Головна

Фізико-хімічні характеристики основних стадій процесу. | Опис апаратурною схеми двухстадийной сушки. | Барабанний вакуум-фільтр | Барабанна сушильна піч | Очищення газів, що відходять | Розрахунки матеріального балансу виробництва. | введення 2 |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати

Методи отримання трифторида алюмінію.

  1. I. Лабораторні методи дослідження
  2. II. Наука як процес пізнання. Форми і методи наукового пізнання. Структура естественнoнаучного пізнання
  3. II. Спеціальні (активні) методи лікування.
  4. IV. Форми і методи контролю. критерії оцінок
  5. А. Когнітивні методи (методи навчального пізнання).
  6. адміністративні методи

Все різноманіття способів отримання трифторида алюмінію насамперед можна поділити на дві основні групи, що розрізняються по виду фторвмісними сировини. Основними джерелами фтору є плавиковий шпат, в якому фтор знаходиться в вигляді СаF2 і фторапатит, з якого фтор витягується у вигляді SiF4, що входить до складу газів, що відходять при сернокислотном розкладанні фторапатита.

Способи, засновані на переробці флюориту, розрізняються фазовим станом фтороводорода. «Сухі» методи передбачають використання газоподібного НF, в свою чергу, «мокрі» гідрохімічні методи базуються на фтороводородной кислоті і розрізняються ступенем чистоти останньої.

Способи, засновані на переробці тетрафторида кремнію, розрізняються методом вилучення фтору і можуть бути представлені трьома групами:

- Високотемпературна обробка водяною парою з отриманням НF;

- Абсорбція SiF4 водою з отриманням Н2SiF6;

- Абсорбція SiF4 аміаком з отриманням NH4 F.

«Сухий» метод полягає в безпосередній взаємодії газоподібного НF з порошкоподібною А12О3. «Сухий» метод більш зручний для великомасштабного виробництва і поступово набуває все більшого значення.

«Сухий» метод дозволяє отримувати від 4,0 до 5,0 т / год продукту при роботі по безперервній схемі. За цим методом зневоднюють А1 (ОН) 3 і проводять реакцію утворюється А12O3 з НF при одночасній отгонке води при температурі від 400 до 600 ° С по реакціях:

2А1 (ОН) з = А12Oз + 3Н2 O (2.1)

6НF + А120з = 2А1F3 + 3Н20 (2.2)

Перевагами сухого адсорбционного методу є:

- Усунення водообігового господарства;

- Виключення втрат за рахунок каплеуноса;

- Зменшення корозії апаратури.

При «сухому» методі забезпечується уловлювання та повернення у виробництво від 98 до 99% мас. фторидів.

Більш широке практичне застосування має "мокрий" метод, коли реакція проводиться у водному розчині:

3НF + Аl (ОН) 3 = 3А1FЗ + 3Н2O (2.3)

При здійсненні «мокрого» способу до 15% мас. водного розчину НF додають Аl (ОН) 3 він поступово розчиняється, утворюючи кристали А1F3 * 3Н20, які відокремлюють і сушать при температурі 600 ° С.

Друга група методів передбачає використання фтору, що міститься в фосфатних рудах в концентрації від 3 до 5% мас. Від 20 до 30% мас. цього фтору йде з газами, що відходять в процесі отримання фосфорної кислоти сернокислотним розкладанням фторапатита. Кількість фтору, що переходить в газову фазу, залежить від температурного режиму і в промислово впроваджених способах максимально в полугідратном процесі отримання екстракційної фосфорної кислоти. Відходять гази в даному процесі містять фтор у вигляді тетрафторида кремнію - SlF4. Існує метод отримання НF з цих газів реакцією з водяною парою при температурі близько 800 ° С з подальшим взаємодією НF з А1 (ОН) 3 по реакціях:

SiF3 + 2Н2 O = 4НF + SiO2 (2.4)

3НF + Аl (ОН) 3 = А1F3 * 3Н2O. (2.5)

За іншим методом гази абсорбують водою з перекладом SiF4 в кремнефтористоводнева кислоту.

