專利名稱：高分子比冰晶石的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁的化合物技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高分子比冰晶石的制造方法。
冰晶石是用氫氟酸、碳酸鈉、氫氧化鋁為原料制造出來的，國內(nèi)目前用上述原料生產(chǎn)出來的冰晶石是低分子比冰晶石即Na/Al分子比一般在2左右(參閱G84291—84)。冰晶石主要用作鋁電解槽的熔劑，由于鋁電解槽是高溫(800—1000℃)，使用的冰晶石將遇到很大的灼燒損失，低分子比冰晶石含Na3AlF6低，而含錐冰晶石(Na5Al3F14)和冰晶石的鍵合水較多，這些雜質(zhì)將引起冰晶石中氟的損失增加，引起空氣污染，增加電解鋁中冰晶石的消耗。前蘇聯(lián)專利SU1116010介紹用NaF和AlF3兩溶液混合，分離沉淀得分子比為2—3冰晶石懸浮液處理，然后與NaF溶液混合得高分子比冰晶石。這些方法都具有工藝過程長，用氟化鋁、氟化鈉溶液都必須是稀溶液，因此，物料流通量大，需要的生產(chǎn)設(shè)備容積大，設(shè)備投資大，生產(chǎn)成本高。
本發(fā)明的目的旨在提供一種利用生產(chǎn)低分子比冰晶石的設(shè)備，使用氫氟酸、氫氧化鋁、碳酸鈉生產(chǎn)高分子比冰晶石的制造方法。
本發(fā)明的目的是用以下方式來實(shí)現(xiàn)的。該制造方法是用氫氟酸、氫氧化鋁和碳酸鈉在由幾個(gè)串聯(lián)的帶有攪拌的合成槽內(nèi)進(jìn)行連續(xù)合成，其特征在于用氫氟酸與氫氧化鋁泥漿按照摩爾比6F/Al＝1.0—1.2之間的需要量同時(shí)連續(xù)、均勻地加入溫度為70℃—沸點(diǎn)、帶攪拌的合成槽中反應(yīng)得氟鋁酸，將氟鋁酸和碳酸鈉溶液按摩爾比Na/Al≥3的要求，同時(shí)，連續(xù)、均勻地加入溫度為70℃—沸點(diǎn)、帶攪拌的合成槽內(nèi)，碳酸鈉溶液盡量分散地加入，在合成槽內(nèi)反應(yīng)，制得NaF與AlF3的摩爾比≥2.7，過濾性能好，雜質(zhì)含量較低的高分子比冰晶石。
在本發(fā)明中，是按照合成冰晶石(Na3AlF6)所需的NA、Al、F的理論量，氟鋁酸中摩爾比6F/Al＝1.00，碳酸鈉溶液中的鈉與氟鋁酸中的鋁之摩爾比Na/Al＝3。為了制備出高分子比冰晶石和達(dá)到冰晶石晶粒粗大易過濾的目的，PH值是影響過濾性能好壞的關(guān)鍵因素，為此在制備氟鋁酸時(shí)，采取稍多加氫氟酸的方法。使合成冰晶石的反應(yīng)槽中料液PH≤4，因此在制備氟鋁酸時(shí)按照摩爾比6F/Al＝1.0—1.2的量來確定氫氧化鋁泥漿和氫氟酸的加入量，為了制出高分子比冰晶石，就必須加足碳酸鈉溶液的量，因此碳酸鈉溶液中的鈉與氟鋁酸中的鋁的摩爾比Na/Al≥3。
在連續(xù)合成冰晶石時(shí)，如果采用1個(gè)槽制氟鋁酸，氫氧化鋁與氫氟酸反應(yīng)不完全，就會(huì)有很多未反應(yīng)的Al(oH)3進(jìn)入冰晶石合成階段，對(duì)冰晶石的質(zhì)量起不良影響。采用兩個(gè)氟鋁酸制備槽，就能延長反應(yīng)時(shí)間，使反應(yīng)完全，得到質(zhì)量良好的氟鋁酸，再將氟鋁酸與碳酸鈉溶液按照摩爾比Na/Al≥3的量同時(shí)連續(xù)均勻地加入冰晶石合成槽內(nèi)反應(yīng)，這樣就可以防止錐冰晶石的產(chǎn)生。但碳酸鈉溶液的加入應(yīng)防止局部PH值增高，保證冰晶石的質(zhì)量和過濾性能良好，有利于生產(chǎn)進(jìn)行，為此在冰晶石合成槽內(nèi)料液的強(qiáng)烈攪拌下，將碳酸鈉溶液分散地加入到料液表面或料液表面以下深處，分散地加入的方式可通過深插入合成槽內(nèi)液下的鉆有多個(gè)小孔的加料管均勻分散地連續(xù)加入反應(yīng)液中。