一种高硅的酸级萤石粉生产干法氟化铝的工艺

摘要

本发明提供了一种高硅的酸级萤石粉生产干法氟化铝的工艺，该工艺的步骤为：将酸级萤石粉、硫酸混合在回转窑反应产生的气体经过沉降、除尘、除沫、除硅后引入流化床与氢氧化铝颗粒反应，制备成所述的干法氟化铝。本发明可大大降低生产合格干法氟化铝对酸级萤石粉原料中二氧化硅的要求，而且生产过程不需要发烟硫酸，可以大大降低干法氟化铝的生产成本。

说明书

技术领域

本发明属于干法氟化铝技术领域，更具体涉及一种高硅的酸级萤石粉生产干法氟化铝的工艺。

背景技术

氟化铝产品主要应用于电解炼铝行业，作为电解铝生产中的熔剂，用于降低电解质的熔点，提高电解质的导电率。干法氟化铝工艺是一种在悬浮或流态化状态下，以气态氟化氢与固态氢氧化铝直接反应生成氟化铝的工艺。干法生产的产品水含量低、容重高，使用时可避免“水解”反应和减少飞扬损失，降低氟化氢的排放，同时减少氟化铝的损失。

但目前从氟化氢回转炉的反应气体（不经过冷凝成AHF）直接净化后引入流化床的干法生产氟化铝技术的对于原料酸级萤石粉要求很高，一般都需要SiO2≤1.5%以内，才可以生产符合国标的SiO₂≤0.3%的干法氟化铝合格产品，在高质量酸级萤石粉越来越紧缺的今天，可利用高硅的酸级萤石粉为原料生产合格的干法氟化铝技术的意义就越来越重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高硅的酸级萤石粉生产干法氟化铝的工艺，该工艺降低了对原料萤石粉的硅含量要求，降低了生产成本、具有能耗小的优点。

本发明是通过如下技术方案实施的：

一种高硅的酸级萤石粉生产干法氟化铝的工艺的步骤为：

1）将高硅的酸级萤石粉、硫酸在回转窑混合后反应完全；

2）反应产生的气体经过沉降、降温除尘、除沫、除硅后引入流化床与氢氧化铝反应，制备成所述的干法氟化铝。

所述的干法氟化铝中的SiO₂含量≤0.3%。

所述高硅的酸级萤石粉的二氧化硅含量范围为：1.5%≤SiO₂≤2.5%；硫酸的浓度为：90%≤H₂SO₄≤98.3%。

所述气体经过沉降是在沉降室内进行，沉降室直径为回转窑直径的0.5~5倍，高度为回转窑直径的1~10倍，气体进沉降室时的温度为：130℃~190℃，气体经过沉降室后温度为90℃~130℃，沉降下来的污酸及粉尘再次与酸级萤石粉和硫酸在回转窑中混合，发生反应。

所述气体经过沉降，进行降温除尘前的气体温度为：90℃~130℃，经过降温除尘后的气体温度为80℃~120℃，除沫时的气体温度为80℃~120℃；降温除尘、除沫后产生的污酸及粉尘再次与酸级萤石粉和硫酸在回转窑中混合，发生反应。

所述除硅是在除硅器中进行，是除去气体中的四氟化硅，所述气体经过除硅后的温度为：60℃~100℃。

所述除硅器包括设置于上方的冷却脱硅容器，所述脱硅容器上设置有进气管路和排气管路，所述脱硅容器的下方设置有用于收集氟硅酸与氢氟酸的混合酸液体的收集容器。

所述冷却脱硅容器上设置有冷却套层或冷却管，所述冷却套或冷却管内通有冷却液；所述冷却脱硅容器内设置有至少一层的格网或者挡板。

所述冷却脱硅容器外侧设置有散热片；所述收集容器一旁侧还设置有排液管道，所述排液管道上还设置有排液控制阀。

所述冷却脱硅容器进气口旁侧还设置有朝向冷却脱硅容器的电动吹风装置。

本发明除硅的原理为：将气体中的四氟化硅、氟化氢与水蒸气在此设备中形成高含氟硅酸的氢氟酸液体的形式进行反应气体的脱硅。

本发明的优点在于：

1、本发明所提供的工艺路线可采用高硅的酸级萤石粉（1.5%≤SiO₂≤2.5%），反应产生的主要为HF的反应气体，不经过冷凝成AHF，只需要经过多步骤净化除尘、降温、除硅后，可直接引入到流化床与氢氧化铝反应获得国标要求SiO₂≤0.3%的干法氟化铝合格产品，大大拓展了以往干法氟化铝工艺对于原料萤石的二氧化硅的要求，并可以大大降低原料萤石粉的成本。

