Utilisations, Préparation et Perspectives de Marché du Fluorure d'Aluminium

Le fluorure d'aluminium (formule moléculaire : AlF3) est couramment utilisé dans l'industrie sous forme d'hydrate cristallin AlF3·3H2O. Le trihydrate de fluorure d'aluminium se présente sous forme de poudre incolore et blanche avec une structure cristalline triclinique, tandis que le fluorure d'aluminium anhydre existe sous forme de gros cristaux du système hexagonal (un cristal ionique). Il a une densité de 2,88 g/cm³, un point de fusion de 1040 °C et un point d'ébullition de 1291 °C. Il est insoluble dans l'eau froide, soluble dans l'eau chaude, peu soluble dans les solutions acides et alcalines, et insoluble dans la plupart des solvants organiques. Il ne réagit pas lorsqu'il est chauffé avec de l'ammoniac liquide ou de l'acide sulfurique concentré, ni lorsqu'il est fondu avec de l'hydroxyde de potassium. Ses propriétés chimiques sont très stables ; il ne se décompose pas au chauffage mais sublime.

• Il est principalement utilisé dans la production d'aluminium pour abaisser le point de fusion et augmenter la conductivité électrique de l'électrolyte.
• Il sert d'inhibiteur de fermentation dans la production d'alcool, de composant de fondant et d'émail pour les céramiques et les émaux, et de fondant dans la fusion des métaux non ferreux.

Actuellement, plus de 95 % du fluorure d'aluminium industriel est consommé par l'industrie de l'aluminium. Il sert d'additif à la solution électrolytique cryolithe-alumine, compensant la perte d'alumine, abaissant le rapport moléculaire de l'électrolyte et la température de cristallisation primaire, et aidant à contrôler l'équilibre thermique pendant le processus d'électrolyse de l'aluminium ; c'est une matière première essentielle pour l'industrie de l'aluminium électrolytique.

1. (1) Procédé humide

   En utilisant de la poudre de spath fluor de qualité acide, de l'acide sulfurique concentré et de l'hydroxyde d'aluminium comme matières premières, le gaz fluorure d'hydrogène généré par la réaction de la poudre de spath fluor et de l'acide sulfurique concentré est d'abord absorbé dans l'eau pour produire une solution d'acide fluorhydrique à 30 %. Cette solution subit ensuite une réaction en phase mixte liquide-solide avec de l'hydroxyde d'aluminium pour former une solution sursaturée de fluorure d'aluminium. Enfin, le produit est obtenu par cristallisation, filtration et calcination à haute température pour déshydratation.

2. (2) Procédé sec

   Comme le procédé humide, cette méthode utilise de la poudre de spath fluor de qualité acide, de l'acide sulfurique concentré et de l'hydroxyde d'aluminium comme matières premières. La différence essentielle réside dans le flux du processus : le gaz fluorure d'hydrogène généré dans l'étape initiale passe par un système de purification en phase gazeuse pour éliminer la poussière et l'acide sulfurique. Il est ensuite mélangé avec de l'hydroxyde d'aluminium séché (avec une teneur en humidité de 12 %) et introduit dans un lit fluidisé double couche. Ici, les réactions de calcination-déshydratation et de fluoration ont lieu, produisant finalement le produit fluorure d'aluminium.

3. (3) Procédé aux sels d'aluminium

   Les sels d'aluminium couramment utilisés pour produire du fluorure d'aluminium comprennent le chlorure d'aluminium, le sulfate d'aluminium, le silicate d'aluminium et le fluorosilicate d'aluminium.

   La méthode au chlorure d'aluminium implique le chauffage d'une solution aqueuse de chlorure d'aluminium avec de l'acide fluorhydrique à 400 °C pour chasser le gaz chlorure d'hydrogène, produisant ainsi du fluorure d'aluminium. Bien que la voie du processus soit simple, l'utilisation d'acide fluorhydrique coûteux et très corrosif entraîne des coûts de production élevés.

   La méthode au sulfate d'aluminium implique le chauffage de minerai de spath fluor de basse qualité avec du sulfate d'aluminium pour générer un précipité de sulfate de calcium (CaSO4) et une solution de fluorure d'aluminium ; le produit final est obtenu par filtration, cristallisation, séchage et déshydratation. Bien que cette voie de processus soit relativement complexe et dépende du spath fluor — une ressource en offre limitée — elle entraîne des coûts d'équipement inférieurs par rapport à d'autres méthodes.

   Le silicate d'aluminium est le plus directement issu des minerais d'aluminium naturels, qui sont mis à réagir directement avec le fluorure d'hydrogène pour produire du fluorure d'aluminium. Bien que cette méthode offre une voie de processus simple, l'utilisation de gaz fluorure d'hydrogène coûteux et très corrosif augmente considérablement les coûts de production et d'équipement.

La nouvelle révolution industrielle mondiale, caractérisée par l'économie à faible émission de carbone, poussera inévitablement l'industrie du fluorure d'aluminium vers une qualité et une efficacité accrues. Le fluorure d'aluminium anhydre, servant de substitut au produit standard du procédé sec, représentera la technologie de pointe de l'industrie dans un avenir proche ; en effet, le développement de produits fluorure d'aluminium aux performances supérieures est une tendance inévitable. De plus, l'utilisation de ressources fluorées dérivées des sous-produits des engrais phosphatés pour établir de nouveaux canaux d'approvisionnement — produisant ainsi du fluorure d'aluminium anhydre ou des variantes à haute performance — représente un choix stratégique nécessaire pour l'avenir de l'industrie.