氟鋁酸制備和冰晶石合成中，為了保證反應(yīng)完全，均應(yīng)保證整個(gè)反應(yīng)體系的溫度為70℃—沸點(diǎn)，在制造冰晶石的過程中，要測定料液中的當(dāng)量比和摩爾比是困難的，為此，借助于測定料液總酸度的方法來控制氟鋁酸制備時(shí)的摩爾比6F/Al和合成冰晶石時(shí)的摩爾比Na/Al，一般控制氟鋁酸總酸度90—130g/l，最好是100—110g/l，冰晶石料漿總酸度≤12g/l，一般為4—8g/l，根據(jù)以上所述本發(fā)明方法的生產(chǎn)過程為將氫氟酸和氫氧化鋁加到第一個(gè)合成槽里反應(yīng)生成氟鋁酸；然后進(jìn)入第二個(gè)合成槽繼續(xù)反應(yīng)，使反應(yīng)完全，得到質(zhì)量良好的氟鋁酸，氟鋁酸流入第三個(gè)合成槽，與碳酸鈉溶液反應(yīng)生成冰晶石料漿，冰晶石料漿流入第四個(gè)合成槽中繼續(xù)反應(yīng)，將生成物送過濾機(jī)過濾得濕冰晶石，經(jīng)干燥得高分子比冰晶石成品。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步詳細(xì)描述，

圖1是試驗(yàn)研究中工藝流程2是用于工業(yè)生產(chǎn)中工藝流程中1—輸水管 2—?dú)溲趸X輸入管 3—?dú)溲趸X制漿槽4、7、13、17—溢流管 5、8、23、25—氟鋁酸制備槽6、21—?dú)浞彷斔凸? 10、12、28、30—冰晶石合成槽11—碳酸鈉輸送管 14、15、16、32、33、34—流量計(jì)22—?dú)溲趸X泥漿輸送管24、26、29、—連通管道 27—碳酸鈉溶液輸送管31—冰晶石料漿輸送管按照?qǐng)D1的流程，水和氫氧化鋁從1和2根據(jù)所要求的氫氧化鋁泥漿比重所需的量加入攪拌的氫氧化鋁制漿槽(3)中制成氫氧化鋁泥漿，通過溢流管(4)經(jīng)流量計(jì)(14)與來自氫氟酸輸送管(6)并經(jīng)流量計(jì)(15)的氫氟酸按照摩爾比6F/Al＝1.0—1.2的比例同時(shí)連續(xù)均勻地加入溫度為70℃—沸點(diǎn)，帶攪拌的氟鋁酸制備槽(5)的料面上，在槽內(nèi)反應(yīng)得氟鋁酸，氟鋁酸制備槽(5)中的料液再經(jīng)溢流管(7)流入溫度為70℃—沸點(diǎn)帶攪拌的反應(yīng)槽(8)中繼續(xù)反應(yīng)，制得質(zhì)量良好的氟鋁酸，氟鋁酸再經(jīng)溢流管(9)與來自碳酸鈉溶液輸送管(11)經(jīng)流量計(jì)(16)的碳酸鈉溶液同時(shí)連續(xù)均勻地加入溫度為70℃—沸點(diǎn)攪拌的冰晶石合成槽(10)中反應(yīng)，碳酸鈉溶液按照摩爾比Na/Al≥3的量分散地加到料面上。冰晶石懸浮液經(jīng)溢流管(17)流入到與(10)同樣的槽(12)中繼續(xù)反應(yīng)，再經(jīng)溢流管(13)送往過濾機(jī)得濕冰晶石，經(jīng)干燥得冰晶石成品。依照上述流程，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
圖2的工藝過程與圖1的不同之處，除氫氧化鋁泥漿加入槽中料面上外，其余各物料入槽均是在各槽料面以下或深處插入碳酸鈉溶液加入到冰晶石合成槽(28)中是通過碳酸鈉溶液輸送管道(27)插入合成槽(28)的液下深處，輸送管道(27)的尾部是鉆有許多小孔的加料管，有利于碳酸鈉溶液均勻分散地連續(xù)加入反應(yīng)液中，工藝控制條件與圖1工藝過程所述條件相同。
本發(fā)明中，所用氫氟酸可以是無水氟化氫用水溶解后所得的氫氟酸和碳酸鈉精制粗氫氟酸除硅后的精酸，氫氟酸濃度為20—30％。所用碳酸鈉溶液Na2CO3濃度為220—400g/l。所用氫氧化鋁泥漿比重為1.33—1.53實(shí)施例I依圖1所述工藝流程進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。氫氧化鋁泥漿比重為1.33，碳酸鈉溶液濃度為Na2CO3220克/升(g/l)，氫氟酸HF濃度為24.52％，氟鋁酸溫度70℃—沸點(diǎn)，氟鋁酸總酸度100—125g/l冰晶石料漿溫度70℃—沸點(diǎn)，冰晶石料漿PH≤3。
所得冰晶石成品的化學(xué)成分為F54.32％、Al13.04％、Na31.35％(重量百分比)。
所得冰晶石成品的分子比Na/Al＝2.78實(shí)施例II依圖1所述工藝流程進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。氫氧化鋁泥漿比重1.33，碳酸鈉溶液濃度為230g/l，氫氟酸濃度25.5％，氟鋁酸溫度70℃—沸點(diǎn)冰晶石料漿總酸度1.5—9g/l，冰晶石料漿PH≤3。
所得冰晶石的化學(xué)成分為F53.32％ Al13.04％ Na31.35％.
