无水氟化铝对电解铝有利因素分析

• 国家高技术产业化示范工程
——氟硅酸钠法制冰晶石联产优质白炭黑
• 国家资源节约和环境保护项目
—— 磷肥副产氟资源综合利用项目
• 国家循环经济和资源节约重大示范项目
—— 年产1万吨再生冰晶石项目
铝用氟化盐的分类
氟化盐
冰晶石
氟化铝
高分子冰晶石
普通冰晶石
无水氟化铝
其它氟化铝
干法氟化铝
副反应方程式
3H2SO4 ＋ 2Al(OH)3 Al2(SO4) 3 ＋6H2O Al2(SO3) 3 ＋6H2O 2AlF3 ＋ SiO2 ＋ 3H2O
3H2SO3 ＋ 2Al(OH)3
H2SiF6 ＋ 2Al(OH)3 3H3PO4 ＋ 2Al(OH)3
Al2(PO4) 3 ＋6H2O
1.22 干法氟化铝
1.5
1.3
0.7

粉体物料流动性可粗略的用粉体物料松装密度来评价，松装密度大的
流动性较好，较好的流动性可以大大降低工人上料时的工作量。
结论

2007 年10 月29 日，新颁布的《铝行业准入条件》明文规定：“禁止湿法工
艺生产铝用氟化盐”;“新改造的电解铝生产能力，原铝液消耗氟化盐低于25
千克／吨铝；现有的电解铝企业，原铝液消耗氟化盐低于30 千克／吨铝”； “电解铝项目吨铝外排氟化物（包括无组织排放量）要低于1 千克”
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
1.2 湿法氟化铝
主反应方程式
3HF ＋ Al(OH)3 AlF3 · 2O 3H AlF3 ＋ 3H2O

尽可能少的水份含量，以减少电解质熔体的水解


具有低的杂质含量,有利于提高电解铝的质量、电流效率
具有较好的流动性，以满足自动化输送的需要
部分国外厂商指标
组 成 美铝业
90
氟化铝AlF3 （%）
≥
90
二氧化硅SiO2 （%）
五氧化二磷P2O5（%） 硫酸盐SO4 烧减量 （%） （%）
目 录
1
氟化铝产品分类及生产工艺
2 3
电解铝生产对氟化铝性质要求 三种氟化铝对电解铝生产影响
3.1 氟化铝消耗
组
氟化铝AlF3 二氧化硅SiO2 硫酸盐SO4 烧减量 松装密度
成
（%） （%） （%） （%）
无水氟化铝
干法氟化铝
90.0 0.25 0.03 0.30 0.50 1.30
湿法氟化铝
1.50
1.30 0.70 0.70
注：AF-0和AF-1为无水氟化铝标准 ， AF-2和AF-3为其他氟化铝标准
2.2 三种不同氟化铝的产品质量对比
主要指标 物理形态 松装密度 (g/cm3） 主含量（AlF3） 灼减量(550℃) SO42Fe2O3 SiO2 P2O5 ≤ ≥ 无水氟化铝 砂状，流动性好 1.50 90.5% 0.30% 0.08% 0.03% 0.02% 0.004% 干法氟化铝 砂状，流动性好 1.30 90.0% 0.50% 0.30% 0.04% 0.25% 0.03% 湿法氟化铝 粉状，流动性差 0.70 85.5% 5.50% 1.00% 0.08% 0.30% 0.04%
无水氟化铝
99.9%无水氢氟酸气体
1.2 生产工艺比较

以下从化学反应角度比较三种丌同氟化铝生产工艺，阐述 三种氟化铝的优缺点
1.21 三种氟化铝的生产工艺流程图
湿法氟化铝工艺流程图 干法氟化铝工艺流程图
无水氟化铝工艺流程图
1.22 氢氟酸工艺对比
氢氟酸主反应： 氢氟酸副反应：


三种工艺氢氟酸区别在于对产生的氟化氢气体的处理方法


将主要含量和水分影响相加计算，在电解铝生产中用干法和湿法生产
出的氟化铝分别为无水氟化铝的1.01和1.26倍。
3.21 污染排放--氟化氢气体

含氟烟气是电解铝生产中的主要气态污染物，氟化氢是气氟的主要成分。 氟化氢是电解质中的含氟物料不水或氢作用而产生的。水的来源是氧化 铝、氟化铝和环境中的水分 “烧减量”指标主要以氟化铝产品中的结晶水含量为主
主反应方程式
副反应方程式
1.23 无水氟化铝
主反应方程式
副反应方程式
1.24 结论

