无水氟化铝对电解铝生产的有利因素分析

1、无水氟化铝对电解铝生产的有利因素分析多氟多化工股份侯红军氟化铝不但是电解质的重要组成局部影响电解质的化学物理性质，而且在正常电解生产过程中是调整电解质分子比、控制电解过程热平衡的重要手段。用不同方法生产的氟化铝化学物理性质差异甚大，直接影响电解生产的操作、指标、产品质量和环境。随着电解生产操作水平和自动化控制精细度的提高，对氟化铝质量的要求也越来越高。使用高质量的无水氟氟化钳化铝是电解生产的必由之路。本文将通过无水、干法和湿法氟化铝的生产工艺和产品质量进 行比拟分析，分析其在电解铝使用过程中对能源消耗、污染排放、产品质量方面的影响。氧化铝1氟化铝产品的分类和生产工艺1.1、分类目前，国内外各种

2、氟化铝产品根据生产工艺的不同可分为三种：湿法氟化铝、干法氟化铝和无水氟化铝。湿法氟化铝干法氟化铝无水氟化铝 品。 以浓度30%的氢氟酸为原料，与氢氧化铝反响生产的氟化铝产品。-以8890%氟化氢气体为原料，与氢氧化铝反响生产的氟化铝产品。-以99.9%以上无水氟化氢气体为原料，与氢氧化铝反响生产的氟化铝产湿法氟化铝生产工艺是上世纪五十年代从前苏联引进的第一代技术。干法氟化铝生产工艺是上世纪八十年代湖南湘铝从瑞士布斯引进的第二代技术。无水氟化铝生产工艺是多氟多公司自主创新开发的第三代新技术。无水氟化铝生产过程中使用的氟化氢是经过冷凝精馏的高纯产品，利用该项技术生产的无水氟化铝产品主含量高、容重大

3、、水分及杂质含量极低。1.2、生产工艺比拟本文从化学反响角度比拟三种不同氟化铝生产工艺，阐述三种氟化铝的优缺点。三种氟化铝的生产工艺流程图如下：萤石萤石萤石无水氟化氢反响硫酸有水氢氟酸氫氧化铝一 流化反响I氟化铝氢氣化铝粗氟化氢气体氟化铝湿法氟化铝工艺流程图无水氟化铝工艺流程图干法氟化铝工艺流程图H 2SO4 + CaF 2b、氢氟酸副反响CaCO3 + H2SO4 SiO2 + HF_R2O3 + 3H 2SO4 MS + 3H 2SO4 Fe+ 2H2SO4SO2 + 2H2SCaSO4+2HF不同氟化铝工艺化学反响比照氢氟酸工艺比照氢氟酸生产以硫酸、 发烟硫酸和萤石为原料。萤石常含有的杂

4、质有 SiO2、CaCO、Al2Q、FeO、Ccb(PO4)2 伴生的微量元素有 Cu Ag、Au、Ni、Mn、Pb、Zn、Ba、Ga、V， 这些杂质和微量元素会参与反响。三种工艺氢氟酸生产区别在于对产生的氟化氢气体的处理 方法。湿法氟化铝使用的30%勺氢氟酸，产生的粗氟化氢气体用水加以吸收。干法氟化铝是用产生的粗氟化氢气体直接用于合成氟化铝。无水氟化铝是将产生的氟化氢气体经精馏精制得到99.9%的液体氢氟酸，再用于制氟化铝。以下是主反响和副反响的化学方程式a、氢氟酸主反响CaSO4 + 2H 20 + CO 2 SiF4 J 2H2O A R2SO4q + 3H2O R=Fe、Al 等MSO

5、4 + H2S M=Pb、Zn、Fe、As 等FeSO,SO2+ 2H2O13S + 2H2OIH2SO4 + H2SS + SO* + 2H2O 申磷可能以磷酸钙、亚磷酸钙的形式存在于萤石中，在和硫酸反响可生产磷酸、亚磷酸， 氢氟酸和磷酸反响生成六氟磷酸然后再分解生成五氟化磷；亚磷酸和氢氟酸反响生成三氟化磷，亚磷酸分解生成磷酸和磷烷。Ca3 PO42 + 3H2SO43CaSO4 + 2H 3PO4H3PO4 + 5HFPF5 + 4H 2O *Ca3 PO3 2 + 3H2SO43CaSO4 + 2H 3PO3H3PO3 + 3HFPF3 + 3H2O * *4H3PO3_3H3PO4_+

6、Hr从以上副反响可以看出，生成的氟化氢气体中会含有水分、四氟化硅、二氧化硫、硫化氢、五氟化磷、三氟化磷等，这些杂质气体如不去除，在有水的条件下，会生成氟硅酸、硫 酸、亚硫酸、磷酸等，合成氟化铝时就会和氢氧化铝发生反响，最终形成杂质进入氟化铝， 降低氟化铝产品质量。从制酸工艺来看，无水氟化铝所使用的氢氟酸质量要远远高于湿法氟 化铝和干法氟化铝，相应得到的氟化铝中杂质含量也远远低于前两种工艺生产的氟化铝。1.2.2.2 氟化铝化学反响a、湿法氟化铝1 主反响方程式。煅烧3HF + AIOH 3 AIF3 3H2OAIF3 + 3H2O2副反响方程式。3H2SO4 + 2Al(OH) 33H2SO3

