[发明专利]萤石制备氟化铝的工艺及装置

说明书

本发明公开了一种萤石制备氟化铝的方法，包括如下步骤：1)将萤石细碎得到萤石粉，将萤石粉与硫酸铵粉末混匀，加热，得到硫酸钙固体和氟化铵；2)将步骤1)得到的氟化铵与氢氧化铝或氧化铝反应，得到氟化铝和氨气；3)将步骤2)得到的氨气碳化得到碳酸铵溶液；4)将步骤3)得到的碳酸铵溶液与步骤1)中的硫酸钙反应，过滤，得到碳酸钙滤饼和硫酸铵溶液，蒸发硫酸铵溶液得到硫酸铵晶体，硫酸铵用于下一个生产周期的步骤1)中；5)重复步骤1)～4)，步骤1)中的硫酸铵采用上一个生产周期中步骤4)产生的硫酸铵，进入下一生产个周期循环生产。工艺不消耗浓硫酸，不产生氟石膏，具有成本低廉、环境友好的优点。

技术领域

本发明属于无机化工领域，具体的涉及一种萤石制备氟化铝的工艺及装置。

背景技术

氟化铝作为目前生产规模最大的无机氟化物，主要用作电解铝添加剂降低氧化铝电解质熔点及提高导电率。氟化铝制备方法根据原料来源，分为氟硅酸法，氢氟酸法和氟化铵法。氢氟酸法是利用萤石与浓硫酸反应，制备中间产物氢氟酸，氢氟酸再与氢氧化铝反应得到氟化铝，该方法需要消耗大量的浓硫酸资源，产生硫酸钙固废难以利用，成本高。氟硅酸法以氟硅酸为氟源，与氢氧化铝反应得到氟化铝，该方法能充分利用氟硅酸副产物，且产品质量较好，但氟硅酸来自于磷肥副产物，产能有限，生产规模受限制。氟化铵法是以过量的氨处理氟硅酸得到氟化铵溶液，溶液与氢氧化铝反应得到氟铝酸铵，再干燥，热分解得到氟化铝，该方法中氟化铵来源于氟硅酸，同样受到原料限制。

发明内容

本发明针对上述现有技术的问题，提供一种萤石制备氟化铝的工艺，包括如下步骤：

1)将萤石细碎后得到萤石粉，在反应炉中将萤石粉与硫酸铵粉末混匀，加热，得到硫酸钙固体和氟化铵，收集挥发出的氟化铵；

2)将步骤1)得到的氟化铵与氢氧化铝或氧化铝反应，得到氟化铝和氨气；

3)将步骤2)得到的氨气碳化得到碳酸铵溶液；

4)将步骤3)得到的碳酸铵溶液与步骤1)中的硫酸钙反应，过滤，得到碳酸钙滤饼和硫酸铵溶液，蒸发硫酸铵溶液得到硫酸铵晶体，硫酸铵用于下一个生产周期的步骤1)中；

5)重复步骤1)～4)，步骤1)中的硫酸铵采用上一个生产周期中步骤4)产生的硫酸铵，进入下一生产个周期，如此循环生产。

在上述技术方案中，所述步骤2)中氟化铵与氢氧化铝或氧化铝反应前，先与氟化钠或氟化钾反应除去氟化铵中的杂质四氟化硅。

在上述技术方案中，所述步骤3)中将氨气碳化是将氨气与二氧化碳和水反应生成碳酸铵。

本发明提供的另一种萤石制备氟化铝的工艺，是采用萤石制备氟化铝的装置，所述装置包括通过管道依次连接的高温反应炉、氟化铵加热釜、流化床反应器、氟化铵冷凝槽、氟化铵吸收槽、气体压缩机和石膏碳化釜，所述氟化铵加热釜的顶部和氟化铵冷凝槽的底部也通过管道连接，在连接氟化铵加热釜和流化床反应器的管道上设置有第一阀门，在连接氟化铵加热釜和氟化铵冷凝槽的管道上设置有第二阀门；

所述工艺包括如下步骤：

1)预备操作及产生氟化铵阶段：在氟化铵加热釜预先加入氟化铵，在石膏碳化釜中加入石膏悬浊液、并通入二氧化碳气体，在氟化铵吸收槽中加入去离子水，加热高温反应炉、氟化铵加热釜和流化床反应器，开启第一阀门、关闭第二阀门，开启气体压缩机，在高温反应炉中加入萤石粉和硫酸铵，在流化床反应器中加入氢氧化铝或氧化铝，在高温反应炉中得到硫酸钙和氟化铵，氟化铵挥发与硫酸钙分离；

2)制备氟化铝产生氨气阶段：氟化铵加热釜中产生的氟化铵挥发进入流化床反应器，氟化铵与氢氧化铝或氧化铝反应得到氟化铝固体及氨气、水蒸气和残余氟化铵气体，混合气体从流化床反应器进入氟化铵冷凝槽冷凝得到氟化铵粉末，残余气体进入氟化铵吸收槽中被去离子水吸收；