专利名称：酸铝渣制取工业氟化铝的方法
技术领域：
本发明涉及化学工业，特别是一种用酸铝渣制取工业氟化铝的方法。
酸铝渣制取工业氟化铝的方法酸铝渣中铝元素含量为AL10～20％，氟元素含量F50～60％，成分相当量ALF344.87％，NH4F50.19％，(NH4)2SO4及少量杂质4.94％，其特征在于a、粉碎，将酸铝渣干原料先用粉碎机粉碎均匀；b、除硅铁杂质，把粉碎后的干原料盛装在容器内，加入1～30％HF-1～30％HCL的混合液，在搅拌机搅拌下进行化学反应，使硅铁杂质的化合物与HF酸、HCL酸反应生成可溶性物质而与不溶性酸铝渣分离。反应条件是温度保持常温～80℃，搅拌时间60～90分钟；c、过滤、洗涤、烘干、研磨，用过滤器过滤使原料与母液分离，并用清水洗涤滤干，将滤干物置于120℃的烘干设备中烘1小时，再用研磨机研成粉末；d、热分解，将粉末原料放入高温炉，在加热500～800℃下分解40～60分钟，分解完成后，取出冷却，即制得成品氟化铝。
本发明的优点是1、可回收利用铝型材行业废弃的酸铝渣来制取工业氟化铝，在制取过程中还可以回收副产品氟化铵，利用氟化铵又可制取氢氟酸与另一种产物铵盐如氯化铵或硫酸铵，可作化肥使用，节约资源，有利于环境保护。2、工艺简单、使用设备少、投资小、见效快，与湿法生产相比，生产成本仅为湿法的1/3～1/4，有显著的经济效益。3、产品质量、性能达到国家GB4292-1999一级标准的要求。
下面结合附图对本发明作进一步详细地描述一、酸铝渣的形成酸铝渣的定义是指铝型材用化学腐蚀液进行表面酸式腐蚀后生成的固体混合物(主要含氟元素、铝元素、铵根)称为酸铝渣。
铝型材行业使用大量铝锭，掺入少量硅粉加工转化为铝型材。挤压出的铝型材表面为一层氧化铝，带有金属光泽，不美观，其表面需要用酸或碱性化学混合液进行表面腐蚀处理。近年发展起来的酸式腐蚀法处理效果很好，现在的铝型材几乎全部需要进行表面化学腐蚀处理，大多数为酸式腐蚀。酸式腐蚀是用无机酸(如硫酸、盐酸)、氟氢化铵、调整剂等化学药剂按一定比例配成溶液，铝型材放入其中进行化学表面腐蚀，经一定时间、达到一定腐蚀深度，处理即告完成。反应过程生成氟化铝、相应无机酸的铵盐及氟硅酸等，这些物质混合在一起，在特定的条件下形成更复杂的物质，随着循环使用的化学腐蚀液浓度增加，一部分固态混合物从腐蚀液中析出，通过离心过滤或压滤后，固体部分即构成酸铝渣，滤液经补充后重新进入循环。
二、酸铝渣的成分1、外观酸铝渣因从溶液中析出过滤产生，呈湿状固态物，白色略带灰色，呈酸性，润湿部分试纸检出PH值为1～3，带粘性，自然干燥或烘干后为浅灰白色固体，可研磨成粉状固体。
2、化学成分从酸铝渣产生过程中可分析出，酸铝渣是一种混合物，既含有固体物质，又含有液体物质，既包括反应产物，又包含未反应物。
用酸铝渣原料烘干后形成的干料，经过定性和定量分析，其组成(以相当量表示)如下表1表1
经X射线衍射分析证实，干料的组成主要为(NH4)3ALF6和(NH4)2ALF5。因此，干料主要由氟铝酸铵与少量其他铵盐和微量硅、铁杂质构成的混合物。
三、酸铝渣原料制取氟化铝的工艺路线由分析结果可知，原料中铝元素为金属元素，它与F元素的原子以共价键相连，构成的离子团再以离子键与铵根结合，F元素与铝元素均为活泼元素，故构成的共价键很牢固，键能很大，打断这些键需要很大能量。同时，原料中含有硅、铁杂质，及相应无机酸的铵盐应除去。因此，制取路线要完成的任务是一、除杂质；二、将原料中的铝元素与氟元素的原子经化学反应重整为氟化铝。
采取的制取路线酸铝渣原料→粉碎→除杂质→过滤洗涤烘干研磨→热分解→氟化铝产品。(参见
图1)步骤1、将取得的原料(干料)先用粉碎机粉碎均匀，以增大反应接触面，缩短反应时间。
2、把粉碎后的干原料盛装在容器内，加入1～30％HF-1～30％HCL的混合液，在搅拌机搅拌下进行化学反应，使硅铁杂质的化合物与HF酸、HCL酸反应生成可溶性物质而与不溶性酸铝渣分离，反应条件温度保持常温～80℃；搅拌时间60～90分钟。
