एल्यूमीनियम फ्लोराइड के उपयोग, तैयारी और बाजार की संभावनाएं

एल्यूमीनियम फ्लोराइड (आणविक सूत्र: AlF3) का उपयोग आमतौर पर क्रिस्टलीय हाइड्रेट AlF3·3H2O के रूप में उद्योग में किया जाता है। एल्यूमीनियम फ्लोराइड ट्राइहाइड्रेट रंगहीन, सफेद पाउडर के रूप में दिखाई देता है जिसमें एक ट्राइक्लिनिक क्रिस्टल संरचना होती है, जबकि निर्जल एल्यूमीनियम फ्लोराइड बड़े, षट्कोणीय-प्रणाली क्रिस्टल (एक आयनिक क्रिस्टल) के रूप में मौजूद होता है। इसका घनत्व 2.88 ग्राम/सेमी³ है, गलनांक 1040°C है, और क्वथनांक 1291°C है। यह ठंडे पानी में अघुलनशील है, गर्म पानी में घुलनशील है, अम्लीय और क्षारीय घोलों में अल्प घुलनशील है, और अधिकांश कार्बनिक सॉल्वैंट्स में अघुलनशील है। यह तरल अमोनिया या सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड के साथ गर्म करने पर प्रतिक्रिया नहीं करता है, न ही पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड के साथ पिघलाने पर। इसके रासायनिक गुण अत्यधिक स्थिर होते हैं; यह गर्म करने पर विघटित नहीं होता है बल्कि उर्ध्वपातन से गुजरता है।

• इसका उपयोग मुख्य रूप से एल्यूमीनियम उत्पादन में गलनांक को कम करने और इलेक्ट्रोलाइट की विद्युत चालकता बढ़ाने के लिए किया जाता है।
• यह शराब उत्पादन में किण्वन अवरोधक के रूप में कार्य करता है, सिरेमिक और इनेमल के लिए फ्लक्स और ग्लेज घटक के रूप में कार्य करता है, और अलौह धातु गलाने में फ्लक्स के रूप में कार्य करता है।

वर्तमान में, औद्योगिक एल्यूमीनियम फ्लोराइड का 95% से अधिक एल्यूमीनियम उद्योग द्वारा उपभोग किया जाता है। यह क्रायोलाइट-एल्यूमिना इलेक्ट्रोलाइट घोल में एक योजक के रूप में कार्य करता है, एल्यूमिना हानि की भरपाई करता है, इलेक्ट्रोलाइट के आणविक अनुपात और प्राथमिक क्रिस्टलीकरण तापमान को कम करता है, और एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के दौरान थर्मल संतुलन को नियंत्रित करने में मदद करता है; यह इलेक्ट्रोलाइटिक एल्यूमीनियम उद्योग के लिए एक आवश्यक कच्चा माल है।

1. (1) गीली प्रक्रिया

   एसिड-ग्रेड फ्लोरास्पार पाउडर, सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड और एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड को कच्चे माल के रूप में उपयोग करते हुए, फ्लोरास्पार पाउडर और सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड की प्रतिक्रिया से उत्पन्न हाइड्रोजन फ्लोराइड गैस को पहले पानी में अवशोषित करके 30% हाइड्रोफ्लोरिक एसिड घोल का उत्पादन किया जाता है। यह घोल फिर एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के साथ एक तरल-ठोस मिश्रित-चरण प्रतिक्रिया से गुजरता है ताकि एक अतिसंतृप्त एल्यूमीनियम फ्लोराइड घोल बन सके। अंत में, उत्पाद को क्रिस्टलीकरण, निस्पंदन और निर्जलीकरण के लिए उच्च तापमान कैल्सीनेशन के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।

