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1.氟化鋁的理化性能
氟化鋁，分子式為AlF3，工業(yè)上經(jīng)常用結(jié)晶水合物AlF3•3H2O。三水氟化鋁為無(wú)色三斜系晶白色粉末，無(wú)水氟化鋁為很大的六方斜晶系六面結(jié)晶體，為離子晶體。密度2.88g/cm3，熔點(diǎn)1040℃，沸點(diǎn)1291℃；不溶于冷水，可溶于熱水，難溶于酸及堿溶液，不溶于大部分有機(jī)溶劑；與液氨或濃硫酸共加熱，或者與氫氧化鉀共熔均無(wú)反應(yīng)。化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，加熱不分解，直至升華。
氟化鋁空間結(jié)構(gòu)圖
GB/T 4292 —2017 《氟化鋁》中要求氟化鋁的化學(xué)成分和物理性能指標(biāo)應(yīng)符合表1的規(guī)定。
表1 化學(xué)成分和物理性能指標(biāo)
2.氟化鋁的工業(yè)用途
目前95%以上的工業(yè)氟化鋁用于鋁工業(yè)，其作用是作為冰晶石——氧化鋁溶液的一種添加劑，它既可以彌補(bǔ)電解質(zhì)中氧化鋁的損失，又可以降低電解質(zhì)的分子比，降低電解質(zhì)的初晶溫度，控制鋁電解過(guò)程中的熱平衡，是電解鋁行業(yè)必不可少的原材料。
作為調(diào)整添加劑，可以提高電解質(zhì)的導(dǎo)電率，可以根據(jù)分析結(jié)果補(bǔ)充氟化鋁以調(diào)整電解液的成分，保持規(guī)定的電解質(zhì)分子比。
作為助熔劑，可以降低氧化鋁的熔點(diǎn)從而有利于氧化鋁的電解，控制電解過(guò)程的熱平衡，降低電解過(guò)程的能源消耗。
此外氟化鋁還可用作有機(jī)化合物合成及有機(jī)氟化合物合成中的催化劑，陶瓷和琺瑯助熔劑及釉藥的組分，透鏡、核鏡折射率的改善劑，用于制造紅外光譜＂光損＂小的氟化玻璃，還可以在酒精生產(chǎn)過(guò)程中作為抑制劑等。
3.氟化鋁的制備方法
按照工藝條件可大致分為：干法和濕法工藝兩大類。按照原料的不同，其生產(chǎn)工藝可分為：氟硅酸法、氫氟酸法、氨法、鋁鹽法以及含氟廢氣法等。
按工藝條件分類
按原料分類
3.1氫氟酸法
氫氟酸法也稱螢石法，其原理為：先用螢石和濃硫酸反應(yīng)制得含氟化氫的水溶液或無(wú)水氟化氫，再加工制得氟化鋁產(chǎn)品。
濕法氫氟酸法
干法氫氟酸法
相較濕法，干法制得的氟化鋁產(chǎn)品水分含量極低、容重大、產(chǎn)品顆粒大、流動(dòng)性好。
3.2氟硅酸法
氟硅酸法是利用磷肥（如磷酸銨、重過(guò)磷酸鈣、過(guò)磷酸鈣等）的副產(chǎn)物氟硅酸，與氫氧化鋁反應(yīng)制得氟化鋁產(chǎn)品。
氟硅酸法生產(chǎn)氟化鋁的主要的方法有直接法、氨法和一水物法；主要流程有美國(guó)Alcoa流程、奧地利Linz流程、瑞士的Alusuiss流程和法國(guó)的A-P流程等。
直接法工藝流程圖
氨法工藝流程圖
一水物法工藝流程圖
3.3銨冰渣法（氟鋁酸銨法）
銨冰渣是鋁材生產(chǎn)過(guò)程中表面腐蝕工藝處理析出的廢棄物，氟鋁酸銨工藝在中國(guó)已有專利，但尚未形成產(chǎn)業(yè)。該方法主要有兩類，一類是濕法工藝，另一種是干法工藝，如銨冰渣直接熱分解法和銨渣與氫氧化鋁（或氧化鋁）混合熱分解法。
濕法銨冰渣工藝流程圖
混合熱解法工藝流程圖
3.4鋁鹽法
用于制備氟化鋁產(chǎn)品的常見(jiàn)鋁鹽有氯化鋁、硫酸鋁、硅酸鋁、氟硅酸鋁等。
氯化鋁法是將氯化鋁水溶液與氫氟酸加熱到400℃，除去氯化氫氣體而制得氟化鋁產(chǎn)品。工藝路線簡(jiǎn)單，但采用了價(jià)格昂貴及腐蝕性強(qiáng)的氫氟酸，生產(chǎn)成本大。
