氟化鋁的製備方法

2023-04-23 23:54:56

氟化鋁的製備方法
【專利摘要】本發明提供一種氟化鋁的製備方法，該方法中鈉長石粉分解生成含有硫酸鈣、硫酸鈉和硫酸鋁的固體殘渣與含有氟化矽的氣體生成物；將所述含有氟化矽的氣體生成物經氨水吸收、水解製得氟化銨溶液，所述氟化銨溶液經高溫分解製得氟化氫銨溶液；將所述固體殘渣經酸浸液浸取得到酸浸液，所述酸浸液經陽離子交換樹脂柱吸附、洗脫處理，得到洗脫溶液，用氨水中和所述洗脫溶液生成氫氧化鋁漿料；將所述氫氧化鋁漿料加入所述氟化氫銨溶液中，反應製得氟化鋁溶液，所述氟化鋁溶液結晶、乾燥製得氟化鋁成品。本方法工藝簡單，生產成本低，環境汙染小，適合推廣應用。
【專利說明】氟化鋁的製備方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氟化鋁的製備方法，尤其涉及一種利用鈉長石製備氟化鋁的方法。

【背景技術】
[0002]氟化鋁是無色或白色結晶，不溶於水，不溶於酸和鹼。化學性質比較穩定，加熱的情況下可水解。其主要用於煉鋁生成，以降低熔點和提高電解質的導電率。氟化鋁在酒精生成中用作起副發酵作用的抑制劑。氟化鋁也可以用作陶瓷釉和搪瓷釉的助熔劑和釉藥的組分。氟化鋁還可用作冶煉非鐵金屬的熔劑。所以，氟化鋁是一種應用比較廣的化工產品，那麼，研究氟化鋁的製備是十分必要的。
[0003]傳統生成氟化鋁的工藝主要包括氟化氫幹法工藝和氟化氫溼法生成工藝。但，這些生成工藝存在原料價格高，生產成本高，幹法工藝設備投資大，工藝複雜等問題。


【發明內容】

[0004]由鑑於此，為了解決上述問題，確有必要提供一種生產成本比較低的氟化鋁的製備方法。
[0005]一種氟化鋁的製備方法，包括以下步驟:
鈉長石粉分解:將鈉長石粉、螢石、98%的硫酸按照1:1.55?2.57:3.28?4.62的質量比混合，並在100°C?200°C和自生壓力下反應得到含有硫酸鈣、硫酸鈉和硫酸鋁的固體殘渣與含有氟化矽的氣體生成物；
氣體吸收水解:採用質量百分濃度為15%?28%的氨水對所述含有氟化矽的氣體生成物進行吸收水解處理；陳化並過濾所述水解產物，得到含有氟化銨的濾液；
製備氟化氫銨:加熱所述含有氟化銨的濾液，使氟化銨在130°C?180°C分解，形成氟化氫銨溶液；
浸取固體殘渣:在80°C?100°C下，用質量分數為3%?10%的硫酸溶液在浸取槽中浸取所述固體殘渣，過濾得到酸浸液；
製取氫氧化鋁:所述酸浸液經過陽離子交換樹脂柱吸附其中的鋁離子，使鋁離子富集；當所述陽離子交換樹脂柱吸附飽和後，用質量分數3?5%的稀硫酸溶液對吸附飽和的陽離子交換樹脂柱進行洗脫；用氨水中和洗脫溶液至PH=7?8，形成氫氧化鋁漿料；
製備氟化鋁:將所述氫氧化鋁漿料加入到所述氟化氫銨溶液中，反應生成氟化鋁溶液；對所述氟化鋁溶液進行結晶處理得到三水氟化鋁；乾燥煅燒所述三水氟化鋁得到氟化鋁產品O
[0006]基於上述氟化鋁的製備方法，所述鈉長石粉分解的步驟包括:在100°C?200°C下對所述鈉長石和螢石預加熱15分鐘?30分鐘，除去其中的水分，得到乾燥的鈉長石粉和螢石原料；將98%的硫酸加入到所述乾燥的鈉長石粉和螢石原料中反應2小時?5小時得到含有硫酸鈣、硫酸鈉和硫酸鋁的固體殘渣與含有氟化矽的氣體生成物。在該步驟中，所述反應溫度可以為100°c、150°c、18(rc、20(rc，優選為120°C?200°C;所述反應時間優選為2.5小時?4小時。
[0007]基於上述氟化鋁的製備方法，所述氣體吸收水解的步驟包括:採用除塵過濾器過濾所述含有氟化矽的氣體生成物；將經除塵過濾後的氣體生成物依次通到一、二級吸收塔中被所述吸收塔中的所述氨水吸收並水解，並控制水解溫度在75°C?90°C，且調節水解反應終點的PH值為8?9 ;使所述水解產物在30°C?40°C陳化2小時?3小時；將陳化後的水解產物輸送到壓濾機中過濾，製備白炭黑，經壓濾機過濾的濾液即為所述含有氟化銨的溶液。
