Utilizaciones, preparación y perspectivas de mercado del fluoruro de aluminio

El fluoruro de aluminio (fórmula molecular: AlF3) se utiliza comúnmente en la industria en forma de hidrato cristalino AlF3·3H2O. El trihidrato de fluoruro de aluminio aparece como un polvo incoloro y blanco con una estructura cristalina triclínica, mientras que el fluoruro de aluminio anhidro existe como cristales grandes del sistema hexagonal (un cristal iónico). Tiene una densidad de 2,88 g/cm³, un punto de fusión de 1040 °C y un punto de ebullición de 1291 °C. Es insoluble en agua fría, soluble en agua caliente, escasamente soluble en soluciones ácidas y alcalinas, e insoluble en la mayoría de los disolventes orgánicos. No reacciona al calentarse con amoníaco líquido o ácido sulfúrico concentrado, ni al fundirse con hidróxido de potasio. Sus propiedades químicas son muy estables; no se descompone al calentarse, sino que se sublima.

• Se utiliza principalmente en la producción de aluminio para reducir el punto de fusión y aumentar la conductividad eléctrica del electrolito.
• Sirve como inhibidor de la fermentación en la producción de alcohol, actúa como fundente y componente de esmalte para cerámicas y esmaltes, y funciona como fundente en la fundición de metales no ferrosos.

Actualmente, más del 95% del fluoruro de aluminio industrial es consumido por la industria del aluminio. Sirve como aditivo a la solución electrolítica de criolita-alúmina, compensando la pérdida de alúmina, reduciendo la relación molecular del electrolito y la temperatura de cristalización primaria, y ayudando a controlar el equilibrio térmico durante el proceso de electrólisis del aluminio; es una materia prima esencial para la industria del aluminio electrolítico.

1. (1) Proceso húmedo

   Utilizando polvo de espato flúor de grado ácido, ácido sulfúrico concentrado e hidróxido de aluminio como materias primas, el gas de fluoruro de hidrógeno generado a partir de la reacción del polvo de espato flúor y el ácido sulfúrico concentrado se absorbe primero en agua para producir una solución de ácido fluorhídrico al 30%. Esta solución luego sufre una reacción de fase mixta líquido-sólido con hidróxido de aluminio para formar una solución sobresaturada de fluoruro de aluminio. Finalmente, el producto se obtiene mediante cristalización, filtración y calcinación a alta temperatura para deshidratación.

2. (2) Proceso seco

   Al igual que el proceso húmedo, este método utiliza polvo de espato flúor de grado ácido, ácido sulfúrico concentrado e hidróxido de aluminio como materias primas. La diferencia clave radica en el flujo del proceso: el gas de fluoruro de hidrógeno generado en el paso inicial pasa a través de un sistema de purificación en fase gaseosa para eliminar el polvo y el ácido sulfúrico. Luego se mezcla con hidróxido de aluminio seco (con un contenido de humedad del 12%) y se introduce en un lecho fluidizado de doble capa. Aquí, tienen lugar las reacciones de calcinación-deshidratación y fluoración, produciendo finalmente el producto de fluoruro de aluminio.

3. (3) Proceso de sales de aluminio

   Las sales de aluminio comunes utilizadas para producir fluoruro de aluminio incluyen cloruro de aluminio, sulfato de aluminio, silicato de aluminio y fluorosilicato de aluminio.

   El método del cloruro de aluminio implica calentar una solución acuosa de cloruro de aluminio con ácido fluorhídrico a 400 °C para eliminar el gas cloruro de hidrógeno, produciendo así fluoruro de aluminio. Si bien la ruta del proceso es simple, el uso de ácido fluorhídrico caro y altamente corrosivo resulta en altos costos de producción.

   El método del sulfato de aluminio implica calentar mineral de espato flúor de baja calidad con sulfato de aluminio para generar un precipitado de sulfato de calcio (CaSO4) y una solución de fluoruro de aluminio; el producto final se obtiene mediante filtración, cristalización, secado y deshidratación. Aunque esta ruta del proceso es relativamente compleja y depende del espato flúor, un recurso de suministro limitado, implica menores costos de equipo en comparación con otros métodos.

   El silicato de aluminio se obtiene de forma más directa de minerales de aluminio naturales, que se hacen reaccionar directamente con fluoruro de hidrógeno para producir fluoruro de aluminio. Si bien este método ofrece una ruta de proceso simple, el uso de gas de fluoruro de hidrógeno caro y altamente corrosivo aumenta significativamente tanto los costos de producción como los de equipo.

La nueva revolución industrial global, caracterizada por la economía baja en carbono, impulsará inevitablemente la industria del fluoruro de aluminio hacia una mayor calidad y eficiencia. El fluoruro de aluminio anhidro, que sirve como alternativa al producto estándar del proceso seco, representará la tecnología de vanguardia de la industria en el futuro cercano; de hecho, el desarrollo de productos de fluoruro de aluminio con un rendimiento superior es una tendencia inevitable. Además, la utilización de recursos de flúor derivados de subproductos de fertilizantes fosfatados para establecer nuevos canales de suministro, produciendo así fluoruro de aluminio anhidro o variantes de alto rendimiento, representa una opción estratégica necesaria para el futuro de la industria.