2、本发明反应物料中的硫酸要求为90%≤H₂SO₄≤98.3%，生产过程不需要发烟硫酸，可降低生产成本。

3、本发明中，反应气体经过净化后，进入流化床的气体中夹带的硫酸酸雾极低，降低了对流化床的腐蚀，延长了流化床的寿命，获得的干法氟化铝产品中硫酸根小于0.1%。

4、本发明中，采用自然沉降、自然降温的多步骤净化除尘、降温，采用除硅器以高含氟硅酸的氢氟酸的形式除去气体中的四氟化硅，设备简单，高效，易于控制维护。

5、本发明所述的工艺具有综合效益好，控制简便，生产成本低、生产能耗小等优点。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明除硅器实施例4的结构示意图；

图3为本发明除硅器实施例5的结构示意图；

图4为本发明除硅器实施例6的结构示意图；

图中：1为脱硅容器，2为进气管路，3为排气管路，4为收集容器，5为排液管道，6为排液控制阀，7为格网，8为冷却套层，9为散热片，10为电动吹风装置，11为输入管路，12为输出管路，13为支撑架体。

具体实施方式

一种高硅的酸级萤石粉生产干法氟化铝的工艺的步骤为：

将高硅的酸级萤石粉、硫酸混合后反应完全，反应产生的气体经过沉降、降温除尘、除沫、除硅后引入流化床与氢氧化铝反应，制备成所述的干法氟化铝。

所述的干法氟化铝中的SiO₂含量≤0.3%。

所述高硅的酸级萤石粉的二氧化硅含量范围为：1.5%≤SiO₂≤2.5%；硫酸的浓度为：90%≤H₂SO₄≤98.3%。

所述气体经过沉降是在沉降室内进行，沉降室直径为回转窑直径的0.5~5倍，高度为回转窑直径的1~10倍，气体进沉降室时的温度为：130℃~190℃，气体经过沉降室后温度为90℃~130℃，沉降下来的污酸及粉尘再次与酸级萤石粉和硫酸混合，发生反应。

所述气体经过沉降，进行降温除尘前的气体温度为：90℃~130℃，经过降温除尘后的气体温度为80℃~120℃，除沫时的气体温度为80℃~120℃；降温除尘、除沫后产生的污酸及粉尘再次与酸级萤石粉和硫酸混合，发生反应。

所述除硅是在除硅器中进行，是除去气体中的四氟化硅，所述气体经过除硅后的温度为：60℃~100℃，除去的四氟化硅以高含氟硅酸的氢氟酸形式从除硅器中收集排出。

所述气体经过降温除尘器，除沫器进行除尘，除沫，所述降温除尘器为内空腔或者有挡拌的立式设备，或者为按照旋风除尘原理设计的装置，所述降温除尘器可间歇喷淋硫酸进行清洗积尘，沉降下来的污酸及粉尘再次与酸级萤石粉和硫酸混合后进入反应炉中反应。

所述除沫器为内有填料或者丝网过滤装置的装置，气体经过后能够进行一定的汽液分离，在除沫器中的温度为80℃~120℃；除尘、除沫后产生的污酸及粉尘与酸级萤石粉和硫酸在混合后反应。

所述除硅器的除硅原理是将气体中四氟化硅、氟化氢与水蒸气在此设备中形成高含氟硅酸的氢氟酸液体的形式进行反应气体的脱硅，

实施例1：原料高硅酸级萤石粉（CaF2，95%，SiO2，2.0%），硫酸（98%）以及沉降室、降温除尘器、除沫器的污酸以及粉尘在混料机混合后进入回转窑反应酸级萤石粉与硫酸的质量比为(2.2-2.5)：(2.6-3.0)，反应温度为250℃-300℃，反应时间1-3h，反应产生的气体进入沉降室，沉降室的直径为回转窑直径的1.0倍，高度为回转窑直径的10倍，沉降室中气体的温度为：190℃，出沉降室的气体温度为130℃，进入降温除尘器，出降温除尘器气体温度为120℃，进入除沫器，出除沫器气体温度为120℃，进入除硅器，在除硅器底部获得含氟硅酸大于10%的氢氟酸，出除硅器的气体温度为100℃，气体引入到流化床中与氢氧化铝反应获得干法氟化铝产品的SiO₂为0.23%。

