冰晶石

　 　 冰晶石（Cryolite）一種礦物，六氟鋁酸鈉（Na3AlF6），白色單斜晶系（109攝氏度），微溶于水，熔融的冰晶石能溶解氧化鋁，在電解鋁工業(yè)作助熔劑、制造乳白色玻璃和搪瓷的遮光劑。
　 　 冰晶石又名六氟合鋁酸鈉或氟化鋁鈉，分子式為Na3AlF6，白色細(xì)小的結(jié)晶體，無氣味，溶解度比天然冰晶石大，比重為3，硬度2~3，熔點(diǎn)1000℃，易吸水受潮。冰晶石主要用作鋁電解的助熔劑，橡膠、砂輪的耐磨填充劑，搪瓷乳白劑，玻璃遮光劑和金屬熔劑，農(nóng)作物的殺蟲劑等。Hall—Heroult法是用冰晶石為基的氟化物熔體作溶劑的以生產(chǎn)金屬鋁的方法，迄今為止還沒有發(fā)現(xiàn)另一種化合物可以代替冰晶石的。這是因?yàn)楸�晶石除了能夠溶解氧化鋁以外還具有其它一些不可缺少的性質(zhì)，如不含比鋁更正電性的元素，穩(wěn)定性好，在一般條件下不分解、不揮發(fā)、不潮解，熔點(diǎn)高于鋁，導(dǎo)電性好，節(jié)約電量等。可以說，如果沒有冰晶石，全世界也許就沒有如此大規(guī)模的鋁工業(yè)，價(jià)格也就沒有這么低，應(yīng)用也就沒有這么廣泛。格陵蘭西海岸是冰晶石的主要產(chǎn)地，此礦于1987年開采完畢。現(xiàn)時(shí)多以螢石人工合成六氟鋁酸鈉供工業(yè)使用。西班牙、俄羅斯和美國也有產(chǎn)出。
　 　 理化參數(shù)
　 　 理論組成(wB%)：Na 32.8，Al 12.8, F 54.4。因與冰相似而得名。成分通常很純，有時(shí)可含極微量的Ca、Fe、Mn及有機(jī)質(zhì)等。
結(jié)構(gòu)與形態(tài)
　 　 單斜晶系，a0=0.547nm，b0=0.562nm，c0=0.782nm，β=9011’；Z=2。晶體結(jié)構(gòu)有略微變型的[AlF6]。
　 　 [NaF6]八面體和[NaF12]立方八面體組成；兩種八面體連接成鏈∥c軸延伸，鏈間為其它2/3的Na所充填，配位數(shù)為12。[AlF6]八面體位于晶胞的角頂和中心，[NaF6]八面體位于晶胞的底面中心和垂直棱的中部，6個(gè)[NaF12]有4個(gè)在晶胞面上，其余2個(gè)在晶胞里。在約500℃時(shí)β-冰晶石為等軸晶系，Oh3-Fm3m；a0=0.795nm；Z=4。(NH4)3AlF6型結(jié)構(gòu)，與鉀鈉冰晶石結(jié)構(gòu)相似。由于分布于立方八面體中的Na+半徑較小，不能填滿立方八面體的空間，故在冷卻條件下多面體發(fā)生傾斜，轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本�系�?br />　 　 斜方柱晶類，C2h-2/m(L2PC)。常見單形：平行雙面a{100}、b{010}、c{001}及斜方柱s{111}。由于{001}和{010}晶面較發(fā)育，故晶形外觀類似立方體。雙晶常依（110）。通常呈致密塊狀，有時(shí)呈片狀或粒狀。
　 　 理化性能
　 　 無色、白色，有時(shí)呈淺灰、淺棕、淺紅或磚紅色。條痕白色。玻璃光澤至油脂光澤。透明至半透明。無解理，具{001}、{110}裂開。性脆。斷口參差狀。硬度2~3。相對密度2.95~3.1。
　 　 偏光鏡下：無色透明。二軸晶(+)，2V=43?。Ng=1.3396，Nm=1.3389，Np=1.3385。
　 　 用途
　 　 主要用作鋁電解的助熔劑；也用作研磨產(chǎn)品的的耐磨添加劑，可以有效提高砂輪耐磨，切，削力，延長砂輪使用壽命和存儲時(shí)間；鐵合金及沸騰鋼的熔劑，有色金屬熔劑，鑄造的脫氧劑，鏈烯烴聚合催化劑，以及用于玻璃抗反射涂層，搪瓷的乳化劑，玻璃的乳白劑,焊材的助熔劑陶瓷業(yè)的填充劑，農(nóng)藥的殺蟲劑等行業(yè)企業(yè)。