2. (2) सूखी प्रक्रिया

   गीली प्रक्रिया की तरह, यह विधि एसिड-ग्रेड फ्लोरास्पार पाउडर, सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड और एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड को कच्चे माल के रूप में उपयोग करती है। मुख्य अंतर प्रक्रिया प्रवाह में निहित है: प्रारंभिक चरण में उत्पन्न हाइड्रोजन फ्लोराइड गैस धूल और सल्फ्यूरिक एसिड को हटाने के लिए एक गैस-चरण शुद्धिकरण प्रणाली से गुजरती है। फिर इसे सूखे एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड (12% नमी सामग्री के साथ) के साथ मिलाया जाता है और एक डबल-लेयर फ्लुइडाइज्ड बेड में फीड किया जाता है। यहां, कैल्सीनेशन-निर्जलीकरण और फ्लोरीनेशन प्रतिक्रियाएं होती हैं, अंततः एल्यूमीनियम फ्लोराइड उत्पाद प्राप्त होता है।

3. (3) एल्यूमीनियम नमक प्रक्रिया

   एल्यूमीनियम फ्लोराइड का उत्पादन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सामान्य एल्यूमीनियम लवणों में एल्यूमीनियम क्लोराइड, एल्यूमीनियम सल्फेट, एल्यूमीनियम सिलिकेट और एल्यूमीनियम फ्लोरोसिलिकेट शामिल हैं।

   एल्यूमीनियम क्लोराइड विधि में एल्यूमीनियम क्लोराइड के जलीय घोल को 400°C तक हाइड्रोफ्लोरिक एसिड के साथ गर्म करना शामिल है ताकि हाइड्रोजन क्लोराइड गैस को बाहर निकाला जा सके, जिससे एल्यूमीनियम फ्लोराइड का उत्पादन होता है। जबकि प्रक्रिया मार्ग सरल है, महंगे और अत्यधिक संक्षारक हाइड्रोफ्लोरिक एसिड का उपयोग उच्च उत्पादन लागत का परिणाम है।

   एल्यूमीनियम सल्फेट विधि में कम-ग्रेड फ्लोरास्पार अयस्क को एल्यूमीनियम सल्फेट के साथ गर्म करना शामिल है ताकि कैल्शियम सल्फेट (CaSO4) अवक्षेप और एक एल्यूमीनियम फ्लोराइड घोल उत्पन्न हो सके; अंतिम उत्पाद को निस्पंदन, क्रिस्टलीकरण, सुखाने और निर्जलीकरण के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। यद्यपि यह प्रक्रिया मार्ग अपेक्षाकृत जटिल है और फ्लोरास्पार पर निर्भर करता है—एक संसाधन जिसकी आपूर्ति तंग है—इसमें अन्य विधियों की तुलना में कम उपकरण लागत शामिल है।

   एल्यूमीनियम सिलिकेट को प्राकृतिक एल्यूमीनियम अयस्कों से सबसे सीधे प्राप्त किया जाता है, जिनकी सीधे हाइड्रोजन फ्लोराइड के साथ प्रतिक्रिया करके एल्यूमीनियम फ्लोराइड का उत्पादन किया जाता है। जबकि यह विधि एक सरल प्रक्रिया मार्ग प्रदान करती है, महंगे और अत्यधिक संक्षारक हाइड्रोजन फ्लोराइड गैस का उपयोग उत्पादन और उपकरण लागत दोनों को काफी बढ़ा देता है।

कम-कार्बन अर्थव्यवस्था द्वारा चिह्नित नई वैश्विक औद्योगिक क्रांति, अनिवार्य रूप से एल्यूमीनियम फ्लोराइड उद्योग को उच्च गुणवत्ता और अधिक दक्षता की ओर ले जाएगी। निर्जल एल्यूमीनियम फ्लोराइड, मानक सूखी-प्रक्रिया उत्पाद के विकल्प के रूप में काम करते हुए, निकट भविष्य में उद्योग की अत्याधुनिक तकनीक का प्रतिनिधित्व करेगा; वास्तव में, बेहतर प्रदर्शन वाले एल्यूमीनियम फ्लोराइड उत्पादों का विकास एक अनिवार्य प्रवृत्ति है। इसके अलावा, फॉस्फेट उर्वरक उप-उत्पादों से प्राप्त फ्लोरीन संसाधनों का उपयोग करके नई आपूर्ति श्रृंखला स्थापित करना—इस प्रकार निर्जल एल्यूमीनियम फ्लोराइड या उच्च-प्रदर्शन वेरिएंट का उत्पादन करना—उद्योग के भविष्य के लिए एक आवश्यक रणनीतिक विकल्प का प्रतिनिधित्व करता है।