Получение криолита

29.01.2017

Исходным сырьем для получения криолита, кроме плавиковой кислоты, служат гидрат окиси алюминия [Al(OH)3] и кальцинированная сода (Na2CO3).
В табл. 10 приведены технические условия на гидрат окиси алюминия.
Получение криолита

Кальцинированная сода представляет собой мелкокристаллический порошок. Пo техническим условиям (ГОСТ 5100—49) сода должна содержать не менее 95% Na2CO3, не более 1% NaCl, не более 3,5% H2O и не более 0,1% Na2SO4.
При получении криолита в раствор чистой плавиковой кислоты вводят соответственно рассчитанные количества Al(OH)3 и Na2CO3. Реакции взаимодействия плавиковой кислоты с гидратом окиси алюминия и содой называют варкой криолита.
Процесс варки криолита ведут в две стадии. Вначале получают фтор алюминиевую кислоту путем растворения гидрата окиси алюминия в плавиковой кислоте по реакции
6HF + Al (OH)3 = H3AlF6 + ЗН2O.

Затем полученную фторалюминиевую кислоту нейтрализуют содой по реакции
2H3AlF6 + 3Na2CO3 = 2Na3AlF6 + 3CO2 + 3H2O.

Получающийся таким образом криолит выпадает в осадок, так как он еще менее растворим в воде, чем кремнефтористый натрий.
Таким же образом и в той же аппаратуре (что и для получения криолита) можно получить хиолит (5NaF. 3AlF3), для чего следует только соответственно изменить дозировку гидрата окиси алюминия и соды.
Во время варки криолита могут протекать побочные реакции с примесями, которые находятся в плавиковой кислоте, гидрате, окиси алюминия и соде. Чтобы эти примеси возможно меньше переходили в криолит, плавиковую кислоту в процессе варки нейтрализуют не до конца, а оставляют маточный раствор слегка кислым.
Операцию варки криолита ведут непрерывно в трех последовательно и каскадно расположенных реакторах — стальных баках (чанах). Реакторы имеют одинаковые размеры и снабжены мешалками.
Первый по ходу процесса реактор, называемый «растворителем», для защиты стальных стенок от коррозии плавиковой кислоты и растворов ее солей футерован угольными плитами на коксовой бакелитовой массе. На стенке, прилегающей ко второму реактору, имеется отверстие, в которое зафутерован желоб для перегонки жидкости из первого реактора во второй.
Сверху реактор плотно закрыт крышкой, через которую введены трубы для подачи плавиковой кислоты и гидрата окиси алюминия, а также паропровод, соединенный с барботером для подогрева жидкости острым паром.
Второй и третий реакторы устроены так же, как и первый, за исключением того, что третий реактор вследствие малых коррозионных свойств жидкости, проходящей через него, совершенно ничем не защищен изнутри. Все три реактора соединены системой вентиляции для удаления кислых и водяных паров, а также углекислоты.
В первом реакторе вследствие подачи острого пара поддерживается температура в пределах 85—90°, при которой происходит растворение гидрата окиси алюминия в плавиковой кислоте.
Благодаря наличию мешалки жидкость в первом реакторе все время находится в движении. Кислый раствор фтористого алюминия из первого реактора по переточному желобу непрерывно самотеком поступает во второй реактор, а затем, пройдя его, — в третий.
Раствор кальцинированной соды поступает во второй и третий реакторы, причем большая часть раствора соды (до 70%) поступает во второй реактор.
Температура во втором и третьем реакторе поддерживается в пределах 85—90°. Кислоту во втором и третьем реакторе нейтрализуют с таким расчетом, чтобы в маточном растворе третьего реактора оставалось 2—3 г/л свободного фтористого водорода. При этом криолит почти мгновенно выпадает из раствора в виде белых кристаллов. На этом процесс варки криолита заканчивается.
Пульпа криолита из третьего реактора по желобу поступает в стальной сгуститель обычного устройства, откуда уплотненный осадок криолита поступает па промывку, а затем на фильтрацию. Фильтрацию криолитовой пульпы производят на барабанном вакуум-фильтре.
Отфильтрованный криолит содержит около 15—20% воды. Его направляют на сушку. Сушка криолита осуществляется в сушильном барабане с наружным обогревом. Обогрев барабана осуществляется сжиганием генераторного газа. Температура внутри барабана поддерживается в пределах 130—140°. В результате этой операции получается безводный криолит, готовый к употреблению в алюминиевой промышленности.
На производство 1 г криолита расходуется примерно 0,62 т плавиковой кислоты, 0,80 г соды и 0,30 т гидроокиси алюминия (в пересчете на Al2O3).