Курсовая работа: Производство криолита
Химизм процесса заключается в нейтрализации:
6НF+А1 (ОН) 3 = Н3 А1F6 +ЗН2 O ( 11) и взаимодействии:
2 Н3 А1F6 +ЗNа2 СO3 = 2Nа3 А1F6 +ЗН2 O+ЗСО2 . (12)
Это самый оптимальный метод получения криолита,который зарекомендовал себя и промышленно эксплуатируется на российских заводах, в том числе на Южно-Уральском криолитовом и Полевском криолитовых.
Основными недостатками кислотных методов можно назвать следующие:
высокая экологическая опасность;
использование дорогостоящих и дефицитных материалов для защиты как основного, так и вспомогательного оборудования;
использование обогащенного плавикового шпата с содержанием более 90% СаF2 в концентрате, при этом до 15% фторида кальция теряется при обогащении с флотационными хвостами.
Перечисленных недостатков нет при щелочных способах производства криолита, так как: нет токсичных газов и жидких стоков на всех стадиях процесса; вся аппаратура может быть выполнена без дорогостоящей футеровки; можно использовать плавиковый шпат с низким содержанием СаF2 (менее 70,0% маc.) без предварительного обогащения.
Сущность щелочных процессов получения криолита заключается во взаимодействии соды с фторидом кальция по реакции:
Nа2 СO3 +СаF2 = 2NаF+СаО+СО2 (13)
с последующим выщелачиванием фторида натрия из спека водой. В силу низкой растворимости NaFв воде (при Т=15-100°С растворимость составляет 4,0-4,1% мас.) полученные слабые растворы фторида натрия выпаривать экономически невыгодно. Таким образом, рентабельность щелочных процессов определяется способом выделения криолита из таких растворов. В 1936 году инженером Коксановым предложен способ осаждения криолита из растворов фторида и алюмината натрия, взятых в стехиометрических количествах, при пропускании углекислого газа. Образование и кристаллизация криолита в щелочной среде при карбонизации описывается реакцией:
6NаF+NаА1O2 +2СО2 = Nа3 А1F6 +2Nа2 СО3 . (14)
Другие известные щелочные способы отличаются видом алюминатной составляющей для получения криолита. Например, на Днепропетровском алюминиевом заводе в 1938 году введена в эксплуатацию установка получения криолита по трепельному варианту по технологии, разработанной сотрудниками института ВАМИ во главе с Г.В. Лабутиным. Сырьем для производства криолита явилось:
низкосортный плавиковый шпат Аурхшатского месторождения, содержащий 70,0-75,0% маc. СаF2 и 18,0-22,0% SiO2 ;
трепел, 80,0-85,0% SiO2 ;
кальцинированная сода, 99,0% Nа2 CO3 ;
глинозем.
Влажное сырье предварительно подсушивали.
Схема производства по "бокситовому" варианту совершенно аналогична схеме производства глинозема методом спекания, только в шихту дают плавиковый шпат, то есть это обычная схема производства глинозема с попутным получением криолита.
Шихту составляют в мольных соотношениях:
Nа2 O/СаF2 +А1F3 = 1.2; СаО+СаF2 /SiO2 +Fe2 O3 = 0,8.
Шихту перемешивают, размалывают и спекают во вращающейся печи. При спекании образуются растворимые в воде NаFи NаАlO2 , причем, алюмината натрия значительно больше, чем требуется по криолитовой формуле.
Полученный спек размалывают и подают на агитационноевыщелачивание. Растворы NаFи NаА1O2 , проходят операцию обескремнивания,как в производстве глинозема.
Обескремненный раствор подвергают карбонизации. Прикарбонизации в первую очередь выпадает гидроксид алюминия. Карбонизацию ведут до тех пор, пока в растворе не останется NаА1O2 , несколько больше, чем требуется по формуле криолита.
Гидроксид алюминия осаждается, и раствор перекачивают в другой карбонизатор, где происходит выделение криолита.
Несмотря на указанные достоинства "щелочных" способов они не получили широкого практического применения в силу существенных недостатков:
работа с большими объемами разбавленных растворов NаF;
криолит выпускается с повышенным содержание щелочи.