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Gegenstand des Stammpatentes Nr. 288721 ist ein Verfahren zum Herstellen von Aluminium aus
Aluminiumtrichlorid, bei welchem man Aluminiumtrichlorid mit Mangan in einer Reaktionszone bei einer zur
Reduktion des Aluminiumtrichlorids zu flüssigem Aluminium in dieser Reaktionszone ausreichenden Temperatur umsetzt, wobei das Mangan zumindest zu Beginn der Umsetzung mit dem Aluminiumtrichlorid in einer zumindest 5 Gew.-% Mangan enthaltenden Masse vorliegt. Beim Verfahren gemäss Stammpatent wird einer eine manganhaltige Masse enthaltenden Reaktionskammer Aluminiumtrichlorid vom Boden her kontinuierlich zugeführt und von oben her mit dem mit dem Aluminiumchlorid umzusetzenden Mangan ebenfalls kontinuierlich beschickt, was zur Folge hat, dass im stationären Gleichgewichtszustand vom Boden der Reaktionskammer nur manganhaltiges Aluminium abgezogen werden kann.
Dies stört in weitaus den meisten Fällen nicht, da nahezu
75% des gesamten auf den Markt gebrachten Aluminiums 0, 1 bis 2, 0% Mangan enthalten und daher in vielen
Fällen geringere Mengen an Mangan enthaltendes Aluminium mit Mangan legiert werden muss. Es ist aber häufig erwünscht Reinaluminium herzustellen, dessen Reinheitsgrad nahezu 99, 99% beträgt. Solches Reinaluminium konnte bisher nach dem Verfahren gemäss Stammpatent Nr. 288721 nicht hergestellt werden.
Es ist nun Ziel der Erfindung, das oben erwähnte Verfahren gemäss Stammpatent Nr. 288721 so auszubilden, dass weitgehend manganfreies bzw. manganfreies Aluminium hergestellt werden kann. Dies gelingt wenn beim Verfahren gemäss Stammpatent Nr. 288721 das Aluminiumchlorid kontinuierlich in den unteren Teil zumindestens einer Reaktionskammer und Mangan in den oberen Teil zumindest einer Reaktionskammer eingebracht wird und flüssiges Aluminium vom unteren Teil einer Reaktionskammer und entstandenes
Mangandichlorid, gegebenenfalls gasförmig, vom oberen Teil dieser REaktionskammer abgezogen wird.
Dadurch, dass nun während der gesamten Umsetzung Aluminiumtrichlorid kontinuierlich in den unteren Teil der
Reaktionskammer zugeführt wird, jedoch in den oberen Teil der Reaktionskammer Mangan zumindest während der letzten Phase der Umsetzung nicht mehr zugeführt wird, kann sich kein stationären Gleichgewichtszustand mehr ausbilden und damit das ursprünglich in der Reaktionskammer vorliegende Mangan zur Gänze mit
Aluminiumchlorid zu Aluminium umgesetzt werden, so dass aus der Reaktionskammer praktisch reines
Aluminium schmelzflüssig abgezogen werden kann.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens ist es von Vorteil, wenn ein Teil des vom unteren Teil einer
Reaktionskammer entnommenen Aluminiums in die Reaktionskammer zurückgeführt wird, da dann die
Möglichkeit besteht, in der Reaktionskammer eine Schmelze mit niedrigerem Schmelzpunkt als dem des Mangans zu erzeugen. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass gemäss der Erfindung Aluminium in solcher Menge in den oberen Teil der Reaktionskammer zurückgeführt wird, dass eine mindestens 20 Gew.-% Aluminium enthaltende Metallschmelze entsteht.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird mit besonderem Vorteil so durchgeführt, dass a) in einen Reaktor eine Anzahl von in Reihe geschalteten Reaktoren, von welchen jeder zu Beginn des
Einleitens von gasförmigem Aluminiumchlorid mit einer mindestens 5 Gew.-% Mangan enthaltenden
Masse beschickt ist, kontinuierlich gasförmiges Aluminiumtrichlorid in die Masse eingeleitet wird, b) aus dem Reaktor das entstandene Mangandichlorid und nicht umgesetztes Aluminiumtrichlorid gasförmig abgezogen werden, c) das Aluminiumtrichlorid vom Mangandichlorid abgetrennt wird, d) das vom Mangandichlorid abgetrennte Aluminiumtrichlorid in die manganhaltige Masse eines andern
Reaktors eingeleitet wird und e) die Arbeitsschritte b) bis d), gegebenenfalls unter Einbeziehung weiterer Reaktoren der
Reihenschaltung wiederholt werden, bis der erste Reaktor im wesentlichen manganfreies Aluminium enthält.
