Для чего нужен фтористый алюминий

АЛЮМИНИЯ ФТОРИД

АЛЮМИНИЯ ФТОРИД A1F3, бесцв. кристаллы. При обычных условиях устойчивамодификация с тригон. решеткой (а = 0,5039 нм,58,50°, z = 2, пространств. группа R32); плотн. 1,882 г/см 3 . Известна также устойчивая до 710-720°Смодификация с тетрагон. решеткой (а = = 0,354 нм, с = 0,600нм). Т. возг. 1270°С; С°р 75,10 ДжДмоль*К);H 0 возг 272 кДж/моль,обр -1510 кДж/моль; S 0 298 66,48 ДжДмоль*К); ур-ния температурной зависимости давления пара: Igp(Пa) = 16,565 — 16967/Т (980Т1123 К), lg р (Па) = 14,719- 14974/Т (1027Т1184 К).

Алюминия фторид плохо раств. в воде (0,41% по массе при 25°С), лучше — в р-рах HF, не раств. в орг. р-рителях. Образует кристаллогидраты с 1, 3 и 9 молекулами воды. При нагр. гидролизуется парами воды, медленно взаимод. с конц. H2SO4, разлагается р-рами и расплавами щелочей.

Получают алюминия фторид: взаимод. А12О3 или А1(ОН)3 с р-ром HF с послед. выделением, сушкой и прокаливанием при 500-600°С образовавшегося A1F3-3H2O; действием на А12О3 газообразного HF при 450-600 °С; по р-ции 2А1(ОН)3 + H2SiF6 2A1F3*ЗН2О + SiO2*nН2О с послед. выделением, сушкой и прокаливанием гидрата; взаимодействие А1(ОН)3 с р-ром NH4F или безводным NH4HF2 с последующим разложением образовавшегося (NH4)3 [A1F6] при 450-550°С

Алюминия фторид — компонент электролита (5-7%) в произ-ве А1; входит в состав флюсов, эмалей, стекол, глазурей, керамики, покрытий сварочных электродов; катализатор в орг. синтезе. Обратимую р-цию A1F3 с А1 используют для очистки металла.

Известны гидратированные оксифториды А1, напр. A12OF4*3,5H2O, гидроксифториды и существующий только в газовой фазе монофторид A1F. С фторидами щелочных металлов A1F3 образует фтороалюминаты.

Гексафтороалюминат натрия Na3[AlF6] — бесцв. кристаллы; т. пл. 1011 °С (с разл.); плотн. низкотемпературноймодификации (криолита) 2,97 г/см 3 ; С°р 216 ДжДмоль*К);Н°обр -3312 кДж/моль,обр -3148 кДж/моль; S 0 298 238 Дж/(моль*К); плохо раств. в воде (0,42% по массе при 25°С) и орг. р-рителях; взаимод. с конц. H2SO4; при нагр. гидролизуется парами воды. Расплав Na3 [A1F6] электропроводен и является хорошим р-рителем для А12О3 и др. оксидов. Криолит получают: действием Na2CO3 или NaF на р-р А1(ОН)3 или А12О3 в HF; взаимод. водных р-ров A1F3 и NaF; взаимод. А1(ОН)3 и Na2CO3 или NaAlO2 с водным р-ром NH4F. Криолит- редкий в природе минерал; осн. компонент (80-85%) электролита в произ-ве А1; металлургич. флюс; компонент стекол и эмалей; наполнитель резин.

Гексафтороалюминат аммония (NH4)3 [A1F6] бесцв. кристаллы; плотн. 1,837 г/см 3 (20°С);Н°обр -3060 кДж/моль; при нагр. разлагается последовательно до NH4[A1F4] и A1F3; раств. в воде (7,66% по массе при 25°С), не раств. в орг. р-рителях. Получают взаимод. А1(ОН)3 и А12О3 с NH4F или NH4HF2. Промежут. продукт в произ-ве A1F3.

===
Исп. литература для статьи «АЛЮМИНИЯ ФТОРИД» : Пустильник Г. Л., Вольфсон Г. И., Галков А. С, Производство фтористых солей для алюминиевой промышленности за рубежом, М., 1976. Э. Г. Раков.

