Производство криолита (стр. 1 из 7)

Министерство образования Российской Федерации

ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет - УПИ"

Кафедра технологии неорганических веществ

Курсовая работа

по общей химической технологии

на тему:

Производство криолита

Руководитель

канд. техн. наук, доцент Л.Е. Толкачева

Студент А.А. Козлов

гр. Х-363

Екатеринбург 2008г.

Задание к курсовой работе "Общая химическая технология"

1. Характеристика химического продукта.

2. Методы получения (обзорно).

3. Основной метод получения (обоснование выбора)

3.1. Характеристика основного и вспомогательного сырья.

3.2. Физико-химические характеристики основных стадий процесса.

3.3. Описание технологической схемы процесса.

3.4. Характеристика используемых химических реакторов.

3.5. Характеристика отходов, проблемы их обезвреживания и полезного использование.

3.6. Технологические расчеты:

3.6.1.Расчет материального баланса производства (по стадиям и сводный баланс).

3.6.2.Расчет теплового баланса (одной из стадий процесса).

3.6.3.Расчет теоретических и практических расходных коэффициентов на основе расчета материального и теплового балансов

3.7. Перспективы совершенствования процесса получения химического продукта.

4. Оформление пояснительной записки (объем - 20-25 страниц без расчетов).

5. Исходные данные для расчета:

1. Производительность установки 4.0 т/ч по криолиту.

2. Модуль криолита 1.6 (т.е. AlF₃*1.6NaF).

3. Сырье: а) Плавиковая кислота

4. Соотношение В: Т при приготовлении гидратного молока 1.6: 1.0.

5. Сода вводиться в виде раствора.

6. Количество соды с 4.0 % недостачи от стехиометрического соотношения для облегчения процесса необходимо остаточная кислотность.

7. Степень использования сырья 98.5%.

Оглавление

1. Введение

2. Основная часть

2.1 Характеристика химического продукта

2.2 Методы получения

2.3 Основной метод получения

2.3.1 Характеристика основного и вспомогательного сырья

2.3.2 Физико-химические характеристики основных стадий процесса

2.3.3 Описание технологической схемы процесса

2.3.4 Характеристика используемых реакторов

2.3.5 Характеристика отходов, проблемы их обезвреживания и полезного использования

2.4 Технологические расчеты

2.4.1 Расчет материального баланса производства

2.4.2 Расчет теплового баланса (одной из стадий процесса)

2.4.3 Расчет теоретических и практических расходных коэффициентов на основе расчета материального и теплового балансов

Практические расходные коэффициенты

2.3 Перспективы совершенствования процесса получения химического продукта

Заключение

Библиографический список

1. Введение

Криолит марки КА используется главным образом в качестве флюса в производстве алюминия. Электролизная ванна имеет обычно состав: 80-85% масс. криолита, 5-7% СаF₂;, 5-7% AlF₃, 2-8% Аl₂O₃. На одну тонну алюминия расходуется около 32 кг криолита, причем регенерируется 18 кг криолита. Криолит марки КП применяется в производстве стекла, эмалей, при изготовлении абразивных изделий. Причем, к криолиту, применяемому в металлургии алюминия, предъявляются более жесткие требования по содержанию примесей.

Многотонажным производством криолита занимаются более 50 зарубежных фирм.

Суммарные мощности составляют 250-300 тысяч тонн в год. Мощности отдельных предприятий 3-50 тысяч тонн в год.

Ведущими зарубежными фирмами являются:

Кaiser А1uminium H Сhem. Согр. (США) - 50 тысяч тонн,

Мontendison (Италия) - 60 тысяч тонн,

ОmodaKaiaky (Япония) - 20 тысяч тонн,

Аluluisse (Швейцария) - 12-20 тысяч тонн.

2. Основная часть

2.1 Характеристика химического продукта

Из солей Н₃А1F₆, наибольшее практическое значение имеет криолит Na₃А1F₆, хотя в природе встречаются и многие другие гексафторалюминаты: Nа₅А1₃F₁₄ (хиолит), Nа₃Li₃ (А1F₆) ₂ (криолитионит), NаСаА1F₆ *Н₂О (томсенолит), Nа₂Мg; А1F₇ (веберит) и др.

Криолит представляет собой кристаллы с температурой плавления 1009°С (фазовые переходы при 560 и 881°С), почти не растворимые в воде (при 100°С растворимость - 0,135 г/ 100 г Н₂О) кристаллическая решетка этого соединения состоит из октаэдрических ионов А1F₆^{3 -} и ионов Nа⁺.

Природный криолит добывается в Гренландии из месторождения Ивингут, других месторождений практически нет. Это месторождение открыто в 1795 году Шумакером. В 1800 году д'Андрада назвал добываемый там минерал криолитом, что означает "Ледяной камень", так как опущенный в воду криолит, показатель преломления которого 1,339 почти такой же, как у воды, похож на лед.

Молекулярная масса - 209,95 у. е. Плотность ~ 2700 кг/м3.