3、过滤、洗涤、烘干、研磨。用过滤器过滤使原料与母液分离，并用清水洗涤滤干，将滤干物置于120℃的烘干设备中烘1小时，再用研磨机研磨成粉末。
4、热分解。
原料中氟、铝形成的化合物，经过X射线衍射分析确认主要有两种(NH4)3ALF6和(NH4)2ALF5。也即原料中氟、铝元素的原子主要结合成六氟铝酸铵和五氟铝酸铵。氟铝酸铵属铵盐，铵盐加热至一定温度下时，将会发生分解，铵根分解产生氨气NH3，另三个氢原子将与[ALF6]3-组成氟铝酸，它在高温下也将分解而产生ALF3与HF。上述过程用反应式表达为五氟铝酸铵分解过程最终结果可得到氟化铝和氟化铵。这样就完成原料中氟原子与铝原子重整为氟化铝。酸铝渣中的少量硫酸的铵盐或其它铵盐，在热分解中一并分解除去。
如果原料中无硅铁杂质，或者含量较低，2、3步可省略。
因此，将上一步得到的原料粉末放入高温炉在加热500～800℃下分解40～60分钟，分解完成后，取出冷却，即得到成品氟化铝。
经电子显微镜、电子衍射、X射线等多种仪器检测及化学分析、结果如下表2表2化学成分
上表数据全部达到或超过国家GB4292-1999一级产品以上要求。
四、副产品氟化铵的回收利用1、在制取氟化铝过程中，副产品NH4F产生在原料加热分解过程中当产生的NH3与HF气体在常温或较低温下混合，则反应生成固态氟化铵
因此，将产生HF气体与NH3气同时引入一个气室，将很快生成NH4F固体。
2、回收利用。NH4F为白色固体，加热易分解为HF与NH3气，与酸反应则生成铵盐和氟化氢气体。收集副产品氟化铵，使之与硫酸反应，产生氟化氢与硫酸铵
产生的HF气体用水吸收制取氢氟酸，另一种产物硫酸铵，俗称“肥田粉”，可作化肥使用。
3、尾气处理。在产生和回收副产品过程中，有少部分分解产生的NH3与HF气体未及反应将排出，如不处理，将产生空气污染，故需进行处理，处理方法以水作吸收剂，用两级填料吸收塔循环吸收，达一定浓度蒸发结晶，可第二次获得固体氟化铵，母液排入污水处理系统。
权利要求
1.一种酸铝渣制取工业氟化铝的方法，酸铝渣中铝元素含量AL10～20％，氟元素含量F50～60％，成分相当量为ALF344.87％，NH4F50.19％，(NH4)2SO4及少量杂质4.94％，其特征在于a、粉碎，将酸铝渣干原料先用粉碎机粉碎均匀；b、除硅铁杂质，把粉碎后的干原料盛装在容器内，加入1～30％HF-1～30％HCL的混合液，在搅拌机搅拌下进行化学反应，使硅铁杂质的化合物与HF酸、HCL酸反应生成可溶性物质而与不溶性酸铝渣分离，反应条件是温度保持常温～80℃，搅拌时间60～90分钟；c、过滤、洗涤、烘干、研磨，用过滤器过滤使母液与原料分离，并用清水洗涤滤干，将滤干物置于120℃的烘干设备中烘1小时，再用研磨机研成粉末；d、热分解，将粉末原料放入高温炉，在加热500～800℃下分解40～60分钟，分解完成后，取出冷却，即制得成品氟化铝。
全文摘要
本发明公开了一种酸铝渣制取工业氟化铝的方法。酸铝渣是铝型材生产过程中表面腐蚀工艺处理析出的废弃物,其成分为氟铝酸铵与少量其它铵盐和微量硅铁杂质构成的混合物。将取得的干原料粉碎均匀后,加入1～30%HF－1～30%HCl的混合液,在保持温度常温～80℃下搅拌60～90分钟,使硅铁杂质的化合物与HF酸、HCl酸反应生成可溶性物质而与不溶性酸铝渣分离,然后过滤使原料与母液分离,并用清水洗涤滤干,将滤干物置于120℃的烘干设备烘1小时,取出研成粉末,放入高温炉内,在加热500～800℃下分解40～60分钟,取出冷却即制得氟化铝。由于原料来源废弃物,回收利用节约资源、有利环保,还可回收副产品氟化铵。所用方法工艺简单、成本低、质量达标、有显著的经济效益。
文档编号C01F7/00GK1382633SQ0211380
公开日2002年12月4日 申请日期2002年5月28日 优先权日2002年5月28日
发明者周民强, 周国富 申请人:周民强