Источник

Трифторид алюминия

Трифторид алюминия

Традиционные названия трифторид алюминия, фторид алюминия, алюминия трифторид
Хим. формула AlF3
Состояние белое твердое кристаллическое вещество без запаха
Молярная масса

(тригидрат) 138.023 г/моль

Плотность 2,88 г/см³
Температура
• плавления 1291 °C
Мол. теплоёмк. 75,10 Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования −1510 кДж/моль
Удельная теплота испарения (возгонка) 272 Дж/кг
Растворимость
• в воде (при 0 °C) 0.56

(при 100 °C) 1.72 г/100 мл

Кристаллическая структура ромбоэдрическая
Рег. номер CAS
PubChem 2124
Рег. номер EINECS 232-051-1 (ангидрид)
SMILES
RTECS BD0725000
ChEBI 49464
ChemSpider 2039
Предельная концентрация 2 мг/м3
ЛД50 100 мг/кг (крысы, орально)
Пиктограммы ECB
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Фторид алюминия — неорганическое бинарное соединение алюминия и фтора. Химическая формула AlF3.

Содержание

Физические свойства

Фторид алюминия представляет собой бесцветное или белое кристаллическое вещество. При сильном нагревании возгоняется без разложения. При обычных условиях устойчива α-модификация с тригональной решеткой (а = 0,5039 нм, α = 58,50°, z = 2, пространственная группа R32), плотность 2,882 г/см³. При нагревании до

700 °C переходит в γ-модификацию с тетрагональной решеткой (а = 0,354 нм, с = 0,600 нм).

Длина связи Al—F составляет 0,163 нм. В газовой фазе, при температуре около 1000 °C, трифторид алюминия существует в виде молекул тригональной симметрии D3h.

Фторид алюминия плохо растворим в воде (0,41 % по массе при 25 °C), лучше — в растворах HF, не растворим в органических растворителях.

Получение

Взаимодействием Аl2O3 или Аl(ОН)3 с раствором HF с последующим выделением, сушкой и прокаливанием при 500-600 °C образовавшегося кристаллогидрата AlF3·3H2O:

Действием на Аl2O3 газообразного HF при 450-600 °C:

с последующем выделением, сушкой и прокаливанием гидрата.

При температуре в 700 °C гексафторсиликат натрия с алюминием дают на выходе чистый кремний, гексафторалюминат натрия и трифторид алюминия:

Самым легким путём получения трифторида алюминия является прямой контакт фтора с алюминием при температуре 600 °C:

2 Al + 3 F2 → 600oC 2 AlF3

Нагрев до температуры примерно 175 °C моногидрат трифторида алюминия получим воду и трифторид алюминия:

Для получения чистого безводного трифторида алюминия нужно гексафторалюминат аммония нагреть и получится трифторид алюминия с фторидом аммония:

В основном трифторид алюминия получают при обработке оксида алюминия гексафторсиликоновой кислотой, где на выходе получается оксид кремния IV, трифторид алюминия и вода:

Кроме того, он изготавливается путём термического разложения аммония гексафторалюмината.

Химические свойства

Образует кристаллогидраты с 1, 3 и 9 молекулами воды, которые легко разрушаются при нагревании:

При нагревании гидролизуется парами воды:

Медленно взаимодействует с концентрированной серной кислотой H2SO4:

Разлагается растворами и расплавами щелочей.

С фторидами щелочных металлов AlF3 образует фтороалюминаты, например, гексафтороалюминат натрия Na3[AlF6]:

Источник

Статьи

Глава XII ПОЛУЧЕНИЕ ФТОРИСТЫХ СОЛЕЙ

Глава XII
ПОЛУЧЕНИЕ ФТОРИСТЫХ СОЛЕЙ

Алюминиевая промышленность является крупным потребителем фтористых солей— криолита и фтористого алюминия. Криолит при электролитическом получении алюминия служит расплавленной средой (растворителем) для глинозема, а фтористый алюминии необходим для корректировки состава криолито-глиноземного расплава (электролита).

