一种冰晶石制备氟化氢的方法技术

本发明专利技术提出了一种冰晶石制备氟化氢的方法，包括：将冰晶石粉体与浓度95％

【技术实现步骤摘要】
一种冰晶石制备氟化氢的方法


[0001]本专利技术涉及氟化氢制备
，特别是指一种冰晶石制备氟化氢的方法。

技术介绍

[0002]氟化氢(Hydrogen Fluoride)，化学分子式为HF，分子量20.01，易溶于水、乙醇。无水氟化氢(简称AHF)低温或压力下为无色透明液体，沸点19.4℃，熔点
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83.37℃，密度1.008g/cm3(水＝1)。在室温和常温下极易挥发成白色烟雾。它的化学性质极活泼，能与碱、金属、氧化物以及硅酸盐等反应。氟化氢是现代氟化工的基础，是制取元素氟、各种氟致冷剂、含氟新材料、无机氟化盐、各种有机氟化物等的最基本原料。氟化氢与水可以在任何质量比例混合，成为氢氟酸(简称HF)。
[0003]冰晶石(Cryolite)是一种矿物，化学式为Na3AlF6，白色细小的结晶体。格陵兰西海岸是冰晶石的主要产地，此矿于1987年开采完毕。现在市场上都是人工合成冰晶石，在水中的溶解度比天然冰晶石大一点，主要用于电解铝工业作助熔剂、制造乳白色玻璃和搪瓷的遮光剂。
[0004]冰晶石也称为六氟铝酸钠或氟化铝钠，化学式Na3AlF6，分子量209.94，外形：玻璃光泽至油脂光泽，透明至半透明状晶体，细粉或结晶粉；无气味。比重为3，硬度2～3，熔点1009℃；微溶于水；易吸水受潮。用途主要用作铝电解的助熔剂；也用作研磨产品的耐磨添加剂，可以有效提高砂轮耐磨，切，削力，延长砂轮使用寿命和存储时间；铁合金及沸腾钢的熔剂，有色金属熔剂，铸造的脱氧剂，链烯烃聚合催化剂，以及用于玻璃抗反射涂层，搪瓷的乳化剂，玻璃的乳白剂，焊材的助熔剂陶瓷业的填充剂，农药的杀虫剂等行业企业。
[0005]Hall
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Heroult法是以冰晶石为熔融溶剂、以氧化铝为原料电解生产金属铝的方法；迄今为止还没有发现另一种化合物可以代替冰晶石。这是因为冰晶石除了能够溶解氧化铝以外，还具有其它一些不可缺少的性质，如：不含比铝更正电性的元素，稳定性好，在一般条件下不分解、不挥发，熔点高于铝，导电性好，节约电量等。可以说，如果没有冰晶石，全世界也许就没有如此大规模的铝工业，铝的价格也就没有这么低，铝的应用也不可能这么广泛。
[0006]冰晶石在铝工业中的用量最大，早期的电解槽，每吨铝要消耗冰晶石30～50kg，到本世纪初叶降低至20～25kg/吨铝；但由于电解铝产能巨大(2015年时，全球电解铝产量为5789万吨)，高峰时，在电解铝行业消耗冰晶石的总量达到115万吨/年。随着电解铝行业的技术进步，目前每吨电解铝只要消耗2～5kg的冰晶石；有些电解槽，还可以在生产铝锭的过程中，输出冰晶石熔液，冷却后成为电解质，重新用于电解槽中或作为副产冰晶石销售。2020年，全球电解铝产量为6526.7万吨，但消耗冰晶石产品却下降至大约25万吨。
[0007]冰晶石在其它领域的用量并不多，虽然有逐年增加的趋势，但合计消耗量仍然较少，不能弥补电解铝行业减少的消耗量；以中国为例，冰晶石在砂轮、搪瓷、玻璃、陶瓷、助熔剂、杀虫剂等方面，每年的消耗量仅为12万吨。
[0008]由于技术进步，各国均开发出众多的冰晶石生产工艺！以目前的技术，似乎只要是
有氟、铝、钠三种元素的物质，都可以合成冰晶石。
[0009]由于人造冰晶石合成工艺所具有的一些技术优势(例如：对原料要求低、容易合成、工艺简单、冰晶石在水中溶解度低等)，在含氟废酸和含氟废水处理过程中，把氟离子提取为冰晶石产品是一种很好的选择；充分体现了氟资源的再生利用。如果这些含氟废酸或含氟废水直接进行石灰中和，只能得到含氟化钙的污泥，成为固废；如果先提取冰晶石，再进行石灰中和，可获得冰晶石产品，氟利用率大于90％；并且氟化钙污泥量将大大减少。因此，在中国市场，几乎80％的冰晶石产品来源于含氟废物的再生利用。
[0010]随着氟化工产业的飞速发展，氟化产品越来越多地走进人们的生活，成为不可或缺的必需品；这直接导致含氟“三废”也越来越多。这些含氟“三废”中的很大一部分，转化成为冰晶石产品是最理想的选择。但冰晶石市场供大于求，压制了这些含氟“三废”有动力去转化为冰晶石产品。因此，为冰晶石产品寻求一条新的出路，是实现含氟“三废”资源综合利用的关键问题。如果能把冰晶石转化为氟化氢产品，相当于含氟“三废”通过冰晶石这个中间体实现了氟资源的有效再生利用。
[0011]目前，工业生产氟化氢的主要方法是萤石粉
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硫酸法：将干燥后的萤石(氟化钙)粉和硫酸按摩尔配比1：1.05～1.2混合，送入回转式反应炉内进行反应，炉内物料温度控制在180～450℃。反应后的气体进入洗涤塔，除去气体中的硫酸、水分和粉体，冷凝后得到粗氟化氢液体；粗氟化氢液体再经脱气塔、精馏塔，脱去杂质，成为氟化氢产品。氟化氢用水吸收，即得氢氟酸产品。
[0012]但冰晶石如何生产氟化氢，还从未有人涉及，也无参考资料可寻；而且，冰晶石由于来源不同，形态各异，组分差异也很大；采用“萤石粉
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硫酸法”类似的工艺，并不一定能实现工业化生产。
[0013]因此，有必要研发一种冰晶石制备氟化氢的方法和适合冰晶石粉体生产氟化氢的反应装置。