[0008]基於上述氟化鋁的製備方法，所述氣體吸收水解的步驟進一步包括向所述氨水中加入氟化娃重量0.15%?0.3%的氨三乙酸鈉。
[0009]基於上述氟化鋁的製備方法，所述氣體吸收水解的步驟中的氨水的加入量為按照反應理論所需質量的105%?125%。
[0010]基於上述氟化鋁的製備方法，所述反應生成氟化鋁溶液的步驟包括:用20分鐘?40分鐘將所述氫氧化鋁漿料加入到盛有所述氟化氫銨溶液的反應容器中，並向所述反應器中添加定量的氫氧化鋁使反應容器中的鋁元素和氟元素的摩爾比為1:3，在100°C?130°C的溫度下發生反應，形成氟化鋁溶液和氨氣；氨氣經吸收得到氨水，用於製備氟化銨溶液。
[0011]基於上述氟化鋁的製備方法，所述氫氧化鋁漿料中的氫氧化鋁的質量百分濃度為40%?60%，所述氟化氫銨溶液中的氟化氫銨的質量百分濃度為40%?60%。
[0012]基於上述氟化鋁的製備方法，在所述結晶處理得到三水氟化鋁的過程中，所述氟化鋁的結晶溫度為80°C?100°C，結晶時間為3小時?5小時。
[0013]與現有技術相比，本發明提供的氟化鋁的製備方法具有以下優點:本發明提供的氟化鋁的製備方法中不使用氫氟酸，使用鈉長石分解的氟化矽氣體和含有硫酸鋁固體殘渣為原料生產氟化鋁，充分利用鈉長石中的氟元素和鋁元素，原料價格便宜；而且降低含氟廢水的排出量，同時避免了氟資源的浪費，也降低了對環境的汙染，節約了生產成本；本發明提供的氟化鋁的製備方法中，鈉長石的分解溫度在100°c?200°C，反應條件溫和，對設備的要求比較低；本發明利用鈉長石分解產物製備氟化氫銨溶液和氫氧化鋁漿料，並使氟化氫銨和氫氧化鋁發生反應來製備氟化鋁，該製備方法簡單，容易實現，降低成本；本發明在生成氟化鋁溶液的過程中，可以回收氨水用於製備氟化氫銨溶液，循環利用，從而進一步降低生產成本；另外，本發明在氣體吸收水解過程中加入氨三乙酸鈉作為矽絡合試劑，防止用氨脫矽時生成氟矽酸銨和氟化銨的絡合物沉澱，提高二氧化矽與水的分離性，從而提高氟化氫銨的產率，進而提高氟化鋁的產率。

【具體實施方式】
[0014]下面通過【具體實施方式】，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0015]實施例1
本實施例提供一種氟化鋁的製備方法，包括以下步驟:
鈉長石粉分解:先將鈉長石粉和螢石在100°C下預加熱30分鐘左右,再加入98%的硫酸使三者在100°C和自生壓力下反應5小時左右，得到含有硫酸鈣、硫酸鈉和硫酸鋁的固體殘渣與含有氟化矽的氣體生成物，其中，鈉長石粉、螢石、98%的硫酸的質量比為1:1.55:3.28，反應原理為:
CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4,
2NaAlSi308 + 24HF + 4H2S04 = Na2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4 ? + 16Η20 ；
氣體吸收水解:採用除塵過濾器過濾所述含有氟化矽的氣體生成物；將經除塵過濾後的氣體生成物依次通到一、二級吸收塔中水解，並控制水解溫度在78°C，並調節水解反應終點的PH值約為8，其中，所述吸收塔中的吸收液為質量百分濃度為15%的氨水和氟化矽重量0.15%的氨三乙酸鈉的混合液,所述氨水的加入量為按照反應理論所需質量的105% ;使所述水解產物在30°C陳化3小時；將陳化後的水解產物輸送到壓濾機中過濾，製備白炭黑，經壓濾機過濾的濾液即為所述含有氟化銨的溶液；其中，該氣體吸收水解過程的反應原理為:3SiF4 + 2H20 = 2H2SiF6 + S12 I，
