[发明专利]一种四氟铝钠合成冰晶石的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四氟铝钠合成冰晶石的方法。属于无机氟化工领域。

背景技术

冰晶石主要用于电解铝行业。改革开放以来，我国的电解铝工业得到了长足发展，特别是2002年以后，电解铝行业出现了突飞猛进的趋势，电解铝生产企业增加到近150家。至2009年，我国电解铝产能已达到1950万吨，实际年产量也达到1300万吨。每生产一吨电解铝大约需要耗用10-12kg的冰晶石。因此，电解铝行业对冰晶石的年需求量约为13万吨。在我国的各电解铝厂，目前普遍采用分子比为1.8-2.2的低分子比冰晶石，而在国外则普遍使用分子比2.7以上的高分子比冰晶石。

近几年以来，随着技术和设备的进步，国内外的电解铝用氟化盐逐渐以氟化铝取代冰晶石。冰晶石只是用于启动电解槽，氟化铝用于维持电解槽正常运行。冰晶石的需求量逐渐下降，但到目前为止，各电解铝企业仍然离不开冰晶石，特别是高分子比冰晶石。高分子比冰晶石具有更好的物理性能，可以减少氟化盐的挥发与水解损失，可以减少冰晶石的消耗量，有利于电解铝启槽时槽帮均匀吸钠、节约纯碱，避免启槽初期偏析，在启槽后期能有效增加启动槽的稳定性，延长电解槽的寿命，有利于降低产品总水含量和灼损以及干燥脱水能耗，有利于提高产品质量和降低成本。

目前，冰晶石基本上都是采用湿法工艺生产且分子比低，比如氟硅酸法、氟硅酸钠法，只有萤石法有干法工艺。萤石法合成冰晶石在原料方面存在着较大缺陷。首先，萤石是原子能工业、化学工业及冶金工业的重要基础资源，仅集中在为数不多的几个国家，目前世界上探明的储量为6500万吨，并以每年400万吨的速度消耗，资源极其有限。现在萤石已被列为重要的战略物资加以保护；其次，中间原料氟化氢或氢氟酸具有较强的腐蚀性及毒性，给生产设备材质的选择提出了很高的要求。

湿法生产冰晶石，其特点是原料价格贵，设备技术要求高，从而生产成本高并且产生含氟烟气、含氟废水及含氟废渣污染环境，环保压力大。因此，寻找新的冰晶石生产方法是十分必要的。

采用硅烷法生产多晶硅，每生产1吨多晶硅至少副产4.5吨杂质较高的四氟铝钠(单冰晶石)，杂质主要有20％左右的亚冰晶石、2％左右的二氧化硅、1.5％左右的金属铝及5％左右的有机色素。目前一般采用堆放或掩埋的方法处理，造成环境污染，资源浪费，至今尚未有更合适的处理方法。

专利CN102107900涉及一种多晶硅生产中的化工副产物单冰晶石的综合利用方法。其工艺流程是先加氢氧化钠溶液，反应生成氢气和铝酸钠料浆。铝酸钠料浆再与氢氟酸反应制得铝用冰晶石。氢气为易燃爆炸性气体，安全隐患大，原料氢氧化钠和氢氟酸价格贵、腐蚀性大，设备材质要求高。反应过程中还产生大量含氟废液，处理成本高。得到的湿法冰晶石需要煅烧以改善物理性能才能达到电解铝行业指标要求。

专利CN102219249以浮选后的电解铝含氟废渣、生产多晶硅材料副产的单冰晶石混合后与酸法制冰晶石副产的含氟盐酸在20-90℃条件下反应1-6小时，获得冰晶石产品。其缺点是反应时间长，设备材质要求高，反应过程中还产生大量含氟废液，处理成本高。得到的湿法冰晶石需要煅烧以改善物理性能才能达到电解铝行业指标要求。

专利CN102718244公开了一种冰晶石的制备方法，包括3个步骤：①利用碳酸钠与硅烷法制备多晶硅工艺中产生的副产物氟硅酸反应制备氟化钠；②利用上述氟化钠与硅烷法制备多晶硅工艺中产生的副产物四氟铝钠反应制备六氟铝钠；③将上述六氟铝钠烘干煅烧得到冰晶石。其缺点是第一步得到氟化钠同时还会产生二氧化硅，二者很难彻底分离，氟化钠中二氧化硅含量较高、质量指标很难达到要求，自然第二步合成的冰晶石质量指标也很难达到要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种高温固相反应合成冰晶石的方法。

一种四氟铝钠合成冰晶石的方法，其特征在于包括以下步骤：

a.将将一定量的四氟铝钠和氟化钠研磨均匀，得到灰色固体混合物；将灰色固体混合物放入马弗炉中在高温下煅烧反应，控制反应温度、时间，得到冰晶石产物；

b.将步骤a得到的冰晶石产物，降温至300℃并恒温30min，冷却至室温后加入氢氟酸脱硅，得到冰晶石产品。

所述的步骤a中的四氟铝钠为硅烷法生产多晶硅的副产物，氟化钠为工业级产品，四氟铝钠与氟化钠的重量比为1:0.3-0.7。

所述的步骤a控制反应温度为500-900℃、反应时间为1-3小时。