Ниже приведены технические требования к фтористым солям и краткие сведения о технологии их получения.

§ 53. Технические требования к фтористым солям

Криолит 3NаF.AlF3 или Na3AlF6 — двойная соль фтористого натрия и фтористого алюминия. Криолит встречается в природе и получается искусственным путем. Природный криолит имеет весьма ограниченное распространение, и алюминиевая промышленность почти полностью работает на искусственном криолите.

Молекулярное отношение NaF к AlF в криолите называется криолитовым отношением; в криолите теоретического состава это отношение равно трем. Искусственный криолит обычно готовят с избытком фтористого алюминия — вплоть до состава с криолитовым отношением 1,5. По внешнему виду искусственный криолит представляет собой мелкокристаллический порошок от слабо-розового до серовато-белого цвета с насыпной массой 1,1—1,2 г/см 3 . Для алюминиевой промышленности по ГОСТ 10561—80 выпускается криолит марки КА двух сортов — высшего и первого.

Ниже приведены нормы на криолит по ГОСТ 10561- 80:

Высший Первый
сорт сорт
Фтора, %, не менее . 54 54
Алюминия, %, не более . 18 19
Натрия, %, не менее . 23 22
SiО2, %, не более . 0,5 0,9
Fe2O3 , %, не более . 0,06 0,08
Сульфатов в пересчете на ион
SO4 2- , %, не более . 0,5 1,0
Фосфора в пересчете на P2O5, %, не более 0,05 0,2
Влаги, %, не более . 0,2 0,5
Криолитовый модуль, не ниже . . . 1,7 1,5

Фтористый алюминий AlF3 получают искусственным путем. Он представляет собой кристаллический порошок белого или серого цвета с насыпной массой 0,85 г/см 3

Ниже приведены нормы на фтористый алюминии по ГОСТ 19181—78:

Сульфатов в пересчете на ион SО4 2- , %, не более . Фосфора в пересчете на P2O5, %, не более .

Как следует из приведенных данных, применяемые в алюминиевой промышленности фтористые соли должны содержать минимальное количество примесей, загрязняющих алюминий (Fе, Si), а также нарушающих нормальный ход процесса электролиза (сульфаты, P2O5, влага).

§ 54. Производство фтористых солей

Исходным сырьем для получения фтористых солей служат плавиковый шпат CaF2 и oтходящие газы суперфосфатного производства. Из плавикового шпата криолит может быть получен кислотным и щелочным методами. В нашей стране криолит получают только кислотным способом, технологическая схема которого показана на рис. 94.

Получение плавиковой кислоты

Для получения фтористых солен для алюминиевой промышленности используют флотационный концентрат плавикового шпата, содержащий не менее 92% CaF2. Этот концентрат смешивают и необходимом cooтношении с концентрированной серной кислотой (92,5—95% Н2SO4) и подают на разложение в трубчатую вращающуюся печь. В результате разложения CaF2 образуется фтористый водород и гипс по реакции CaF2+H2SO4=2HF+CaSO4.

В концентрате плавикового шпата всегда содержится некоторое количество кремнезема (до 3%), который взаимодействует с HF с бразованием газообразного четырехфтористого кремния SiO2.4HF=SiF4+2H2O. В дальнейшем с понижением температуры (в газоходах, поглотительных башнях) SiF4 взаимодействует с HF с образованием кремнефтористоводородной кислоты SiF4+2НF=H2SiF6 Последние две реакции приводят к снижению выхода плавиковой кислоты и загрязнению ее кремнефтористоводородной кислотой.

Для разложения плавикового шпата применяются реакционные печи с внутренним и наружным o6oгревом. В отечественной практике применяют печи с внутренним обогревом, которые имеют более высокую производительность больший срок службы и требуют меньшего расхода топлива. Однако в этих печах фтористый водород разбавляется топочными газами (до 28—30 % НF) В печах с наружным обогревом содержание НF во фтористоводородном газе достигает 98 %.

