冰晶石[學(xué)習(xí)材料]

1、冰晶石 冰晶石（Cryolite）一種礦物，六氟鋁酸鈉（Na3AlF6），白色單斜晶系（109攝氏度），微溶于水，熔融的冰晶石能溶解氧化鋁，在電解鋁工業(yè)作助熔劑、制造乳白色玻璃和搪瓷的遮光劑。簡介 冰晶石冰晶石又名六氟合鋁酸鈉或氟化鋁鈉，分子式為Na3AlF6，白色細小的結(jié)晶體，無氣味，溶解度比天然冰晶石大，比重為3，硬度23，熔點1000，易吸水受潮。冰晶石主要用作鋁電解的助熔劑，橡膠、砂輪的耐磨填充劑，搪瓷乳白劑，玻璃遮光劑和金屬熔劑，農(nóng)作物的殺蟲劑等。HallHeroult法是用冰晶石為基的氟化物熔體作溶劑的以生產(chǎn)金屬鋁的方法，迄今為止還沒有發(fā)現(xiàn)另一種化合物可以代替冰晶石的。這是因為冰晶

2、石除了能夠溶解氧化鋁以外還具有其它一些不可缺少的性質(zhì)，如不含比鋁更正電性的元素，穩(wěn)定性好，在一般條件下不分解、不揮發(fā)、不潮解，熔點高于鋁，導(dǎo)電性好，節(jié)約電量等。可以說，如果沒有冰晶石，全世界也許就沒有如此大規(guī)模的鋁工業(yè)，價格也就沒有這么低，應(yīng)用也就沒有這么廣泛。格陵蘭西海岸是冰晶石的主要產(chǎn)地，此礦于1987年開采完畢?，F(xiàn)時多以螢石人工合成六氟鋁酸鈉供工業(yè)使用。西班牙、俄羅斯和美國也有產(chǎn)出。 冰晶石的分子結(jié)構(gòu)圖1理化參數(shù)理論組成(wB%)：Na 32.8，Al 12.8, F 54.4。因與冰相似而得名。成分通常很純，有時可含極微量的Ca、Fe、Mn及有機質(zhì)等。 結(jié)構(gòu)與形態(tài)單斜晶系，a0=0.5

3、47nm，b0=0.562nm，c0=0.782nm，=9011；Z=2。晶體結(jié)構(gòu)有略微變型的AlF6 冰晶石NaF6八面體和NaF12立方八面體組成；兩種八面體連接成鏈c軸延伸，鏈間為其它2/3的Na所充填，配位數(shù)為12。AlF6八面體位于晶胞的角頂和中心，NaF6八面體位于晶胞的底面中心和垂直棱的中部，6個NaF12有4個在晶胞面上，其余2個在晶胞里。在約500時-冰晶石為等軸晶系，Oh3-Fm3m；a0=0.795nm；Z=4。(NH4)3AlF6型結(jié)構(gòu)，與鉀鈉冰晶石結(jié)構(gòu)相似。由于分布于立方八面體中的Na+半徑較小，不能填滿立方八面體的空間，故在冷卻條件下多面體發(fā)生傾斜，轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本怠?/p>

4、 斜方柱晶類，C2h-2/m(L2PC)。常見單形：平行雙面a100、b010、c001及斜方柱s111。由于001和010晶面較發(fā)育，故晶形外觀類似立方體。雙晶常依（110）。通常呈致密塊狀，有時呈片狀或粒狀。 理化性能無色、白色，有時呈淺灰、淺棕、淺紅或磚紅色。條痕白色。玻璃光澤至油脂光澤。透明至半透明。無解理，具001、110裂開。性脆。斷口參差狀。硬度23。相對密度2.953.1。 偏光鏡下：無色透明。二軸晶(+)，2V=43?。Ng=1.3396，Nm=1.3389，Np=1.3385。 冰晶石用途 主要用作鋁電解的助熔劑；也用作研磨產(chǎn)品的的耐磨添加劑，可以有效提高砂輪耐磨，切，削力

