一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝的製作方法
2023-05-21 11:31:11
專利名稱：一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於幹法氟化鋁技術領域，更具體涉及一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝。
背景技術：
氟化鋁產品主要應用於電解煉鋁行業，作為電解鋁生產中的熔劑，用於降低電解質的熔點，提高電解質的導電率。幹法氟化鋁工藝是一種在懸浮或流態化狀態下，以氣態氟化氫與固態氫氧化鋁直接反應生成氟化鋁的工藝。幹法生產的產品水含量低、容重高，使用時可避免「水解」反應和減少飛揚損失，降低氟化氫的排放，同時減少氟化鋁的損失。但目前從氟化氫迴轉爐的反應氣體(不經過冷凝成AHF)直接淨化後引入流化床的幹法生產氟化鋁技術的對於原料酸級螢石粉要求很高，一般都需要Si02 ^ 1. 5%以內，才可以生產符合國標的SiO2 ^ 0. 3%的幹法氟化鋁合格產品，在高質量酸級螢石粉越來越緊缺的今天，可利用高矽的酸級螢石粉為原料生產合格的幹法氟化鋁技術的意義就越來越重要。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提供了一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝，該工藝降低了對原料螢石粉的矽含量要求，降低了生產成本、具有能耗小的優點。本發明是通過如下技術方案實施的
一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝的步驟為
1)將高矽的酸級螢石粉、硫酸在迴轉窯混合後反應完全；
2)反應產生的氣體經過沉降、降溫除塵、除沫、除矽後引入流化床與氫氧化鋁反應，製備成所述的幹法氟化鋁。所述的幹法氟化鋁中的SiO2含量彡0. 3%。所述高矽的酸級螢石粉的二氧化矽含量範圍為1. 5% ^ SiO2 ^ 2. 5% ；硫酸的濃度為90% ( H2SO4 ( 98. 3%ο所述氣體經過沉降是在沉降室內進行，沉降室直徑為迴轉窯直徑的0. 5飛倍，高度為迴轉窯直徑的廣10倍，氣體進沉降室時的溫度為130°C 190°C，氣體經過沉降室後溫度為90°C 130°C，沉降下來的汙酸及粉塵再次與酸級螢石粉和硫酸在迴轉窯中混合，發生反應。所述氣體經過沉降，進行降溫除塵前的氣體溫度為90°C 130°C，經過降溫除塵後的氣體溫度為80°C 120°C，除沫時的氣體溫度為80°C ^120°C ；降溫除塵、除沫後產生的汙酸及粉塵再次與酸級螢石粉和硫酸在迴轉窯中混合，發生反應。所述除矽是在除矽器中進行，是除去氣體中的四氟化矽，所述氣體經過除矽後的溫度為:60°c 100°C。所述除矽器包括設置於上方的冷卻脫矽容器，所述脫矽容器上設置有進氣管路和排氣管路，所述脫矽容器的下方設置有用於收集氟矽酸與氫氟酸的混合酸液體的收集容
ο所述冷卻脫矽容器上設置有冷卻套層或冷卻管，所述冷卻套或冷卻管內通有冷卻液；所述冷卻脫矽容器內設置有至少一層的格網或者擋板。所述冷卻脫矽容器外側設置有散熱片；所述收集容器一旁側還設置有排液管道， 所述排液管道上還設置有排液控制閥。所述冷卻脫矽容器進氣口旁側還設置有朝向冷卻脫矽容器的電動吹風裝置。本發明除矽的原理為將氣體中的四氟化矽、氟化氫與水蒸氣在此設備中形成高含氟矽酸的氫氟酸液體的形式進行反應氣體的脫矽。本發明的優點在於
