Производство AlF3
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
Производство AlF3
1. Характеристика химического продукта
трифторид алюминий производство
Техническое наименование продукта - трифторид алюминия малокремнистый технический.
Трифторид алюминия по внешнему виду представляет собой мелко кристаллический порошок от слабо-розового до серовато-белого цвета.
Насыпной вес - 0,87 т/м3;
Плотность - 2,71 т/м3;
Молекулярная масса - 83,98 у. е.;
Формула - А1F3.
Температура плавления химически чистого вещества - 1040С.
Теплота образования трифторида алюминия из элементов равна 1392,3 кДж/моль.
Безводный трифторид алюминия химически устойчив и является очень стабильным. Он не восстанавливается водородом, не реагирует с хлористым водородом. Кипящая серная кислота или кипящий раствор гидроксида калия почти не действует на трифторид алюминия; он разлагается длительным сплавлением с кальцинированной содой, оксидом кальция или борной кислотой.
При сильном нагревании трифторид алюминия возгоняется без плавления. Разлагается гидратом аммиака. Переводится в раствор действием фтороводородной кислоты и щелочей. При температуре от 150 до 200С протекает следующая реакция:
А1F3Н2O = А1F3+3НF (1.1)
При Т = 400С фторид алюминия гидролизуется. Этот процесс можно описать уравнением:
АlF3+3Н2O (пар) =А1(ОН)3+ 3Н2O (1.2)
Также известны следующие реакции:
А1F3+3НF (конц.) = H3 [AlF6] (1.3)
А1Fз+3NаF (конц.) = Na3 [AlF6] (1.4)
Известны следующие гидраты: А1F39Н2О; А1F33,5Н2О; А1F33Н2O; АlF3Н2O; А1F30,5Н2O.
Трифторид алюминия - вещество слабо растворимое в воде. Зависимость его растворимости от температуры приведена в табл. 1.1.
Растворимость А1F3, в воде Таблица 1.1
Температура, С2040508090100Растворимость, %мас.0.460.600.690.981.171.64
Растворимость увеличивается в присутствии фтороводородной кислоты (табл. 1.2)
Растворимость А1F3 во фтороводородной кислоте
Температура,СКонцентрация НF, %мас.Растворимость А1F3, %мас.2000,460,991,073,101,704,992,374000,600,981,222,701,884,882,568000,982,642,194,983,10
По физико-химическим показателям продукт должен соответствовать требованиям и нормам ТУ 48-0117-6-89 с изм. №1, приведенными в табл. 1.3.
Химический состав трифторида алюминия
Наименование показателяНорма для сортаВысшийПервый1. Массовая доля трифторида алюминия (AlF3), %мас., не менее93,0088,002. Массовая доля потерь при прокаливании, %мас., не более2,503,503. Массовая доля диоксида кремния (SiO2), %мас., не более0,150,254. Массовая доля оксида железа (III) (Fe2O3), %мас., не более0,050,085. Массовая доля сульфатов (SO4), %мас., не более0,500,706. Массовая доля оксида фосфора(V), %мас., не более0,020,027. Массовая доля свободного оксида алюминия (Al2O3), %мас., не более4,007,00
2. Методы получения трифторида алюминия
Все многообразие способов получения трифторида алюминия прежде всего можно поделить на две основные группы, различающиеся по виду фторсодержащегося сырья. Основными источниками фтора являются плавиковый шпат, в котором фтор находится в виде СаF2 и фторапатит, из которого фтор извлекается в виде SiF4, входящего в состав отходящих газов при сернокислотном разложении фторапатита.
Способы, основанные на переработке флюорита, различаются фазовым состоянием фтороводорода. Сухие методы предусматривают использование газообразного НF, в свою очередь, мокрые гидрохимические методы базируются на фтороводородной кислоте и различаются степенью чистоты последней.
Способы, основанные на переработке тетрафторида кремния, различаются методом извлечения фтора и могут быть представлены тремя группами:
высокотемпературная обработка водяным паром с получением НF;
абсорбция SiF4 водой с получением Н2SiF6;
абсорбция SiF4 аммиаком с получением NH4 F.
Сухой метод заключается в непосредственном взаимодействии газообразного НF с порошкообразным А12О3. Сухой метод более удобен для крупномасштабного производства и постепенно приобретает все большее значение.
Сухой метод позволяет получать от 4,0 до 5,0 т/ч продукта при работе по непрерывной схеме. По этому методу обезвоживают А1 (ОН) 3 и проводят реакцию образующегося А12O3 с НF при одновременной отгонке воды при температуре от 400 до 600С по реакциям:
А1 (ОН) з = А12Oз + 3Н2 O (2.1)
НF + А120з = 2А1F3 + 3Н20 (2.2)
Достоинствами сухого адсорбционного метода являются:
устранение водооборотного хозяйства;
исключение потерь за счет каплеуноса;
уменьшение коррозии аппаратуры.
При сухом методе обеспечивается улавливание и возврат в производство от 98 до 99% мас. фторидов.
Более широкое практическое применение имеет мокрый метод, когда реакция проводится в водном растворе:
НF+Аl(ОН) 3 = 3А1FЗ + 3Н2O (2.3)
При осуществлении мокрого метода к 15% мас. водному раствору НF добавляют Аl(ОН) 3 он постепенно растворяется, образуя кристаллы А1F3*3Н20, которые отделяют и сушат при температуре 600С.
Вторая группа методов предполагает использование фтора, содержащегося в фосфатных рудах в концентрации от 3 до 5% мас. От 20 до 30% мас. этого фтора уходит с отходящими газами в процессе получения фосфорной кислоты сернокислотным разложением фторапатита. Количество фтора, переходящего в газовую фазу, зависит от температурного режима и в промышленно внедренных способах максимально в полугидратном процессе получения экстракционной фосфорной ки