Dadurch kann im wesentlichen manganfreies Aluminium auch dann erhalten werden, wenn die vom oberen Ende der Reaktoren abziehenden und Aluminiumchloride neben Manganchlorid enthaltenden Gase direkt in den nächstfolgenden Reaktor eingeleitet werden. Es genügt hiebei das
Verfahren gemäss der Erfindung so durchzuführen, dass der erste Reaktor der Reihenschaltung abgetrennt wird, nachdem dieser Reaktor im wesentlichen manganfreies Aluminium enthält, und dass die Arbeitsschritte b) bis d) unter Ausnutzung der verbleibenden Reaktoren der Reihenschaltung wiederholt werden, in welcher nunmehr der letzte Reaktor mit einer zumindest 5 Gew.-% schmelzflüssiges Mangan enthaltenden Masse beschickt ist.
Gleichgültig ob das erfindungsgemässe Verfahren chargenweise oder kontinuierlich durchgeführt wird, ist es zweckmässig aus dem vom oberen Teil eines Reaktors abgezogenen gasförmigen Gemisch von Aluminiumchloriden und Mangandichlorid das Mangandichlorid fraktioniert herauszukondensieren und die verbleibenden gasförmigen Aluminiumchloride in den unteren Teil eines Reaktors einzuleiten, da dann das Gleichgewicht am unteren Ende eines Reaktors stets in Richtung zum Aluminium entsprechend der Gleichgewichtsreaktion
2 AlCl3 + 3 Mn - :.. 3 MnCl2 + 2 Al verschoben ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in welcher mehrere Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt sind.
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In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nach dem Gegenstromprinzip, Fig. 2 in grösserem Massstab einen Ausschnitt aus der Reaktionszone der Vorrichtung gemäss Fig. 1, Fig. 3 eine der Vorrichtung gemäss Fig. 1 ähnliche Vorrichtung mit einer Einrichtung zum Umwälzen eines Teils des entstandenen Aluminiums, Fig. 4 die Abhängigkeit des Schmelzpunktes von Al-Mn-Legierungen vom Mangangehalt derselben, Fig. 5 eine als Sprühturm ausgebildete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens und Fig. 6 schematisch eine Reihenschaltung von Vorrichtungen gemäss Fig. l, in welcher das erfindungsgemässe Verfahren unter zyklischer Vertauschung der einzelnen Reaktionskammern quasi kontinuierlich durchgeführt werden kann.
Die in Fig. l schematisch gezeigte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht im wesentlichen aus einer als Füllkörperkolonne --100-- ausgebildeten Kolonne --10-- aus gegenüber den hohen Reaktionstemperaturen und unter den sonstigen Reaktionsbedingungen beständigem keramischen Material,
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statt der Füllkörper ähnlich wie in Destillationskolonnen Siebböden vorzusehen.