1、本發明所提供的工藝路線可採用高矽的酸級螢石粉(1. 5% ^ SiO2 ^ 2. 5%)，反應產生的主要為HF的反應氣體，不經過冷凝成AHF，只需要經過多步驟淨化除塵、降溫、除矽後， 可直接引入到流化床與氫氧化鋁反應獲得國標要求SiO2 ( 0. 3%的幹法氟化鋁合格產品， 大大拓展了以往幹法氟化鋁工藝對於原料螢石的二氧化矽的要求，並可以大大降低原料螢石粉的成本。2、本發明反應物料中的硫酸要求為90%彡H2SO4彡98. 3%，生產過程不需要發煙硫酸，可降低生產成本。3、本發明中，反應氣體經過淨化後，進入流化床的氣體中夾帶的硫酸酸霧極低，降低了對流化床的腐蝕，延長了流化床的壽命，獲得的幹法氟化鋁產品中硫酸根小於0. 1%。4、本發明中，採用自然沉降、自然降溫的多步驟淨化除塵、降溫，採用除矽器以高含氟矽酸的氫氟酸的形式除去氣體中的四氟化矽，設備簡單，高效，易於控制維護。5、本發明所述的工藝具有綜合效益好，控制簡便，生產成本低、生產能耗小等優點ο
圖1為本發明的工藝流程圖2為本發明除矽器實施例4的結構示意圖； 圖3為本發明除矽器實施例5的結構示意圖； 圖4為本發明除矽器實施例6的結構示意圖中1為脫矽容器，2為進氣管路，3為排氣管路，4為收集容器，5為排液管道，6為排液控制閥，7為格網，8為冷卻套層，9為散熱片，10為電動吹風裝置，11為輸入管路，12為輸出管路，13為支撐架體。
具體實施例方式一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝的步驟為
將高矽的酸級螢石粉、硫酸混合後反應完全，反應產生的氣體經過沉降、降溫除塵、除沫、除矽後引入流化床與氫氧化鋁反應，製備成所述的幹法氟化鋁。所述的幹法氟化鋁中的SiO2含量彡0. 3%。所述高矽的酸級螢石粉的二氧化矽含量範圍為1. 5% ^ SiO2 ^ 2. 5% ；硫酸的濃度為90% 彡 H2SO4 彡 98. 3%ο所述氣體經過沉降是在沉降室內進行，沉降室直徑為迴轉窯直徑的0. 5飛倍，高度為迴轉窯直徑的廣10倍，氣體進沉降室時的溫度為130°C 190°C，氣體經過沉降室後溫度為90°C 130°C，沉降下來的汙酸及粉塵再次與酸級螢石粉和硫酸混合，發生反應。所述氣體經過沉降，進行降溫除塵前的氣體溫度為90°C 130°C，經過降溫除塵後的氣體溫度為80°C 120°C，除沫時的氣體溫度為80°C ^120°C ；降溫除塵、除沫後產生的汙酸及粉塵再次與酸級螢石粉和硫酸混合，發生反應。所述除矽是在除矽器中進行，是除去氣體中的四氟化矽，所述氣體經過除矽後的溫度為60°C 100°C，除去的四氟化矽以高含氟矽酸的氫氟酸形式從除矽器中收集排出。所述氣體經過降溫除塵器，除沫器進行除塵，除沫，所述降溫除塵器為內空腔或者有擋拌的立式設備，或者為按照旋風除塵原理設計的裝置，所述降溫除塵器可間歇噴淋硫酸進行清洗積塵，沉降下來的汙酸及粉塵再次與酸級螢石粉和硫酸混合後進入反應爐中反應。所述除沫器為內有填料或者絲網過濾裝置的裝置，氣體經過後能夠進行一定的汽液分離，在除沫器中的溫度為80°C 120°C;除塵、除沫後產生的汙酸及粉塵與酸級螢石粉和硫酸在混合後反應。所述除矽器的除矽原理是將氣體中四氟化矽、氟化氫與水蒸氣在此設備中形成高含氟矽酸的氫氟酸液體的形式進行反應氣體的脫矽，
