一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法及設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及氟化物循環利用領域，特別涉及一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法及設備。其中，該方法包括下列步驟：將含Ga氧化物的原料與固態的氟化物混合，形成混合物；將混合物進行煅燒，其中含Ga氧化物中的Ga3+與氟化物中的F－生成第一產物GaF3氣體，含Ga氧化物中的O2－與氟化物中的陽離子生成第二產物；將第一產物通入水蒸氣并發生反應，使之形成含有固態Ga2O3和氣態HF的氣固混合物；將氣固混合物進行分離后得到含有未反應的水蒸氣以及氣態HF的第一氣相和固態Ga2O3；將第一氣相與第二產物反應，重新得到固態的氟化物。不僅通過對氟化物的反復循環利用降低了成本而且也避免了氟化物對環境的污染。
【專利說明】一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法及設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及氟化物循環利用領域，具體而言，涉及一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法及設備。
【背景技術】
[0002]氟化工產品中的氟主要來自于螢石，螢石是不可再生資源，同時是一種戰略資源。高效利用現有氟資源和節約現有的螢石資源已成為氟化工產業可持續發展的一個重要方向。現在氟化物在使用過程中會產生多種廢棄物，例如氟化銨、氟化氫銨作為蝕刻劑產生的廢渣氟鎵酸銨和電解鎵生產過程副產的含氟炭渣等；再比如電解過程產生大量氫氟酸和三氟化鎵等氣體及氟化鎵、氟化鈣等粉塵；煉銅過程采用螢石(CaF2)作助熔劑，所以煙塵中含有大量氟化鈣、氟化氫等有害物質；鎂、鎵在鑄造中亦產生氟化氫及三氟化鎵等；這些含氟化合物長期存放或者直接排放掉不僅會污染環境，而且降低了這些含氟化合物的利用率。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供了一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法及設備，以解決上述的問題。
[0004]本發明實施例提供了一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法，包括以下步驟:
[0005](A)將含Ga氧化物的原料與固態的氟化物混合，形成混合物；
[0006](B)將混合物進行煅燒，其中含Ga氧化物中的Ga3+與氟化物中的F 一生成第一產物GaF3氣體，含Ga氧化物中的O2 一與氟化物中的陽離子生成第二產物；
[0007](C)將第一產物通入水蒸氣并發生反應，使之形成含有固態Ga2O3和氣態HF的氣固混合物；
[0008](D)將氣固混合物進行分離后得到含有未反應的水蒸氣以及氣態HF的第一氣相和固態Ga2O3 ；
[0009](E)將第一氣相與第二產物反應，重新得到固態的氟化物。
[0010]優選地，步驟(E)的反應條件是在100-600°C溫度下反應l_5h。
[0011]優選地,步驟(E)具體為:
[0012]先將第一氣相降溫得到氫氟酸，再將氫氟酸與第二產物混合并在100-600°C溫度下反應l_5h，得到氟化物；
[0013]或
[0014]先將第一氣相與第二產物混合，再將第一氣相降溫得到氫氟酸，最后將氫氟酸與第二產物在100-600°C溫度下反應l_5h，得到氟化物。
[0015]優選地，步驟(B)中煅燒的條件為在600-1300°C下煅燒l_5h。
[0016]優選地，步驟(C)中反應的溫度970_1300°C。
[0017]優選地，步驟(D)具體為:[0018]將氣固混合物冷卻至100-280°C進行分離后得到含有未反應的水蒸氣以及氣態HF的第一氣相和固態Ga2O3 ;米用聚四氟乙烯管道運輸第一氣相并與第二產物混合。
[0019]本發明實施例還提供了一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的設備，包括:第一反應器、第二反應器、第三反應器以及分離器；
[0020]第一反應器用于將混合物進行煅燒，其中含Ga氧化物中的Ga3+與氟化物中的F —生成第一產物GaF3氣體，含Ga氧化物中的O2 一與氟化物中的陽離子生成第二產物；
[0021]第二反應器用于將第一產物通入水蒸氣并發生反應，使之形成含有固態Ga2O3和氣態HF的氣固混合物；
[0022]分離器用于將氣固混合物進行分離后得到含有未反應的水蒸氣以及氣態HF的第一氣相和固態Ga2O3;
[0023]第三反應器用于將第一氣相與第二產物反應重新得到氟化物。
[0024]優選地，分離器為布袋除塵器或旋風分離器。 [0025]優選地，還包括換熱器，換熱器用于將第一氣相降溫得到氫氟酸。
[0026]優選地，還包括循環水盤管，第三反應器的外殼套有循環水盤管，循環水盤管用于將第一氣相降溫得到氫氟酸。
[0027]本發明實施例提供的一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法及設備，首先將氟化物與含鎵金屬礦物及含鎵金屬氧化物進行混合后進行反應，生成高溫下為氣態的三氟化鎵和第一反應產物，再利用氣態的三氟化鎵水解生成氧化鎵和氟化氫氣體，最后將氟化氫氣體再與第一反應產物反應，重新得到氟化物。這種循環利用氟化物的方法，不僅通過對氟化物的反復循環利用降低了成本而且也避免了氟化物對環境的污染。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1-3示出了本發明實施例的含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法的工藝流程圖；
