СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРИСТОГО АЛЮМИНИЯ Российский патент 2022 года по МПК C01F7/50 

Изобретение относится к области химической технологии получения фторсодержащих неорганических соединений, в частности, к способам получения фтористого алюминия и может быть использовано при промышленном его получении.

Фтористый алюминий является базовым продуктом для получения первичного электролитического алюминия и используется во многих отраслях промышленности.

Известен способ получения фтористого алюминия из отходящих фторсодержащих газов предприятий фосфорных удобрений, главным образом основанный на взаимодействии кремнефтористоводородной кислоты и гидроксида алюминия, разработанный австрийской фирмой Chemi Linz (Антошкина Н.Л., Меркулов В.А. «О производстве фтористого алюминия и криолита за рубежом) Труды УНИХИМ. - Свердловск, 1981. - Деп. в ОНИИТЭХИМа (г. Черкассы) 29.03.82, №706 XII-Д82.) В результате взаимодействия кремнефтористоводородной кислоты с гидроксидом алюминия образуются кремнегель и раствор фтористого алюминия с последующим отделением кремнегеля от раствора фтористого алюминия. Раствор фтористого алюминия направляют на кристаллизацию тригидрата фтористого алюминия. Полученную пасту фтористого алюминия фильтруют на ленточных вакуум-фильтрах с подачей пасты на обезвоживание фтористого алюминия в барабанной печи при температуре 250-300°С, до остаточной влажности 10-15% и при температуре 450-500°С до остаточной влажности 1-2%. Способ обеспечивает продукт с содержанием, %, мас.: фтористого алюминия не менее 96%: SO₂; P₂O₅; Fe₂O₃ и SO₃ не более 0,15; 0,01; 0,07; 0,05, соответственно. Потеря веса при прокаливании не более 0,5%.

Недостатками данного способа является многостадийность технологии с большими количествами жидких технологических потоков. Большая продолжительность некоторых стадий технологии является препятствием для осуществления проведения технологии в непрерывном, интенсивном режиме. При получении фтористого алюминия по способу предполагает большие потери фтора и алюминия в составе сточных технологических вод.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения фтористого алюминия. RU2421401, опубл. 20.06.201 г.), по которому смешивают гидроксид алюминия с избытком до 20% фторида или гидрофторида аммония, смесь нагревают в интервале температур 126-238°С и выдерживают при данной температуре до полного отделения газообразного аммиака и паров воды с получением аммонийного криолита. Аммонийный криолит подвергают термическому разложению при температуре выше 350°С до полного отделения газообразных аммиака и фторводорода с получением фтористого алюминия.

Недостатком известного способа является использование в качестве фторирующих реагентов твердых фторида или бифторида аммония, что значительно влияет на экономические показатели получения фтористого алюминия в сторону их ухудшения. Выделение газообразных аммиака совместно с фторводородом приводит к конденсации в холодной зоне твердой фазы - фтористого аммония, что ведет к забивке трубопроводов. Процесс получения фтористого алюминия не технологичен. Оборотный фтористый аммоний (1 моль = 20% избыток) составляет около 37%. Плохое смешение компонентов приводит к низкому выходу конечного продукта (фтористого алюминия) за счет испарения при высокой температуре фторидов аммония и плохого контакта компонентов.

Техническая задача - создание таких условий взаимодействия фторсодержащего реагента с алюминийсодержащим реагентом, которые позволят осуществить непрерывный технологический процесс получения фтористого алюминия с высокими экономической эффективностью и выходом готового продукта.

Технический результат заключается в улучшении технологичности и обеспечении непрерывности процесса получения фтористого алюминия с повышенным выходом продукта, а также в экономической эффективности за счет использования отходов промышленного производства фосфорной кислоты из апатитового концентрата.

Технический результат достигается способом получения фтористого алюминия (AlF₃), включающем взаимодействие фторсодержащих и алюминийсодержащих реагентов, в котором в качестве фторсодержащего реагента используют фтористый аммоний (NH₄F), полученный в результате обработки раствором аммиака отходной кремнийфтористоводородной кислоты промышленного производства фосфорной кислоты из апатитового концентрата, после предварительного отделения двуокиси кремния (SiO₂ ),

а в качестве алюминийсодержащего реагента используют гидроксид алюминия (Al(OH)₃), причем реагенты в распыленном виде подают в зону с температурой 350-550°С.

Процесс описывается следующей реакцией:

Al (OH)₃+3NH₄F → AlF₃+3NH₃+3H₂O

Использование в качестве фторсодержащего реагента отходов промышленного производства фосфорной кислоты из апатитового концентрата после предварительного отделения двуокиси кремния SiO₂ обеспечивает высокий процент выхода готового продукта, непрерывность и эффективность технологического процесса в сочетании с утилизацией отходной продукции производства.

Выбор интервала температур 350-550°С объясняется следующими подтвержденными данными. При температуре взаимодействия реагентов ниже 350°С порошок получают увлажненным, он содержит значительное количество фтористого аммония NH₄F и низкое содержание основного продукта AlF₃ (менее 89% вес.).

Использование температуры выше 550°С нецелесообразно, т.к. не приводит к улучшению качества продукта и его свойств, а ведет лишь к дополнительным энергозатратам. При этом наблюдается некоторое снижение массовой доли AlF₃ в продукте, что связано с протеканием процесса пирогидролиза AlF_3.