實施例1 原料高矽酸級螢石粉(CaF2，95%，Si02，2. 0%)，硫酸(98%)以及沉降室、降溫除塵器、除沫器的汙酸以及粉塵在混料機混合後進入迴轉窯反應酸級螢石粉與硫酸的質量比為(2. 2-2. 5) (2. 6-3. 0)，反應溫度為250°C -300°C，反應時間l_3h，反應產生的氣體進入沉降室，沉降室的直徑為迴轉窯直徑的1. 0倍，高度為迴轉窯直徑的10倍，沉降室中氣體的溫度為190°C，出沉降室的氣體溫度為130°C，進入降溫除塵器，出降溫除塵器氣體溫度為120°C，進入除沫器，出除沫器氣體溫度為120°C，進入除矽器，在除矽器底部獲得含氟矽酸大於10%的氫氟酸，出除矽器的氣體溫度為100°C，氣體引入到流化床中與氫氧化鋁反應獲得幹法氟化鋁產品的SiO2為0. 23%。實施例2 原料高矽酸級螢石粉(CaF2，93%，Si02,1. 5%)，硫酸(98%)以及沉降室、 降溫除塵器、除沫器的汙酸以及粉塵，在混料機混合後進入迴轉窯中反應，反應產生的氣體進入沉降室，沉降室的直徑為迴轉窯直徑的0. 5倍，高度為迴轉窯直徑的3. 0倍，沉降室中氣體的溫度為130°C，出沉降室的氣體溫度為90°C，進入降溫除塵器，出降溫除塵器氣體溫度為80°C，氣體進入除沫器，出除沫器氣體溫度為80°C，進入除矽器，在除矽器底部獲得含氟矽酸大於10%的氫氟酸，出除矽器的氣體溫度為80°C，氣體引入到流化床中與氫氧化鋁反應獲得幹法氟化鋁產品的SiO2為0. 20%。實施例3 原料高矽酸級螢石粉(CaF2，92%，Si02，5. 0%)，硫酸(98%)以及沉降室、 降溫除塵器、除沫器的汙酸以及粉塵在混料機混合後進入迴轉窯中反應，反應產生的氣體進入沉降室，沉降室的直徑為迴轉窯直徑的0. 8倍，高度為迴轉窯直徑的3. 5倍，沉降室中氣體的溫度為170°C，出沉降室的氣體溫度為120°C，進入降溫除塵器，出降溫除塵器氣體溫度為100°C，氣體進入除沫器，出除沫器氣體溫度為10(TC，進入除矽器，在除矽器底部獲得含氟矽酸大於10%的氫氟酸，出除矽器的氣體溫度為90°C，氣體引入到流化床中與氫氧化鋁反應獲得幹法氟化鋁產品的SiO2為0. 28%。實施例4
參考圖2，一種幹法生產氟化鋁的氟化氫氣體脫矽器，包括設置於上方的冷卻脫矽容器 1，所述脫矽容器利用脫矽容器外壁進行散熱，其特徵在於所述脫矽容器1的兩側分別設置有進氣管路2和排氣管路3，所述脫矽容器1的下方設置有用於收集氟矽酸與氫氟酸的混合酸液體的收集容器4。上述收集容器4 一旁側還設置有排液管道5，所述排液管道5上還設置有排液控制閥6，所述上氟化氫氣體脫矽器採用能耐130°C氫氟酸與氟矽酸的混合酸的材料製備。實施例5
參考圖3，一種幹法生產氟化鋁的氟化氫氣體脫矽器，包括設置於上方的冷卻脫矽容器 1，其特徵在於所述脫矽容器1的兩側分別設置有進氣管路2和排氣管路3，所述脫矽容器 1的下方設置有用於收集氟矽酸與氫氟酸的混合酸液體的收集容器4。為了提高脫矽效果，所述冷卻脫矽容器1內設置有至少一層的格網7或者擋板。所述冷卻脫矽容器1外設置有冷卻套層8或冷卻管，所述冷卻套層8或冷卻管內通有冷卻液， 所述冷卻套層8上設置有冷卻液輸入管路11和輸出管路12，常用的冷卻液為水。上述收集容器4 一旁側還設置有排液管道5，所述排液管道5上還設置有排液控制閥6，所述上氟化氫氣體脫矽器採用能耐130°C氫氟酸與氟矽酸的混合酸的材料製備。實施例6
參考圖4，一種幹法生產氟化鋁的氟化氫氣體脫矽器，包括設置於上方的冷卻脫矽容器 1，其特徵在於所述脫矽容器1的兩側分別設置有進氣管路2和排氣管路3，所述脫矽容器 1的下方設置有用於收集氟矽酸與氫氟酸的混合酸液體的收集容器4。為了提高脫矽效果，所述冷卻脫矽容器1內設置有至少一層的格網7。所述冷卻脫矽容器1外側設置有散熱片9，所述冷卻脫矽容器1進氣口旁側還設置有朝向冷卻脫矽容器 1的電動吹風裝置10，常用的是電風扇。上述收集容器4 一旁側還設置有排液管道5，所述排液管道5上還設置有排液控制閥6，所述上氟化氫氣體脫矽器採用能耐130°C氫氟酸與氟矽酸的混合酸的材料製備。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝，其特徵在於所述工藝的步驟為 將高矽的酸級螢石粉、硫酸在迴轉窯反應產生的氣體經過沉降、降溫除塵、除沫、除矽後引入流化床與氫氧化鋁反應，製備成所述的幹法氟化鋁。