Реакционная печь с внутренним обогревом представляет собой стальной вращающийся барабан, футерованный кислотоупорным кирпичом и угольными блоками. В последнее время для получения плавиковой кислоты широкое применение получило предварительное смешение плавикового шпата с серной кислотой в реакторе непрерывного действия (форсмесителе). Разложение плавикового шпата начинается в форсмесителе, что позволяет вынести наиболее агрессивную стадию процесса из печи, увеличив в результате этого срок службы печи.

Топочные газы из печи вместе с образовавшимся фтористым водородом поступают на адсорбцию. Перед адсорбцией газы проходят через осадительную камеру и “сухую” башню с угольной насадкой, где они очищаются от пыли н паров серной кислоты. Адсорбация осуществляется в поглотительных башнях (адсорберах), каждая из которых представляет собой стальной цилиндр, гуммированный изнутри и футерованный угольными плитами. Поглотительные башни заполнены насадкой, состоящей из угольно-графитовых колец; соединены башни последовательно и работают по принципу противотока: последняя по ходу газов орошается водой, а продукционная кислота выводится из первой. Поглощение НF
сопровождается выделением тепла, отчего снижается интенсивность поглощения.

Поэтому для поддержания нормального температурного режима промежуточные растворы перед поступлением на орошение охлаждают в специальных холодильниках. Полученная плавиковая кислота содержит 28—30 % HF, 3—5 % H2SiF6 и 1—2% H2S04.

Образующийся при разложении плавикового шпата гипс содержит 80—85 % CaS04, 10—15 % Н2SO4 и 2—5% CaF2. После централизации известью гипс с помощью гидротранспорта удаляется на шламовое поле или используется в цементной промышленности, для чего его измельчают вместе с известняком и гранулируют.

Присутствие в плавиковой кислоте значительных количеств Н2SiF6 делает ее непригодной для непосредственного получения чистых фтористых солей. Для очистки от кремнезема и раствор плавиковой кислоты вводят определенное расчетом количество соды. При этом образуется кремнефтористый натрии, выпадающий в осадок:

Осадок Na2SiF6, отделяют от раствора плавиковой кислоты в сгустителях, а затем фильтруют на барабанных вакуум-фильтрах и обрабатывают содой для получения фтористого натрия:

Фтористый натрий используют как готовый продукт или направляют на производство криолита.

Очищенная плавиковая кислота содержит 26—29 % HF, 0,6—1 % H2SiF6 и 0,4—1% H2SO4. На получение 1 т плавиковой кислоты (в пересчете на 100%-ную) расходуется примерно 2,2 т 100 %-ного плавикового шпата и 3,4 т 100%-ной серной кислоты.

Для получения (варки) криолита в раствор чистой плавиковой кислоты вводят рассчитанные количества гидроксида алюминия и соды. Варку ведут и две стадии. Сначала в плавиковой кислоте растворяют гидроксид алюминия, получая фторалюминиевую кислоту:

Затем фторалюминиевую кислоту нейтрализуют содой:

Образующийся при этом криолит выпадает в осадок.

При варке идут также побочные реакции, приводящие к потерям фтора и загрязнению криолита примесями:

Так как в щелочной среде крем нефтористый натрий и железный криолит Nа3FеF6 разлагаются с выделением в осадок SiO2 и Fе(ОН)3, то нейтрализацию плавиковой кислоты при варке ведут не до конца, а оставляют маточный раствор слегка кислым.

Варку криолита осуществляют как непрерывный процесс на установке, состоящей из нескольких последовательно соединенных реакторов. Реактор представляет собой бак с пропеллерной мешалкой, гуммированный изнутри и футерованный угольными плитами. Плавиковую кислоту и гидроксид алюминия в виде пульпы подают в 1-й реактор, а во 2-й и 3-й реакторы поступает содовый раствор. Обогащенный фтористый натрий (в случае его использования) подают во 2-й реактор. Варку ведут при температуре около 90 ºС.

Выпавший в осадок криолит отделяют от маточного раствора в сгустителях, после чего фильтруют и промывают на барабанных вакуум фильтрах. Отфильтрованную пасту криолита, содержащую 24—28 % влаги, сушат в барабанных сушилках с внутренним обогревом. Высушенный криолит камерными насосами транспортируется в бункера готовой продукции.

