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1.氟化鋁的理化性能
氟化鋁，分子式為AlF3，工業上經常用結晶水合物AlF3•3H2O。三水氟化鋁為無色三斜系晶白色粉末，無水氟化鋁為很大的六方斜晶系六面結晶體，為離子晶體。密度2.88g/cm3，熔點1040℃，沸點1291℃；不溶于冷水，可溶于熱水，難溶于酸及堿溶液，不溶于大部分有機溶劑；與液氨或濃硫酸共加熱，或者與氫氧化鉀共熔均無反應。化學性質非常穩定，加熱不分解，直至升華。
氟化鋁空間結構圖
GB/T 4292 —2017 《氟化鋁》中要求氟化鋁的化學成分和物理性能指標應符合表1的規定。
表1 化學成分和物理性能指標
2.氟化鋁的工業用途
目前95%以上的工業氟化鋁用于鋁工業，其作用是作為冰晶石——氧化鋁溶液的一種添加劑，它既可以彌補電解質中氧化鋁的損失，又可以降低電解質的分子比，降低電解質的初晶溫度，控制鋁電解過程中的熱平衡，是電解鋁行業必不可少的原材料。
作為調整添加劑，可以提高電解質的導電率，可以根據分析結果補充氟化鋁以調整電解液的成分，保持規定的電解質分子比。
作為助熔劑，可以降低氧化鋁的熔點從而有利于氧化鋁的電解，控制電解過程的熱平衡，降低電解過程的能源消耗。
此外氟化鋁還可用作有機化合物合成及有機氟化合物合成中的催化劑，陶瓷和琺瑯助熔劑及釉藥的組分，透鏡、核鏡折射率的改善劑，用于制造紅外光譜＂光損＂小的氟化玻璃，還可以在酒精生產過程中作為抑制劑等。
3.氟化鋁的制備方法
按照工藝條件可大致分為：干法和濕法工藝兩大類。按照原料的不同，其生產工藝可分為：氟硅酸法、氫氟酸法、氨法、鋁鹽法以及含氟廢氣法等。
按工藝條件分類
按原料分類
3.1氫氟酸法
氫氟酸法也稱螢石法，其原理為：先用螢石和濃硫酸反應制得含氟化氫的水溶液或無水氟化氫，再加工制得氟化鋁產品。
濕法氫氟酸法
干法氫氟酸法
相較濕法，干法制得的氟化鋁產品水分含量極低、容重大、產品顆粒大、流動性好。
3.2氟硅酸法
氟硅酸法是利用磷肥（如磷酸銨、重過磷酸鈣、過磷酸鈣等）的副產物氟硅酸，與氫氧化鋁反應制得氟化鋁產品。
氟硅酸法生產氟化鋁的主要的方法有直接法、氨法和一水物法；主要流程有美國Alcoa流程、奧地利Linz流程、瑞士的Alusuiss流程和法國的A-P流程等。
直接法工藝流程圖
氨法工藝流程圖
一水物法工藝流程圖
3.3銨冰渣法（氟鋁酸銨法）
銨冰渣是鋁材生產過程中表面腐蝕工藝處理析出的廢棄物，氟鋁酸銨工藝在中國已有專利，但尚未形成產業。該方法主要有兩類，一類是濕法工藝，另一種是干法工藝，如銨冰渣直接熱分解法和銨渣與氫氧化鋁（或氧化鋁）混合熱分解法。
濕法銨冰渣工藝流程圖
混合熱解法工藝流程圖
3.4鋁鹽法
用于制備氟化鋁產品的常見鋁鹽有氯化鋁、硫酸鋁、硅酸鋁、氟硅酸鋁等。
氯化鋁法是將氯化鋁水溶液與氫氟酸加熱到400℃，除去氯化氫氣體而制得氟化鋁產品。工藝路線簡單，但采用了價格昂貴及腐蝕性強的氫氟酸，生產成本大。
硫酸鋁法是用硫酸鋁加熱處理低品位的螢石礦，生成CaSO4沉淀和氟化鋁溶液，經過濾、結晶、干燥、脫水即可制得氟化鋁產品。該法工藝路線較為復雜，且用到較為緊俏的螢石為原材料，但設備成本較其它方法小。
硅酸鋁最直接的來源是天然鋁礦，將其直接與氟化氫反應制得氟化鋁產品。該方法工藝路線簡單，但是采用了價格昂貴的氟化氫氣體，且腐蝕性強，使得生產成本及設備費用大大增加。
3.5碳酸氫銨法
碳酸氫銨法制氟化鋁主要步驟為：1）用碳酸氫銨與氟硅酸反應制得氟化銨溶液和二氧化硅沉淀；2）用氟化銨與氯化鋁反應制得氟化鋁產品。
主要化學反應式為：
碳酸氫銨法工藝流程圖
優點：原料綜合利用好，制得的產品質量容易達到國家標準；同時還可副產氯化按、硫酸銨等；原料價格相對便宜，同時低溶度的氟硅酸（10％）也適用，為中小型磷肥廠合理利用資源提供了新途徑。
缺點：工藝路線較復雜。
3.6氟硼酸法
氟硼酸法是將氟硼酸溶液與氫氧化鋁和NH4OH反應生成AlF3•NH4F，在400～500℃下熱分解即可制得氟化鋁產品。
3.7鋁電解含氟廢物法
在電解鋁的過程中，所用原料中可能含有水分或者電解液面暴露與空氣中的水分發生反應而產生HF氣體。目前中國普遍采用干法技術回收含氟煙氣制氟化鋁，干法技術是用某種特定的固體顆粒或粉狀物料吸附某些氣體物質所進行的氣體凈化過程。采用電解用氧化鋁吸附煙氣中的HF制得氟化鋁產品，由于Al2O3孔隙較高，比表面積較大，是兩性化合物，對酸性氣體HF氣體具有良好的吸附性。
3.8其他路線法
除上述方法外，氟化鋁的制備方法還有黏土法、高嶺土法以及氟烷烴法等。黏土法和高嶺土法的原理都是將原料與酸液（通常都是氫氟酸）反應，浸取其中的Al3+，過濾濾渣，將所得濾液結晶，經干燥煅燒得到氟化鋁產品。G.B.McVicker等還將γ-Al2O3與三氟甲烷在＞350℃的條件下反應制取氟化鋁。CHF3可用CF4代替，但反應溫度必須≥600℃。
結語
2016年，全球電解鋁總產量為5889萬t，其中中國產能為3616.7萬t，按噸鋁消耗17kg氟化鋁計，全球氟化鋁的銷量約為100萬t，其中中國銷量約為61.5萬t。未來，隨著工業技術的發展以及電解鋁應用領域的不斷拓寬，電解鋁的需求將呈幾何式增長，其原材料氟化鋁的需求也會不斷增加。
參考資料：
牛永生,明大增等.電解鋁工業輔料—氟化鋁
牛永生.干法合成氟化鋁反應器設計及工藝研究
劉海霞.干法氟化鋁和無水氟化鋁制備工藝和應用效果對比
（中國粉體網編輯整理/黑金）
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