实施例2：原料高硅酸级萤石粉（CaF2，93%，SiO2，1.5%），硫酸（98%）以及沉降室、降温除尘器、除沫器的污酸以及粉尘，在混料机混合后进入回转窑中反应，反应产生的气体进入沉降室，沉降室的直径为回转窑直径的0.5倍，高度为回转窑直径的3.0倍，沉降室中气体的温度为：130℃，出沉降室的气体温度为90℃，进入降温除尘器，出降温除尘器气体温度为80℃，气体进入除沫器，出除沫器气体温度为80℃，进入除硅器，在除硅器底部获得含氟硅酸大于10%的氢氟酸，出除硅器的气体温度为80℃，气体引入到流化床中与氢氧化铝反应获得干法氟化铝产品的SiO₂为0.20%。

实施例3：原料高硅酸级萤石粉（CaF2，92%，SiO2，5.0%），硫酸（98%）以及沉降室、降温除尘器、除沫器的污酸以及粉尘在混料机混合后进入回转窑中反应，反应产生的气体进入沉降室，沉降室的直径为回转窑直径的0.8倍，高度为回转窑直径的3.5倍，沉降室中气体的温度为：170℃，出沉降室的气体温度为120℃，进入降温除尘器，出降温除尘器气体温度为100℃，气体进入除沫器，出除沫器气体温度为100℃，进入除硅器，在除硅器底部获得含氟硅酸大于10%的氢氟酸，出除硅器的气体温度为90℃，气体引入到流化床中与氢氧化铝反应获得干法氟化铝产品的SiO₂为0.28%。

实施例4

参考图2，一种干法生产氟化铝的氟化氢气体脱硅器，包括设置于上方的冷却脱硅容器1，所述脱硅容器利用脱硅容器外壁进行散热，其特征在于：所述脱硅容器1的两侧分别设置有进气管路2和排气管路3，所述脱硅容器1的下方设置有用于收集氟硅酸与氢氟酸的混合酸液体的收集容器4。

上述收集容器4一旁侧还设置有排液管道5，所述排液管道5上还设置有排液控制阀6，所述上氟化氢气体脱硅器采用能耐130℃氢氟酸与氟硅酸的混合酸的材料制备。

实施例5

参考图3，一种干法生产氟化铝的氟化氢气体脱硅器，包括设置于上方的冷却脱硅容器1，其特征在于：所述脱硅容器1的两侧分别设置有进气管路2和排气管路3，所述脱硅容器1的下方设置有用于收集氟硅酸与氢氟酸的混合酸液体的收集容器4。

为了提高脱硅效果，所述冷却脱硅容器1内设置有至少一层的格网7或者挡板。所述冷却脱硅容器1外设置有冷却套层8或冷却管，所述冷却套层8或冷却管内通有冷却液，所述冷却套层8上设置有冷却液输入管路11和输出管路12，常用的冷却液为水。

上述收集容器4一旁侧还设置有排液管道5，所述排液管道5上还设置有排液控制阀6，所述上氟化氢气体脱硅器采用能耐130℃氢氟酸与氟硅酸的混合酸的材料制备。

实施例6

参考图4，一种干法生产氟化铝的氟化氢气体脱硅器，包括设置于上方的冷却脱硅容器1，其特征在于：所述脱硅容器1的两侧分别设置有进气管路2和排气管路3，所述脱硅容器1的下方设置有用于收集氟硅酸与氢氟酸的混合酸液体的收集容器4。

为了提高脱硅效果，所述冷却脱硅容器1内设置有至少一层的格网7。所述冷却脱硅容器1外侧设置有散热片9，所述冷却脱硅容器1进气口旁侧还设置有朝向冷却脱硅容器1的电动吹风装置10，常用的是电风扇。

上述收集容器4一旁侧还设置有排液管道5，所述排液管道5上还设置有排液控制阀6，所述上氟化氢气体脱硅器采用能耐130℃氢氟酸与氟硅酸的混合酸的材料制备。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。