干法氟化铝生产简介

2009届毕业设计(论文)课题名称：干法氟化铝生产简介系、部：材料与化学工程系学生姓名：林兰指导教师：李昶红职称：副教授专业：应用化工技术班级：应化0601班学号：7020601092009年5月湖南工学院09届学生毕业论文（大专）-1-摘要氟化铝(AlF3)是铝电解生产过程中的一种主要辅助材料（主要用作于铝电解的助熔剂，用于调整电解槽电解质的分子比水平），其含水量对电解铝生产和净化过程影响很大。中国是二十世纪九十年代引进瑞士Buss干法工艺，并建成了无水氟化铝生产线。无水氟化铝具有主含量高、水分低、堆积比重大的特点，特别适用于电解槽启动后降低电解质分子比。与湿法产品相比，无水氟化铝在使用中有以下优点：a、主含量在90%以上，高出湿法产品近5个百分点，杂质含量低，节约了氟化铝用量，降低了生产成本，有利于提高原铝质量。b、水分含量低，小于1.0%，远远低于湿法产品水分7.0%的水平，在电解过程中使用无水氟化铝产品，AlF3几乎不发生水解反应，其可利用的有效成份远远高于湿法产品。更为主要的是避免了使用湿法产品因氟化铝的水解造成的操作环境恶劣的状况，有利于环境保护。总之，干法工艺流程短，工艺紧凑；原料消耗低；环境污染少，产品质量好等。本文主要介绍氟化氢—无水工艺法制备干法氟化铝工艺及控制方案。干法氟化铝按工艺流程分为氟化氢制备（包括酸给料、萤石给料、氟化氢反应炉）及氟化铝制备包括流化床、尾气处理、成品处理。流程如下：1.萤石(CaF2)粉料与浓硫酸(98%)及发烟硫酸(104.5%)的混合物在反应炉里反应生成HF气体与石膏(CaSO4)。2.HF气体经净化后在流化床内与干燥的Al(OH)3反应生成AlF3,AlF3经冷却后送至成品库，尾气经中央吸收处理后放空。关键词：干法工艺;萤石；氟化铝;反应炉；氟化铝反应器；中央吸收林兰：干法氟化铝工艺简介-2-AbstractThealuminumfluoride(AlF3)isinthealuminumelectrolysisproductionprocessonemainaccessorymaterial(mainlyservesasinaluminumelectrolysisflux,usesinadjustingelectrictankelectrolytemolecularproportionlevel),itswatercontentisverybigtotheelectrolyticaluminiumproductionandthepurificationprocessinfluence.theChinawasthe1990sintroducestheSwissBussdryprocesscraft,andhascompletedtheanhydrousaluminumfluorideproductionline.Theanhydrousaluminumfluoridehasthemaincontenttobehigh,themoisturecontentislow,thestackproportionmajorcharacteristic,issuitablespeciallystartsaftertheelectrictankreducestheelectrolytemolecularproportion.Compareswiththeaqueousmethodproduct,theanhydrousaluminumfluoridehasthefollowingmeritintheuse:a,thehostcontentabove90%,washigherthantheaqueousmethodproductnearly5percentagepoints,theforeigninclusionislow,savedthealuminumfluorideamountused,reducedtheproductioncost,wasadvantageousinraisestheplateaualuminumquality.b,themoisturecontentislow,issmallerthan1.0%,islowerthantheaqueousmethodproductmoisturecontent7.0%levelsbyfar,usestheanhydrousaluminumfluorideproductintheelectrolysisprocess,AlF3doesnothavethehydroliticreactionnearly,itsmaytheuseactiveprinciplebehigherthantheaqueousmethodproductbyfar.Whatismoremainhasavoidedtheoperatingenvironmentbadconditionwhichbecausetheuseaqueousmethodproductthealuminumfluoridehydrolisiscreated,wasadvantageousintheenvironmentalprotection.Inbrief,thedryprocesstechnicalprocessisshort,thecraftiscompact;Theconsumptionofmaterialislow;Theenvironmentalpollutionarefew,productqualitygoodandsoon.Thisarticlemainintroductionhydrogenfluoride-anhydrouscraftlawpreparationdryprocess湖南工学院09届学生毕业论文（大专）-3-aluminumfluoridecraftandcontrolplan.Thedryprocessaluminumfluoridedividesintothehydrogenfluoridepreparationaccordingtothetechnicalprocess(includingacidtomaterial,fluorspartogivematerial,hydrogenfluoridereactor)andthealuminumfluoridepreparationincludingthefluidbed,exhaustprocessing,endproductprocessing.Theflowisasfollows:1.thefluorspar(CaF2)powderlotandthestrongsulfuricacid(98%)andthefumingsulfuricacid(104.5%)mixtureinthereactorrespondedthatproducestheHFgasandthegypsum(CaSO4).2.HFgasafterpurificationinthefluidbedproducesAlF3withthedryAl(OH)3response,AlF3aftercoolingsongzhithestock,theexhaustaftercentralabsorptionprocessingblowsoff.keyword:Dryprocesscraft;Fluorspar;Aluminumfluoride;Reactor;Fluidbed;Thecentralcommitteeabsorbs林兰：干法氟化铝工艺简介-4-目录1前言……………………………………………………………...61.1干法氟化铝用途及性质………………………………........61.2干法制氟化铝工艺流程简述………………………………61.3国内外氟化铝工业现状………………………………........72主要原料的给料…………………………………………….......92.1萤石的给料…………………………………………………92.2H2SO4的给料……………………………………................102.3Al(OH)3的给料…………………………………........……..113萤石、硫酸制HF……………………………………………….133.1反应设备………………..…………………………………133.2反应机理…………………………………………………..133.3反应流程说明……………………………………………..143.4萤石-硫酸制HF工艺流程简图及技术指标.…………….153.5萤石、硫酸质量标准………………………………………174AlF3生产.…………………………………………………..........194.1Al(OH)3与HF反应制AlF3………………………………...194.2反应设备…………………………………………………..204.3AlF3生产的反应机理………………………………………204.4Al(OH)3与HF反应的工艺流程简图……………………...215HF的净化.……………………………………………................245.1HF净化设备………………………………………………..245.2HF净化说明………………………………………………..245.3HF净化过程………………………………………………..245.4HF净化的工艺流程简图………………..............................246AlF3生产的负压过程…………………………………………...25湖南工学院09届学生毕业论文（大专）-5-6.1负压过程…………………………………………………..256.2负压过程工艺简图………………………………………..257AlF3中央吸收——尾气的净化处理……………………...........267.1尾气的净化过程…………………………………………..267.2尾气的净化工艺流程简图………………………………..268萤石、98酸、烟酸的配比计算…………………278.1萤石中各成分消耗的100%硫酸量….…………………...278.2配料的原则……………………………………...…….......288.3发烟硫酸和浓硫酸的密度与温度的关系………………..309结论及展望……………………………………………….........31参考文献…………………………………………………….........31致谢信……………………………………………………….........31林兰：干法氟化铝工艺简介-6-1前言氟化铝是生产规模最大的无机氟化物产品，是电解铝工业的重要原材料。氟化铝采用湿法和干法两种工艺生产。目前我国正在加速发展先进的干法工艺，以取代传统的湿法工艺[1]。我国干法氟化铝生产线开始主要是引进瑞士布斯公司的工艺，其采用双层流化床技术，用HF气体直接与氢氧化铝反应而制得干法氟化铝，较湿法而言，干法采用了以下先进技术：预反应技术、AlF3反应器技术预热技术、外热式反应炉技术等[2]。改革开放以来，我国铝工业得到了高速发展，技术不断进步，出口贸易持续增长。电解铝行业的超常发展，带动了我国氟化铝工业生产工艺、技术装备、自动控制、检测、环保、资源综合利用、产品实物质量和管理水平等各方面的大幅度发展和提高，现在我国已成为世界最主要的氟化铝生产国和出口国[3]。1.1干法氟化铝的性质和用途干法氟化铝为白色沙状粉末，系针状结晶，25℃时的相对密度2.882，微溶于水、酸及碱溶液，不溶于大部分有机溶剂，在氢氟酸溶液中有较大的溶解度。比重为2.883～3.13g/cm3，溶重为1.3～1.6g/cm3，休止角约为30°，流动系法小于60s/kg，升华温度为1272℃，熔点为1260℃，难容于水，干法氟化铝化学性能非常稳定，与液氨甚至与浓硫酸加热至发烟仍不起反应，与氢氧化钾共熔无变化，也不被氢气还原，加热