5、，延長砂輪使用壽命和存儲時間；鐵合金及沸騰鋼的熔劑，有色金屬熔劑，鑄造的脫氧劑，鏈烯烴聚合催化劑，以及用于玻璃抗反射涂層，搪瓷的乳化劑，玻璃的乳白劑,焊材的助熔劑陶瓷業(yè)的填充劑，農(nóng)藥的殺蟲劑等行業(yè)企業(yè)。 應(yīng)用優(yōu)勢1新啟動槽使用高分子具有比冰晶石電解質(zhì)水平平穩(wěn)、收縮較慢、分子比變化平緩等優(yōu)點，有利于電 冰晶石解質(zhì)成分的穩(wěn)定保持；陰極吸鈉均勻，有利于延長電解槽壽命；電解溫度合理、變化小，易于控制；揮發(fā)損失少，能有效的改善現(xiàn)場作業(yè)條件。 2可大量節(jié)約氟化鈉或純堿用量，降低生產(chǎn)成本。 3添加方法簡單，易于操作。 質(zhì)量執(zhí)行標準GB/42911999 等級化學(xué)成分% 特級(A) 一級(B) F 53 53

6、 Al 13 13 Na 32 32 冰晶石SiO2 0.25 0.36 Fe2O3 0.05 0.08 SO4² 0.7 1.0 P2O5 0.02 0.03 H2O 0.4 0.5 灼減（550） 2.5 3.0。 產(chǎn)品編碼B03102401，產(chǎn)品CAS登記號13775-53-6 除了工業(yè)冰晶石外，市場中還有一種磨料專用冰晶石，該冰晶石主要適用于磨料/熔劑行業(yè)，產(chǎn)品為純白的粉末。不適用于電解鋁，電焊行業(yè)中有30%的客戶反饋會產(chǎn)生濃煙。 該產(chǎn)品由昆明市松海商貿(mào)有限公司率先研發(fā)并在市場中推廣，在國內(nèi)外砂輪企業(yè)中占有一定的地位。 高分子比冰晶石特性1分子比高，可穩(wěn)定在2.83.0之間；主

7、含量高，雜質(zhì)含量低，實收率高。 冰晶石2新啟動槽使用高分子具有比冰晶石電解質(zhì)水平平穩(wěn)、收縮較慢、分子比變化平緩等優(yōu)點，有利于電解質(zhì)成分的穩(wěn)定保持；陰極吸鈉均勻，有利于延長電解槽壽命；電解溫度合理、變化小，易于控制；揮發(fā)損失少，能有效的改善現(xiàn)場作業(yè)條件。 3可大量節(jié)約氟化鈉或純堿用量，降低生產(chǎn)成本。 4狀態(tài)有砂狀（80目）、粉狀（200-325目）、粒狀（0-10mm）三種。 粉狀冰晶石（200-325目）該產(chǎn)品特別適合電解鋁啟槽，還適用于樹脂砂輪的耐磨填充劑、金屬熔劑玻璃遮光劑、搪瓷乳白劑等。使用時添加方法簡單，易于操作。 砂狀冰晶石（80目） 冰晶石砂狀冰晶石，系采用國家專利技術(shù)，經(jīng)眾多氟化

8、鹽專家、電解鋁專家共同研制開發(fā)而成。該產(chǎn)品經(jīng)“國家輕金屬質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”檢測，各項性能指標均達到或超過冰晶石國家標準。產(chǎn)品具有熔點低，熔化速度快的特點?？煽s短進入正常工作狀態(tài)的時間。砂狀冰晶石顆粒較大，流動性好，大部份顆粒集中在240目-80目，便于機械化、自動化下料。 粒狀冰晶石（0-10mm）主要用作鋁電解的助熔劑，特別適用于電解鋁啟槽和正常生產(chǎn)。電解鋁生產(chǎn)中實收率高，可以降低電解鋁的成本；并具有流動性好、無粉塵污染的優(yōu)點，適合機械化下料。該產(chǎn)品是多氟多公司根據(jù)國際市場對冰晶石要求，開發(fā)研制的新一代綠色環(huán)保產(chǎn)品。 高分子比冰晶石是多氟多公司自主研發(fā)的一種新產(chǎn)品，被列為國家高新技術(shù)產(chǎn)品。

