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氟硅酸法氟化铝出产工艺及试验钻研_张亚非

      氟硅酸法氟化铝出产工艺及试验研究_张亚非_能源/化工_工程科技_专业材料。2009 年 第 7 期 化学工程取配备 2009 年 7 月 Chemical Engineering & Equipment 7 氟硅酸法氟化铝出产工艺及试验研究 张亚非 1,彭秀丽 2

      2009 年 第 7 期 化学工程取配备 2009 年 7 月 Chemical Engineering & Equipment 7 氟硅酸法氟化铝出产工艺及试验研究 张亚非 1,彭秀丽 2 (1.郑州大学化工学院,河南 郑州 450001; 2.郑州铁职业手艺学院,河南 郑州 450052) 摘 要:脱硅反映过程是 A-P 工艺的焦点部门,会商反映机理,导出了反映机理速度方程。阐发工 艺前提对 A-P 工艺反映过程速度的影响,找出出产过程中的适宜值,并以此开展试验研究,社会经 济效益十分较着。 环节词:氟化铝;脱硅;速度方程;试验研究 中国分类号:TQ 114.3 目前,我国炼铝工业用氟化铝的出产方式有三 种: 一种是干法氟化铝出产工艺,其产能为 1.5 万 t?a。 二是保守的湿法氟化铝出产工艺,产能约为 6.4 万 t/a。 三是氟硅酸法氟化铝出产工艺,产能约为 1.8 万 t/a。 该三种氟化铝出产工艺,前者手艺先辈,出产 成本低,产质量量好。而保守的湿法氟化铝出产工 艺手艺程度掉队,工程流程长,出产成本高,产物 质量差。氟硅酸法出产氟化铝的出产工艺,因为使 用的次要原料氟硅酸来历于磷肥出产中的副产物, 所以出产成本出格低,且产质量量比力好。氟硅酸 法出产出的氟化铝产物因为其价钱的绝对劣势,必 将成为干湿法工艺氟化铝产物的无力的市场所作 敌手。正在操纵副产物氟硅酸出产氟化铝的各类流程 中,最具代表性的是氨法流程和间接法工艺。我国 比来从法国引进的氟化铝出产手艺即 A-P 工艺也属 于间接法工艺,其次要流程是:脱硅反映﹑结晶﹑ 干燥﹑煅烧。此中脱硅反映过程是工艺过程的焦点 部门,其操做情况会极大影响氟化铝产质量量和原 料氢氧化铝的操纵率,从而影响安拆的经济效益和 市场所作力。因而,切磋和阐发脱硅反映过程对 A-P 氟化铝出产过程的最优化有着十分主要的意 义。但到目前为止,相关脱硅反映过程的研究报道 很少,本文将切磋脱硅反映的内正在关系和 A-P 工艺 出产中的适宜操做前提及其尝试研究。 1 氟硅酸法氟化铝出产的动力学方程[1]包罗 1.1 正在氟硅酸溶液中插手氢氧化铝固体时,其化学 反映方程式为: H2SiF6 (l) + 2 Al(OH )3(s) → SiO2 (s) + 2 AlF3 (aq) + 4H2O(l) 1.2 脱硅化学反映速度方程 - dC dt = kvc (1? qcm?1) kv 暗示体积反映速度; kv ﹑m﹑q,均为温 度函数。 2 氢氧化铝颗粒宏不雅反映过程 假定氢氧化铝固体为等圆球状颗粒,整个液- 固反映过程按以下步调进行:氟硅酸由溶液从体通 过固体颗粒概况的液膜扩散到颗粒外概况;氟硅酸 由颗粒外概况通过固体产品扩散到未反映的氢氧 化铝芯的界面;氟硅酸正在未反映芯概况取固体氢氧 化铝进行化学反映。 3 湿法脱硅反映过程工艺前提[2] 正在 A-P 湿法氟化铝出产中,影响脱硅反映,即 氢氧化铝颗粒宏不雅反映过程的次要要素有氟硅酸 浓度﹑氢氧化铝颗粒度﹑PH 值﹑反映温度﹑反映 时间﹑搅拌强度等,节制好上述工艺前提,是获得 高质量氟化铝的根基前提。 3.1 氟硅酸浓度 正在其他前提必然时,氟硅酸浓度越大,颗粒完 8 张亚非:氟硅酸法氟化铝出产工艺及试验研究 全反映时间越短。可是,若氟硅酸浓渡过大,则反 应过度强烈,容易漫槽,而且反映料浆中氟化铝浓 度高,会正在过滤之前析出结晶,和滤饼一路带出系 统,形成氟化铝丧失,降低产物的收率。