[发明专利]一种工业氟化铝除钠工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业氟化铝除钠方法，目的是降低工业生产的氟化铝中钠含量。

背景技术

目前工业上氟化铝的生产有很多种成熟的方案，例如：湿法生产工艺、干法生产工艺、粗酸干法生产工艺等。由精制后的氟化氢气体和氢氧化铝料浆反应制得的氟化铝，因为原料纯度都很高，制得的氟化铝纯度也很高，所以没有钠离子的困扰。但是采用其它工艺制取氟化铝时，因为受原料及工艺限制，或多或少都会引入钠离子，这就会导致制得的氟化铝中含有少量钠离子。氟化铝产品中钠杂质含量较多（Na≥2.8），就会降低氟化铝的纯度与品级，影响电解质的分子比和电导率，进而影响电解铝的工艺稳定性，降低氟化铝的使用性能，同时增加了吨铝的氟化铝消耗和污染物的排放。基于此，为了提高氟化铝的品质，有必要除去氟化铝产品中的钠杂质。由于目前对这方面的研究不多，因此，目前还没有能够有效降低氟化铝中钠含量的成熟技术工艺及方法。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种工业氟化铝除钠工艺，通过该工艺方法，可以有效降低氟化铝中杂质钠的含量，提高氟化铝的纯度。

氟化铝晶体结构有α、β、γ、ε、δ、η、θ、κ等多种晶型，存在可溶的介稳态α-AlF₃·3H₂O和难溶的β-AlF₃·3H₂O，且β型AlF₃·3H₂O在0~100℃范围内最稳定。铝与氢氟酸水溶液在低于25℃反应可得α型AlF₃·3H₂O，在潮湿状态下α型能缓慢的转变成β型AlF₃·3H₂O，或受热直接不可逆转变成β型。难溶的β型AlF₃·3H₂O经400℃煅烧即可得到无水氟化铝产品。原理如下：

2Al + 6HF → 2α-AlF₃·3H₂O + H₂

α-AlF₃·3H₂O →β-AlF₃·3H₂O

β-AlF₃·3H₂O → AlF₃

工业氟化铝主要以β型三水化物的形式存在，在较低的干燥温度下，先失去两分子的结晶水；在较高干燥温度下失去大部分剩余结晶水。反应方程式如下：

AlF₃·3H₂O → AlF₃·H₂O + 2H₂O

AlF₃·H₂O → AlF₃·0.5H₂O + 0.5H₂O

AlF₃·0.5H₂O → AlF₃ + 0.5H₂O

AlF₃加热到300-400℃能被水蒸气部分分解为氟化氢和氧化铝，温度超过500℃，水解反应剧烈，反应方程式如下：

2AlF₃ + 3H₂O → Al₂O₃ + 6HF

β型的氟化铝微溶于水、酸及碱溶液，甚至与浓硫酸加热至发烟仍不起反应，而工业制备的粗品氟化铝中的钠元素主要以氟铝酸钠的形式存在，而氟铝酸钠在浓硫酸中能够完全分解，鉴于以上差异，我们用浓硫酸与氟铝酸钠反应，生成硫酸钠和氢氟酸，再洗涤以除去钠。反应方程式如下：

2Na₃AlF₆ + 6H₂SO₄ → 3Na₂SO₄ + 12HF↑ + Al₂(SO₄)₃

基于此，本发明采用了如下的技术方案：

一种工业氟化铝除钠工艺，其步骤包括：

1）首先将工业氟化铝在200～400℃下焙烧，使之由α型转化为β型；

2）然后按照1:10～20的固液比加入浓硫酸，在常温下搅拌、混合，使之充分反应，使其中的氟铝酸钠转化为可溶的硫酸钠和硫酸铝；