H2SiF6 + 6NH3.H2O = 6NH4F + S12 I + 4H20 ；
高溫分解:將所述含有氟化銨的濾液置於反應容器中進行加熱濃縮，加熱濃縮後的氟化銨溶液至130°C分解脫氨，反應生成的氨氣經冷卻循環吸收為氨水，存於貯罐，用於製備氟化銨溶液，其中，該步驟的反應原理為:2NH4F = NH4HF2 + NH3 ? ；
浸取固體殘渣:將所述固體殘渣通過出料螺旋轉入浸取槽，在80°C下，用質量分數為3 %的硫酸溶液浸取，並通過過濾機過濾，得到含有硫酸鈉和硫酸鋁的酸浸液；
製取氫氧化鋁:所述酸浸液經過陽離子交換樹脂柱吸附其中的鋁離子，使鋁離子富集；當所述陽離子交換樹脂柱吸附飽和後，用質量分數4%的稀硫酸溶液對吸附飽和的陽離子吸附柱進行洗脫；用氨水中和洗脫溶液至PH=7.5，形成氫氧化鋁漿料；
製備氟化鋁:將質量百分濃度為40%的氫氧化鋁漿料加入到盛有質量百分濃度為60%的氟化氫銨溶液的所述反應容器中，並向該反應器中添加定量的氫氧化鋁粉末使該反應容器中的鋁元素和氟元素的摩爾比為1:3，所述氫氧化鋁漿料的加入時間為25分鐘，所述反應容器中的溫度約為100°C，反應生成氟化鋁溶液；反應生成的氨氣經吸收得到氨水，可以回收循環使用，用於製備氟化銨溶液；對所述氟化鋁溶液在80°C時結晶處理約5小時，得到三水氟化鋁晶體；乾燥煅燒所述三水氟化鋁晶體得到氟化鋁產品，其中，該步驟的反應原理為:
3NH4HF2 + 2A1 (OH) 3 = 2A1F3.3H20 + NH3 個。
[0016]實施例2
本實施例與實施例1提供的氟化鋁的製備方法基本相同，不同之處在於:
在鈉長石粉分解的過程中，鈉長石的預加熱的溫度為150°C，預加熱的時間為20分鐘，分解反應的溫度為150°C，分解反應的時間為3.5小時，且鈉長石粉、螢石、98%的硫酸的質量比為1:2:4 ;
在氣體吸收水解的過程中，所述吸收液為質量百分濃度為22%的氨水和氟化矽重量0.2%的氨三乙酸鈉的混合液，氟化矽的水解溫度約為85°C，且水解反應終點的pH值約為8.5 ;所述氨水的加入量為按照反應理論所需質量的115%，且使所述水解產物在35°C陳化
2.5小時；
在高溫分解的過程中，所述氟化銨溶液的分解溫度為155°C ；
在浸取固體殘渣的過程中，所述硫酸溶液的質量分數為10%，浸取溫度為100°C ；
在製備氟化鋁的過程中，所述氫氧化鋁漿料和所述氟化氫銨溶液的濃度均為50%，所述氫氧化鋁漿料的加入時間約為30分鐘，所述反應容器中的溫度約115°C ;氟化鋁溶液的結晶溫度約為90°C，結晶時間約為4小時。
[0017]實施例3
本實施例與實施例1提供的氟化鋁的製備方法基本相同，不同之處在於:
在鈉長石粉分解的過程中，預加熱的溫度為200°C，預加熱的時間為15分鐘；反應的溫度為200°C，反應的時間為2小時；
在氣體吸收水解的過程中，所述吸收液為質量百分濃度為28%的氨水和氟化矽重量
0.3%的氨三乙酸鈉的混合液，氟化矽的水解溫度約為90°C，且水解反應終點的pH值約為9 ；所述氨水的加入量為按照反應理論所需質量的130% ;使所述水解產物在40°C陳化2小時；在高溫分解的過程中，所述氟化銨溶液的分解溫度為180°C ；
在浸取固體殘渣的過程中，所述硫酸溶液的體積分數為7%，浸取溫度為90°C ；
在製備氟化鋁的過程中，所述氫氧化鋁漿料的濃度均為60%，且加入所述反應容器的時間約為40分鐘；所述氟化氫銨溶液的濃度為40%，所述反應容器中的溫度約130°C ;氟化鋁溶液的結晶溫度約為100°C，結晶時間約為3小時。