技术实现思路

[0014]本专利技术提出一种冰晶石制备氟化氢的方法，解决了现有技术中冰晶石以及含氟废水、含氟废酸、含氟固废生产的冰晶石的用途局限问题。另外，本专利技术中涉及的反应装置，解决了粉体与硫酸作为原料的工业化生产问题。
[0015]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0016]一种冰晶石制备氟化氢的方法，其中，包括：
[0017]将冰晶石粉体与浓度95％
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100％的硫酸溶液混合，经过加热反应，生成氟化氢气体和反应液；所述反应液经过冷却和固液分离得到硫酸铝硫酸钠固体混合物和硫酸分离液；所述硫酸分离液返回与冰晶石粉体混合循环使用。
[0018]在一些实施例中，所述冰晶石粉体与所述硫酸溶液混合时的摩尔比为1:3～30。当摩尔比为1:3～5时，反应过程的物料将形成固态或浓厚型浆料，传热效果差，物料输送只能以回转式窑或螺旋输送式反应器才能实现。当摩尔比为1:6～16时，反应过程的物料是稀浆料，传热效果较好，但物料中固含量太高，用泵输送仍然不够方便。当摩尔比为1:17～30时，反应过程的物料是稀浆料，传热效果较好，物料输送很方便。当摩尔比超过1:30时，物料输送和回用的成本都将增加，相当于增加了成本。
[0019]在一些实施例中，所述加热反应的温度为120～250℃。实验证明：温度太低，反应速率慢，反应不够完全。温度太高，虽然反应效果好，但热能消耗大，反应器设备制造难度大，反应过程操作难度也增加。
[0020]优选的，热介质是高温蒸汽、高温热空气、导热油等。
[0021]在一些实施例中，所述热介质为导热油，所述导热油的温度为130℃～260℃；或所述热介质为高温热水或蒸汽，所述高温热水或蒸汽的温度为130～260℃；或所述热介质为高温热空气，所述高温热空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冰晶石制备氟化氢的方法，其特征在于，包括：将冰晶石粉体与浓度95％
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100％的硫酸溶液混合，经过加热反应，生成氟化氢气体和反应液；所述反应液经过冷却和固液分离得到硫酸铝硫酸钠固体混合物和硫酸分离液；所述硫酸分离液返回与冰晶石粉体混合循环使用。2.根据权利要求1所述的一种冰晶石制备氟化氢的方法，其特征在于，所述冰晶石粉体与所述硫酸溶液混合时的摩尔比为1:3～30。3.根据权利要求2所述的一种冰晶石制备氟化氢的方法，其特征在于，所述冰晶石粉体与所述硫酸溶液混合时的摩尔比为1:17～30。4.根据权利要求1所述的一种冰晶石制备氟化氢的方法，其特征在于，所述加热反应的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：应悦，姜战，应盛荣，刘昌文，闻涛，
申请(专利权)人：浙江容跃环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：