水分对氟化铝生产的影响探析

水分对氟化铝生产的影响探析
摘要：目前世界上约95%的氟化铝是用于电解铝行业，作为电解质的调整剂，用于补充电解时冰晶石融熔液中消耗的氟化铝成分；部分氟化铝用作陶瓷的外层釉
彩和搪瓷釉的助熔剂，非铁金属冶炼的熔剂，金属焊接中的焊接液以及催化剂行业。

本文通过氢氧化铝水分的变化，以及在无水氟化铝生产过程中的反应特性进
行分析对比，结合氢氧化铝水分平衡计算，根据无水氟化铝生产过程中造成的控
制影响分析，提出了氢氧化铝的指标及管理要求，以确保生产的连续稳定。

关键词：水分；氟化铝生产；影响探析
1、氟化铝产品的分类和生产工艺
目前，国内外各种氟化铝产品根据生产工艺的不同可分为3种：湿法氟化铝、干法氟化铝和无水氟化铝.①湿法氟化铝：以浓度30%的氢氟酸为原料，与氢氧
化铝反应生产的氟化铝产品；②干法氟化铝：以88％～90%氟化氢气体为原料，与氢氧化铝反应生产的氟化铝产品；③无水氟化铝：以99.9%以上无水氟化氢气
体为原料，与氢氧化铝反应生产的氟化铝产品.湿法氟化铝生产工艺是20世纪50
年代从前苏联引进的第一代技术；干法氟化铝生产工艺是20世纪80年代湖南湘
铝从瑞士布斯引进的第二代技术；无水氟化铝生产工艺是多氟多公司自主创新开
发的第三代新技术.无水氟化铝生产过程中使用的氟化氢是经过冷凝精馏的高纯产品，利用该项技术生产的无水氟化铝产品主含量高、容重大、水分及杂质含量极低.
1.1生产工艺比较
下面从化学反应角度比较3种不同氟化铝生产工艺，阐述3种氟化铝的优缺点.
1.1.1 3种氟化铝的生产工艺流程
3种氟化铝的生产工艺流程见图1.
图1
1.1.2 不同氟化铝工艺化学反应对比
（1）不同氟化铝生产氢氟酸工艺对比
氢氟酸生产以硫酸、发烟硫酸和萤石为原料.萤石常含有的杂质有SiO2、CaCO3、Al2O3、FeO3、Ca3(PO4)2，伴生的微量元素有Cu、Ag、Au、Ni、Mn、Pb、Zn、Ba、Ga、V，这些杂质和微量元素会参与反应.3种工艺氢氟酸生产区别在于
对产生的氟化氢气体的处理方法.湿法氟化铝使用的30%的氢氟酸，产生的粗氟化
氢气体用水加以吸收.干法氟化铝是用产生的粗氟化氢气体直接用于合成氟化铝.
无水氟化铝是将产生的氟化氢气体经精馏精制得到99.9%的液体氢氟酸，再用于
制氟化铝。

（2）生产不同氟化铝的化学反应过程对比
湿法氟化铝将得到的氟化氢气体用水吸收为30%的氢氟酸，在吸收过程中，
氟化氢气体中的杂质也同时被吸收，因此这种30%的氢氟酸中含有较多的硫酸、
氟硅酸、磷酸等.和氢氧化铝反应时，先生成过饱和的氟化铝溶液，然后经结晶得
到三水氟化铝晶体，再将三水氟化铝煅烧脱水得到氟化铝.同时在溶液中存在如上
副反应.生成产物或以固体形式进入氟化铝，或以吸附、夹晶等形式在氟化铝结晶
时进入氟化铝，从而影响湿法氟化铝产品质量.而且湿法氟化铝生产过程中先生成
三水氟化铝结晶，再煅烧脱水，在这个过程中三水氟化铝结晶水从晶格中脱去，
造成晶体破裂，粒度变小，因而得到的氟化铝松装密度较低，一般在0.7g/cm3。

