142575. lajstromszámú szabadalom • Alumíniumfluorid előállítása hidrogénszilikofluoridból
Megjelent 1955. évi március hó 15-én. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 142.575. SZÁM. 12 m 5—9. OSZTÁLY. BA—584. ALAPSZÁiM. Alumíniumfluorid előállítása hidrogénszilikofluoridból A magyar állani, mint a feltalálók, Ballá Béla és .Tancsa András veszprémi lakosok jogutóda. A bejelentés napja: 1952. július 3. A szakirodalomból ismeretesek azok a törekvések, amelyek a szuperfoszfát-gyártás melléktermékeként, vagy kovasavtartalmú folypátok kénsavas megbontásából származó hidrogénszilikofluorid oldatot vagy mesterséges kriolit, vagy alumíniumfluorid gyártásra iparkodnak felhasználni. A hidrogénszilikofluoridnak kriolittá való feldolgozása mái" többféle módszerrel is sikerült, alumíniumfluorid előállítására azonban eddig — az irodalom szerint — csak a hidrogénszilikofluoridból ammóniával való kezeléssel előállított ammoniumfluoridnak, ill. ammoniumbifluoridnak timföldhidráttal 200—-300 C°-on való izzítását ajánlották, amely eljárás technológiája azonban túlságosan bonyolultnak bizonyult. Pedig az alumíniumfluoridnak hidrogénszilikofluoridból való előállítása igen fontos mindazon államokban, amelyek fejlett alumíniumiparral rendelkeznek, jó minőségű folypát bázisuk azonban nincsen. Azt találtuk, hogy a hidrogénszilikofluorid oldatból az alumíniumfluoridot aránylag egyszerűen és gazdaságosan lehet előállítani oly módon, hogy a hidrogénszilikofluorid oldatot 100—250 g H 2SiFß liter, célszerűen azonban 150—200 g HsSiFö-liter koncentrációban 40—100 C°-on, célszerűen 60—70 Cc-on kevergetés közben timföldhidráttal hozzuk reakcióba, amikor a 2 Al/OH/s + H2 SiFe = 2 A1F;; + H2SÍO3 + 3 H2O egyenlet szerint alumíniumfluorid jut oldatba és kovasav válik ki csapadék alakjában, amelynek elválasztása után az oldatban maradt AIF3 kristályos AIF3 ; 3 H^O-val való beoltás és 24—48 óráig, célszerűen 36 óráig 20—60 C°-on, célszerűen 35—45 C°-on, vagy magasabb hőmérsékleten megfelelően rövidebb ideig történő kavarás után kristályos állapotban válik ki az oldatból. Magát a reakciót még St. Claire Deville tanulmányozta 1861-ben, a reakció azonban — valószínűleg gazdaságos alkalmazásához szükséges tényezők hiányos ismerete és az ennek folytán jelentkező rossz kitermelés miatt — nem került ipari alkalmazásra. Azt találtuk, hogy a reakció gazdaságos lefolyására, ill. a feltárás hatásfokára igen lényeges befolyással van a HoSiFg oldat töménysége. Az AIF3 kitermelés 150—200 g HäSiFe/liter koncentráció határok közt függetlennek bizonyult a hidrogénszilikofluorid oldat töménységétől, 150 g/liter töménység alatt azonban a növekvő hígulással egyre inkább visszaesett, ami az oldat SiFtf '" tartalmának növekedésében jutott kifejezésre. Azt találtuk továbbá, hogy 150 g H^SiFo/liter kiinduló koncentráció mellett más-más hőfokon más-más* időtartamig folytatva le a reakciót, minden egyes hőmérsékleti értékhez egy-egy jól meghatározott idő-optimum tartozik/ amelynél az oldat AIF3 tartalma a legnagyobb (kb. 80—85% a kiindulási anyag fluor-tartalmára vonatkoztatva). Így 85—90 C°-on kb. 30 perc alatt, 70 C°-cn 1,5 óra és 60 CQ -on kb. 2,5—3 óra alatt érhető el a maximális AIF3 tartalom. Az optimálisnál rövidebb ideig folytatott reakciónál a tökéletlen feltáródás miatt, hosszabb ideig tartó reakciónál pedig az AIF3 " 3 EkO-nak a kovasav csapadékba való belekristályosodása miatt csökkent az AIF3 tartalom. Az optimális időtartamtól való minden eltérés a kitermelés erős visszaesésével jár, kivált magasabb hőmérsékleten. így 90 C°-on félórás feltárási idővel 85%-os fluor-kitermelést értünk el, míg ugyanezen hőfokon 1 órai feltárási idő 76%-os, 2 órai időtartam már csak 35%-os, 3 órai feltárás pedig 0% kitermelést eredményezett. A reakcióban kiváló kovasav — bár elég jól szűrhető — az AlFa-oldat tetemes hányadát tartalmazza, azonkívül a szűrőre gyűjtött csapadék repedésekre hajlamos, ezért a csapadék alapos kimosása a fluor-kitermelés hatásfoka szempontjából döntő fontosságú. Azt találtuk, hogy az AlFä-oldat hígítása az AIF3 • 3 H2O kikristályosítását csak elenyésző mértékben zavarja, ezért a kimosásnál célszerűen úgy járunk el, hogy a szűrőről lekerülő kovasavcsapadékot az eredeti oldat-térfogat 40— —60%-ának, célszerűen 50%-ának megfelelő menynyiségű vízzel feliszapolva 15—20 percig keverjük, majd újból leszűrjük és a második szüredéket az elsővel egyesítjük. A kovasavcsapadék könnyebb szűrése végett célszerű továbbá a timföldhidrátot a hidrogénszilikofluoriddal való reakcióban 2—10%, előnyösen 5% feleslegben alkalmazni. A kovasav csapadék leszűrése, ill. a szüredékek egyesítése után nyert AlF3-oldat alumíniumfluorid előállítására kiválóan alkalmas, kriolit gyártására azonban nem volna előnyösen használható. Az oldat
