于低分子冰晶石。然而，当前国内各电解铝厂大部分使用的是分子比为1.8～2.2的低分子比冰晶石作铝电解的电解质。因此，研究和应用高分子比冰晶石来作铝电解的电解质，已经是当务之急，而与此同时氟化铝的制备是合成高分子比冰晶石的关键过程。
目前，传统直接合成法生产氟化铝及高分子比冰晶石时，氟硅酸主要来源于莹石和磷肥生产过程中的副产物，浓度在18～20％之间，产生较多的中间产物氟化氢气体或氢氧酸，给生产设备材质的选择和环境保护都提出更高的要求；同时，原始氟硅酸浓度越高，生成的氟化铝浓度相应也高，越早析出结晶，氟化铝收率降低。而原始氟硅酸浓度越低，反应速度慢，析出的二氧化硅晶体颗粒细，料浆呈胶体状，粘度大，阻碍与氢氧化铝的反应，同时过滤速度慢，滤饼水洗困难，滤饼中含液量高，氟化铝收率降低。因此，研究制备一种低浓度、高稳定性的氟化铝溶液对联产高分子比冰晶石，具有重要的工业价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高收率的利用低浓度H2SiF6生产氟化铝联产高分子比冰晶石的方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种生产氟化铝联产高分子比冰晶石的方法，包括以下步骤：
(1)反应：将浓度为13～14％(优选浓度为13％)氟硅酸通过换热器加热至65℃～75℃，然后经计量后加入反应器，接着加入计量的氢氧化铝，其中，氟硅酸与氢氧化铝的计量比为1:1.01～1：1.05(优选计量比为1∶1.02)，在70～80℃(优选80℃)，搅拌反应12～16min(优选反应时间为16min)，反应完毕后，用水冲洗反应槽内剩余产物，与反应产物合并；
(2)脱硅、结晶、冷却：将合并的反应产物过滤，滤饼用水洗涤，合并滤液和洗液，维持温度在90～100℃(优选95℃)，结晶3～4h(优选结晶时间为4h)，当结晶料浆排出时，留一部分结晶料浆作菌种用，其余结晶料浆排至结晶槽中冷却；
(3)过滤、干燥、煅烧、冷却：将冷却的氟化铝结晶料浆过滤，并用50～90℃(优选60～70℃)热水对氟化铝晶体进行洗涤，滤液与洗液流入母液槽，滤饼三水氟化铝进行气流干燥，并在500～600℃煅烧，冷却，即得氟化铝；
(4)冰晶石合成：将过滤后的氟化铝母液与氟化钠按计量比1:2.8～1：3.2(优选计量比为1∶3)，在80～90℃(优选90℃)下，搅拌下反应50～60min(优选反应时间为60min)，反应完毕将反应物过滤，滤液送入污水池进行处理，滤饼控制在120℃～150℃下闪蒸干燥，即得高分子比冰晶石。
进一步，所述气流干燥分三段，一段温度控制在180℃～250℃，脱出三水氟化铝中的所有游离水，二段脱出三水氟化铝中2.5个结晶水；第三段脱出最后半个结晶水，整个干燥煅烧过程是在以上三段完成。
本发明是以温法磷酸生产稀磷酸浓缩过程中和反应以及生产过磷酸钙中和反应中得到的低浓度氟硅酸，采用直接法生产氟化铝，联产高分子比冰晶石，不仅制备的氟化铝浓度低、稳定、收率高；而且联产高分子比冰晶石品质高、收率也高。与此同时，本发明在生产过程中的污水只有氟化铝母液带入，与其他生产工艺相比，其污水量少，且易处理。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
先采用H2SiF6与AL(OH)3制备成ALF3溶液，然后再加入固体氟化钠，制备高分子比冰晶石，反应式如下：
2AL(OH)3+H2SiF6＝2ALF3+SiO2+4H2O(1)
ALF3++3NaF＝Na3ALF6(2)
实施例1：生产氟化铝联产高分子比冰晶石的方法
1、氟化铝的制备
(1)反应：将浓度为13％氟硅酸通过石墨换热器加热至65℃～75℃，然后经计量后加入反应器，接着加入计量的氢氧化铝，其中，氟硅酸与氢氧化铝的计量比为1∶2，反应温度控制在80℃，搅拌反应16min，反应气体抽入尾气洗涤排空，反应完毕后，用水冲洗反应槽内剩余产物，一并与反应物排放到下道工序的Sio2过滤机上过滤。
(2)脱硅：将反应产物及冲洗产物经真空移动盘式过滤机过滤，然后滤饼用水洗涤，与滤液送下一工序进行结晶。
(3)结晶：将脱硅时得到的滤液和洗液流入结晶槽，结晶时用盘管通入蒸汽加热，维持结晶温度在95℃，结晶时间4h，另外进料和出料时间约为2h，在结晶过程中进行搅拌，以保持温度均匀；当结晶料浆排出时，留一部分结晶料浆作菌种用，结晶料浆排至结晶槽中冷却进入下道工序。
