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，白色細小的結晶體，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金屬鋁的方法，迄今為止還沒有發現另一種化合物可以代替冰晶石的。這是因為冰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，如不含比鋁更正電性的元素，穩定性好，在一般條件下不分解、不揮發、不潮解，熔點高于鋁，導電性好，節約電量等。可以說，如果沒有冰晶石，全世界也許就沒有如此大規模的鋁工業，價格也就沒有這么低，應用也就沒有這么廣泛。格陵蘭西海岸是冰晶石的主要產地，此礦于1987年開采完畢。現時多以螢石人工合成六氟鋁酸鈉供工業使用。西班牙、俄羅斯和美國也有產出。
　 　 理化參數
　 　 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，有時可含極微量的Ca、Fe、Mn及有機質等。
結構與形態
　 　 單斜晶系，a0=0.547nm，b0=0.562nm，c0=0.782nm，β=9011’；Z=2。晶體結構有略微變型的[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[NaF12]有4個在晶胞面上，其余2個在晶胞里。在約500℃時β-冰晶石為等軸晶系，Oh3-Fm3m；a0=0.795nm；Z=4。(NH4)3AlF6型結構，與鉀鈉冰晶石結構相似。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生傾斜，轉變為單斜晶系。
　 　 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，有時呈片狀或粒狀。
　 　 理化性能
　 　 無色、白色，有時呈淺灰、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的填充劑，農藥的殺蟲劑等行業企業。
　 　 應用優勢
　 　 1．新啟動槽使用高分子具有比冰晶石電解質水平平穩、收縮較慢、分子比變化平緩等優點，有利于電解質成分的穩定保持；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；揮發損失少，能有效的改善現場作業條件。
　 　 2．可大量節約氟化鈉或純堿用量，降低生產成本。
　 　 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。由于使用高分子比冰晶石在環境保護和經濟效益等方面都優于低分子冰晶石，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。冰晶石按其物理性質可分為砂狀冰晶石、粒狀冰晶石及粉狀冰晶石。
　 　 冰晶石
　 　 一、砂狀冰晶石的特點為：①熔點低，熔化速度快，可縮短進入正常工作狀態的時間；②分子比可在較大的范圍內調節，能適應電解槽不同時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，生產成本低。
　 　 二、粒狀冰晶石的特點為：
　 　 ①流動性好，粉塵污染，適合機械化下料；②電解生產中實收率高，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、粉狀冰晶石的特點為：
　 　 ①可達到較高的粒度，通常為200目以上；②分子比可達1.75~2.5，有較好的可調性；③超細的產品，325目通過率為98%以上，能滿足特殊行業對冰晶石的要求。
　 　 主要用途
　 　 自然界產出稀少，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的填充劑，農藥的殺蟲劑等行業企業。
　 　 工業質量要求
　 　 冰晶石在鋁工業中的用量最大，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、雜質含量、含水量等方面達到一定的要求。
　 　 首先，冰晶石中鈉與鋁之比應越高越好，分子比越高，電解煉鋁的電流效率越高，氟損失越少，造成的環境污染越小，而且高分子比冰晶石更適合除鋁工業以外的其他行業的使用
　 　 其次，冰晶石中氧化硅、氧化鐵及五氧化二磷等雜質的含量要低，這些雜質的存在直接影響鋁錠的質量以及煉鋁的電流效率
　 　 第三，冰晶石的含水量也應該越低越好，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應用，美國和日本都進行過研究和探討，以氟硅酸鈉為原料的生產高分子比冰晶石已實現了工業生產。目前中國的冰晶石產品執行GB/T4291-2007的標準，但各個生產企業又會根據用途及用戶的要求，制訂出相應的企業技術指標。冰晶石在市場供應較為偏緊，這與生產廠家的生產技術不成熟有很大的關系，產品達不到用戶要求,另外所使用的一些原料也較為緊張，原料成本費用過高，如螢石等。2008年8月冰晶石中國國內市場報價為5000元/t左右。
　 　 合成方法
　 　 目前國內外生產冰晶石主要有以下幾種工藝：
　　氫氟酸法：可分干法和濕法 干法是將氣態氫氟酸在400～700℃和氫氧化鋁反應， 生成氟鋁酸(H3AlF6)，然后用純堿在高溫反應而生成。濕法是將40～60% 的氫氟酸與氫氧化鋁反應后再加入純堿而制得。
　 　 氟硅酸法：可分氟化銨中間產物和氟硅酸鈉中間產物法，前者系氟硅酸與氨水氨化后再與鋁酸鈉反應而生成。后者是將磷肥生產中的含氟廢氣經回收氟硅酸鈉后，再經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。
　 　 制鋁工業回收法：從煉鋁生產的廢氣中回收的稀氫氟酸與鋁酸鈉反應可回收冰晶石。
　 　 堿法：將純堿、熒石、硅砂經焙燒、粉碎、浸取后與硫酸鋁反應而得，工業上很少采用。
　 　 灼減
　 　 灼減是冰晶石的一項重要檢驗指標,是冰晶石物料550℃0.5h 的環境下，灼燒損失量的百分比例。
　 　 冰晶石的灼減是1999 年制定國標時的新增指標1984 年的國標并無此項。隨著社會的進步和鋁電解工業的發展,工業生產的自動化水平和環境保護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中的使用效果，灼減高，會造成冰晶石水解、飛揚、物料利用率低、加重環境污染等問題，灼減越低則使用效果越好。
　 　 所以，降低灼減是提高冰晶石產品質量生產優質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。主要產地為格陵蘭。