相反,氟 硅酸浓度若是过低,生成的 SiO2 晶体较细,易形成 过滤坚苦,且母液量大,反映器﹑结晶器的容积系 数操纵率低,安拆出产能力下降。因而,对 A-P 工 艺要产过程中氟硅酸溶液浓度正在 20%摆布,最 低不小于 8%。这取酸浓度前提试验的结论完全一 致。 3.2 氢氧化铝固体颗粒粒度 当过程为化学反映节制时,颗粒的反映率取 颗粒的半径成反比;颗粒的半径越大,颗粒的完全 反映时间也越长,这表白大颗粒的反映活性差。内 扩散节制的颗粒宏不雅反映过程动力学方程式可知: 颗粒的反映率,颗粒完全反映时间均取颗粒的半径 成反比,因而正在出产操做中对原料颗粒的粒度有严 格要求。当然,分歧的工艺对颗粒粒度的要求也有 所分歧。就 A-P 工艺而言,要求氢氧化铝的粒度全 部节制正在 100?m 以下。 3.3 反映浆料 PH 值 正在现实出产中,降低 PH 值,能够改善反映状 况,降低产物中磷杂质含量。所以正在出产中,一般 节制浆料 PH 值正在 1.5~2.5 为宜。 3.4 反映温度 当颗粒宏不雅反映过程的节制步调是未反映芯 概况长进行的化学反映式时,提高反映温度,可有 效提高反映速度,从而提高颗粒宏不雅反映过程的速 度。反映温度每升高 100C,可使氟硅酸的水解速度 提高一倍以上。出产时,要求反映正在尽可能高的温 度(接近沸点的温度)下进行,一般节制正在 100- 105℃,反映完成后浆料的温度也要连结正在 95℃左 左,以便最大限度地提高反映速度。 3.5 反映操做时间 正在操做过程中,起首向反映器插手酸溶液, 当反映器的溶液加到某一数量时,起头插手氢氧化 铝固体物料。加酸时间是必然的,氢氧化铝加料速 度按照酸浓度环境进行调整,一般是 4-5 分钟。酸 度大时加料速度放慢,免得反映过于激烈;维持反 应温度正在 100-105℃之间,氢氧化铝加料完毕到排 料这段时间,对 A-P 工艺,颗粒粒度分布达到工艺 要求时,这个时间值一般节制正在 15 分钟摆布。 3.6 反映压力 氟硅酸取氢氧化铝的化学反映为液-固多相 反映,压力对该反映的反映速度影响很小,故可正在 常压下工做。 3.7 搅拌强度 搅拌的目标是给料浆输入外部的机械能,使料 浆内部各组分之间分离和夹杂,同时,最大限度地 降低固体颗粒外概况的液膜厚度,以消弭外扩散过 程的影响。对 A-P 工艺,搅拌器的螺旋桨扭转曲径 选定 1m,扭转速度为 85r/min,正在此程度下搅拌浆 结尾线m/s。因为反映浆料的固液比 不是很高,此搅拌强度可无效的液-固相反映 达到工艺手艺的要求。 4 试验研究 正在深切阐发间接法合成氟化铝的 A-P 工艺的基 础上,使用我们切磋的宏不雅动力学方程阐发的工艺 前提,做了 600t/a 氟化铝安拆的根本设想,对豫南 磷肥厂副产物氟化铝工艺开展了两方面的试验研 究。 4.1 预除 P2O5,SO42-,Fe3+等杂质,提高氟硅酸浓 度的试验 对磷肥安拆而言,氟硅酸来历于夹杂化成室的 氟化氢取四氟化硅气体,这种气体夹带有较多的含 磷粉尘和鲜肥,若是不采纳办法将气相中加带的粉 尘除掉,所产的高浓度氟硅酸中 P2O5 含量高达 600×10-6—1400×10-6,有的以至更高。为了进行降 低氟硅酸中杂质含量试验,我们正在普钙车间建成了 一套抽气量为 800Nm3/h 的模仿安拆,试验分“干 法”和“湿法”两级除磷。尝试表白,正在出化成室 气相管上设置适宜的除尘安拆即可 A-P 工艺 中要求氟硅酸浓度正在 20%摆布,而 P2O5 含量又小 于 250×10-6。 