Производство AlF3
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
слоты. Отходящие газы в данном процессе содержат фтор в виде тетрафторида кремния - SlF4. Существует метод получения НF из этих газов реакцией с водяным паром при температуре около 800С с последующим взаимодействием НF с А1 (ОН) 3 по реакциям:
SiF3 + 2Н2 O= 4НF + SiO2 (2.4)
3НF + Аl(ОН) 3= А1F3*3Н2O. (2.5)
По другому методу отходящие газы абсорбируют водой с переводом SiF4 в кремнефтористоводородную кислоту.
В одном из способов H2SiF6 при взаимодействии с А1 (ОН) 3 дает трифторид алюминия. Это можно описать уравнениями:
SiF4 + 2H2O =2H2SiF6 + 3SiO2 (2.6)
Н2SiF6 + 2А1 (ОН) з+2Н2O=2А1Fз*3Н2 O + SiO2 (2.7)
Более рациональным является кислотный способ, разработанный УНИХИМом, по которому вначале получают из Н2SiF6 трифторид алюминия, а затем криолит.
Для этого в полученной из фтористых газов кремнефтористоводородной кислоте, содержащей от 12 до 13% мас. H2SiF6 и кремнегель, нагретой до 85 С, растворяют в течение 15-ти минут при перемешивании гидрат окиси алюминия по реакции:
Н2SiF6 + 2А1 (ОН) з = 2А1Fз + SiO2* 2Н2O+ Н2O (2.8)
Это взаимодействие идет в две стадии:
3H2SiF6 +2Al(OH)3 =Al2(SiF)6+H2O (2.8.1)2(SiF)6+12H2O =2AlF3+ 3SiO2*2H2O+12HF (2.8.2)
Образующийся HF не выделяется, а нейтрализуется гидроксидом алюминия:
НF+4А1 (ОН) з = 4А1Fз+12 H2O (2.9)
Образование в качестве промежуточного продукта кремнефторида алюминия завершается при температуре от 50 до 90 С в течение 1-3 минут, разложение же его в растворе и образование А1F3 идет в десятки раз медленнее. Благодаря способности А1F3 образовывать стойкие пересыщенные растворы, из них возможно выделить SiO2, и выпустить его в виде побочного продукта - активного наполнителя. Для получения достаточно хорошо фильтрующегося осадка кремнегеля свободная кислотность пульпы после завершения реакции должна быть около 5 г/л H2SiF6. Активность кремнегеля возрастает с увеличением скорости введения гидроксида алюминия и интенсивности перемешивания. При переработке кислоты с концентрацией до 8% мас. H2SiF6 может быть получен аморфный кремнезем с малым содержанием кристаллической фазы с очень развитой удельной поверхностью, около 50 /г. Получение такого кремнезема из кислоты большей концентрации затруднительно. Содержание в кремнеземе до 0,3% мас. фтора и до 15% мас. Al(OH) 3 существенно не влияет на активные свойства кремнегеля.
Раствор, получаемый после отделения фильтрацией кремнегеля, содержит до 14% мас. AlF3 и остается пересыщенным. При низкой температуре он не кристаллизуется в течение длительного времени. Для кристаллизации А1F3 3Н2O в раствор вводят затравку и перемешивают при в течение четырех часов. Первые кристаллы выделяющегося фторида представляют собой твердый раствор А1F33Н2O и А1F3*3,5Н2О, лишь затем образуется устойчивый тригидрат. Его кристаллизация ускоряется с увеличением концентрации исходного раствора. Нагревая тригидрат фторида алюминия до , получают безводный фтористый алюминий. При температуре выше начинается заметный гидролиз А1F3 с потерей HF.
Известно, что себестоимость фторида алюминия на предприятиях по производству минеральных удобрений примерно в 1,2 (а криолита в 1,7) раза ниже, чем при производстве этих солей из плавикового шпата. Окупаемость капитальных вложений ниже в 2-3 раза. Затраты на сырье в производстве фторида алюминия составляют около 40% мас., топливо и энергозатраты - 10% мас., расходы на содержание и эксплуатацию оборудования - около 25% мас. На производство 1 тонны фторида алюминия и криолита затрачивается соответственно от 0,75 до 0,85 т и от 0,6 до 0,7 т кремнефтористоводородной кислоты в пересчете на 100% мас. F.
Основными направлениями по совершенствованию методов переработки кремнефтористоводородной кислоты на фтористые соединения являются:
создание непрерывного процесса производства фторида алюминия в сочетании с кондуктивным методом сушки продукта, что позволит снизить энергозатраты и повысить его качество;
разработка и внедрение методов гранулирования фторида алюминия;
сокращение потерь фтора с маточными растворами производства фтористых солей путем внедрения замкнутых схем водооборота;
решение проблем утилизации кремнегеля, образующегося при производстве фторида алюминия.
К сожалению, до настоящего времени переработка фосфатного сырья с получением минеральных удобрений сопровождается сравнительно низким уровнем использования фтора. Это обстоятельство не является следствием отсутствия методов его извлечения, а обусловлено нерациональным подходом к данной проблеме, не учитывающим, что уменьшение безвозвратных потерь фтора с минеральными удобрениями может в гораздо большей степени способствовать сохранению собственных ресурсов плавикового шпата и уменьшению объемов флюоритового концентрата, закупаемого за рубежом. Кроме того, нет уверенности в том, что фтор, входящий в состав минеральных удобрений, не оказывает отрицательного влияния на человека и окружающую среду.
Представляет интерес улавливание фтора из отходящих газов с получением фтористого аммония, легко перерабатываемого в другие фтористые соединения. Причем, получаемые аммиачным методом фтористые соли содержат меньшее количество примесей. Кроме того, этот метод позволяет избежать применения соды, использование которой неизбежно приводит к загрязнению маточных растворов и сточных вод соединениями натрия и значительно осложняет их обезвреживание с целью выведения части сточных вод из водооборотного цикла. С другой стороны, в этом методе не будет выхода фтора в виде менее ценного