Производство AlF3

Барабанный вакуум-фильтр (рис. 4) состоит из полого барабана, распределительной головки, приводного механизма, корыта фильтра, ножа для съема осадка с поверхности

Производство AlF3

Курсовой проект

Химия

Другие курсовые по предмету

Химия

Сдать работу со 100% гаранией

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 - 1040°С.

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 200°С протекает следующая реакция:

 

А1F3·Н2O = А1F3+3НF (1.1)

 

При Т = 400°С 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: А1F3·9Н2О; А1F3·3,5Н2О; А1F3·3Н2O; АlF3·Н2O; А1F3·0,5Н2O.

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 600°С 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 600°С.

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 кислоты. Отходящие газы в данном процессе содержат фтор в виде тетрафторида кремния - SlF4. Существует метод получения НF из этих газов реакцией с водяным паром при температуре около 800°С с последующим взаимодействием НF с А1 (ОН) 3 по реакциям:

 

SiF3 + 2Н2 O= 4НF + SiO2 (2.4)

3НF + Аl(ОН) 3= А1F3*3Н2O. (2.5)

 

По другому методу отходящие газы абсорбируют водой с переводом SiF4 в кремнефтористоводородную кислоту.

В одном из способов H2SiF6 при взаимодействии с А1 (ОН) 3 дает трифторид алюминия. Это можно описать уравнениями:

 

SiF4 + 2H2O =2H2SiF6 + 3SiO2 (2.6)

Н2SiF6 + 2А1 (ОН) з+2Н2O=2А1Fз*3Н2 O + SiO2 (2.7)

 

Более рациональным является кислотный способ, разработанный УНИХИМом, по которому вначале получают из Н2SiF6 трифторид алюминия, а затем криолит.

Для этого в полученной из фтористых газов кремнефтористоводородной кислоте, содержащей от 12 до 13% мас. H2SiF6 и кремнегель, нагретой до 85 «С, растворяют в течение 15-ти минут при перемешивании гидрат окиси алюминия по реакции:

 

Н2SiF6 + 2А1 (ОН) з = 2А1Fз + SiO2* 2Н2O+ Н2O (2.8)

 

Это взаимодействие идет в две стадии:

 

3H2SiF6 +2Al(OH)3 =Al2(SiF)6+H2O (2.8.1)2(SiF)6+12H2O =2AlF3+ 3SiO2*2H2O+12HF (2.8.2)

 

Образующийся HF не выделяется, а нейтрализуется гидроксидом алюминия:

 

НF+4А1 (ОН) з = 4А1Fз+12 H2O (2.9)

 

Образование в качестве промежуточного продукта кремнефторида алюминия завершается при температуре от 50 до 90 «С в течение 1-3 минут, разложение же его в растворе и образование А1F3 идет в десятки раз медленнее. Благодаря способности А1F3 образовывать стойкие пересыщенные растворы, из них возможно выделить SiO2, и выпустить его в виде побочного продукта - активного наполнителя. Для получения достаточно хорошо фильтрующегося осадка кремнегеля свободная кислотность пульпы после завершения реакции должна быть около 5 г/л H2SiF6. Активность кремнегеля возрастает с увеличением скорости введения гидроксида алюминия и интенсивности перемешивания. При переработке кислоты с концентрацией до 8% мас. H2SiF6 может быть получен аморфный кремнезем с малым содержанием кристаллической фазы с очень развитой удельной поверхностью, около 50 /г. Получение такого кремнезема из кислоты большей концентрации затруднительно. Содержание в кремнеземе до 0,3% мас. фтора и до 15% мас. Al(OH) 3 существенно не влияет на активные свойства кремнегеля.

Раствор, получаемый после отделения фильтрацией кремнегеля, содержит до 14% мас. AlF3 и остается пересыщенным. При низкой температуре он не кристаллизуется в течение длительного времени. Для кристаллизации А1F3 ·3Н2O в раствор вводят затравку и перемешивают при в течение четырех часов. Первые кристаллы выделяющегося фторида представляют собой твердый раствор А1F3·3Н2O и А1F3*3,5Н2О, лишь затем образуется устойчивый тригидрат. Его кристаллизация ускоряется с увеличением концентрации исходного раствора. Нагревая тригидрат фторида алюминия до , получают безводный фтористый алюминий. При температуре выше начинается заметный гидролиз А1F3 с потерей HF.

Известно, что себестоимость фторида алюминия на предприятиях по производству минеральных удобрений примерно в 1,2 (а криолита в 1,7) раза ниже, чем при производстве этих солей из плавикового шпата. Окупаемость капитальных вложений ниже в 2-3 раза. Затраты на сырье в производстве фторида алюминия составляют около 40% мас., топливо и энергозатраты - 10% мас., расходы на содержание и эксплуатацию оборудования - около 25% мас. На производство 1 тонны фторида алюминия и криолита затрачивается соответственно от 0,75 до 0,85 т и от 0,6 д

Похожие работы

1 2 3 4 > >>