9、普通冰晶石產(chǎn)品特性1分子比可在1.02.8之間任意調(diào)整。 2主含量高，雜質(zhì)含量極低，適用于鋁電解正常生產(chǎn)并可部分替代AlF3用于鋁電解生產(chǎn)。 冰晶石3狀態(tài)有砂狀（80目）、粉狀（200-325目）、粒狀（0-10mm）三種，可根據(jù)用戶的要求提供不同粒度產(chǎn)品。不同狀態(tài)產(chǎn)品應(yīng)用區(qū)別如下： 粉狀冰晶石（200-325目）該產(chǎn)品主要用作鋁電解的助熔劑，還適用于樹脂砂輪的耐磨填充劑、金屬熔劑玻璃遮光劑、搪瓷乳白劑等。使用時添加方法簡單，易于操作。 砂狀冰晶石（80目）砂狀冰晶石，系采用國家專利技術(shù)，經(jīng)眾多氟化鹽專家、電解鋁專家共同研制開發(fā)而成。該產(chǎn)品經(jīng)“國家輕金屬質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”檢測，各項性能指標均達

10、到或超過冰晶石國家標準。產(chǎn)品具有熔點低，熔化速度快的特點?？煽s短進入正常工作狀態(tài)的時間。砂狀冰晶石顆粒較大，流動性好，大部份顆粒集中在240目-80目，便于機械化、自動化下料。 粒狀冰晶石（0-10mm）該產(chǎn)品是多氟多公司根據(jù)國際市場對冰晶石要求，開發(fā)研制的新一代綠色環(huán)保產(chǎn)品。主要用作鋁電解的助熔劑。電解鋁生產(chǎn)中實收率高，可以降低電解鋁的成本；并具有流動性好、無粉塵污染的優(yōu)點，適合機械化下料。 種類冰晶石按其氟化鈉與氟化鋁的分子之比，可分為高分子比冰晶石和低分子比冰晶石。目前中國國內(nèi)各電解鋁廠大部分使用的是分子比為1.82.2的低分子比冰晶石作鋁電解的電解質(zhì)。由于使用高分子比冰晶石在環(huán)境保護和

11、經(jīng)濟效益等方面都優(yōu)于低分子冰晶石，所以中國各電解鋁廠普遍使用高分子冰晶石來作鋁電解的電解質(zhì)。冰晶石按其物理性質(zhì)可分為砂狀冰晶石、粒狀冰晶石及粉狀冰晶石。 冰晶石 一、砂狀冰晶石的特點為：熔點低，熔化速度快，可縮短進入正常工作狀態(tài)的時間；分子比可在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，能適應(yīng)電解槽不同時期對冰晶石分子比的不同要求；含水份低，氟損失?。活w粒狀，流動性好，利于輸送；原料易得，生產(chǎn)成本低。 二、粒狀冰晶石的特點為： 流動性好，粉塵污染，適合機械化下料；電解生產(chǎn)中實收率高，可降低電解鋁的成本；分子比在2.53.0之間，特別適用于電解鋁的啟槽；顆粒大多為110mm。 三、粉狀冰晶石的特點為： 可達到較高的粒度

12、，通常為200目以上；分子比可達1.752.5，有較好的可調(diào)性；超細的產(chǎn)品，325目通過率為98%以上，能滿足特殊行業(yè)對冰晶石的要求。 主要用途自然界產(chǎn)出稀少，通常人工制造。用途主要用作鋁電解的助熔劑；也用作研磨產(chǎn)品的的耐磨添加劑，可以有效提高砂輪耐磨，切，削力，延長砂輪使用壽命和存儲時間；鐵合金及沸騰鋼的熔劑，有色金屬熔劑，鑄造的脫氧劑，鏈烯烴聚合催化劑，以及用于玻璃抗反射涂層，搪瓷的乳化劑，玻璃的乳白劑，焊材的助熔劑陶瓷業(yè)的填充劑，農(nóng)藥的殺蟲劑等行業(yè)企業(yè)。 工業(yè)質(zhì)量要求冰晶石在鋁工業(yè)中的用量最大，目前世界上每年的消耗量約為70萬噸，1999年中國冰晶石的市場銷售量約為13萬噸。作為電解煉鋁

