Χρήσεις, παρασκευή και προοπτικές αγοράς του φθοριούχου αλουμινίου

Το φθοριούχο αργίλιο (μοριακός τύπος: AlF3) χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία με τη μορφή του κρυσταλλικού ένυδρου AlF3·3H2O. Το τριένυδρο φθοριούχο αργίλιο εμφανίζεται ως άχρωμη, λευκή σκόνη με τρικλινή κρυσταλλική δομή, ενώ το άνυδρο φθοριούχο αργίλιο υπάρχει ως μεγάλοι κρύσταλλοι εξαγωνικού συστήματος (ιοντικός κρύσταλλος). Έχει πυκνότητα 2,88 g/cm³, σημείο τήξης 1040°C και σημείο βρασμού 1291°C. Είναι αδιάλυτο σε κρύο νερό, διαλυτό σε ζεστό νερό, ελάχιστα διαλυτό σε όξινα και αλκαλικά διαλύματα και αδιάλυτο στα περισσότερα οργανικά διαλυτικά. Δεν αντιδρά όταν θερμαίνεται με υγρή αμμωνία ή πυκνό θειικό οξύ, ούτε όταν τήκεται με υδροξείδιο του καλίου. Οι χημικές του ιδιότητες είναι εξαιρετικά σταθερές· δεν αποσυντίθεται κατά τη θέρμανση, αλλά αντίθετα υφίσταται εξάχνωση.

• Χρησιμοποιείται κυρίως στην παραγωγή αλουμινίου για τη μείωση του σημείου τήξης και την αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του ηλεκτρολύτη.
• Λειτουργεί ως αναστολέας ζύμωσης στην παραγωγή αλκοόλης, ως συστατικό ρευστοποιητή και υαλώματος για κεραμικά και σμάλτα, και ως ρευστοποιητής στην τήξη μη σιδηρούχων μετάλλων.

Επί του παρόντος, πάνω από το 95% του βιομηχανικού φθοριούχου αργιλίου καταναλώνεται από τη βιομηχανία αλουμινίου. Λειτουργεί ως πρόσθετο στο διάλυμα ηλεκτρολύτη κρυολίθου-αλουμίνας, αντισταθμίζοντας την απώλεια αλουμίνας, μειώνοντας τον μοριακό λόγο του ηλεκτρολύτη και την πρωτογενή θερμοκρασία κρυστάλλωσης, και βοηθώντας στον έλεγχο της θερμικής ισορροπίας κατά τη διαδικασία ηλεκτρόλυσης του αλουμινίου· αποτελεί απαραίτητη πρώτη ύλη για τη βιομηχανία ηλεκτρολυτικού αλουμινίου.

1. (1) Υγρή Διαδικασία

   Χρησιμοποιώντας σκόνη φθορίτη βιομηχανικής ποιότητας, πυκνό θειικό οξύ και υδροξείδιο του αργιλίου ως πρώτες ύλες, το αέριο φθοριούχο υδρογόνο που παράγεται από την αντίδραση της σκόνης φθορίτη και του πυκνού θειικού οξέος απορροφάται πρώτα σε νερό για την παραγωγή διαλύματος υδροφθορικού οξέος 30%. Στη συνέχεια, αυτό το διάλυμα υφίσταται αντίδραση υγρής-στερεής μικτής φάσης με υδροξείδιο του αργιλίου για να σχηματιστεί ένα υπερκορεσμένο διάλυμα φθοριούχου αργιλίου. Τέλος, το προϊόν λαμβάνεται μέσω κρυστάλλωσης, διήθησης και πυρόλυσης σε υψηλή θερμοκρασία για αφυδάτωση.

