專利名稱：酸鋁渣制取工業(yè)氟化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)工業(yè)，特別是一種用酸鋁渣制取工業(yè)氟化鋁的方法。
酸鋁渣制取工業(yè)氟化鋁的方法酸鋁渣中鋁元素含量為AL10～20％，氟元素含量F50～60％，成分相當(dāng)量ALF344.87％，NH4F50.19％，(NH4)2SO4及少量雜質(zhì)4.94％，其特征在于a、粉碎，將酸鋁渣干原料先用粉碎機(jī)粉碎均勻；b、除硅鐵雜質(zhì)，把粉碎后的干原料盛裝在容器內(nèi)，加入1～30％HF-1～30％HCL的混合液，在攪拌機(jī)攪拌下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使硅鐵雜質(zhì)的化合物與HF酸、HCL酸反應(yīng)生成可溶性物質(zhì)而與不溶性酸鋁渣分離。反應(yīng)條件是溫度保持常溫～80℃，攪拌時(shí)間60～90分鐘；c、過濾、洗滌、烘干、研磨，用過濾器過濾使原料與母液分離，并用清水洗滌濾干，將濾干物置于120℃的烘干設(shè)備中烘1小時(shí)，再用研磨機(jī)研成粉末；d、熱分解，將粉末原料放入高溫爐，在加熱500～800℃下分解40～60分鐘，分解完成后，取出冷卻，即制得成品氟化鋁。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、可回收利用鋁型材行業(yè)廢棄的酸鋁渣來制取工業(yè)氟化鋁，在制取過程中還可以回收副產(chǎn)品氟化銨，利用氟化銨又可制取氫氟酸與另一種產(chǎn)物銨鹽如氯化銨或硫酸銨，可作化肥使用，節(jié)約資源，有利于環(huán)境保護(hù)。2、工藝簡單、使用設(shè)備少、投資小、見效快，與濕法生產(chǎn)相比，生產(chǎn)成本僅為濕法的1/3～1/4，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。3、產(chǎn)品質(zhì)量、性能達(dá)到國家GB4292-1999一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述一、酸鋁渣的形成酸鋁渣的定義是指鋁型材用化學(xué)腐蝕液進(jìn)行表面酸式腐蝕后生成的固體混合物(主要含氟元素、鋁元素、銨根)稱為酸鋁渣。
鋁型材行業(yè)使用大量鋁錠，摻入少量硅粉加工轉(zhuǎn)化為鋁型材。擠壓出的鋁型材表面為一層氧化鋁，帶有金屬光澤，不美觀，其表面需要用酸或堿性化學(xué)混合液進(jìn)行表面腐蝕處理。近年發(fā)展起來的酸式腐蝕法處理效果很好，現(xiàn)在的鋁型材幾乎全部需要進(jìn)行表面化學(xué)腐蝕處理，大多數(shù)為酸式腐蝕。酸式腐蝕是用無機(jī)酸(如硫酸、鹽酸)、氟氫化銨、調(diào)整劑等化學(xué)藥劑按一定比例配成溶液，鋁型材放入其中進(jìn)行化學(xué)表面腐蝕，經(jīng)一定時(shí)間、達(dá)到一定腐蝕深度，處理即告完成。反應(yīng)過程生成氟化鋁、相應(yīng)無機(jī)酸的銨鹽及氟硅酸等，這些物質(zhì)混合在一起，在特定的條件下形成更復(fù)雜的物質(zhì)，隨著循環(huán)使用的化學(xué)腐蝕液濃度增加，一部分固態(tài)混合物從腐蝕液中析出，通過離心過濾或壓濾后，固體部分即構(gòu)成酸鋁渣，濾液經(jīng)補(bǔ)充后重新進(jìn)入循環(huán)。
二、酸鋁渣的成分1、外觀酸鋁渣因從溶液中析出過濾產(chǎn)生，呈濕狀固態(tài)物，白色略帶灰色，呈酸性，潤濕部分試紙檢出PH值為1～3，帶粘性，自然干燥或烘干后為淺灰白色固體，可研磨成粉狀固體。
