一、冰晶石的理化性質

冰晶石（Cryolite）是一種礦物，化學式為Na3AlF6，白色細小的結晶體，無氣味，分子式為Na3AlF6，比重為3，硬度2~3，熔點1009攝氏度，易吸水受潮?，F(xiàn)在工業(yè)中使用的多為人造冰晶石，其NaF和AlF3的分子比在1.6~3.0，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，分子比在1.6～2.5的稱為低分子比冰晶石；分子比大于2.6的稱為高分子比冰晶石。

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，其不同特點如下：

（1）砂狀冰晶石。細砂狀，流動性好，利于輸送，便于機械化、自動化投料；熔化速度快，可縮短進入正常工作狀態(tài)的時間；含水量低，氟損失小；分子比可在較大的范圍內調節(jié)，能適應電解槽不同時期對冰晶石分子比的不同要求。砂狀冰晶石的這些優(yōu)點，使其在電解鋁生產過程得到大量的使用，但是砂狀冰晶石在其他行業(yè)的使用不及粉狀冰晶石。

（2）粉狀冰晶石。粉狀冰晶石可達到較高的細度，通常為篩孔75μm以下，分子比在1.6～2.9之間，有較好的可調性。超細的產品，特別是篩孔45μm、通過率98%以上的產品，能滿足特殊行業(yè)對冰晶石的要求。粉狀冰晶石適合電解槽啟槽時使用，還特別適用于樹脂砂輪的耐磨填充劑、金屬熔劑、玻璃遮光劑、搪瓷乳白劑等。

（3）粒狀冰晶石。是粉狀冰晶石經過機械壓制后的產物，化學性能與粉狀冰晶石完全相同；但物理性能的改變，使其具有一些新的特點：流動性較好，適合機械化下料；顆粒大多為1～10mm，大大減少了粉塵污染，特別適用于電解鋁正常生產時的投料。

圖2 天然狀態(tài)冰晶石形貌

二、合成方法

目前世界上天然的冰晶石礦隨著煉鋁工業(yè)的發(fā)展基本已經開采殆盡?，F(xiàn)時多以螢石人工合成六氟鋁酸鈉供工業(yè)使用，中國的冰晶石產品執(zhí)行GB/T 4291-2007的標準，但各個生產企業(yè)又會根據用途及用戶的要求，制訂出相應的企業(yè)技術指標。國內外生產冰晶石主要有以下幾種工藝：純堿-氟氯酸法（又稱濕法），主要化學反應如下：

CaF2＋H2SO4＝2HF＋CaSO4、

Al(OH)3＋6HF＝H3AlF6＋3H2O、

2H3AlF6＋3Na2CO3＝2Na3AlF6＋3CO2＋3H2O；

黏土－鹽鹵法（以黏土－工業(yè)鹽法為例），主要化學反應：

H2SO4+CaF2→CaSO4+2HF、

Al2O3+6HCl+NaCl→2AlCl3+3H2O+NaCl、

6HF+AlCl3+3NaCl→Na3AlF6+6HCl；

氫氟酸－鋁酸鈉法，該法主要反應式為：

nNa2O·Al2O3+(2n+6)HF→2(nNaF·AlF3)+(3+n)H2O，

冰晶石的分子比通過調整鋁酸鈉溶液的Na與Al的物質的量比進行控制。

三、冰晶石的應用

自然界產出的冰晶石量比較小，工業(yè)生產使用的冰晶石通常需人工合成。其最主要的用途為鋁電解的助熔劑；也用作研磨產品的的耐磨添加劑，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，焊材的助熔劑等行業(yè)企業(yè)。

1、電解鋁助熔劑

   在電解鋁行業(yè)中，氧化鋁熔點高（2050℃）、又不導電，無法單獨電解，而采用冰晶石溶解能打破氧化鋁晶體原有的結構，氧化鋁可以溶解在冰晶石中，形成固相低熔點混合物溶解，之后就可以在低溫度（940℃～980℃）下進行電解，從而降低了氧化鋁的熔點。同時，由于冰晶石在熔融狀態(tài)時比鋁輕，從而使電解得到的鋁可以順利沉于槽底，熔融的冰晶石浮于其上，可以起到防止鋁被空氣氧化的作用。