硫酸鋁法是用硫酸鋁加熱處理低品位的螢石礦，生成CaSO4沉淀和氟化鋁溶液，經(jīng)過(guò)濾、結(jié)晶、干燥、脫水即可制得氟化鋁產(chǎn)品。該法工藝路線較為復(fù)雜，且用到較為緊俏的螢石為原材料，但設(shè)備成本較其它方法小。
硅酸鋁最直接的來(lái)源是天然鋁礦，將其直接與氟化氫反應(yīng)制得氟化鋁產(chǎn)品。該方法工藝路線簡(jiǎn)單，但是采用了價(jià)格昂貴的氟化氫氣體，且腐蝕性強(qiáng)，使得生產(chǎn)成本及設(shè)備費(fèi)用大大增加。
3.5碳酸氫銨法
碳酸氫銨法制氟化鋁主要步驟為：1）用碳酸氫銨與氟硅酸反應(yīng)制得氟化銨溶液和二氧化硅沉淀；2）用氟化銨與氯化鋁反應(yīng)制得氟化鋁產(chǎn)品。
主要化學(xué)反應(yīng)式為：
碳酸氫銨法工藝流程圖
優(yōu)點(diǎn)：原料綜合利用好，制得的產(chǎn)品質(zhì)量容易達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)還可副產(chǎn)氯化按、硫酸銨等；原料價(jià)格相對(duì)便宜，同時(shí)低溶度的氟硅酸（10％）也適用，為中小型磷肥廠合理利用資源提供了新途徑。
缺點(diǎn)：工藝路線較復(fù)雜。
3.6氟硼酸法
氟硼酸法是將氟硼酸溶液與氫氧化鋁和NH4OH反應(yīng)生成AlF3•NH4F，在400～500℃下熱分解即可制得氟化鋁產(chǎn)品。
3.7鋁電解含氟廢物法
在電解鋁的過(guò)程中，所用原料中可能含有水分或者電解液面暴露與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生HF氣體。目前中國(guó)普遍采用干法技術(shù)回收含氟煙氣制氟化鋁，干法技術(shù)是用某種特定的固體顆粒或粉狀物料吸附某些氣體物質(zhì)所進(jìn)行的氣體凈化過(guò)程。采用電解用氧化鋁吸附煙氣中的HF制得氟化鋁產(chǎn)品，由于Al2O3孔隙較高，比表面積較大，是兩性化合物，對(duì)酸性氣體HF氣體具有良好的吸附性。
3.8其他路線法
除上述方法外，氟化鋁的制備方法還有黏土法、高嶺土法以及氟烷烴法等。黏土法和高嶺土法的原理都是將原料與酸液（通常都是氫氟酸）反應(yīng)，浸取其中的Al3+，過(guò)濾濾渣，將所得濾液結(jié)晶，經(jīng)干燥煅燒得到氟化鋁產(chǎn)品。G.B.McVicker等還將γ-Al2O3與三氟甲烷在＞350℃的條件下反應(yīng)制取氟化鋁。CHF3可用CF4代替，但反應(yīng)溫度必須≥600℃。
結(jié)語(yǔ)
2016年，全球電解鋁總產(chǎn)量為5889萬(wàn)t，其中中國(guó)產(chǎn)能為3616.7萬(wàn)t，按噸鋁消耗17kg氟化鋁計(jì)，全球氟化鋁的銷量約為100萬(wàn)t，其中中國(guó)銷量約為61.5萬(wàn)t。未來(lái)，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及電解鋁應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，電解鋁的需求將呈幾何式增長(zhǎng)，其原材料氟化鋁的需求也會(huì)不斷增加。
參考資料：
牛永生,明大增等.電解鋁工業(yè)輔料—氟化鋁
牛永生.干法合成氟化鋁反應(yīng)器設(shè)計(jì)及工藝研究
劉海霞.干法氟化鋁和無(wú)水氟化鋁制備工藝和應(yīng)用效果對(duì)比
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
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