[0018]最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍當中。
【權利要求】
1.一種氟化鋁的製備方法，包括以下步驟: 鈉長石粉分解:將鈉長石粉、螢石、98%的硫酸按照1:1.55?2.57:3.28?4.62的質量比混合，並在1001?2001和自生壓力下反應得到含有硫酸鈣、硫酸鈉和硫酸鋁的固體殘渣與含有氟化矽的氣體生成物； 氣體吸收水解:採用質量百分濃度為15%?28%的氨水對所述含有氟化矽的氣體生成物進行吸收水解處理；陳化並過濾所述水解產物，得到含有氟化銨的濾液； 製備氟化氫銨:加熱所述含有氟化銨的濾液，使氟化銨在1301?1801分解，形成氟化氫銨溶液； 浸取固體殘渣:在801?1001下，用質量分數為3%?10%的硫酸溶液在浸取槽中浸取所述固體殘渣，過濾得到酸浸液； 製取氫氧化鋁:所述酸浸液經過陽離子交換樹脂柱吸附其中的鋁離子，使鋁離子富集；當所述陽離子交換樹脂柱吸附飽和後，用質量分數3?5%的稀硫酸溶液對吸附飽和的陽離子交換樹脂柱進行洗脫；用氨水中和洗脫溶液至邱=7?8，形成氫氧化鋁漿料； 製備氟化鋁:將所述氫氧化鋁漿料加入到所述氟化氫銨溶液中，反應生成氟化鋁溶液；對所述氟化鋁溶液進行結晶處理得到三水氟化鋁；乾燥煅燒所述三水氟化鋁得到氟化鋁產品。
2.根據權利要求1所述的氟化鋁的製備方法，其特徵在於:所述鈉長石粉分解的步驟包括:在1001^?2001^下對所述鈉長石和螢石預加熱15分鐘?30分鐘，除去其中的水分，得到乾燥的鈉長石粉和螢石原料；再將98%的硫酸加入到所述乾燥的鈉長石粉和螢石原料中反應2小時?5小時得到含有硫酸鈣、硫酸鈉和硫酸鋁的固體殘渣與含有氟化矽的氣體生成物。
3.根據權利要求1所述的氟化鋁的製備方法，其特徵在於:所述氣體吸收水解的步驟包括:採用除塵過濾器過濾所述含有氟化矽的氣體生成物；將經除塵過濾後的氣體生成物依次通到一、二級吸收塔中被所述吸收塔中的所述氨水吸收並水解，並控制水解溫度在751?901，且調節水解反應終點的邱值為8?9 ；使所述水解產物在301?401陳化2小時?3小時；將陳化後的水解產物輸送到壓濾機中過濾，製備白炭黑，經壓濾機過濾的濾液即為所述含有氟化銨的溶液。
4.根據權利要求1所述的氟化鋁的製備方法，其特徵在於:所述氣體吸收水解的步驟包括向所述氨水中加入氟化矽重量0.15%?0.3%的氨三乙酸鈉。
5.根據權利要求1所述的氟化鋁的製備方法，其特徵在於:所述氣體吸收水解的步驟中的氨水的加入量為按照反應理論所需質量的105%?125%。
6.根據權利要求1所述的氟化鋁的製備方法，其特徵在於:所述反應生成氟化鋁溶液的步驟包括:用20分鐘?40分鐘將所述氫氧化鋁漿料加入到盛有所述氟化氫銨溶液的反應容器中，並向所述反應器中添加定量的氫氧化鋁使反應容器中的鋁元素和氟元素的摩爾比為1:3，在1001?1301的溫度下發生反應，形成氟化鋁溶液和氨氣；氨氣經吸收得到氨水，用於製備氟化銨溶液。
7.根據權利要求1或5所述的氟化鋁的製備方法，其特徵在於:所述氫氧化鋁漿料中的氫氧化鋁的質量百分濃度為40%?60%，所述氟化氫銨溶液中的氟化氫銨的質量百分濃度為40%?60%。
8.根據權利要求1所述的氟化鋁的製備方法，其特徵在於:在所述結晶處理得到三水氟化鋁的過程中，所述氟化鋁的結晶溫度為80°C?100°C，結晶時間為3小時?5小時。
【文檔編號】C01F7/50GK104445326SQ201410700682
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】李英春, 胡安慧, 付建國 申請人:嵩縣中科孵化器有限公司