　 　 應(yīng)用優(yōu)勢
　 　 1．新啟動槽使用高分子具有比冰晶石電解質(zhì)水平平穩(wěn)、收縮較慢、分子比變化平緩等優(yōu)點(diǎn)，有利于電解質(zhì)成分的穩(wěn)定保持；陰極吸鈉均勻，有利于延長電解槽壽命；電解溫度合理、變化小，易于控制；揮發(fā)損失少，能有效的改善現(xiàn)場作業(yè)條件。
　 　 2．可大量節(jié)約氟化鈉或純堿用量，降低生產(chǎn)成本。
　 　 3．添加方法簡單，易于操作。
　 　 種類
　 　 冰晶石按其氟化鈉與氟化鋁的分子之比，可分為高分子比冰晶石和低分子比冰晶石。目前中國國內(nèi)各電解鋁廠大部分使用的是分子比為1.8~2.2的低分子比冰晶石作鋁電解的電解質(zhì)。由于使用高分子比冰晶石在環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益等方面都優(yōu)于低分子冰晶石，所以中國各電解鋁廠普遍使用高分子冰晶石來作鋁電解的電解質(zhì)。冰晶石按其物理性質(zhì)可分為砂狀冰晶石、粒狀冰晶石及粉狀冰晶石。
　 　 冰晶石
　 　 一、砂狀冰晶石的特點(diǎn)為：①熔點(diǎn)低，熔化速度快，可縮短進(jìn)入正常工作狀態(tài)的時(shí)間；②分子比可在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，能適應(yīng)電解槽不同時(shí)期對冰晶石分子比的不同要求；③含水份低，氟損失小；④顆粒狀，流動性好，利于輸送；⑤原料易得，生產(chǎn)成本低。
　 　 二、粒狀冰晶石的特點(diǎn)為：
　 　 ①流動性好，粉塵污染，適合機(jī)械化下料；②電解生產(chǎn)中實(shí)收率高，可降低電解鋁的成本；③分子比在2.5~3.0之間，特別適用于電解鋁的啟槽；④顆粒大多為1~10mm。
　 　 三、粉狀冰晶石的特點(diǎn)為：
　 　 ①可達(dá)到較高的粒度，通常為200目以上；②分子比可達(dá)1.75~2.5，有較好的可調(diào)性；③超細(xì)的產(chǎn)品，325目通過率為98%以上，能滿足特殊行業(yè)對冰晶石的要求。
　 　 主要用途
　 　 自然界產(chǎn)出稀少，通常人工制造。用途主要用作鋁電解的助熔劑；也用作研磨產(chǎn)品的的耐磨添加劑，可以有效提高砂輪耐磨，切，削力，延長砂輪使用壽命和存儲時(shí)間；鐵合金及沸騰鋼的熔劑，有色金屬熔劑，鑄造的脫氧劑，鏈烯烴聚合催化劑，以及用于玻璃抗反射涂層，搪瓷的乳化劑，玻璃的乳白劑，焊材的助熔劑陶瓷業(yè)的填充劑，農(nóng)藥的殺蟲劑等行業(yè)企業(yè)。
　 　 工業(yè)質(zhì)量要求
　 　 冰晶石在鋁工業(yè)中的用量最大，目前世界上每年的消耗量約為70萬噸，1999年中國冰晶石的市場銷售量約為13萬噸。作為電解煉鋁用助熔劑，冰晶石必須在鈉鋁分子比、雜質(zhì)含量、含水量等方面達(dá)到一定的要求。
　 　 首先，冰晶石中鈉與鋁之比應(yīng)越高越好，分子比越高，電解煉鋁的電流效率越高，氟損失越少，造成的環(huán)境污染越小，而且高分子比冰晶石更適合除鋁工業(yè)以外的其他行業(yè)的使用
　 　 其次，冰晶石中氧化硅、氧化鐵及五氧化二磷等雜質(zhì)的含量要低，這些雜質(zhì)的存在直接影響鋁錠的質(zhì)量以及煉鋁的電流效率
　 　 第三，冰晶石的含水量也應(yīng)該越低越好，水的存在會增加冰晶石的消耗。