[0029]圖4示出了本發明實施例的含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法流程圖；
[0030]I第一反應器，2第二反應器，3分離器，4第三反應器，5換熱器。
【具體實施方式】
[0031]下面通過具體的實施例子并結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
[0032]本發明實施例提供了一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法，如圖4所示，包括以下步驟
[0033]步驟(A):將含Ga氧化物的原料與固態的氟化物混合，形成混合物，其中固態的氟化物的質量分數在混合物中為20%-80%，含Ga氧化物的粒徑最好不大于7mm，因為粒徑越小混合后進行反應越充分。
[0034]優選地，含Ga氧化物的原料包括以下一種或多種:Ga203粗顆粒、含有Ga2O3的復合物或含有Ga2O3的廢料等，其中含有Ga2O3的復合物包括以下一種或多種:鋁礬土、棕剛玉、黃鐵礦、閃鋅礦或者鍺石，這些復合物經過富集處理之后排除其他元素的影響，還可以為含有Ga2O3的廢料等。
[0035]固態的氟化物包括以下一種或多種:NaF、NH4F, NH4HF2, CaF2, AlF30[0036]優選地，由含Ga氧化物的原料與固態的氟化物混合形成混合物中，固態的氟化物
的質量分數優選為20%_80%。這樣能夠使更多的Ga參與反應，有助于提高產率。
[0037]含Ga氧化物的原料與固態的氟化物的具體組合方式見下表1:
[0038]表1含Ga氧化物的原料與固態的氟化物的種類及添加量
[0039]
【權利要求】
1.一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法，其特征在于，包括以下步驟: (A)將含Ga氧化物的原料與固態的氟化物混合，形成混合物； (B)將所述混合物進行煅燒，其中所述含Ga氧化物中的Ga3+與所述氟化物中的F一生成第一產物GaF3氣體，所述含Ga氧化物中的O2 —與所述氟化物中的陽離子生成第二產物； (C)將所述第一產物通入水蒸氣并發生反應，使之形成含有固態Ga2O3和氣態HF的氣固混合物； (D)將所述氣固混合物進行分離后得到含有未反應的水蒸氣以及氣態HF的第一氣相和固態Ga2O3 ； (E)將所述第一氣相與所述第二產物反應，重新得到所述固態的氟化物。
2.根據權利要求1所述的一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法，其特征在于，所述步驟(E)的反應條件是在100-600°C溫度下反應l_5h。
3.根據權利要求1所述的一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法，其特征在于，所述步驟(E)具體為: 先將所述第一氣相降溫得到氫氟酸，再將所述氫氟酸與所述第二產物混合并在100-600°C溫度下反應l_5h，得到所述氟化物； 或 先將所述第一氣相與所述第二產物混合，再將所述第一氣相降溫得到氫氟酸，最后將所述氫氟酸與所述第二產物在100-600°C溫度下反應l_5h，得到所述氟化物。
4.根據權利要求1所述的一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法，其特征在于，所述步驟(B)中煅燒的條件為在600-1300°C下煅燒l_5h。
5.根據權利要求1所述的一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法，其特征在于，所述步驟(C)中反應的溫度970-1300°C。
6.根據權利要求1所述的一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法，其特征在于，所述步驟(D)具體為: 將所述氣固混合物冷卻至100-280°C進行分離后得到含有未反應的水蒸氣以及氣態HF的第一氣相和固態Ga2O3 ;米用聚四氟乙烯管道運輸所述第一氣相并與第二產物混合。
7.如權利要求1所述的一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法的設備，其特征在于，包括:第一反應器、第二反應器、第三反應器以及分離器； 所述第一反應器用于將所述混合物進行煅燒，其中所述含Ga氧化物中的Ga3+與所述氟化物中的F 一生成第一產物GaF3氣體，所述含Ga氧化物中的O2 一與所述氟化物中的陽離子生成第二產物； 所述第二反應器用于將所述第一產物通入水蒸氣并發生反應，使之形成含有固態Ga2O3和氣態HF的氣固混合物； 所述分離器用于將所述氣固混合物進行分離后得到含有未反應的水蒸氣以及氣態HF的第一氣相和固態Ga2O3; 所述第三反應器用于將所述第一氣相與所述第二產物反應重新得到所述氟化物。
8.根據權利要求7所述的一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法的設備，其特征在于，所述分離器為布袋除塵器或旋風分離器。
9.根據權利要求7所述的一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法的設備，其特征在于，還包括換熱器，所述換熱器用于將所述第一氣相降溫得到氫氟酸。
10.根據權利要求7所述的一種含鎵化合物生產中氟化物循環利用的方法的設備，其特征在于，還包括循環水盤管，所述第三反應器的外殼套有循環水盤管，所述循環水盤管用于將所述第一氣相降溫得到氫氟酸。
【文檔編號】C01G15/00GK103787403SQ201410066750
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2014年2月26日
【發明者】楊先金, 章林, 劉瑞, 史春華, 龔龍江 申請人:貴州萬方鋁化科技開發有限公司