Auf den Kopf der Füllkörperkolonne-10-wird über die Leitung --16-- reines schmelzflüssiges Mangan aufgegeben, dessen pro Zeiteinheit zugeführte Menge im Hinblick auf die stöchiometrisch ablaufende Umsetzung auch die Menge des pro Zeiteinheit der Füllkörperkolonne vom Boden her zuzuführenden Aluminiumchlorids bestimmt. Umgekehrt könnte auch die Menge des der Kolonne zugeführten Mangans durch die Menge des der Reaktionskammer zugeführten Aluminiumchlorids gesteuert werden. In der Regel wird Mangan der Kolonne in einer Menge von etwa 11, 35 bis 136 kg/min zugeführt, jedoch kann die Zufuhrgeschwindigkeit auch ausserhalb des angegebenen Bereiches gewählt werden, soferne nur die Menge des zugeführten Aluminiumchlorids dem zugeführten Mangan stöchiometrisch entspricht.
Es hat sich gezeigt, dass durchaus zufriedenstellende Ergebnisse erhalten werden können, wenn in der Füllkörperkolonne (Reaktionszone) ein Druck zwischen Atmosphärendruck und 7 atü aufrechterhalten wird. Der Arbeitsdruck hängt letzten Endes vom Dampfdruck der aus der Kolonne entweichenden Gase (ein Gemisch aus Aluminiumchloriden und Mangandichlorid) ab, wobei dieser Druck wieder letzten Endes abhängig ist von der Arbeitstemperatur, die in der Regel zwischen 1400 und 1650 C gewählt wird, um das Mangan in der gewünschten Weise in flüssiger Form in die Füllkörperkolonne einbringen zu können und darin flüssig zu halten.
Vor dem Einbringen in die Füllkörperkolonne braucht nicht notwendigerweise festes Mangan niedergeschmolzen zu werden, vielmehr ist es zweckmässig, der Füllkörperkolonne bei der Reduktion von Manganchlorid und/oder Manganoxyd anfallendes schmelzflüssiges Mangan direkt zuzuführen. Es ist aber auch durchaus möglich, der Füllkörperkolonne festes Mangan zuzuführen, soferne im Bereiche des Kopfes der Füllkörperkolonne-10- eine Einrichtung, beispielsweise Induktionsspulen, zum Niederschmelzen des festen Mangans vorgesehen ist. Falls im Kopf der Kolonne--10--eine Schmelzeinrichtung vorgesehen ist, kann festes Mangan dem oberen Teil der Füllkörperkolonne--10--über einen Fülltrichter oder eine sonstige Vorrichtung zugeführt werden.
Gleichgültig welche der erwähnten Massnahmen tatsächlich angewendet wird, muss im Hinblick auf das im Gegenstrom von Aluminiumchlorid und Mangan durchzuführende erfindungsgemässe Verfahren mit im flüssigen Aggregatzustand vorliegenden Reaktionsteilnehmern durchgeführt werden.
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Aluminiumtrichlorid wird der Reaktionskammer mit einem Druck zwischen Atmosphärendruck und 7 atü zugeführt. Die pro Zeiteinheit zugeführte Menge an Aluminiumtrichlorid wird im Hinblick auf die stöchiometrisch ablaufende Reaktion in einer Menge von 11, 35 bis 227 kg/min zugeführt. Gasförmiges Aluminiumtrichlorid fliesst somit im Gegenstrom zum flüssigen Mangan und reagiert im Hinblick auf die in der Füllkörperkolonne --10-- vorgesehenen Füllkörper mit dem Mangan mit besonders hohem Wirkungsgrad.
Dies führt dazu, dass im unteren Bereich der Füllkörperkolonne--10-- (bei 26) im wesentlichen reines Aluminiumtrichlorid vorliegt, wogegen im oberen Teil der Füllkörperkolonne--10- (bei 28) im wesentlichen reines Mangan vorliegt. Im Zuge der in der Reaktionskammer ablaufenden Umsetzung nimmt der Mangangehalt innerhalb der Füllkörperkolonne in Richtung von oben nach unten ab, bis im Bereiche des Bodens der Reaktionskammer--10--das zugeführte reine Aluminiumchlorid ausschliesslich mit nur wenig Mangan enthaltendem Aluminium in Berührung kommt.