　 　 中國冰晶石狀況
　 　 高分子比冰晶石的生產(chǎn)應(yīng)用，美國和日本都進(jìn)行過研究和探討，以氟硅酸鈉為原料的生產(chǎn)高分子比冰晶石已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)。目前中國的冰晶石產(chǎn)品執(zhí)行GB/T4291-2007的標(biāo)準(zhǔn)，但各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)又會根據(jù)用途及用戶的要求，制訂出相應(yīng)的企業(yè)技術(shù)指標(biāo)。冰晶石在市場供應(yīng)較為偏緊，這與生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)技術(shù)不成熟有很大的關(guān)系，產(chǎn)品達(dá)不到用戶要求,另外所使用的一些原料也較為緊張，原料成本費(fèi)用過高，如螢石等。2008年8月冰晶石中國國內(nèi)市場報(bào)價(jià)為5000元/t左右。
　 　 合成方法
　 　 目前國內(nèi)外生產(chǎn)冰晶石主要有以下幾種工藝：
　　氫氟酸法：可分干法和濕法 干法是將氣態(tài)氫氟酸在400～700℃和氫氧化鋁反應(yīng)， 生成氟鋁酸(H3AlF6)，然后用純堿在高溫反應(yīng)而生成。濕法是將40～60% 的氫氟酸與氫氧化鋁反應(yīng)后再加入純堿而制得。
　 　 氟硅酸法：可分氟化銨中間產(chǎn)物和氟硅酸鈉中間產(chǎn)物法，前者系氟硅酸與氨水氨化后再與鋁酸鈉反應(yīng)而生成。后者是將磷肥生產(chǎn)中的含氟廢氣經(jīng)回收氟硅酸鈉后，再經(jīng)氨化合成等工序而制得。
　 　 碳酸化法：在鋁酸鈉及氟化鈉溶液中，通以二氧化碳，亦可制得冰晶石。
　 　 制鋁工業(yè)回收法：從煉鋁生產(chǎn)的廢氣中回收的稀氫氟酸與鋁酸鈉反應(yīng)可回收冰晶石。
　 　 堿法：將純堿、熒石、硅砂經(jīng)焙燒、粉碎、浸取后與硫酸鋁反應(yīng)而得，工業(yè)上很少采用。
　 　 灼減
　 　 灼減是冰晶石的一項(xiàng)重要檢驗(yàn)指標(biāo),是冰晶石物料550℃0.5h 的環(huán)境下，灼燒損失量的百分比例。
　 　 冰晶石的灼減是1999 年制定國標(biāo)時(shí)的新增指標(biāo)1984 年的國標(biāo)并無此項(xiàng)。隨著社會的進(jìn)步和鋁電解工業(yè)的發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平和環(huán)境保護(hù)受到重視并急需提高作為鋁電解的原料——冰晶石，其性能也需要提高。冰晶石灼減的高低直接影響其在鋁電解生產(chǎn)中的使用效果，灼減高，會造成冰晶石水解、飛揚(yáng)、物料利用率低、加重環(huán)境污染等問題，灼減越低則使用效果越好。
　 　 所以，降低灼減是提高冰晶石產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)冰晶石首要解決的問題。
　 　 成分
　 　 冰晶石（Cryolite）是一種礦物。單斜晶系。柱狀晶體或塊狀體。摩氏硬度2.5。密度2.97至3.00 g/cm。折射率1.338—1.339。雙折射率0.001，正光性。色散值0.024。玻璃光澤至油脂光澤。透明。無色、白色、褐色或紅色。產(chǎn)于侵入片麻巖的花崗巖及偉晶巖脈中。用于鋁的精煉。可用氫氟酸、碳酸鈉和鋁制造人工合成的冰晶石。主要產(chǎn)地為格陵蘭。