專利名稱：三段聯合脫水法生產無水氟化鋁的制作方法
技術領域：
本發明是一種以氫氟酸或氟硅酸和氫氧化鋁為原料，用濕法工藝制得三水氟化鋁(AlF3·3H2O)經三段聯合脫水生產無水氟化鋁的新方法。
無水氟化鋁主要用作電解煉鋁電介質的調整劑。該產品的生產工藝有濕法和干法二種，目前國內和國外二種工藝均有采用。干法工藝生產的氟化鋁即為無水氟化鋁，無須脫水，但產品含氟化鋁僅為89～92%，氧化鋁(Al2O3)含量高達6～7%。以氫氟酸或氟硅酸和氫氧化鋁為原料，濕法工藝生產所得的是含有三個分子結晶水的三水氟化鋁，須經脫水，才得無水氟化鋁。三水氟化鋁中的結晶水需在高溫下(450～600℃)才能脫除，而三水氟化鋁在高溫下有水蒸汽存在時易產生熱水解，反應式如下
使產品純度降低，所產生的氟化氫氣體污染大氣，所以氟化鋁的脫水過程難以控制，如何制得高質量的無水氟化鋁是當前世界各國研究的課題。
由濕法工藝生產的三水氟化鋁，脫水工藝路線有二種一種由氟硅酸與氫氧化鋁反應合成氟化鋁工藝，國外均采用流化床裝置脫水，如奧地利的林茨公司先在閃干器直接加熱脫水后進入流化床間接加熱脫水，再在閃干器中直接加熱脫水;瑞士的布斯公司則先在閃干器中二次直接加熱脫水，再在流化床中二次間接加熱脫水;波蘭的一水合氟化鋁法脫水二段均采用流化床直接加熱脫水，這條工藝路線主要是工藝流程長，設備復雜，流化床操作不易控制，產品中氧化磷含量高，對電解煉鋁生產極為不利。另種，如我國目前使用的由氟氫酸與氫氧化鋁反應合成三水氟化鋁的傳統工藝，采用管式干燥器進行二段直接加熱脫水，第一段為低溫直接加熱脫水，脫除附著水和部分結晶水，第二段為350～450℃高溫直接加熱脫水，脫除結晶水，此法主要缺點是高溫脫水段氟化鋁易產生熱水解，導致產品純度降低，其氟化鋁含量僅為83.6%，而水含量達7%左右，同時熱水解的分解產物為氟化氫氣體，排入大氣造成了環境的嚴重污染。因此在高溫脫除結晶水的過程中，如何防止熱水解的發生，是當前濕法生產氟化鋁工藝的關鍵問題。
本發明的目的是提供了一種工藝設備結構簡單，操作易于控制的生產無水氟化鋁的三段聯合脫水法，這種新方法有效地防止了熱水解的發生，提高了產品質量，并大大減輕了環境的污染。
本發明是這樣實現的氟化鋁生產的濕法工藝，首先是將氫氟酸或氟硅酸與氫氧化鋁反應，得三水氟化鋁(AlF3·3H2O)反應式如下
三水氟化鋁晶體經過濾機過濾，所得濾餅含總水量在50～55%，經打散機打散后進入第一段內熱裝置直接加熱，加熱溫度為200℃以下，脫除附著水，熱源來自第二段內熱裝置的熱氣流，脫水后經氣固分離，尾氣經濕式收塵器而排入大氣;再將第一段的氟化鋁熱物料直接進入第二段內熱裝置直接加熱，以燃料為熱源，加熱溫度為200～400℃，脫除大部分結晶水，使氟化鋁的含水量降至6～9%;最后將第二段經氣固分離后的氟化鋁熱物料直接進入第三段回轉爐外熱裝置中，間接加熱煅燒，以燃料為熱源，加熱溫度400℃以上，脫除剩余的結晶水，經冷卻而得成品無水氟化鋁。脫水反應式如下
本發明的新方法，其特點在于三水氟化鋁的脫水分三段進行，前兩段溫度較低，氟化鋁不可能熱水解，又是直接加熱，熱效率高，脫除了附著水和部分結晶水，使氟化鋁總水份含量降至6～9%，第三段為高溫間接加熱，所用回轉爐密封極嚴，外部濕空氣無法進入，同時脫除的水蒸汽很快排出，使高溫下的氟化鋁不存在熱水解的條件，有效的防止了熱水解的發生，使氟化鋁的純度提高，含量可達96%以上，同時由于氟化鋁沒有熱水解，脫水過程排出的廢氣中氟化氫(HF)含量很低，大大減少了環境污染，也簡化了廢氣的處理。三段脫水過程均為連續式熱物料直接流通，熱能充分利用，降低了能耗。該方法采用的設備結構簡單，操作比流化床易于控制，有利于我國目前的濕法工藝改造，在現有二段基礎上，增設一個回轉爐，改變控制技術條件，即可生產高純度的無水氟化鋁，本法投資低，約為國外引進裝置的10%，本三段聯合脫水法是我國濕法生產氟化鋁工藝的一大突破。
圖1為三段聯合脫水法生產無水氟化鋁的工藝流程圖。