Dies hat zur Folge, dass im Bereiche des Bodens der Reaktionskammer für eine grosse Menge an Aluminiumtrichlorid nur eine geringe Menge an Mangan zur
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Verfügung steht und dieses Mangan nahezu quantitativ mit dem überschüssigen Aluminiumchlorid reagiert. Durch
Anwendung des Gegenstromprinzips beim erfindungsgemässen Verfahren ist somit die oben erwähnte
Gleichgewichtsreaktion praktisch zur Gänze in Richtung zum Aluminium verschoben.
Die in der Füllkörperkolonne --10-- im Gegenstrom ablaufenden Vorgänge werden durch Fig. 2 näher veranschaulicht, in welcher der Bereich --30-- der Fig. l in grösserem Massstab dargestellt ist. Wie Fig. 2 zeigt, kommt hochsteigendes Aluminiumtrichlorid mit nach unten strömendem Mangan im Hinblick auf die vorgesehenen Füllkörper in grossflächige Berührung, so dass die heterogan ablaufende doppelte Umsetzung zwischen Aluminiumtrichlorid und Mangan mit grosser Geschwindigkeit abläuft ; das entstehende gasförmige
Manganchlorid kann dennoch aus der Füllkörperkolonne rasch nach oben hin entweichen.
Da in der Regel ein Überschuss an Aluminiumtrichlorid zugeführt wird, strömt vom Kopf der Kolonne über die Leitung --32-- ein
Aluminiumtrichlorid und Manganchlorid enthaltendes Gasgemisch ab.
Das bei chargenweiser Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens neben dem Aluminiumtrichlorid vorhandene Manganchlorid verlangsamt die Geschwindigkeit der Umsetzung in Richtung zum Aluminium, jedoch wird dem dadurch entgegengewirkt, dass im Hinblick auf das Arbeiten nach dem Gegenstromprinzip am Kopf der
Kolonne die Konzentration an Mangan sehr hoch ist und damit auch im Bereiche des Kopfes der Kolonne trotz des hohen Partialdruckes des Manganchlorids im abziehenden Gas die Reaktion noch in Richtung zum
Aluminium abläuft und weiteres Manganchlorid entsteht.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens stört es weiters nicht, dass, insbesondere wenn ein Überschuss an Aluminiumtrichlorid verwendet wird, vom oberen Ende der Reaktionskammer bzw. der Füllkörperkolonne--10--ein Aluminiumtrichlorid und Mangandichlorid enthaltendes Gasgemisch abströmt, da diese beiden Stoffe durch fraktioniertes Kondensieren von Mangandichlorid leicht voneinander getrennt werden können.
Um das Mangandichlorid fraktioniert zu kondensieren, führt die vom oberen Ende der
Fühlkörperkolonne --10-- vweführenbde Abgasleitung --32-- zu einem Kühler--40--, in welchem das
Manganchlorid durch Abkühlen des Abgases auf eine Temperatur von 760 C fraktioniert kondensiert wird und aus welchem das Aluminiumtrichlorid über die Leitung--42--abgezogen um nach dem Verdichten auf einen
Druck von 0, 14 bis 7, 0 atü in einem Kompressor --41-- und nach dem Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 1000 und 15000C innerhalb eines Erhitzers--43--bei--44--in die Zufuhrleitng --20-- für
Aluminiumtrichlorid gefördert zu werden.
Das im Kühler-40--fraktioniert kondensierte Manganchlorid kann in einem nicht dargestellten Reduktionsofen zu Mangan reduziert werden, das dann wieder auf den Kopf der Füllkörperkolonne--10--aulgegeben wird.
Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es nicht erforderlich, der
Temperatur des der Füllkörperkolonne --10-- Gasförmig zuzuführenden Aluminiumtrichlorids besonderes
Augenmerk zu schenken, da das Aluminiumtrichlorid in der Füllkörperkolonne ohnedies durch das schmelzflüssig zugeführte Mangan ausreichend hoch erhitzt wird und damit die Temperatur im unteren Teil der
Füllkörperkolonne bzw. Reaktionskammer niedrig, beispielsweise in Nähe des oberhalb von 650 C gelegenen
Schmelzpunktes von Reinaluminium gehalten werden kann.
Obzwar es im Prinzip möglich ist, bei Temperaturen von nur 6500C zu arbeiten, wird dennoch die Arbeitstemperatur vorzugsweise mit etwa 9000C gewählt, was durch um die Füllkörperkolonne --10-- herum angeordnete jedoch nicht dargestellte Induktionsspulen bewerkstelligt werden kann. Soferne nichts anderes angegeben ist, beziehen sich alle in der Beschreibung und auch in den Ansprüchen angegebenen Arbeitstemperaturen auf das Arbeiten unter Normaldruck (760 mm Hg).
Gleichgültig nach welcher Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens gearbeitet wird, erscheint es wichtig, sowohl die Arbeitstemperatur als auch den Arbeitsdruck so zu wählen, dass innerhalb der Reaktionskammer Manganchlorid nicht in flüssiger Phase vorliegt, da sonst das als schwere Phase in der Reaktionskammer vorliegende Mangandichlorid aus der Reaktionskammer zusammen mit Aluminium abgezogen wird und darüber hinaus in rückläufiger Richtung der oben erwähnten Gleichgewichtsreaktion wieder Mangan und Aluminiumtrichlorid und/oder Aluminiummonochlorid entsteht.
Da eine solche rückläufige Reaktion gerade an der ungünstigsten Stelle innerhalb der Reaktionskammer, u. zw. dort abläuft, wo aus der Reaktionskammer Aluminium abgezogen werden soll, ist es erwünscht, die Arbeitstemperatur so hoch zu halten, dass innerhalb der Reaktionskammer Mangandichlorid nicht in flüssiger Form vorliegt.
Unter höherem Druck als Atmosphärendruck zu betreibende Anlagen sind zwar kostspieliger als unter Atmosphärendruck arbeitende Anlagen, jedoch ist es im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens von Vorteil, unter höherem Druck als Atmosphärendruck zu arbeiten, da dann die Umsetzung von Aluminiumchlorid mit Mangan zu Aluminium und Manganchlorid wirtschaftlicher durchführbar ist. Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens werden zweckmässig Arbeitsdrücke bis etwa 6 atü gewählt, da dann die Ausbeute an Aluminium ohne nennenswerte Erhöhung der Produktionskosten beträchtlich erhöht werden kann. Es soll allerdings nochmals erwähnt werden, dass das erfindungsgemässe Verfahren auch bei Normaldruck in durchaus zufriedenstellender Weise durchgeführt werden kann.
Das entstandene Aluminium wird aus der Reaktionskammer über die Leitung--50--mit einer Geschwindigkeit von etwa 4, 5 bis 45 kg/min abgezogen, soferne die oben erwähnten Zufuhrgeschwindigkeiten von Mangan und Aluminiumtrichlorid eingehalten werden.
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Das erfindungsgemässe Verfahren wird im folgenden durch Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Beispiel l : Flüssiges Mangan wurde mit einer Temperatur von etwa 15000C und mit einem Druck von etwa 0, 35 atü kontinuierlich auf den Kopf einer Füllkörperkolonne mit einer Geschwindigkeit von 45 kg/min aufgegeben. Die verwendete Füllkörperkolonne besass eine Höhe von etwa 6 m, einen Innendurchmesser von etwa
0, 9 m, bestand aus einem feuerfest ausgekleideten Gefäss und war mit aus geschmolzenem Aluminiumoxyd bestehenden Raschigringen gefüllt. Im Bereiche des Bodens der Füllkörperkolonne wurde derselben gasförmiges
Aluminiumtrichlorid mit einer Temperatur von etwa 10000C und einem Druck von etwa 3, 5 atü in einer Menge von etwa 91 kg/min zugeführt. Das entstandene Mangandichlorid wurde vom Kopf der Füllkörperkolonne zusammen mit nicht umgesetztem Aluminiumtrichlorid abgezogen.