Внешний вид - мелкодисперсный кристаллический порошок от слабо-розового до серовато-белого цвета. Криолит имеет насыпную плотность 0,9-1,3 т/м3. Криолит огне - и взрывобезопасен.

Физико-химические свойства технического криолита определяются свойствами входящих в его состав фторалюминатов. Синтетический криолит, как правило, является смесью двух фторалюминатов - хиолита и криолита, состав которых выражается формулами 5NаF* 3А1F₃*0,5Н₂Oи 3NаF*А1F₃*0,167Н₂Oсоответственно. Мольное соотношение NаF: А1F₃ называется криолитовым модулем (М). Причем хиолит - доминирующая фаза в составе синтетического криолита при М=1,5-2,0, который выпускается на российских заводах. При М=2,5-2,9 преобладает криолит, его производят ведущие зарубежные страны. Хиолит - вещество, плавящееся при 725°С с разложением (инконгруэнтно) по уравнению:

3 (5NаF* 3А1F₃*0,5Н₂O) =>5 (5NаF* 3А1F₃*0,167Н₂O) + 4А1F₃ + 0,665Н₂O (1)

Криолит - вещество, плавящееся при 1000°С без разложения (конгруэнтно). Растворимость трехмодульного криолита в воде в зависимости от температуры следующая:

Таблица 1. Растворимость криолита в воде в зависимости от температуры.

T,°С	0	25	50	75	100
г Na3А1F6/1000 г раствора	0.348	0.417	0.793	0.930	1.300

С ростом рН растворимость криолита увеличивается. В присутствии NаFрастворимость резко падает. Синтетический криолит легко разлагается серной кислотой, но сплавленный криолит трудно разлагается даже горячей серной кислотой. Химический состав синтетического технического криолита должен соответствовать требованиям ГОСТ 10561-80, приведенным в таблице 2. Согласно ГОСТ 10561-80 криолит выпускается двух марок КА и КП.

Таблица 2. Химический состав синтетического криолита в процентах.

Наименование показателя	Номер для марки
	КА		КП
	высший	первый
1. Массовая доля для фтора, не менее	54	54	52
2. Массовая доля алюминия, не более	18	19	23
3. Массовая доля натрия, не менее	23	22	13
4. Криолитовый модуль, не менее	1.7	1.5	не норм.
5. Массовая доля SiO2, не более	0.5	0.9	1.5
6. Массовая доля Fе2O3 не более	0.06	0.08	0.1
7. Массовая доля сульфатов в пересчете на SO42-, не более	0.5	1.0	1.0
8. Массовая доля воды, не более	0.2	0.5	0.8
9. Массовая доля Р2О5, не более	0.05	0.2	0.6

2.2 Методы получения

Криолит является одним из важных фторсодержащих химических продуктов. В силу ограниченности природных запасов криолита и практически полного отсутствия его в России большое внимание уделяется разработке способов получения искусственного криолита. Ведущими научными школами в этой области в бывшем СССР и в России являются:

Уральский научно-исследовательский институт химии (УНИХИМ), Всесоюзный алюминиево-магниевый институт (ВАМИ) и его филиалы, Ленинградский технологический институт (ЛТИ). Все многочисленное количество способов получения криолита, в том числе и промышленных, делятся на три основных технологических направления: получение на основе использования плавикового шпата; получение из отходящих газов процессов разложения фосфатного сырья; регенерация криолита из отходов алюминиевого производства (производство вторичного криолита). Перспективными являются способы получения первичного криолита из плавикового шпата и отходящих фторсодержащих газов производства минеральных удобрений. Способы, основанные на применении фосфатного сырья, можно разделить на три группы, отличающиеся методом абсорбции тетрафторида кремния: водой с получением слабой (10-12 /о мае.) кремнефтороводородной кислоты; содой с получением NаF; аммиаком с получением фторида аммония. Промышленное производство криолита из кремнефтороводородной кислоты по методу УНИХИМ основано на взаимодействии растворов трифторида алюминия и фторида натрия по реакции:

mNaF _(p) + AlF_{3 (p)} = mNaF*AlF_{3 (тв) (}1)

Исходные растворы фторидов получают из кремнефтороводородной кислоты при действии на нее соответственно гидроксидом алюминия или содой по реакциям:

Na₂SiF_{6 (p)} +2Al (OH) _{3 (тв)} = 2А1F_{3 (p)} +SiO₂*H₂O _{(тв) (}2)

Na₂SiF_{6 (p)} +ЗNа₂СО_{3 (p)} = 6NаF _(p) + SiO₂*nH₂O _(тв) +СО_{2 (г) (}3)

с последующим отделением геля кремниевой кислоты. Влажность кремнегеля после фильтрации на ленточном фильтре 70-75%, на фильтр-прессе - 50 %. Раствор А1F₃ из кремнефтороводородной кислоты с концентрацией 10,0-12,0 % мас. получается пересыщенным, но достаточно устойчивым при фильтрации и транспортировке. Раствор NаFполучают при условиях, обеспечивающих содержание его в растворе близким к насыщению.