(4)过滤：将地槽中冷却的氟化铝料浆用带式过滤机过滤，并用65℃热水对氟化铝晶体进行洗涤，滤液与洗液流入ALF3母液槽，滤饼三水氟化铝经溜槽进入下一工序。
(5)干燥、煅烧：将三水氟化铝自溜槽流入气流干燥，气流干燥分三段：一段为脱出三水氟化铝中的所有游离水；二段为脱出三水氟化铝中2.5个结晶水；第三段脱出最后半个结晶水，整个干燥煅烧过程是在以上三段完成，一段温度控制在180℃～250℃，煅烧的温度控制600℃。
(6)冷却：将干燥和煅烧完全的氟化铝经过冷却滚筒中冷却，送入氟化铝储仓、包装。
(7)尾气洗涤***：它由一个文丘里洗涤器和一个洗涤器液封槽组成，反应尾气经文丘里洗涤后排空，干燥后煅烧气体则先经文丘里洗涤，再经液封槽进入洗涤塔后排空。
制得氟化铝的Al收率可达95％以上，F收率可达90％以上，且可在空气中长期放置而不吸水。
2、高分子比冰晶石的制备
(1)冰晶石合成：将过滤后的氟化铝母液从氟化铝母液槽中打入冰晶石计量槽，计量后送入冰晶石合成槽，氟化钠计量后也加入合成槽，其中，氟化铝母液与氟化钠的计量比为1∶3，在搅拌下进行反应，反应温度在90℃，反应时间60min，反应气体送入尾气洗涤，洗涤后排空，反应完毕将反应物过滤，滤液送入污水池进行处理，滤饼送入干燥***。
(2)冰晶石干燥：将冰晶石滤饼用绞龙送入闪蒸干燥器中干燥，物料由下而上经风送至旋风下料口及布袋箱下料口，再经冷却绞龙送入冰晶石储仓，然后计量包装冰晶石产品，温度控制120℃～150℃，干燥经布袋除法后排空。
制得的冰晶石w(F)≥52％，w(Al)≥13％,w(Na)≤32％符合GB/T4291-2007冰晶石的技术要求，且冰晶石分子比可达2.8至3.0之间(氟54.5％，铝13％，钠31.6％)，达到了高分子比冰晶石的要求。

Claims (3)

1.一种生产氟化铝联产高分子比冰晶石的方法，其特征在于，包括以下步骤，
(1)反应：将浓度为13～14％氟硅酸通过换热器加热至65℃～75℃，然后经计量后加入反应器，接着加入经计量的氢氧化铝，其中，氟硅酸与氢氧化铝的计量比为1:1.01～1：1.05，在70～80℃，搅拌反应12～16min，反应完毕后，用水冲洗反应槽内剩余产物，与反应产物合并；
(2)脱硅、结晶、冷却：将合并的反应产物过滤，滤饼用水洗涤，合并滤液和洗液，维持温度在90～100℃，结晶3～4h，当结晶料浆排出时，留一部分结晶料浆作菌种用，其余结晶料浆排至结晶槽中冷却；
(3)过滤、干燥、煅烧、冷却：将冷却的氟化铝结晶料浆过滤，并用50～90℃热水对氟化铝晶体进行洗涤，滤液与洗液流入母液槽，滤饼三水氟化铝进行气流干燥，并在500～600℃煅烧，冷却，即得氟化铝；
(4)冰晶石合成：将过滤后的氟化铝母液与氟化钠按计量比1:2.8～1：3.2，在80～90℃下，搅拌下反应50～60min，反应完毕将反应物过滤，滤液送入污水池进行处理，滤饼控制在120℃～150℃下闪蒸干燥，即得高分子比冰晶石。
2.根据权利要求1所述的生产氟化铝联产高分子比冰晶石的方法，其特征在于，包括以下步骤，
(1)反应：将浓度为13％氟硅酸通过石墨换热器加热至65℃～75℃，然后经计量后加入反应器，接着加入计量的氢氟化铝，其中，氟硅酸与氢氧化铝的计量比为1∶1.02，在80℃，搅拌反应16min，反应完毕后，用水冲洗反应槽内剩余产物，与反应产物合并；
(2)脱硅、结晶、冷却：将合并的反应产物经真空移动盘式过滤机过滤，滤饼用水洗涤，合并滤液和洗液，维持温度在95℃，结晶4h，当结晶料浆排出时，留一部分结晶料浆作菌种用，其余结晶料浆排至结晶槽中冷却；
(3)过滤、干燥、煅烧、冷却：将冷却的氟化铝结晶料浆用带式过滤机过滤，并用60～70℃热水对氟化铝晶体进行洗涤，滤液与洗液流入母液槽，滤饼三水氟化铝进行气流干燥，并在500～600℃煅烧，冷却，即得氟化铝；
(4)冰晶石合成：将过滤后的氟化铝母液与氟化钠按计量比为1∶3，在90℃下，搅拌下反应60min，反应完毕将反应物过滤，滤液送入污水池进行处理，滤饼控制在120℃～150℃下闪蒸干燥，即得高分子比冰晶石。
3.根据权利要求1或2所述的生产氟化铝联产高分子比冰晶石的方法，其特征在于，所述气流干燥分三段，一段温度控制在180℃～250℃，脱出三水氟化铝中的所有游离水，二段脱出三水氟化铝中2.5个结晶水；第三段脱出最后半个结晶水，整个干燥煅烧过程是在以上三段完成。
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