В одному із способів H2SiF6 при взаємодії з А1 (ОН) 3 дає трифторид алюмінію. Це можна описати рівняннями:

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

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

Більш раціональним є кислотний спосіб, розроблений УНІХІМом, за яким спочатку отримують з Н2SiF6 трифторид алюмінію, а потім кріоліт.

Для цього в отриманій із фтористих газів кремнефтористоводородной кислоті, що містить від 12 до 13% мас. H2SiF6 і кремнегеля, нагрітої до 85 "З, розчиняють протягом 15-ти хвилин при перемішуванні гідрат окису алюмінію по реакції:

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

Ця взаємодія йде в дві стадії:

3H2SiF6 + 2Al (OH)3 = Al2(SiF)6+ H2O (2.8.1)

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

Утворений HF не виділяється, а нейтралізується гідроксидом алюмінію:

12НF + 4А1 (ОН) з = 4А1Fз + 12H2O (2.9)

Освіта в якості проміжного продукту кремнефторіда алюмінію завершується при температурі від 50 до 90 "С протягом 1-3 хвилин, розкладання ж його в розчині і освіту А1F3 йде в десятки разів повільніше. Завдяки здатності А1F3 утворювати стійкі пересичені розчини, з них можливо виділити SiO2 , і випустити його у вигляді побічного продукту - активного наповнювача. Для отримання досить добре фільтрується осаду кремнегеля вільна кислотність пульпи після завершення реакції повинна бути близько 5 г / л H2SiF6. Активність кремнегеля зростає зі збільшенням швидкості введення гідроксиду алюмінію і інтенсивності перемішування. При переробці кислоти з концентрацією до 8% мас. H2SiF6 може бути отриманий аморфний кремнезем з малим вмістом кристалічної фази з дуже розвиненою питомою поверхнею, близько 50  / Г. Отримання такого кремнезему з кислоти більшої концентрації важко. Зміст в кремнезему до 0,3% мас. фтору і до 15% мас. Al (OH) 3 суттєво не впливає на активні властивості кремнегеля.

Розчин, який отримують після відділення фільтрацією кремнегеля, містить до 14% мас. AlF3 і залишається пересиченим. При низькій температурі він не кристалізується протягом тривалого часу. Для кристалізації А1F3 · 3Н2O в розчин вводять затравки і перемішують при  протягом чотирьох годин. Перші кристали виділяється фториду є твердий розчин А1F3 · 3Н2O і А1F3 * 3,5Н2О, лише потім утворюється стійкий тригідрат. Його кристалізація прискорюється із збільшенням концентрації вихідного розчину. Нагріваючи тригідрат фториду алюмінію до  , Отримують безводний фтористий алюміній. При температурі вище  починається помітний гідроліз А1F3 з втратою HF.

Відомо, що собівартість фториду алюмінію на підприємствах з виробництва мінеральних добрив приблизно в 1,2 (а кріоліту в 1,7) рази нижче, ніж при виробництві цих солей з плавиковогошпату. Окупність капітальних вкладень нижче в 2-3 рази. Витрати на сировину у виробництві фториду алюмінію становлять близько 40% мас., Паливо і енерговитрати - 10% мас., Витрати на утримання та експлуатацію обладнання - близько 25% мас .. На виробництво 1 тонни фториду алюмінію і кріоліту витрачається відповідно від 0,75 до 0,85 т і від 0,6 до 0,7 т кремнефтористоводородной кислоти в перерахунку на 100% мас. F.

Основними напрямками щодо вдосконалення методів переробки кремнефтористоводородной кислоти на фтористі з'єднання є:

- Створення безперервного процесу виробництва фториду алюмінію в поєднанні з кондуктивним методом сушки продукту, що дозволить знизити енерговитрати і підвищити його якість;

- Розробка і впровадження методів гранулювання фториду алюмінію;

- Скорочення втрат фтору з матковими розчинами виробництва фтористих солей шляхом впровадження замкнутих схем водооборота;

- Вирішення проблем утилізації кремнегеля, що утворюється при виробництві фториду алюмінію.