所得冰晶石的分子比Na/Al＝2.82實(shí)施例III依圖1所述的工藝流程進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。氫氧化鋁泥漿比重1.34，碳酸鈉溶液濃度365—397g/l，氫氟酸濃度25.29％，氟鋁酸總酸度110—120g/l，氟鋁酸溫度70℃—沸點(diǎn)，冰晶石料漿溫度70℃—沸點(diǎn)，冰晶石料漿總酸度0.5—12g/l，PH≤4。
所得冰晶石的分子比Na/Al＝2.82實(shí)施例IV依圖2所示工藝進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，冰晶石的生產(chǎn)能力為2.5噸/小時(shí)，生產(chǎn)中所用氫氧化鋁泥漿比重為1.5—1.53，碳酸鈉溶液Na2CO3濃度為373—393g/l，氫氟酸HF濃度為22—25％，氟鋁酸溫度70℃—沸點(diǎn)，氟鋁酸總酸度90—120g/l，冰晶石料漿溫度70℃—沸點(diǎn)，冰晶石料漿PH≤4，總酸度≤10g/l，產(chǎn)品質(zhì)量如下表
本發(fā)明高分子冰晶石的制造方法，其工藝流程簡單，生產(chǎn)中的工藝條件易于控制，設(shè)備投資少，產(chǎn)品生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種高分子比冰晶石的制造方法，是用氫氟酸、氫氧化鋁和碳酸鈉在由幾個(gè)串聯(lián)的帶有攪拌的合成槽內(nèi)進(jìn)行連續(xù)合成，其特征在于用氫氟酸與氫氧化鋁泥漿按照摩爾比6F/Al＝1.0—1.2之間的需要量同時(shí)、連續(xù)、均勻地加入溫度為70℃—沸點(diǎn)、帶攪拌的合成槽內(nèi)反應(yīng)得氟鋁酸，將氟鋁酸和碳酸鈉溶液按摩爾比Na/Al≥3的要求，同時(shí)、連續(xù)均勻地加入溫度為70℃—沸點(diǎn)，帶攪拌的合成槽內(nèi)，碳酸鈉溶液盡量分散加入，在合成槽內(nèi)反應(yīng)制得NaF與AlF3的摩爾比≥2.7，過濾性能好，雜質(zhì)含量較低的高分子比冰晶石。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子比冰晶石的制造方法，其特征在于碳酸鈉溶液分散地加入的方式是通過深插入合成槽內(nèi)液下的鉆有多個(gè)小孔的加料管均勻分散地加入反應(yīng)液中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子比冰晶石的制造方法，其特征在于控制摩爾比6F/Al＝1.0—1.2和摩爾比Na/Al≥3是借助料液總酸度的測定來實(shí)現(xiàn)的，控制氟鋁酸總酸度在90—130g/l，最好是100—110g/l冰晶石料漿總酸度≤12g/l，PH值≤4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子比冰晶石的制造方法，其特征在于將氫氟酸和氫氧化鋁加到第一個(gè)合成槽里反應(yīng)生成氟鋁酸，然后進(jìn)入第二個(gè)合成槽繼續(xù)反應(yīng)，使反應(yīng)完全，得到質(zhì)量良好的氟鋁酸，氟鋁酸流入第三個(gè)合成槽，與碳酸鈉溶液反應(yīng)生成冰晶石料漿，冰晶石料漿流入第四個(gè)合成槽中繼續(xù)反應(yīng)，將生成物送過濾機(jī)過濾得濕冰晶石，經(jīng)干燥得高分子比冰晶石成品。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子比冰晶石的制造方法，其特征在于所用氫氟酸是無水氟化氫用水溶解后所得的氫氟酸和碳酸鈉精制粗氫氟酸除硅后的精酸，氫氟酸HF濃度為20—30％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子比冰晶石的制造方法，其特征在于所用碳酸鈉溶液Na2CO3濃度為220—400g/l。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子比冰晶石的制造方法，其特征在于氫氧化鋁泥漿比重為1.33—1.53。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋁的化合物技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高分子比冰晶石的制造方法。該方法是用氫氟酸、氫氧化鋁和碳酸鈉在由幾個(gè)串聯(lián)的帶有攪拌的合成槽內(nèi)進(jìn)行連續(xù)合成，氫氟酸與氫氧化鋁泥漿按照摩爾比6F/Al＝1.0-1.2之間的需要量同時(shí)、連續(xù)均勻地加入溫度為70℃-沸點(diǎn)，帶攪拌的氟鋁酸合成槽中反應(yīng)制得氟鋁酸，將氟鋁酸和碳酸鈉溶液按摩爾比Na/Al≥3，連續(xù)均勻地加入冰晶石合成槽內(nèi)，制得WaF與AlF
文檔編號(hào)C01F7/54GK1117944SQ9411114
公開日1996年3月6日 申請(qǐng)日期1994年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月30日
發(fā)明者周新泉, 張益民, 曹崇高, 李冬永, 趙德剛 申請(qǐng)人:湘鄉(xiāng)鋁廠