[發明專利]一種四氟鋁鈉合成冰晶石的方法

在審

• 申請號: 201711181891.5
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107697938A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 劉澤君
• 申請（專利權）人: 達州勵志環保科技有限公司
• 主分類號: C01F7/54
• 分類號: C01F7/54
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種四氟鋁鈉合成冰晶石的方法。屬于無機氟化工領域。

背景技術

冰晶石主要用于電解鋁行業。改革開放以來，我國的電解鋁工業得到了長足發展，特別是2002年以后，電解鋁行業出現了突飛猛進的趨勢，電解鋁生產企業增加到近150家。至2009年，我國電解鋁產能已達到1950萬噸，實際年產量也達到1300萬噸。每生產一噸電解鋁大約需要耗用10-12kg的冰晶石。因此，電解鋁行業對冰晶石的年需求量約為13萬噸。在我國的各電解鋁廠，目前普遍采用分子比為1.8-2.2的低分子比冰晶石，而在國外則普遍使用分子比2.7以上的高分子比冰晶石。

近幾年以來，隨著技術和設備的進步，國內外的電解鋁用氟化鹽逐漸以氟化鋁取代冰晶石。冰晶石只是用于啟動電解槽，氟化鋁用于維持電解槽正常運行。冰晶石的需求量逐漸下降，但到目前為止，各電解鋁企業仍然離不開冰晶石，特別是高分子比冰晶石。高分子比冰晶石具有更好的物理性能，可以減少氟化鹽的揮發與水解損失，可以減少冰晶石的消耗量，有利于電解鋁啟槽時槽幫均勻吸鈉、節約純堿，避免啟槽初期偏析，在啟槽后期能有效增加啟動槽的穩定性，延長電解槽的壽命，有利于降低產品總水含量和灼損以及干燥脫水能耗，有利于提高產品質量和降低成本。

目前，冰晶石基本上都是采用濕法工藝生產且分子比低，比如氟硅酸法、氟硅酸鈉法，只有螢石法有干法工藝。螢石法合成冰晶石在原料方面存在著較大缺陷。首先，螢石是原子能工業、化學工業及冶金工業的重要基礎資源，僅集中在為數不多的幾個國家，目前世界上探明的儲量為6500萬噸，并以每年400萬噸的速度消耗，資源極其有限。現在螢石已被列為重要的戰略物資加以保護；其次，中間原料氟化氫或氫氟酸具有較強的腐蝕性及毒性，給生產設備材質的選擇提出了很高的要求。

濕法生產冰晶石，其特點是原料價格貴，設備技術要求高，從而生產成本高并且產生含氟煙氣、含氟廢水及含氟廢渣污染環境，環保壓力大。因此，尋找新的冰晶石生產方法是十分必要的。

采用硅烷法生產多晶硅，每生產1噸多晶硅至少副產4.5噸雜質較高的四氟鋁鈉(單冰晶石)，雜質主要有20％左右的亞冰晶石、2％左右的二氧化硅、1.5％左右的金屬鋁及5％左右的有機色素。目前一般采用堆放或掩埋的方法處理，造成環境污染，資源浪費，至今尚未有更合適的處理方法。

專利CN102107900涉及一種多晶硅生產中的化工副產物單冰晶石的綜合利用方法。其工藝流程是先加氫氧化鈉溶液，反應生成氫氣和鋁酸鈉料漿。鋁酸鈉料漿再與氫氟酸反應制得鋁用冰晶石。氫氣為易燃爆炸性氣體，安全隱患大，原料氫氧化鈉和氫氟酸價格貴、腐蝕性大，設備材質要求高。反應過程中還產生大量含氟廢液，處理成本高。得到的濕法冰晶石需要煅燒以改善物理性能才能達到電解鋁行業指標要求。

專利CN102219249以浮選后的電解鋁含氟廢渣、生產多晶硅材料副產的單冰晶石混合后與酸法制冰晶石副產的含氟鹽酸在20-90℃條件下反應1-6小時，獲得冰晶石產品。其缺點是反應時間長，設備材質要求高，反應過程中還產生大量含氟廢液，處理成本高。得到的濕法冰晶石需要煅燒以改善物理性能才能達到電解鋁行業指標要求。

專利CN102718244公開了一種冰晶石的制備方法，包括3個步驟：①利用碳酸鈉與硅烷法制備多晶硅工藝中產生的副產物氟硅酸反應制備氟化鈉；②利用上述氟化鈉與硅烷法制備多晶硅工藝中產生的副產物四氟鋁鈉反應制備六氟鋁鈉；③將上述六氟鋁鈉烘干煅燒得到冰晶石。其缺點是第一步得到氟化鈉同時還會產生二氧化硅，二者很難徹底分離，氟化鈉中二氧化硅含量較高、質量指標很難達到要求，自然第二步合成的冰晶石質量指標也很難達到要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供了一種高溫固相反應合成冰晶石的方法。

一種四氟鋁鈉合成冰晶石的方法，其特征在于包括以下步驟：

a.將將一定量的四氟鋁鈉和氟化鈉研磨均勻，得到灰色固體混合物；將灰色固體混合物放入馬弗爐中在高溫下煅燒反應，控制反應溫度、時間，得到冰晶石產物；

b.將步驟a得到的冰晶石產物，降溫至300℃并恒溫30min，冷卻至室溫后加入氫氟酸脫硅，得到冰晶石產品。

所述的步驟a中的四氟鋁鈉為硅烷法生產多晶硅的副產物，氟化鈉為工業級產品，四氟鋁鈉與氟化鈉的重量比為1:0.3-0.7。

所述的步驟a控制反應溫度為500-900℃、反應時間為1-3小時。