13、用助熔劑，冰晶石必須在鈉鋁分子比、雜質(zhì)含量、含水量等方面達到一定的要求。 首先，冰晶石中鈉與鋁之比應(yīng)越高越好，分子比越高，電解煉鋁的電流效率越高，氟損失越少，造成的環(huán)境污染越小，而且高分子比冰晶石更適合除鋁工業(yè)以外的其他行業(yè)的使用 其次，冰晶石中氧化硅、氧化鐵及五氧化二磷等雜質(zhì)的含量要低，這些雜質(zhì)的存在直接影響鋁錠的質(zhì)量以及煉鋁的電流效率 第三，冰晶石的含水量也應(yīng)該越低越好，水的存在會增加冰晶石的消耗。 中國冰晶石狀況高分子比冰晶石的生產(chǎn)應(yīng)用，美國和日本都進行過研究和探討，以氟硅酸鈉為原料的生產(chǎn)高分子比冰晶石已實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)。目前中國的冰晶石產(chǎn)品執(zhí)行GB/T4291-2007的標準，但各個生產(chǎn)

14、企業(yè)又會根據(jù)用途及用戶的要求，制訂出相應(yīng)的企業(yè)技術(shù)指標。冰晶石在市場供應(yīng)較為偏緊，這與生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)技術(shù)不成熟有很大的關(guān)系，產(chǎn)品達不到用戶要求,另外所使用的一些原料也較為緊張，原料成本費用過高，如螢石等。2008年8月冰晶石中國國內(nèi)市場報價為5000元/t左右。 合成方法目前國內(nèi)外生產(chǎn)冰晶石主要有以下幾種工藝： 氫氟酸法：可分干法和濕法 干法是將氣態(tài)氫氟酸在400700和氫氧化鋁反應(yīng)， 生成氟鋁酸(H3A iF6)，然后用純堿在高溫反應(yīng)而生成。濕法是將4060% 的氫氟酸與氫氧化鋁反應(yīng)后再加入純堿而制得。 氟硅酸法：可分氟化銨中間產(chǎn)物和氟硅酸鈉中間產(chǎn)物法，前者系氟硅酸與氨水氨化后再與鋁酸鈉反應(yīng)

15、而生成。后者是將磷肥生產(chǎn)中的含氟廢氣經(jīng)回收氟硅酸鈉后，再經(jīng)氨化合成等工序而制得。 碳酸化法：在鋁酸鈉及氟化鈉溶液中，通以二氧化碳，亦可制得冰晶石。 制鋁工業(yè)回收法：從煉鋁生產(chǎn)的廢氣中回收的稀氫氟酸與鋁酸鈉反應(yīng)可回收冰晶石。 堿法：將純堿、熒石、硅砂經(jīng)焙燒、粉碎、浸取后與硫酸鋁反應(yīng)而得，工業(yè)上很少采用。 灼減灼減是冰晶石的一項重要檢驗指標,是冰晶石物料5500.5h 的環(huán)境下，灼燒損失量的百分比例。 冰晶石的灼減是1999 年制定國標時的新增指標1984 年的國標并無此項。隨著社會的進步和鋁電解工業(yè)的發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平和環(huán)境保護受到重視并急需提高作為鋁電解的原料冰晶石，其性能也需要提高。冰晶石灼減的高低直接影響其在鋁電解生產(chǎn)中的使用效果，灼減高，會造成冰晶石水解、飛揚、物料利用率低、加重環(huán)境污染等問題，灼減越低則使用效果越好。 所以，降低灼減是提高冰晶石產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)優(yōu)