2、化學(xué)成分從酸鋁渣產(chǎn)生過程中可分析出，酸鋁渣是一種混合物，既含有固體物質(zhì)，又含有液體物質(zhì)，既包括反應(yīng)產(chǎn)物，又包含未反應(yīng)物。
用酸鋁渣原料烘干后形成的干料，經(jīng)過定性和定量分析，其組成(以相當(dāng)量表示)如下表1表1
經(jīng)X射線衍射分析證實(shí)，干料的組成主要為(NH4)3ALF6和(NH4)2ALF5。因此，干料主要由氟鋁酸銨與少量其他銨鹽和微量硅、鐵雜質(zhì)構(gòu)成的混合物。
三、酸鋁渣原料制取氟化鋁的工藝路線由分析結(jié)果可知，原料中鋁元素為金屬元素，它與F元素的原子以共價(jià)鍵相連，構(gòu)成的離子團(tuán)再以離子鍵與銨根結(jié)合，F(xiàn)元素與鋁元素均為活潑元素，故構(gòu)成的共價(jià)鍵很牢固，鍵能很大，打斷這些鍵需要很大能量。同時(shí)，原料中含有硅、鐵雜質(zhì)，及相應(yīng)無機(jī)酸的銨鹽應(yīng)除去。因此，制取路線要完成的任務(wù)是一、除雜質(zhì)；二、將原料中的鋁元素與氟元素的原子經(jīng)化學(xué)反應(yīng)重整為氟化鋁。
采取的制取路線酸鋁渣原料→粉碎→除雜質(zhì)→過濾洗滌烘干研磨→熱分解→氟化鋁產(chǎn)品。(參見

圖1)步驟1、將取得的原料(干料)先用粉碎機(jī)粉碎均勻，以增大反應(yīng)接觸面，縮短反應(yīng)時(shí)間。
2、把粉碎后的干原料盛裝在容器內(nèi)，加入1～30％HF-1～30％HCL的混合液，在攪拌機(jī)攪拌下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使硅鐵雜質(zhì)的化合物與HF酸、HCL酸反應(yīng)生成可溶性物質(zhì)而與不溶性酸鋁渣分離，反應(yīng)條件溫度保持常溫～80℃；攪拌時(shí)間60～90分鐘。
3、過濾、洗滌、烘干、研磨。用過濾器過濾使原料與母液分離，并用清水洗滌濾干，將濾干物置于120℃的烘干設(shè)備中烘1小時(shí)，再用研磨機(jī)研磨成粉末。
4、熱分解。
原料中氟、鋁形成的化合物，經(jīng)過X射線衍射分析確認(rèn)主要有兩種(NH4)3ALF6和(NH4)2ALF5。也即原料中氟、鋁元素的原子主要結(jié)合成六氟鋁酸銨和五氟鋁酸銨。氟鋁酸銨屬銨鹽，銨鹽加熱至一定溫度下時(shí)，將會(huì)發(fā)生分解，銨根分解產(chǎn)生氨氣NH3，另三個(gè)氫原子將與[ALF6]3-組成氟鋁酸，它在高溫下也將分解而產(chǎn)生ALF3與HF。上述過程用反應(yīng)式表達(dá)為五氟鋁酸銨分解過程最終結(jié)果可得到氟化鋁和氟化銨。這樣就完成原料中氟原子與鋁原子重整為氟化鋁。酸鋁渣中的少量硫酸的銨鹽或其它銨鹽，在熱分解中一并分解除去。
如果原料中無硅鐵雜質(zhì)，或者含量較低，2、3步可省略。
因此，將上一步得到的原料粉末放入高溫爐在加熱500～800℃下分解40～60分鐘，分解完成后，取出冷卻，即得到成品氟化鋁。
經(jīng)電子顯微鏡、電子衍射、X射線等多種儀器檢測(cè)及化學(xué)分析、結(jié)果如下表2表2化學(xué)成分
上表數(shù)據(jù)全部達(dá)到或超過國家GB4292-1999一級(jí)產(chǎn)品以上要求。
四、副產(chǎn)品氟化銨的回收利用1、在制取氟化鋁過程中，副產(chǎn)品NH4F產(chǎn)生在原料加熱分解過程中當(dāng)產(chǎn)生的NH3與HF氣體在常溫或較低溫下混合，則反應(yīng)生成固態(tài)氟化銨