На 1 т криолита расходуется примерно 640 кг 100% -ной плавиковой кислоты, 320 кг гидроксида алюминия (в пересчете на Al2O3 ) и 630 кг соды.

Получение фтористого алюминия и фтористого натрия.

Фтористый алюминий получают нейтрализацией плавиковой кислоты гидроксидом алюминия:

При варке фтористого алюминия происходят побочные реакции. Так, находящиеся в плавиковой кислоте NaF и Na2SiF6 взаимодействуют, образуя криолит.

При избытке A1(ОH)3 кремнефтористый натрии разлагается по реакции

Для предупреждения загрязнения фтористого алюминия кремнеземом процесс ведут в кислой среде. Образующийся фтористый алюминий кристаллизуется в виде AlF3.3H2O . Варку и кристаллизацию фтористого алюминия осуществляют в реакторах с лопастными мешалками. В реактор закачивают необходимое количество плавиковой кислоты, после чего вводят в виде пульпы гидроксид алюминия. Кристаллизацию Al3F.3H2O ведут при непрекращающемся вращении мешалки. Реакция образования А1F3 экзотермическая; выделяющегося по этой реакции тепла почти достаточно для поддержания необходимой температуры (90—95 ºС).

Полученная в результате кристаллизации пульпа содержит 70—80 % влаги.

Пульпу фильтруют на барабанном вакуум-фильтре, затем полученную пасту AlF3.3H2O обезвоживают в барабанной сушилке. Удаление кристаллизационной воды из AlF3.3H2O происходит при 350—400 ºС; при дальнейшем повышении температуры обезвоживание сопровождается разложением AlF3 по реакции 2А1F3+ЗН20=Al2O3 +6НF.

Поэтому полностью удалить воду не удается, и кальцинированный продукт содержит до 6 % H2O .

На получение 1 т фтористого алюминия расходуется примерно 700 кг 100 %-ной плавиковой кислоты и 630 кг гидроксида алюминия (в пересчете на Al2O3 ).

Более прогрессивным является “сухой способ” получения фтористого алюминия, основанный на непосредственном взаимодействии оксида алюминия с фтористоводородным газом. Подсушенный гидроксид алюминия прокаливают при 450—500 °С, получая активный γ-Al2O3 , который поступает в верхнюю зону реактора кипящего слоя. В нижнюю зону реактора подается газообразный HF.

Образование AlF3 происходит по реакции:

Полученный фтористый алюминий охлаждается в холодильнике кипящего слоя. “Сухим способом” возможно получить продукт, содержащий до 1 % H2O.

Для получения фтористого натрия в реактор с плавиковой кислотой вводят для ее нейтрализации раствор соды, в результате чего в осадок выпадает NaF:

Получение криолита из отходящих газов суперфосфатного производства

Запасы плавикового шпата в природе ограничены, поэтому все большее значение приобретает утилизация фтора из отходящих газов суперфосфатного производства. На 1 т получаемого суперфосфата выделяется около 6 кг фтора в виде SiF4. При улавливании SiF4 образуется раствор, содержащий 10—12 % H2SiF4.

Ниже рассмотрен один из способов получения криолита из газов суперфосфатного производства, основанный па синтезе криолита из растворов А1F3 и NaF.

Для получения раствора А1F3 в подогретый до 80—85 °С раствор H2SiF6 вводят рассчитанное количество гидроксида алюминия; в результате взаимодействия этих соединений образуется раствор А1F3 и гель кремневой кислоты по реакции H2SiF6+2Al(ОН)3=2А1F3+ SiO2+ 4H2O .

Осадок кремнегеля отделяют от раствора А1F3 фильтрацией.

Для получения раствора фтористого натрия H2SiF6 нейтрализуют раствором соды при 85—95°С:

Растворы NaF и Al2O3 в необходимом соотношении поступают в последовательно соединенные реакторы, в которых получается криолит:

В реакторах поддерживается температура 85—95 °С. Полученный криолит отделяют от маточного раствора сгущением, затем фильтруют и сушат.

Источник

Читайте также:  Как отличить серебро техническое от алюминия
Поделиться с друзьями
Металл и камни