最主要的含氟原料矿是萤石(CaF2),其次为氟磷灰石[Ca(PO4)3F]和冰晶石(Na3AlF6)。萤石是工业生产氟的主要来源,化学工业对萤石产品质量要求很高,一般要求萤石含量在93%~98%,二氧化硅和碳酸钙是有害杂质,要严格限制。氟磷灰石主要存在于磷矿石中,由于环保因素,在磷酸盐生产过程中以氟硅酸的形式回收、利用氟元素。
氟化合物
一类重要的无机盐系列产品。
- 英文名称
- fluorine compound
- 所属学科
- 化工
氟是电负性最强的元素,反应活性高于任何其他元素,可以和其他所有元素发生反应,包括氦族元素。同时,氟离子是最不易极化的阴离子。氟离子直径为0.136纳米,比氯离子的直径小0.045纳米。氟的络合性能使其作为炼钢的助熔剂,炼铝的中间体。在牙齿珐琅质中发现氟化物与羟基磷灰石[Ca5(PO4)3OH]反应形成不溶解或耐酸的物质,在饮用水和牙膏中加入氟化物降低龋齿。许多氟化物具有挥发性。
氟及萤石的名称来自希腊一词“fluere”,意思是流动或熔剂。1529年萤石被作为熔剂的代名词。1670年有记载介绍用酸处理后的萤石蚀刻玻璃。1886年法国化学家H.穆瓦桑通过在液态氟化氢中电解氟化氢钾得到元素氟,并由此成果获得1906年度诺贝尔化学奖。最初,氢氟酸的用途仅限于玻璃蚀刻、抛光、除垢,仅少量生产。20世纪30年代氟化氢首次大批量生产用于金属铝的生产及氟氯烷烃类制冷剂的生产。第二次世界大战期间,氟化氢作为烷烃催化剂用于航空汽油生产,以及由氟化氢制备氟气进而生产挥发性的UF6。
氟化合物中最基础的产品是氟化氢(无水氢氟酸)或氢氟酸,通过萤石与硫酸发生化学反应制得。绝大多数无机氟化物是采用氢氟酸(或氟化氢)与其他元素的氧化物、碳酸盐、氢氧化物、氯化物或单质等原料进行反应制备的。
长期以来,在无机氟化合物众多的产品中,氟化氢和铝工业用氟化铝、冰晶石占氟化合物总生产量的绝大部分;氟化剂用氟化钾、焊剂用氟化钠、酸洗剂氟化氢铵及氟硅酸盐占其次;单氟磷酸钠、六氟化硫、三氟化氮、六氟磷酸锂等精细化学品仅占极少部分,但是价值较高。
无机氟化物是氟化学工业中重要的组成部分,是有机氟工业、冶金、电子工业等行业的重要原料和辅料。氟硼酸及氟硼酸盐主要用于电镀液(包括印刷电路)。氟硅酸主要用于水质氟化。氟化钾主要在有机氟化合物生产中做氟化剂,此外氟化钾还用于焊接剂、氟化催化剂、玻璃磨砂剂、除锈剂等,氟化钾和氟化氢钾可用于生产单质氟。氟化氢硼主要作为氟化剂和催化剂。氟钛酸钾以及氟硼酸钾是生产铝合金关键原料。氟磺酸又称氟硫酸,主要作为铅玻璃的抛光剂,由于其用酸量少且抛光效果更好且有利环保而部分替代氟化氢。氟化钠的最大应用为钢铁生产的焊剂,其次作为陶瓷、玻璃、珐琅生产过程中的焊剂。单氟磷酸钠主要作为牙膏的氟化剂。六氟化硫主要作为高压开关设备的绝缘介质。三氟化氮作为其所有高密度等离子化学气相沉积设备的清洁气体。六氟磷酸锂作为移动电话和便携计算机的可充电池电解质成分。
随着科技水平的发展和高端应用市场的不断出现,带动了精细氟化合物品种和用量的增长。磷矿伴生氟资源的回收利用,必然成为今后氟化工的主要原料来源。环境保护和清洁生产工艺的推进,必然使得磷化工企业越来越重视废弃资源的利用。
扩展阅读
- 宁延生.无机盐工艺学.北京:化学工业出版社,2013.