Il fluoruro di idrogeno a temperatura ambiente è un gas. La soluzione acquosa è nota come il nome di acido fluoridrico. Il fluoruro di idrogeno anidro è il materiale di partenza impiegato per la produzione della maggior parte dei composti del fluoro.

Impieghi del fluoruro di idrogeno

I suoi principali impieghi sono:

  • produzione di un gruppo di composti chimici utilizzabili come liquidi refrigeranti nei frigoriferi e nei condizionatori d’aria e come gas di propulsione negli inalatori. In origine i clorofluorocarburi (CFC) come per esempio il CCl2F2, sono stati ampiamente prodotti per questi utilizzi; essendo questi composti molto stabili, una volta presenti nell’atmosfera finivano nella stratosfera dove subivano fotolisi e rilasciavano atomi di cloro responsabili della decomposizione dell’ozono. Questo fenomeno ha influito molto all’assottigliamento dello strato di ozono, portando così alla riduzione della protezione che offre alla Terra dai dannosi raggi UV del sole. Sono stati allora prodotti e utilizzati al loro posto, gli idroclorofluorocarburi (HCFC) come il CHClF2. Questi composti sono meno stabili e quindi meno persistenti nell’atmosfera, nonostante questo in parte, hanno comunque raggiunto la stratosfera e assottigliato ulteriormente lo strato di ozono. A partire dalla fine degli anni ’80, sono stati fatti accordi internazionali che mirano alla riduzione e la successiva completa rinuncia della produzione e del consumo di CFC e HCFC. Attualmente, nei frigoriferi e nei condizionatori d’aria sono utilizzati gli idrofluorocarburi (HFC) come il CF3CH2F e il CF3CHF2, che non hanno un impatto sullo strato d’ozono stratosferico, ottenuti anche questi a partire dal fluoruro di idrogeno. Tuttavia, sebbene le quantità che fuoriescono nell’atmosfera siano basse, le molecole di HFC hanno un elevato potenziale di riscaldamento globale (contribuiscono al riscaldamento globale). Il CF3CHF2 è anche il propellente utilizzato negli inalatori per somministrare i farmaci per il trattamento degli attacchi d’asma;
  • produzione di clorodifluorometano, CHClF2, e clorodifluoroetano, CClF2CH3, composti utilizzati per produrre tetrafluoretano e 1,1-difluoroetano. Questi alcheni sono impiegati nella produzione di polimeri fluorurati, rispettivamente il poli(tetrafluoretano) (PTFE) e il poli(1,1-difluoretano) (fluoruro di polivinilidene, PVDF);
A photograph of the Channel Four headquarters in London, designed by Sir Richard Rogers. The building is clad in PVDF, polyvinylidene fluoride, made using hydrogen fluoride.
Figura 1 Uno degli usi più importanti del PVDF è nel rivestimento di edifici).  Qui viene utilizzato per rivestire la sede di Channel Four a Londra, progettata da Sir Richard Rogers. Per gentile concessione di Arkema
  • produzione fluoroaromatici, ad esempio il 2-fluoroaminobenzene, il 2,4-difluoroaminobenzene e il trifluorometilbenzene. Questi composti sono intermedi per una vasta gamma di farmaci, ad esempio l’antidepressivo Prozac© e anche di insetticidi, ad esempio Karate©. Sono anche utilizzati per la produzione di cristalli liquidi utilizzati negli schermi dei televisori LCD, nei monitor dei computer e nei display dei telefoni cellulari;
A photograph of an electrolytic cell, being used to manufacture fluorine. As the fluorine is produced, hydrofluoric acid is added to make up the electrolyte.
Figura 2 Cella elettrolitica impiegata nella produzione di fluoro. Durante la produzione di fluoro viene aggiunto acido fluoridrico per formare l’elettrolita. Per gentile concessione di Springfields Fuels Limited.
  • una miscela costituita da acido fluoridriico al 60-70% e acido solforico viene impiegata nell’industria vetraria per l’incisione e la lucidatura del vetro e nell’industria elettronica per realizzare i circuiti integrati a base di silicio;
  • una miscela costituita di acido fluoridrico al 70-80% con acido nitrico viene impiegata  nella produzione di lamiere e tubi acciaio inossidabile per realizzare i bagni di decapaggio;
  • produzione di solfonati di alchilbenzeni, utilizzati come tensioattivi nei detergenti anionici;
  • produzione di fluoruro di uranio(IV), UF4, a partire dall’ossido di uranio, U2O3, durante il processo di arricchimento dell’uranio
  • come catalizzatore nella produzione di alcheni a partire da alcheni a corta catena. Gli alcheni reagiscono con gli alcheni in presenza di acidi, tra questi l’acido fluoridrico.

Produzione del fluoruro di idrogeno

Il fluoruro di idrogeno viene prodotto dal Fluorospar, il nome commerciale della fluorite, minerale composto da fluoruro di calcio (CaF2). Il minerale è molto diffuso, importanti giacimenti sono distribuiti in tutto il mondo in particolare in Cina, Messico, Africa meridionale e Russia. La produzione mondiale annuale di fluorite supera i 4 milioni di tonnellate.

Fluorspar (20-80% fluoruro di calcio) viene concentrato con tecniche di flottazione, è fino a raggiungere un grado di purezza del 98% con tecniche di flottazione, per ottenere la fluorite detta “grado acido”. La silice è la principale impurità rimossa dal processo.

La fluorite di grado acido viene mescolata con acido solforico concentrato preriscaldato, lo slurry che ne alimenta in continuo grandi forni rotativi. La miscela di fluorite e acido solforico viene riscaldata a 600 K per diverse ore.

I gas che si liberano, principalmente fluoruro di idrogeno, fuoriescono dall’estremità del forno orizzontale, e sono distillati in modo frazionato in una colonna, detta pre-scrubber. I solidi e l’acido solforico vengono rimossi e il fluoruro di idrogeno in fase vapore viene purificato raggiungendo un grado di purezza >99,9% mediante distillazione in recipienti di rame o acciaio; una volta condensato viene conservato in contenitori di acciaio.

Il gas che si forma è in gran parte tetrafluoruro di silicio, che per reazione con l’acqua produce acido fluorosilicico, H2SiF6.

L’acido fluorosilicilico è un importante sottoprodotto di questo processo e della produzione di acido fosforico. Può essere neutralizzato con idrossido di sodio per formare esafluorosilicato di sodio, usato per la fluorurazione dell’acqua potabile.

L’acido è anche usato per produrre fluoruro di alluminio, utilizzato a sua volta nella fabbricazione dell’alluminio.

Il solfato di calcio, generato nella produzione di fluoruro di idrogeno, è noto come anidrite sintetica o fluoroanidrite. L’anidride sintetica è attualmente impiegata in una varietà di applicazioni, tra cui la produzione di blocchi di cemento cellulare ed altri cementi.

L’altro i portante impiego fluoruro di calcio è nella produzione di ferro, acciaio e altri metalli. La fluorite di grado metallurgico viene utilizzata come fondente per abbassare il punto di fusione delle materie prime e per abbassare la viscosità delle scorie, in questo modo risulta più semplice la rimozione delle impurità.

Ultimo aggiornamento 30 marzo 2017

Edizione italiana Chiara Corradi e Valter Ballantini

Foto in alto di Harald Arlander su Unsplash