因此，將產(chǎn)生HF氣體與NH3氣同時(shí)引入一個(gè)氣室，將很快生成NH4F固體。
2、回收利用。NH4F為白色固體，加熱易分解為HF與NH3氣，與酸反應(yīng)則生成銨鹽和氟化氫氣體。收集副產(chǎn)品氟化銨，使之與硫酸反應(yīng)，產(chǎn)生氟化氫與硫酸銨
產(chǎn)生的HF氣體用水吸收制取氫氟酸，另一種產(chǎn)物硫酸銨，俗稱“肥田粉”，可作化肥使用。
3、尾氣處理。在產(chǎn)生和回收副產(chǎn)品過程中，有少部分分解產(chǎn)生的NH3與HF氣體未及反應(yīng)將排出，如不處理，將產(chǎn)生空氣污染，故需進(jìn)行處理，處理方法以水作吸收劑，用兩級(jí)填料吸收塔循環(huán)吸收，達(dá)一定濃度蒸發(fā)結(jié)晶，可第二次獲得固體氟化銨，母液排入污水處理系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種酸鋁渣制取工業(yè)氟化鋁的方法，酸鋁渣中鋁元素含量AL10～20％，氟元素含量F50～60％，成分相當(dāng)量為ALF344.87％，NH4F50.19％，(NH4)2SO4及少量雜質(zhì)4.94％，其特征在于a、粉碎，將酸鋁渣干原料先用粉碎機(jī)粉碎均勻；b、除硅鐵雜質(zhì)，把粉碎后的干原料盛裝在容器內(nèi)，加入1～30％HF-1～30％HCL的混合液，在攪拌機(jī)攪拌下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使硅鐵雜質(zhì)的化合物與HF酸、HCL酸反應(yīng)生成可溶性物質(zhì)而與不溶性酸鋁渣分離，反應(yīng)條件是溫度保持常溫～80℃，攪拌時(shí)間60～90分鐘；c、過濾、洗滌、烘干、研磨，用過濾器過濾使母液與原料分離，并用清水洗滌濾干，將濾干物置于120℃的烘干設(shè)備中烘1小時(shí)，再用研磨機(jī)研成粉末；d、熱分解，將粉末原料放入高溫爐，在加熱500～800℃下分解40～60分鐘，分解完成后，取出冷卻，即制得成品氟化鋁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種酸鋁渣制取工業(yè)氟化鋁的方法。酸鋁渣是鋁型材生產(chǎn)過程中表面腐蝕工藝處理析出的廢棄物,其成分為氟鋁酸銨與少量其它銨鹽和微量硅鐵雜質(zhì)構(gòu)成的混合物。將取得的干原料粉碎均勻后,加入1～30%HF－1～30%HCl的混合液,在保持溫度常溫～80℃下攪拌60～90分鐘,使硅鐵雜質(zhì)的化合物與HF酸、HCl酸反應(yīng)生成可溶性物質(zhì)而與不溶性酸鋁渣分離,然后過濾使原料與母液分離,并用清水洗滌濾干,將濾干物置于120℃的烘干設(shè)備烘1小時(shí),取出研成粉末,放入高溫爐內(nèi),在加熱500～800℃下分解40～60分鐘,取出冷卻即制得氟化鋁。由于原料來源廢棄物,回收利用節(jié)約資源、有利環(huán)保,還可回收副產(chǎn)品氟化銨。所用方法工藝簡單、成本低、質(zhì)量達(dá)標(biāo)、有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C01F7/00GK1382633SQ0211380
公開日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2002年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月28日
發(fā)明者周民強(qiáng), 周國富 申請(qǐng)人:周民強(qiáng)