2、氟化铝水分的影响
氟化铝所含水分偏高时，一方面使得物料的流动性较差易出现黏、堵现象。

主要体现在对大倾角皮带、料仓、申克称的黏堵，使其库容减少下料不畅，在斜
螺旋输送过程中造成物料断料及输送困难，从而直接影响到配料及喂料的准确性。

另一方面是含水量偏高极易造成微细粉结团现象，不能发挥出应有的性能特点，
在其进入一级气流反应器时，不能及时打散，直接掉入流化床顶床，从而堵塞顶
床筛板，降低流化床反应效率，从而影响产量及质量。

2.1对生产配比的影响
无水氟化铝生产用氢氧化铝配比计算时，氢氧化铝按折干进行推算氢氟酸的
含量。

从生产实践的经验数据来看，氢氧化铝水分每增加1%的量，氢氟酸消耗
就相应增加10%左右。

这主要是由于生产系统的连续性较强，水分的影响容易造
成配比的失调，从而导致制备产品的过程中副反应的发生，以致后续氟化铝中的
氟含量偏低。

2.2水解反应对设备的腐蚀
由于氟化铝本身的晶体结构特点，非常容易与水结合成难以分离的结晶水合物。

通过AlF3晶体结构分析，氟化铝结晶水合物在流化床反应系统中会发生两步
脱水反应及脱水产物的水解反应三个反应过程。

从600℃加热到1050℃的脱水产物中仍残留有0．05～0．1个水分子。

氟化
铝的水解反应不仅增加了生产过程中无水氟化氢的消耗量，进入生产系统的水分
越高，发生水解反应的几率越大，而且在反应后续系统中释放出的氟化氢还会对
设备造成强腐蚀，大大缩短设备的使用寿命，同时造成洗水系统负荷增大，在洗
涤回收不彻底的情况下污染环境。

2.3生产热能的损耗
对于生产热能的损耗，现按照5．6t/h氢氧化铝的下料量进行推算得出，氢
氧化铝含水每增加1%，则系统内产生的水分总含量增加17%～18%，折合需要的
热量相应也增加17%～18%，天燃气消耗增加13%～15%。

这系统内多余增加的水分容易造成系统物料在高温情况下水解，并稀释氢氟酸浓度造成反应不充分，更
会对设备造成一定的损害。

2.4季节性差距较大
北方冬季气温较低，氢氧化铝水分含量超过4%以后，容易出现上冻结块现象，造成大倾角皮带上料难度增大，同时在斜螺旋输送过程中造成物
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料断料及输送困难，从而直接影响到配料及喂料的准确性。

另一方面是含水量偏高冻块，在
其进入一级气流反应器时，不能及时打散，不能发挥出应有的性能特点，直接掉入流化床顶床，从而堵塞顶床筛板，造成流化床压力波动大，降低流化床反应效率，从而影响产量及质量。

因此，对于水分的影响要引起足够的重视。

2.5产品质量
下游电解铝行业生产对氟化铝要求，高主含量、低杂质、低水分、低灼减量，以便减少
电解过程中电解质的水解反应，提高电解铝的质量;同时还要求氟化铝具有较好的流动性，以
满足自动卸料输送的需要，提高劳动生产率，对比国家氟化铝的质量标准GB/T4292－
2007(见表1)，电解铝行业倾向使用AF－O产品。

如果氢氧化铝水分过高的话，所得氟化铝
产品中松装密度会偏低，产品应用领域会受限。

3、结论
目前中国氟化铝的产能虽过剩，但随着全球电解铝行业的发展及湿法工艺的淘汰，氟化铝行业仍有一定的发展空间。

现有氟化铝生产企业，不但要生产出满足市场需求的氟化铝产品，更要做好氟化铝生产废水中氟化铝及氟化氢的回收和利用，实现氟资源的综合利用，促进和保证我国氟化铝工业的健康和可持续发展。

以低碳经济为代表的全球新一轮的工业革命，将迫使氟化铝技术必然向以下方向发展:资源利用率高、生产过程污染物的产生量和排放量少，产品质量能够促进下游行业的节能减排;作为氟化铝专用的氢氧化铝，附着水指标必须达到附着水＜4，并在堆放过程中加强管理，防止外部水分影响，降低氢氧化铝附着水分，可以进一步增强系统生产配比的可控性，防止氟化铝产品的水解，降低员工的操作难度，保障生产系统稳定连续的运行，从而创造出更多的价值。

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