Подача реагентов в распыленном виде способствует повышению эффективности тепломассообмена в процессе взаимодействия реагентов и обеспечивает их качественное и непрерывное смешивание.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Отходную кремнийфтористоводородную кислоту и аммиачную воду подают в расходную емкость, причем расход аммиачной воды задают с избытком 7,0 от стехиометрии. При смешивании происходит осаждение SiO₂ в виде кремнегеля. Из смесителя реакционная массу подают в реактор с мешалкой, там ее перемешивают и охлаждают до 20-30°С.

По мере накопления массы в реакторе пульпу кремнегеля переливают в буферную емкость с мешалкой, откуда насосом подают фильтр-пресс для отделения SiO₂.

Остаточный маточный раствор, содержащий 20% NH₄F, подают в смеситель, а из расходного бункера сюда же подают Al (OH)₃. Реакционную смесь подают в печь с температурой 350-550°С через распылительные форсунки на кипящий слой из инертного материала (чугунная дробь). Время пребывания в печи составляет 5-10 минут.

Полученный порошковый продукт в своем составе содержит AlF₃ в количестве 89,5 - 92,3%, мас., остальное - AL₂O₃ + SiO₂ + P₂O₅ в количестве 7,7-10.5%, мас.

Пример 1.

Из расходной емкости через мерник постоянного уровня самотеком в смеситель подавали 20 %-ю кремне фтористоводородную кислоту и 25%-ю аммиачную воду, расход кислоты составил 32,5 кг/ час (6,5 кг/ час кислоты в пересчете на 100%.), а расход аммиачной воды - 28,9 кг/ час ( в пересчете на 100% 9,0 кг/час).

Из смесителя реакционная масса непрерывным потоком поступала в реактор с рамной мешалкой. Реактор был снабжен рубашкой для охлаждения реакционной массы до 20град С. По мере накопления массы в реакторе пульпа кремнегеля через боковой штуцер переливали в буферную емкость, также снабженную мешалкой. Из буферной емкости пульпу кремнегеля центробежным насосом подавали на фильтр-пресс для отделения SiO₂. Маточный раствор, содержащий 20% NH₄F, накапливали в емкости в количестве 3-часового расхода (30 кг NH₄F или 150 кг раствора), откуда через напорный мерник подавали свободным сливом в смеситель.

Сюда же из расходного бункера через весовой дозатор поступал в течение 15 мин.

Смеситель был обеспечен пропеллерной мешалкой и циркуляционным контуром для эффективного смешения исходных реагентов, а контур смесителя был снабжен центробежным насосом для отбора реакционной смеси в печь. Расход регулировали вентилем и ротаметром для жидкости. Расход NH₄F составил 10 кг/час, а расход Al (OH)₃ - 7,1 кг/час.

Реакционную массу подавали в печь кипящего слоя через пневматические форсунки на кипящий слой, состоящий из чугунной дроби. Температура в печи составляла 350°С. Время пребывания в печи составило 10 мин, температура на выходе из печи - 150°С Твердые продукты из печи улавливали группой циклонов и рукавным фильтром, а газообразные продукты улавливали в скруббере. Твердые продукты из системы улавливания выгружали для взвешивания и анализа.

За время работы печи в течение 3 часов было наработано 22,0 кг порошкообразного продукта следующего состава:

AlF₃ - 19,6кг (89.5%); ост. Al2O3 + SiO2 + P₂O₅ (10.5%).

Пример 2.

Температура в печи составляла 450°С.

Было наработано 22.8 кг порошкообразного продукта следующего состава:

AlF₃ - 21 кг (92.3%); ост. Al₂O₃ + SiO₂ + P₂O₅ (7.7%).

Пример 3.

Температура в печи составляла 550°С.

Было наработано 22,5 кг порошкообразного продукта следующего состава:

AlF₃ - 21 кг (91.8%); ост. Al₂O₃ + SiO₂ + P₂O₅ (8.2%).

Изобретение относится к химической технологии и экологии и может быть использовано при промышленном производстве базового продукта для электролитического получения алюминия. Готовят смесь, содержащую фтористый аммоний (NH₄F) в качестве фторсодержащего реагента и гидроксид алюминия (Al(OH)₃) в качестве алюминийсодержащего реагента, и подают её в распылённом виде в зону с температурой 350-550°С. Для получения фтористого аммония отходную кремнийфтористоводородную кислоту промышленного производства фосфорной кислоты из апатитового концентрата обрабатывают раствором аммиака и отделяют образовавшуюся двуокись кремния (SiO₂). Обеспечивается непрерывность процесса получения фтористого алюминия (AlF₃), повышается его выход, улучшается экология за счёт использования отходов промышленного производства фосфорной кислоты. 3 пр.

Способ получения фтористого алюминия, включающий взаимодействие фторсодержащих и алюминийсодержащих реагентов, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего реагента используют фтористый аммоний, полученный в результате обработки раствором аммиака отходной кремнийфтористоводородной кислоты промышленного производства фосфорной кислоты из апатитового концентрата, после предварительного отделения двуокиси кремния, а в качестве алюминийсодержащего реагента используют гидроксид алюминия, причем смесь реагентов в распылённом виде подают в зону с температурой 350-550°С .