實施例氟化鋁生產的濕法工藝，首先是將氫氟酸或氟硅酸與氫氧化鋁反應，得三水氟化鋁(AlF3·3H2O)，經過濾機過濾，所得濾餅含總水量為50～55%，其中附著水約16%左右，三水氟化鋁含結晶水量為39.13%，經打散機打散后進入第一段內熱裝置中直接加熱，加熱溫度為200℃以下，最佳溫度控制在95～150℃，熱源來自第二段內熱裝置的熱氣流，常壓下，物料和熱氣流順流連續進行，脫除附著水，脫水后經氣固分離，尾氣經濕式收塵器而排入大氣，再將第一段的氟化鋁熱物料直接進入第二段內熱裝置直接加熱，以燃料的燃氣為熱流，加熱溫度為200～400℃，最佳溫度控制在250℃～400℃，常壓下，物料與熱氣流也是順流連續進行，脫除大部分結晶水，使氟化鋁含水量降至6-9%第一、二段的內熱裝置均為管式干燥器，第二段的內熱裝置中以耐火粘土磚為內襯，以防止高溫氟化氫氣體的腐蝕，提高設備的使用壽命。最后將第二段經氣固分離后的氟化鋁熱物料直接進入第三段回轉爐外熱裝置中，間接加熱煅燒，以燃料的燃氣為熱源，在回轉爐外加熱，加熱溫度為400℃以上，最佳溫度控制在450～600℃。常壓下，物料在臥式回轉爐內連續流動，脫除剩余的結晶水，經冷卻而得成品無水氟化鋁，煙氣和水蒸汽排空。第二、三段所用燃料為氣體燃料或液體燃料或固體燃料。回轉爐外熱裝置用耐熱不銹鋼制作，設有良好的密封裝置，防止濕空氣進入，同時脫除的水蒸汽能很快排出，使高溫度的氟化鋁不具備熱水解的條件，有效的防止了熱水解的發生，使氟化鋁的純度提高，從出料端排出的氟化鋁，便是含水量低于1%的無水氟化鋁產品，純度為96%以上，完全滿足電解煉鋁生產的要求。其質量指標如下AlF3≥96%SiO2+Fe2O3≤0.2%SO4≤0.5%Na+≤1%P2O5≤0.02%燒失≤1%各國干法、濕法生產的氟化鋁質量指標如下表
<p>由表對比可知，本方法生產的無水氟化鋁的純度大大高于我國國標規定83.6%;與國外的干法、濕法相比，質量也優于它們，而且工藝設備比國外的簡單，整個脫水過程易于操作。本法有利于我國目前濕法工藝的改造。由于產品純度的提高，可降低電解煉鋁的能耗和氟鹽的消耗，使鋁產品成本降低。由于有效的防止了熱水解，減少了環境的污染。
權利要求
1.一種由三水氟化鋁生產無水氟化鋁的三段聯合脫水法，無水氟化鋁的分子式為AlF3，以氫氟酸(HF)或氟硅酸(H2SiF6)和氫氧化鋁(Al(OH)3)為原料，生產氟化鋁的濕法工藝，合成制得的三水氟化鋁(AlF3·3H2O)經過濾機過濾得三水氟化鋁濾餅，其特征在于(1)將三水氟化鋁濾餅經打散機打散后放入第一段內熱裝置直接加熱加熱溫度為200℃以下，脫除附著水，熱源來自第二段內熱裝置的熱氣流，脫水后經氣固分離，尾氣經濕式收塵而排入大氣；(2)將第一段的氟化鋁熱物料直接進入第二段內熱裝置直接加熱，以燃料為熱源，加熱溫度為200～400℃脫除大部分結晶水，使氟化鋁的含水量降至6～9%；(3)將第二段經氣固分離后的氟化鋁熱物料直接進入第三段回轉爐外熱裝置中間接加熱煅燒，以燃料為熱源，加熱溫度為400℃以上，脫除剩余的結晶水，經冷卻而得成品無水氟化鋁。
2.根據權利要求1所述的三段聯合脫水法，其特征在于脫水最佳加熱溫度第一段加熱溫度控制在95～150℃;第二段加熱溫度控制在250～400℃;第三段加熱溫度控制在450～600℃。
3.根據權利要求1所述的三段聯合脫水法，其特征在于第二段和第三段加熱熱氣流可采用氣體或液體或固體燃料作熱源。
4.根據權利要求1所述的三段聯合脫水法，其特征在于第一、二段直接加熱和第三段間接加熱均為連續過程。
5.根據權利要求1所述的三段聯合脫水法，其特征在于第一、二段直接加熱采用物料與熱氣流順流方式脫水。
6.根據權利要求1所述的三段聯合脫水法，其特征在于第二段所用的內熱裝置為管式干燥器，內襯以耐火粘土磚。
全文摘要
本發明是一種由三水氟化鋁經三段聯合脫水生產無水氟化鋁的新方法。氟化鋁濕法工藝所生成的三水氟化鋁，首先在第一、二段內熱裝置中直接加熱，脫除附著水和大部分結晶水，然后在第三段回轉爐外熱裝置中間接加熱煅燒，脫除剩余結晶水，便得無水氟化鋁。第三段高溫脫水采取間接加熱，避免了氟化鋁的熱水解，使產品純度提高，達96％以上，對降低電解煉鋁的能耗和氟鹽消耗有利，并大大減輕了環境的污染。
文檔編號C01F7/50GK1079446SQ92106948
公開日1993年12月15日 申請日期1992年5月30日 優先權日1992年5月30日
發明者曠昌平 申請人:曠昌平