2. (2) Ξηρή Διαδικασία

   Όπως και η υγρή διαδικασία, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί σκόνη φθορίτη βιομηχανικής ποιότητας, πυκνό θειικό οξύ και υδροξείδιο του αργιλίου ως πρώτες ύλες. Η βασική διαφορά έγκειται στη ροή της διαδικασίας: το αέριο φθοριούχο υδρογόνο που παράγεται στο αρχικό στάδιο περνά μέσα από ένα σύστημα καθαρισμού αέριας φάσης για την απομάκρυνση σκόνης και θειικού οξέος. Στη συνέχεια αναμιγνύεται με αφυδατωμένο υδροξείδιο του αργιλίου (με περιεκτικότητα σε υγρασία 12%) και τροφοδοτείται σε διπλό ρευστοποιημένο κρεβάτι. Εδώ, λαμβάνουν χώρα οι αντιδράσεις πυρόλυσης-αφυδάτωσης και φθορίωσης, αποδίδοντας τελικά το προϊόν φθοριούχο αργίλιο.

3. (3) Διαδικασία Άλατος Αργιλίου

   Τα κοινά άλατα αργιλίου που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή φθοριούχου αργιλίου περιλαμβάνουν χλωριούχο αργίλιο, θειικό αργίλιο, πυριτικό αργίλιο και φθοροπυριτικό αργίλιο.

   Η μέθοδος του χλωριούχου αργιλίου περιλαμβάνει τη θέρμανση υδατικού διαλύματος χλωριούχου αργιλίου με υδροφθορικό οξύ στους 400°C για την απομάκρυνση αερίου υδροχλωρίου, παράγοντας έτσι φθοριούχο αργίλιο. Ενώ η διαδρομή της διαδικασίας είναι απλή, η χρήση ακριβού και εξαιρετικά διαβρωτικού υδροφθορικού οξέος οδηγεί σε υψηλό κόστος παραγωγής.

   Η μέθοδος του θειικού αργιλίου περιλαμβάνει τη θέρμανση μεταλλεύματος φθορίτη χαμηλής ποιότητας με θειικό αργίλιο για την παραγωγή ιζήματος θειικού ασβεστίου (CaSO4) και διαλύματος φθοριούχου αργιλίου· το τελικό προϊόν λαμβάνεται μέσω διήθησης, κρυστάλλωσης, ξήρανσης και αφυδάτωσης. Παρόλο που αυτή η διαδρομή της διαδικασίας είναι σχετικά περίπλοκη και βασίζεται στον φθορίτη —έναν πόρο σε περιορισμένη προσφορά— συνεπάγεται χαμηλότερο κόστος εξοπλισμού σε σύγκριση με άλλες μεθόδους.

   Το πυριτικό αργίλιο προέρχεται πιο άμεσα από φυσικά μεταλλεύματα αργιλίου, τα οποία αντιδρούν απευθείας με φθοριούχο υδρογόνο για την παραγωγή φθοριούχου αργιλίου. Ενώ αυτή η μέθοδος προσφέρει μια απλή διαδρομή διαδικασίας, η χρήση ακριβού και εξαιρετικά διαβρωτικού αερίου φθοριούχου υδρογόνου αυξάνει σημαντικά τόσο το κόστος παραγωγής όσο και το κόστος του εξοπλισμού.

Η νέα παγκόσμια βιομηχανική επανάσταση, που χαρακτηρίζεται από την οικονομία χαμηλών εκπομπών άνθρακα, θα οδηγήσει αναπόφευκτα τη βιομηχανία φθοριούχου αργιλίου προς υψηλότερη ποιότητα και μεγαλύτερη αποδοτικότητα. Το άνυδρο φθοριούχο αργίλιο, ως εναλλακτική λύση στο τυπικό προϊόν ξηρής διαδικασίας, θα αντιπροσωπεύει την τεχνολογία αιχμής της βιομηχανίας στο εγγύς μέλλον· πράγματι, η ανάπτυξη προϊόντων φθοριούχου αργιλίου με ανώτερη απόδοση είναι μια αναπόφευκτη τάση. Επιπλέον, η αξιοποίηση πόρων φθορίου που προέρχονται από παραπροϊόντα λιπασμάτων φωσφορικών αλάτων για τη δημιουργία νέων καναλιών εφοδιασμού —παράγοντας έτσι άνυδρο φθοριούχο αργίλιο ή παραλλαγές υψηλής απόδοσης— αντιπροσωπεύει μια απαραίτητη στρατηγική επιλογή για το μέλλον της βιομηχανίας.