Производство AlF3
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
алюминия, которое с учетом комплексообразования в растворах фторида алюминия протекает в две стадии:
) гидролиз фторида алюминия в растворе:
А1F3+Н2O=А1F2OH + HAlF4 (3.5)
) нейтрализация образующейся фторалюминиевой кислоты Аl(ОН) 3:
HAlF4 + Аl(ОН) 3 = 4А1F3 + 3Н2O (3.6)
Лимитирующей стадией процесса является гидролиз А1F3. Увеличение температуры реакционной среды ведет к разрушению гидратных оболочек, облегчению образования активированного комплекса и повышению скорости реакции.
Равновесие реакции гидролиза А1F3, смещается вправо вследствие выпадения нерастворимого осадка А1 (ОН) F2 и взаимодействия образующейся кислоты с Аl(ОН) 3. Вследствие равенства скоростей данных реакций рН сохраняется постоянной и равна 4,6.
Стабильность рН обеспечивает постоянство относительной концентрации А1F2 АlF4 за счет диссоциации А1F3 по реакции
А1F3 = (3.7)
Раствор H2SO4 значительно медленнее реагирует с. Аl(ОН) 3. Скорость нейтрализации H2SO4 значительно повышается присутствии алюминийфторидных комплексов в растворе. Это обусловлено одновременным протеканием реакций:
() + H2SO4 = 2HAlF4 + (AlF2) 2SO4 (3.8)
Образующаяся фторалюминиевая кислота быстро взаимодействует с Аl(ОН) 3 по реакции (3.8).
При повышении рН ускоряются реакции гидролиза (3.5) и (3.9).
(AlF2) 2SO4 + Н2O = А1 (ОН) F2 + H2SO4 (3.9)
За счет реакции (3.9) в растворе накапливается сильная H2SO4, которая медленно взаимодействует с Аl(ОН) 3 в отсутствии комплекса , поэтому величина рН раствора снижается. Процесс извлечения фтора и алюминия из раствора замедляется. Большая остаточная концентрация F и Al в растворах, содержащих H2SO4 связана, очевидно, с образованием фторсульфатных комплексов алюминия в виде А1FSO2 и (AlF2) 2SO4.
В результате взаимодействия фтороводородной кислоты с гидроксидом алюминия образуются относительно стабильные пересыщенные растворы трифторида алюминия, хотя растворимость кристаллического А1F3 при 25С составляет 0,5% мас.
Стойкость этих растворов объясняется значительной гидратацией молекул А1F3 в водных растворах и уменьшается с повышением концентрации и температуры исходных растворов.
На скорость кристаллизации влияет интенсивность перемешивания, концентрация раствора, присутствие затравочных кристаллов.
Из растворов трифторида алюминия при температуре от 85 до 90С в твердую фазу выделяется устойчивая модификация AlF33H2O. На физико-химические свойства осадка AlF33H2O влияют, присутствие гидроксида алюминия и величина кислотности пересыщенного раствора AlF3. Для получения более крупных кристаллов необходимо поддерживать общую остаточную кислотность в растворе трифторида алюминия от 0,1 до 0,4% мас. HF, время загрузки алюминийсодержащего материала должно быть минимально.
Варка и кристаллизация трифторида алюминия осуществляется в реакторах периодического действия и подразделяется на три этапа:
1 этап: Производится набор фтороводородной кислоты в реактор и промешивается (от 15 до 20 мин.) с целью растворение оставшегося от предыдущей варки трифторида алюминия для улучшения последующего кристаллообразования.
2 этап: Из репульпаторов по кольцевому трубопроводу производится подача пульпы гидроксида алюминия (от 15 до 20 мин.) в реакторы, в результате чего происходит бурная реакция нейтрализации фтороводородной кислоты до образования пересыщенного раствора трифторида алюминия с остаточной кислотностью от 3 до 6 г/л.
Процесс образования трифторида алюминия происходит с выделением тепла, при этом температура реакционной массы повышается от 85 до 95С, что способствует успешному окончанию реакции.
Во избежание сильного вспенивания и выбросов реакционной массы необходимо вести равномерную загрузку пульпы гидроксида алюминия при работающей системе газоочистки.
3 этап: Кристаллизация трифторида алюминия происходит из пересыщенного раствора в течении 2,0-2,5 часов при непрерывном перемешивании с образованием кристаллов AlF33H2O. Процесс кристаллизации трифторида алюминия сопровождается выделением тепла, за счет которого в реакторе поддерживается температура .
Процесс сушки заключается в удалении влаги из материала с целью улучшения качества продукта, предохранения его от порчи и слеживаемости, снижения веса, придания транспортабельности.
На сушку поступает паста кристаллогидрата трифторида алюминия, содержащая как свободную, так и связанную в кристаллической решетку воду. Процесс сушки гидратированного трифторида алюминия проводится конвективно-кондуктивным способом, при этом, на начальной стадии, в зоне конвективной сушки (перенос теплоты, обусловленный движением среды) процесс дегидратации AlF33H2O следует вести при температуре не более 300С с образованием полугидрата, т.е. AlF30,5H2O по реакции:
2 AlF33H2O = AlF30,5H2O + 2,5H2O (3.10)
Для полного обезвоживания трифторида алюминия его необходимо прокаливать при 400-550С в аппарате с кондуктивным способом подвода тепла, т.е. в тепловом агрегате, где теплообмен между продуктом и теплоносителем происходит через разделяющую их металлическую стенку.
В ходе одностадийной сушки трифторида алюминия проходит побочная реакция, что не позволяет получить продукт с высоким содержанием основного вещества:
2 AlF30,5H2O +2H2O = Al2O3 + 6HF (3.11)
Увеличение парциального давления паров HF над продуктом достигается за счет специальной конструкции теплового агрегата (2-я стадия сушки), в котором процесс д?/p>