2、砂輪的輔助材料

在當代的砂輪生產中，冰晶石（Na3AlF6）作為一種輔助材料而被廣泛添加，成為一種必需的材料，它的作用主要有以下幾種：

（1）有效降低磨削表面溫度和氧化程度。因為冰晶石的熔點較低，在磨削熱作用下熔化，需吸收磨削熱，同時由于熔化，促使磨粒脫落，從而防止砂輪堵塞。

（2）減少切割物的燒傷面積。由于冰晶石的熔化，吸收熱量，降低了磨削溫度，從而使切割物與磨削件的燒傷面積減少。

（3）提高切割與磨削速度。冰晶石熔化后變成液態(tài)，是很好的潤滑劑，可以提高切削速度。

（4）在磨削過程中，冰晶石熔化后可發(fā)生分解析出氟，有利于鋼的磨削與切割，所以冰晶石特別適合于不用冷卻液的干磨砂輪。

（5）延長砂輪使用期。以上各方面的效果，綜合起來會使砂輪有效使用期限延長，同時生產成本也有所下降。

3、球墨鑄鐵生產

冰晶石在球墨鑄鐵生產中也有廣泛應用，將0.1%-0.3%的冰晶石粉撒在鐵液表面，可以給鐵液除渣，同時冰晶石可以稀釋熔渣，使其便于收，如果不用冰晶石，球化處理時由于熔渣粘度大，扒渣困難，容易使熔渣除不干凈，導致鑄件形成夾渣缺陷明顯增多，而且還會出現(xiàn)球化衰退現(xiàn)象，從多年的生產實踐來看，冰晶石對減少氣孔，夾渣和球化衰退都起到一定的作用；冰晶石受熱（大于1011℃）分解生成AlF3氣體，能保護鐵液表面，防止其氧化，但這種氣體對人有害，在生產中應注意防護。

4、鋁工件釬焊連接釬劑

鋁及鋁合金的表面有一層極薄的致密的氧化鋁膜，它一方面保護鋁不繼續(xù)氧化，使鋁具有很強的抗大氣腐蝕能力，另一方面又阻礙鋁與鋁及鋁與其他金屬材料的釬焊連接。因此，鋁及鋁合金釬焊時必須清除其表面上的Al2O3膜，否則熔化的釬料不能與母材潤濕；焊后又需要維持保護膜的完整，否則接頭會發(fā)生嚴重的腐蝕。在Nocolok釬焊爐中，當被焊的鋁材加熱到一定溫度時，即向釬焊材料表面噴灑有機溶劑與鉀冰晶石粉末混合流體，冰晶石粉隨即熔化，有機溶劑則揮發(fā)，被焊材料上的Al2O3膜溶于液態(tài)冰晶石中而得以消除，使釬接可以順利進行，并可獲得優(yōu)質的釬接縫，凝固的冰晶石易于除去，即使焊縫與母材上有殘余的鉀冰晶石日后也不會引發(fā)腐蝕，這是冰晶石釬劑的優(yōu)點。

5、陶瓷乳白劑

   冰晶石在陶瓷行業(yè)也有大量的使用，冰晶石在陶瓷行業(yè)中主要是作為一種陶瓷的乳白劑使用，它能使陶瓷生產出來的色彩更加的亮麗。陶瓷乳白劑用的冰晶石也有一定的要求，最主要是不能含有太多雜質，如果冰晶石雜質過多，用到陶瓷中不會起到更好的效果，反而是會對陶瓷造成一定的影響，陶瓷行業(yè)通常采用高分子比的冰晶石滿足工藝需求。

6、鋁熔煉用熔劑

在鋁及鋁合金的熔煉過程中，為了防止熔體的氧化與除去其中的夾雜物，常常是通過添加熔劑來達到此目的。前者是向熔體表面撒一層名為覆蓋劑的熔劑，熔化后形成一層有一定厚度的致密的液體層，可以阻止氧的滲入，從而防止鋁的氧化，顯著減少鋁的燒損；后者是向熔體內添加一定量的精煉劑，它們能使夾雜物如Al2O3與鋁熔體分離并與其一起浮于熔體上面形成渣而得以除去，同時它們還能吸附熔 體中一定量的氫，所以精煉劑有除雜去氫的雙重作用，鋁及鋁合金熔體的覆蓋劑與精煉劑大都由氯鹽與氟鹽組成，其中有些還含有冰晶石（Na3AlF6）。

冰晶石的用途廣，制取方法也很多，但都是以消耗資源與能源、犧牲環(huán)境為代價的。隨著螢石（CaF2）資源的減少，環(huán)保要求的不斷提高，減輕環(huán)保壓力，實現(xiàn)資源的綜合利用與循環(huán)利用是今后冰晶石發(fā)展的主要方向。

引用文獻

[1] 王祝堂.鉀冰晶石的性能、生產、應用與市場(中國有色金屬加工工業(yè)協(xié)會，北京 100814): 2012.

[2] 葉文龍，吳姝，鄭建強.我國冰晶石產品生產技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[ J ] .氟化工2011，18( 5 ): 6-10.