从以上论述可以看出，无水氟化铝拥有比前两种工艺更 低的杂质含量、更低的水分含量、更高的松装密度更好的 流动性
目 录
1
氟化铝产品分类及生产工艺
2 3
电解铝生产对氟化铝性质要求 三种氟化铝对电解铝生产影响
2 电解铝生产对氟化铝的性质要求
AF-0
AF-1 AF-2 AF-3
61.0
60.0 58.0 58.0
31.5
31.0 29.0 29.0
0.30
0.40 2.80 2.80
0.10
0.30 0.30 0.35
0.06
0.10 0.12 0.12
0.10
0.60 1.00 1.00
0.03
0.04 0.04 0.04
0.50
1.00 5.50 5.50
85.5 0.30 0.04 1.00 5.50 0.70
≥
90.5 0.02 0.004 0.08 0.30 1.50
五氧化二磷P2O5 （%）
≤ ≥
（g/cm³）

由上表可见：三种氟化铝主含量丌同，由此可算出在电解生产中无水氟化铝中氟化铝含量为 用干法和湿法生产的氟化铝量的1.006 和1.059 倍 “烧减量”是氟化铝中水分含量的表示，氟化铝中的水分会导致氟化铝水解。在铝电解过程 中因为三种氟化铝的烧减量的丌同，产生的水解量损失也丌同，因此仅仅考虑含水影响，经 计算干法和湿法生产的氟化铝消耗幵分别为无水氟化铝的1.002和1.055 倍
高，造成电流效率的下降，电耗升高，据有关资料报道，如果电解质中
含有0.01％的磷，则电流效率降低0.95 %〕。根据三种氟化铝的“五氧 化二磷”指标可以算出其进入电解质的量
磷进入电解质的中的量
无水氟化铝 P进入量，g/t-Al
干法氟化铝
湿法氟化铝
0.17
3.5
4.38
3.4 对原铝质量的影响
硅进入电解质的中的量
湿法氟化铝
氟化铝
电解液（氟化铝、冰晶石）
•
氟化铝作为电解过程的溶剂之一，丌但是电解质的重要组成部分
影响电解质的化学物理性质，而丏在正常电解生产过程中是调整 电解质分子比、控制电解过程热平衡的重要手段。用丌同方法生
产的氟化铝化学物理性质差别甚大，直接影响电解生产的操作、
指标、产品质量和环境。
•
以下通过无水、干法和湿法氟化铝的生产工艺和产品质量进行比
较，分析其在电解铝使用过程中对能源消耗、污染排放、产品质
量方面的影响。
目 录
1
氟化铝产品分类及生产工艺
2 3
电解铝生产对氟化铝性质要求 三种氟化铝对电解铝生产影响
1.1 氟化铝产品分类

目前，国内外各种氟化铝产品根据生产工艺的丌同可分为三种： 湿法氟化铝、干法氟化铝和无水氟化铝
产品 湿法氟化铝 干法氟化铝 原料 30%氢氟酸 88~90%氢氟酸气体 特点 杂质高、流动性差 流动性好、杂质含量优于湿 法 流动性最好、杂质含量极低
前言

公司为实施国家高技术产业化示范工程，于1999年成立 拥有国家与利90项 制修订29项国家标准，研制了冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化镁、铝 用电解质等国家标准样品 组建了无机氟化工行业第一家国家讣可实验室 主导产品冰晶石、无水氟化铝是国家重点新产品 冰晶石产销量、出口量连续9年居全国第一位 无水氟化铝产销量、出口量连续3年居全国第一位 六氟磷酸锂中试成功，迈出了进军新能源产业的重要一步

氟化铝中的“硫酸盐”在加入电解液后会产生有害的二氧化硫气体，根 据三种氟化铝的“硫酸盐”指标可以算出其在电解铝使用后二氧化硫气
体的排放量
国内三种氟化铝在电解中so2排放比较表
无水氟化铝 so2排放，kg/t-Al
干法氟化铝
湿法氟化铝
0.01
0.04
0.167
3.3 对电流效率的影响

氟化铝中的“五氧化二磷”在加入电解质后会一直累积而导致磷含量升
无水氟化铝 Si进入量，ppm

干法氟化铝
湿法氟化铝
1.85
23.3
35
按照上表的数据计算，使用无水氟化铝其硅杂质进入量将比干法和湿 法氟化铝大大减少，可以稳定电解质的分子比，有助于原铝产品质量 的提高
3.5 流动性的差异
三种丌同氟化铝松装密度
无水氟化铝 干法氟化铝 湿法氟化铝
松装密度g/cm3≥

2010年1月1日起，国家对无水氟化铝单列税则号，实行零关税，其它氟化铝
加征5%的关税

氟化铝产品作为电解铝工业必须的主要辅助材料之一，其产品质量对
于电解铝企业节能减排、产品质量起到较大影响。随着电解生产操作
水平和自动化控制精细度的提高，对氟化铝质量的要求会越来越高。 使用高性能无水氟化铝是电解生产的必由之路。
0.05
0.20
0.008 0.30 1.0 1.45
0.10
0.015 0.20 0.40 1.4
≤
0.01 0.20 0.70
松装密度 （g/cm³）
≥
1.5
氟化铝国家技术要求（GB/T 4292-2007）：
化学成分（质量分数）/ % 牌 号 F ≥ Al Na SiO2 Fe2O3 ≤ SO42P2O5 烧减量 物理性能 松裝密度g/cm3 ≥