На жаль, до теперішнього часу переробка фосфатного сировини з отриманням мінеральних добрив супроводжується порівняно низьким рівнем використання фтору. Ця обставина не є наслідком відсутності методів його вилучення, а обумовлено нераціональним підходом до даної проблеми, що не враховує, що зменшення безповоротних втрат фтору з мінеральними добривами може в набагато більшому ступені сприяти збереженню власних ресурсів плавиковогошпату і зменшення обсягів флюоритового концентрату, що закуповується за кордоном. Крім того, немає впевненості в тому, що фтор, що входить до складу мінеральних добрив, не робить негативного впливу на людину і навколишнє середовище.

Цікавим є уловлювання фтору з газів, що відходять з отриманням фтористого амонію, легко переробляється в інші фтористі з'єднання. Причому, одержувані аміачним методом фтористі солі містять меншу кількість домішок. Крім того, цей метод дозволяє уникнути застосування соди, використання якої неминуче призводить до забруднення маткових розчинів і стічних вод сполуками натрію і значно ускладнює їх знешкодження з метою виведення частини стічних вод з водообігового циклу. З іншого боку, в цьому методі не буде виходу фтору у вигляді менш цінного кремнефтористого натрію, що є побічним продуктом при отриманні фтористих солей сернокислотним розкладанням плавиковогошпату. Аміачний метод дозволяє з успіхом переробляти на тільки гази, а й низькосортний незбагачений шпат, що містить від 40 до 50% мас. CaF2, з попереднім отриманням з нього кремнефтористоводородной кислоти. Підвищений вміст кремнезему в шпате сприятливо, оскільки дає можливість збільшити вихід побічного продукту - білої сажі.

При нейтралізації аміаком або аміачною водою кремнефтористоводородной кислоти, отриманої з відведених фтористих газів, а також неочищеної плавикової кислоти з плавиковогошпату, йдуть такі реакції:

НF + NHз = NH4F (2.10)

Н2SiF6 + 2NH3 = (NH4) 2 SiF6 (2.11)

(NH4) 2 SiF6 + 4NH3 + (n + 2) H2O = 6NH4F + SiO2 · nH2O (2.12)

При уловлюванні фтористих газів аміачною водою протікає реакція:

SiF4 + 4NH4OH + H2O = 4NH4 F + SiO2 * nН2O (2.13)

При абсорбції SiF4 6-10% мас. розчинами NH4OH утворюється кремнієва кислота, яка добре відстоюється і порівняно легко відділяється від рідини. Більш слабиеілі міцніші розчини аміаку дають або пластівчастий труднофільтрующій, або студневідний осад.

Осад аморфної кремнієвої кіслотипосле промивання, сушки та розпушення випускається у вигляді побічного продукту - білої сажі. Чисті розчини фториду амонію переробляються на різні фтористі солі.

Трифторид алюмінію може бути отриманий нагріванням розчину фториду амонію з гідроксидом алюмінію протягом 6-8 годин. При цьому осідає легко фільтруючий амонійний кріоліт (NH4) 3AlF6 або 3NH4F * AlF3

За рахунок дисоціації NH4F і видалення NH3 в розчині утворюється бифторид амонію і протікає реакція:

3NH4F-HF2 + Al (OH) 3 = (NH4) 3AlF6 + 3H2O (2.14)

Осад відфільтровують і прожарюють при температурі  , При цьому відбувається розкладання комплексної солі з утворенням А1F3. Виділяються гази (NH3 + НF) можуть бути схоплені і повернуті в виробництво.

Можна отримувати фторид алюмінію при нагріванні окису алюмінію з Біфторид амонію вище 130 ° С по реакції:

А12O3 + 3NH4HF2 = 2А1F3 + 3NHз + 3H2O (2.15)

яка йде в дві стадії:

А12O3 + 6NH4HF2 = 2А1F3 + 6NH4F + 3H2O (2.15.1)

причому в газову фазу виділяється водяна пара і невелика кількість NH3.

При подальшому нагріванні окис алюмінію реагує з фторидом амонію:

А12O3+6NH4F = 2А1F3 + 3NHз + 3H2O (2.15.2)

В якості побічних проміжних продуктів утворюється амонійний кріоліт (NH4) 3AlF6 і комплексна сіль NH4AlF4 які при температурі понад 440 ° С повністю розкладаються. При цьому в газову фазу видаляється деяка кількість NH4F



Характеристика хімічного продукту. | Основний метод отримання.