2.根據權利要求1所述的一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝，其特徵在於所述的幹法氟化鋁中的SiO2含量彡0. 3%。
3.根據權利要求1所述的一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝，其特徵在於所述高矽的酸級螢石粉的二氧化矽含量範圍為1. 5% ( SiO2 ( 2. 5% ；硫酸的濃度為 90% ( H2SO4 ( 98. 3%ο
4.根據權利要求1所述的一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝，其特徵在於所述氣體經過沉降是在沉降室內進行，沉降室直徑為迴轉窯直徑的0. 5飛倍，高度為迴轉窯直徑的廣10倍，氣體進沉降室時的溫度為130°C 190°C，氣體經過沉降室後溫度為 90Π30 ，沉降下來的汙酸及粉塵再次與酸級螢石粉和硫酸混合，發生反應。
5.根據權利要求1所述的一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝，其特徵在於所述氣體經過沉降，進行降溫除塵前的氣體溫度為90°C 130°C，經過降溫除塵後的氣體溫度為80°C 120°C，除沫時的氣體溫度為80°C ^120°C ；降溫除塵、除沫後產生的汙酸及粉塵再次與酸級螢石粉和硫酸混合，發生反應。
6.根據權利要求1所述的一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝，其特徵在於所述除矽是在除矽器中進行，是除去氣體中的四氟化矽，所述氣體經過除矽後的溫度為:60°C 100°C。
7.—種如權利要求6所述的高矽的酸級營石粉生產幹法氟化鋁的工藝中的除矽器，其特徵在於所述除矽器包括設置於上方的冷卻脫矽容器，所述脫矽容器上設置有進氣管路和排氣管路，所述脫矽容器的下方設置有用於收集氟矽酸與氫氟酸的混合酸液體的收集容ο
8.根據權利要求7所述的高矽的酸級營石粉生產幹法氟化鋁的工藝中的除矽器，其特徵在於所述冷卻脫矽容器上設置有冷卻套層或冷卻管，所述冷卻套或冷卻管內通有冷卻液；所述冷卻脫矽容器內設置有至少一層的格網或者擋板。
9.根據權利要求7所述的高矽的酸級營石粉生產幹法氟化鋁的工藝中的除矽器，其特徵在於所述冷卻脫矽容器外側設置有散熱片；所述收集容器一旁側還設置有排液管道，所述排液管道上還設置有排液控制閥。
10.根據權利要求9所述的高矽的酸級營石粉生產幹法氟化鋁的工藝中的除矽器，其特徵在於所述冷卻脫矽容器進氣口旁側還設置有朝向冷卻脫矽容器的電動吹風裝置。
全文摘要
本發明提供了一種高矽的酸級螢石粉生產幹法氟化鋁的工藝，該工藝的步驟為將酸級螢石粉、硫酸混合在迴轉窯反應產生的氣體經過沉降、除塵、除沫、除矽後引入流化床與氫氧化鋁顆粒反應，製備成所述的幹法氟化鋁。本發明可大大降低生產合格幹法氟化鋁對酸級螢石粉原料中二氧化矽的要求，而且生產過程不需要發煙硫酸，可以大大降低幹法氟化鋁的生產成本。
文檔編號C01F7/50GK102180499SQ20111007213
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月24日 優先權日2011年3月24日
發明者曠戈 申請人:福州大學