4.2 反映、结晶前提试验 参考国内间接法工艺所供给的相关参数,我们 进行了如下反映结晶前提试验: (1)18%H2SiF6 取 Al(OH)3 反映的温度、加料 体例、反映时间的试验; (2)除 SiO2·xH2O 后氟化铝溶液结晶时间、温 度、晶种的选择试验; (3)提高产质量量和提高 Al,F 收率的相关 试验,试验表白,按照 A-P 湿法脱硅反映过程工艺 前提的阐发获得的适宜值,能够使氟化铝结晶水相 应削减(如许能降低随后干燥的热量耗损);能够 使母液中 F,Al 含量同时降低,这即提高了 F,Al 的操纵率,又减轻了含氟母液排放所带来的公害问 题。 张亚非:氟硅酸法氟化铝出产工艺及试验研究 9 试验表白:反映过滤过程 Al 收率 97.8%,F 收率为 89.3%;结晶过程中 Al 收率为 89.3%,F 收 率为 88.6%,总收率 Al 为 87.3%,F 为 79.3%。表 1 列出了豫南磷肥厂的磷肥副产氟化铝工艺的单耗 及成本阐发。 项目 单耗 t ? t ?1 单价/元.t-1 总耗/元.t-1 氟硅酸(%) 氢氧化铝 1100 1070 表 1 磷肥副产氟化铝单耗及成本阐发 水 燃料油 电 汽 包拆袋 400kw·h/t 5.0 40 个/t 12 405 0.8 元/kw·h 80 1.5 元/个 320 400 60 工资及附加 折回 744 479 车间成本 4590 由表 1 知,对 600t/a 氟化铝出产规模的厂而言, 其出产成本正在 5300 元/t 摆布(包罗企管成本)售价 若以 8400 元/t,则可获利税 3000 元/t 以上,年创效 益 180 万元。 5 结语 文中会商了脱硅反映过程机理,并别离导出脱 硅的反映机理速度方程和氢氧化铝颗粒反映过程 正在分歧节制步调下的宏不雅动力学方程,阐发了工艺 前提对 A-P 湿法工艺反映过程速度的影响,找出了 出产过程中的最佳适宜值,正在此根本上,开展磷肥 副产 600t/a 氟化铝安拆的试验研究,经济和社会效 益十分较着。 参考文献 [1] 李绵庆.A-P 湿法氟化铝出产工艺脱硅反映过 程动力学的阐发取模仿.磷肥取复肥,1998; (2):12-18 [2] 物理化学教研室.物理化学[M].北 京:人平易近教育出书社,1979:95-230 (上接第 6 页) 甲酰胺做溶剂,正在无水前提下使丙烯酸改性松喷鼻酰 氯取乙二胺发生氨解,合成聚丙烯酸改性松喷鼻酰乙 二胺。 (3)合成聚丙烯酸改性松喷鼻酰乙二胺的最佳 反映前提为:乙二胺取丙烯酸改性松喷鼻酰氯的摩尔 比为 1:1.1,反映时间 3.5 h,反映温度 35℃,催化 剂用量 2.0%。正在此前提下合成聚丙烯酸改性松喷鼻酰 乙二胺,产率为 87%,聚合产品量正在 5 万到 8 万之间。 (4)聚合产品中含有乙二胺布局单位, 可进一步取金属离子配位构成高共同物,无望 做为高催化剂和固定化酶的载体。 参考文献 [1] Enos HI, Harris GC, Hedrick GW. In: Stamdpm A. Kirkothmer SA, editors. Rosin and rosin derivatives. Encyclopedia of chemical technology, vol. 17. 2nd ed. New York: Wiley;1968. p. 475. [2] Das S, Maiti M, Maiti S. J Macromol Sci Chem 1982; A17(8): 1177. [3] Ray SS, Kundu AK, Maiti S. J A ppl Polym Sci 1988; 36: 1283. [4] Maiti S, Das S, Maiti M, Ray A. In: Carraber Jrce, Sperling LH, editors. Polymer applications of renewable-resource materials. New York: Plenum Press; 1983. p. 127. [5] 周文富,贾德平易近.无机化学.2000;(2):231