7、 + 2Al(OH) 3H2SiF6 + 2Al(OH) 33H3PO4 + 2Al(OH) 3Al 2(SO4) 3 +6H 2OAl 2(SO3) 3 +6H 2O 2AIF3 + SiO2 + 3H2OAl 2(PO4)3 +6H2O湿法氟化铝将得到的氟化氢气体用水吸收为30%勺氢氟酸，在吸收过程中，氟化氢气体中的杂质也同时被吸收，因此这种30%勺氢氟酸中含有较多的硫酸、氟硅酸、磷酸等。和氢氧化铝反响时，先生成过饱和的氟化铝溶液，然后经结晶得到三水氟化铝晶体，再将三水氟化铝煅烧脱水得到氟化铝。 同时在溶液中存在如上副反响。生成产物或以固体形式进入氟化铝，或以吸附、夹晶等形式在氟化铝结晶时

8、进入氟化铝，从而影响湿法氟化铝产品质量。 而且湿法氟化铝生产过程中先生成三水氟化铝结晶，再煅烧脱水，在这个过程中三水氟化铝结晶水从晶格中脱去，造成晶体破裂，粒度变小，因而得到的氟化铝松装密度较低，一般在0.7g/cm3。b 、干法氟化铝1主反响方程式。煅烧2AlOH 3Al 2O3+ 3H 2O双层流化床.HF粗气+Al 2O3 AlFs + 3H2O2副反响方程式3H2SO4 + Al 2O3Al2SO43 + 3H2O3H2SO3 + Al 2O3Al2sS3 + 3H2OH2SiF6 + AI2O32AlF 3 + SiO2 + H2O3H3PO4 + Al 2O3Al2PO43 + 3

9、H2O干法氟化铝先将氢氧化铝煅烧为氧化铝,再和未经精馏精制的氟化氢粗气反响。氢氧化铝煅烧得到氧化铝的过程也存在着脱去晶格中水的过程，造成晶体破裂，因此煅烧后氧化铝粒度较煅烧前要小，这会影响到随后合成氟化铝的力度，因此干法氟化铝的松装密度一般在。同时反响过程中存在以上副反响，只是在干法氟化铝流化床反响器中,速较快，杂质气体与水生成的硫酸、亚硫酸、磷酸和氧化铝不能充分反响, 质含量要低于湿法氟化铝。C、无水氟化铝(1)主反响方程式循环流化床HF + 2AI(OH) 3(2)副反响方程式3H2SO4 + 2AI(OH)3H2SO3 + 2AI(OH)H2SiF6 + 2AI(OH) 33H3PO4

10、+ 2AI(OH) 3AIF3 + 6H2OAI_2SO43 + 6H2OAl 2SO3: + 6H2O2AIF3 + sO +4 H2OAl 2pO4 3 + 6H2O无水氟化铝先将氟化氢粗气精馏精制T馀去绝大局部的气体杂质，得到温度高，气体流 因此氟化铝中杂99.9%以上的无水氟化氢，再和水分含量约6%的氢氧化铝在循环流化床中反响，副反响几乎没有，极大降低了氟化铝中的杂质含量。氢氧化铝不经煅烧脱水，减少晶体破裂，又因高膨循环流化床具有气固分布一致、径向混合良好、气固接触充分等特点，使得得到的氟化铝具有松装密度大 (一般不小于1.6g/cm3)、水分含量低的优点。1.2.2.3 总结从以上论

11、述可以看出，无水氟化铝拥有比前两种工艺更低的杂质含量、更低的水分含量、更高的松装密度更好的流动性。2电解铝生产对氟化铝的性质要求(1) 尽可能少的水分含量，以减少电解质熔体的水解；(2) 具有低的杂质含量，以便提高电解铝的质量；(3) 具有较好的流动性，以满足自动化输送的需要；以下是国标、国外标准和三种不同氟化铝的质量比照表 1GB/T4292-2007牌号化学成分(质量分数)/ %物理性能FAINaSiO2FezQSO2-P2O5烧失松装密度g/cm不小于不大于不小于AF-06131.00.300.100.060.100.030.51.5AF-16031.00.400.300.100.60.041.01.3AF-25829.02.80.300.121.00.045.50.7AF-35829.02.80.350.121.00.045.50.7表2 局部国外厂商指标组成美洲某铝业亚洲某铝业欧洲某铝业氟化铝AIF3 ( %)909090二氧化硅 SiO2(%)0.050.200.10五氧化二磷P2O5(%)0.010.0080.015硫酸盐 SO40.200.300.20(%)烧减量%0.701