В настоящее время криолит получают, в основном, кислотным способом. Исходным сырьём служат: плавиковый шпат, серная кислота, гидрат окиси алюминия Al(OH)3 и кальцинированная сода Na2CO3.
Кислотный способ получения криолита состоит из трёх основных стадий:
1) Измельчение и обогащение плавикового шпата
Плавиковый шпат CaF2 в чистом виде в природе не встречается, а в составе минерала флюорита он загрязнён известняком, кремнезёмом, окислами железа и алюминия, поэтому добытую руду обогащают.
Руду дробят в щековых и конусных дробилках, потом измельчают в мельницах мокрого помола мельче 1 мм и обогащают способом флотации. Во флотационной машине пульпу обрабатывают флотореагентом – олеиновой кислотой и перемешивают воздухом. Пузырьки воздуха прилипают к частицам плавикового шпата, поднимаются на поверхность и образуют устойчивую минеральную пену, то есть концентрат шпата. Другие минералы, не прилипающие к воздушным пузырькам, остаются в пульпе и образуют хвосты, которые уходят в отвал.
Полученный концентрат фильтруют, сушат и отправляют потребителю. Концентрат содержит: 95-97% CaF2, 2% SiO2, 1,5% CaCO3, 1% H2O, согласно ГОСТ 7618- 70 на плавиковый шпат.
2) Получение плавиковой кислоты
Концентрат шпата и концентрированная 95% серная кислота смешиваются в специальных смесителях в строго определённых расчётных количествах, так как избыток любого компонента ухудшает показатели процесса.
Полученная пульпа подаётся в трубчатую вращающуюся печь с внутренним обогревом, футерованную кислотоупорным кирпичом. Температура внутри печи: на входе 100-180 оС, на выходе 220-280 оС. В результате разложения плавикового шпата серной кислотой образуются фтористый водород и гипс по реакции
CaF2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HF
Так как в концентрате плавикового шпата всегда содержится кремнезём SiO2, то протекают две крайне нежелательные реакции, снижающие выход фтористого водорода и загрязняющие его:
- образование газообразного четырёхфтористого кремния
SiO2 + 4HF =SiF4 + 2H2O
- а затем взаимодействие SiF4 с фтористым водородом, c образованием кремнефтористой кислоты:
SiF4 + 2HF = H2SiF6
На выходе из реакционной печи газ содержит: 28-30% HF, до 7% H2SiF6, 1% H2SO4,. С противоположного конца печи удаляется гипс на переработку в цементной промышленности или в отвал.
Полученный газообразный HF очищается от пыли и паров H2SO4 в сухой осадительной башне, заполненной угольной насадкой. Затем газ снизу поступает в абсорбционные (поглотительные) башни с насадкой из графитовых колец, сверху подаётся вода. Попадая на насадку, вода распыляется и орошает всё пространство башни, поглощая газообразный HF. Поглотительные башни соединены последовательно и работают по принципу противотока: чистая вода подаётся в последнюю башню, а кислота удаляется из первой.
Процесс соединения газообразного HF с водой сопровождается выделением большого количества тепла, а для нормального хода процесса температура жидкости должна быть 10 – 15 оС, поэтому промежуточные растворы HF перед поступлением в следующую башню охлаждают в специальных холодильниках.
Полученная плавиковая кислота содержит: 30% HF, до 5% H2SiF6, 1% H2SO4. Для получения чистых фторсолей она не пригодна, поэтому её обескремнивают, то есть очищают от H2SiF6 содой. При этом кремнефтористая кислота переходит в плохо растворимую соль и выпадает в осадок:
H2SiF6 + Na2CO3 = Na2SiF6¯ + H2O + CO2
Образовавшийся осадок Na2SiF6 отстаивается в сгустителе, осветлённый раствор плавиковой кислоты сливается в бак-хранилище, а кремнефтористый натрий ещё обрабатывают раствором соды:
Na2SiF6 + 2 Na2CO3 = 6 NaF¯ + SiO2 + 2 CO2
Полученный побочный продукт NaF промывают, фильтруют и сушат. Его применяют как готовый продукт или используют при производстве криолита.
Очищенная плавиковая кислота содержит: 26-29% HF, до 1% H2SiF6 и до 1% H2SO4.
3) Варка криолита (реакции взаимодействия HF, Al(OH)3 и Na2CO3)
Для получения криолита нужны: очищенная плавиковая кислота HF, гидроокись алюминия Al(OH)3 и кальцинированная сода Na2CO3 в строго рассчитанных количествах.
Процесс ведут в трёх последовательно и каскадно расположенных реакторах – стальных баках с мешалками, футерованных угольными плитами от коррозии. Температура во всех реакторах одинакова 85–90 оС.
В первом реакторе гидроокись алюминия растворяется в плавиковой кислоте, жидкость всё время перемешивается мешалкой и подогревается, получают фторалюминиевую кислоту
6HF + Al(OH)3 = H3AlF6 + 3H2O
Затем раствор самотёком поступает во второй реактор, сюда же подаётся раствор кальцинированной соды, около 70% от всего количества, происходит нейтрализация кислоты. Раствор перетекает в третий реактор, туда же подают оставшийся раствор соды. При этом криолит мгновенно выпадает в осадок, так как он плохо растворим в воде и процесс варки заканчивается.
2H3AlF6 + 3Na2CO3 = ¯2Na3AlF6 + 3CO2+ 3H2O
Чтобы не протекали побочные реакции и примеси меньше переходили в криолит, плавиковую кислоту нейтрализуют содой не полностью, а чтобы раствор третьего реактора содержал 2 – 3 г/л свободного фтористого водорода.
Из третьего реактора пульпа поступает в стальной сгуститель. Полученный осадок промывают, фильтруют на барабанных вакуум-фильтрах и сушат в сушильных барабанах при t » 140 оС. Получают безводный криолит, готовый к употреблению в алюминиевой промышленности. Таким же образом и в тех же аппаратах можно получить хиолит 5NaF*3AlF3 (Na5Al3F14 ), для чего меняют дозировку соды и гидроокиси алюминия.
На производство 1 т криолита расходуется: 620-640 кг 100%–ной HF , около 800 кг соды, около 300 кг гидроокиси (в пересчёте на Al2O3).
Кислотный способ получения криолита обладает рядом недостатков:
- выделение вредного для человека фтористого водорода,
- необходимость применять высококачественный плавиковый шпат,
- необходимость применять кислотоупорную аппаратуру,
- безвозвратные потери серной кислоты.
Дата: 2019-02-25, просмотров: 270.