Im aus der Kolonne abgezogenen Gasgemisch waren etwa 20% des zugeführten Aluminiumtrichlorids enthalten, so dass aus der Füllkörperkolonne Aluminium in einer Menge von etwa 18 kg/min abgezogen wurde. Das vom Kopf der Füllkörperkolonne abgezogene und Mangandichlorid und Aluminiumtrichlorid enthaltende Gasgemisch wurde in einem Kühler auf etwa 7500C gekühlt, wobei Mangandichlorid kondensiert wurde, jedoch Aluminiumtrichlorid praktisch quantitativ in der
Gasphase verbleibt. Das vom Mangandichlorid abgetrennte Aluminiumtrichlorid wurde sodann auf einen Druck von etwa 3, 5 atü verdichtet, sodann auf etwa 10000C erhitzt und schliesslich in die Füllkörperkolonne zurückgeführt. Das im Kühler anfallende Mangandichlorid wurde in einem Reduktionsofen reduziert, das wieder auf den Kopf der Füllkörperkolonne aufgegeben wurde.
Vom Boden der Füllkörperkolonne wurde Aluminium hoher Reinheit in einer Menge von etwa 15 kg/min abgezogen.
Statt in einer Vorrichtung gemäss Fig. 1 kann auch in einer Vorrichtung gemäss Fig. 3 gearbeitet werden, welche sich von einer Vorrichtung gemäss Fig. 1 dadurch unterscheidet, dass eine Möglichkeit zum Zurückführen eines Teils des entstandenen Aluminiums auf den Kopf der Füllkörperkolonne vorgesehen ist. In einer Vorrichtung gemäss Fig. 3 kann unter den gleichen Temperaturen und Drücken und mit den gleichen Zufuhrgeschwindigkeiten gearbeitet werden, wie sie für das Arbeiten in einer Vorrichtung gemäss Fig. 1 angegeben sind. In einer Vorrichtung gemäss Fig. 3 wird ein Teil des der Füllkörperkolonne entnommenen Aluminiums, in der Regel 5 bis 60% desselben, mittels einer Pumpe--54--in einer Menge von etwa 0, 9 bis 27, 5 kg/min über die Leitung--52--in die Zufuhrleitung --60-- für Mangan gefördert.
Dies geschieht zu dem Zweck, den Schmelzpunkt der in der Füllkörperkolonne enthaltenen flüssigen Phase möglichst niedrig zu halten.
In Fig. 4 ist die Abhängigkeit des Schmelzpunktes von Mn-Al-Legierungen vom Mangangehalt desselben dargestellt. Der Fig. 4 kann entnommen werden, dass durch Zufuhr von Mangan und Aluminium in den oberen Teil der Reaktionskammer die Arbeitstemperatur beträchtlich erniedrigt werden kann, soferne die am Kopf der Füllkörperkolonne befindliche Al-Mn-Legierung mehr als 20% Aluminium enthält (den höchsten Schmelzpunkt besitzt eine etwa 20% Aluminium enthaltende Al-Mn-Legierung).
Der Schmelzpunkt der in der Füllkörperkolonne enthaltenen Metallphase kann noch weiter verringert werden, wenn zusätzlich zum Aluminium dem Mangan und/oder dem Aluminium vor dem Eintritt in die Reaktionskammer ein weiteres Legierungselement, beispielsweise Wismuth, zugesetzt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch in einem durch Fig. 5 schematisch veranschaulichten Sprühturm durchgeführt werden. Auch in diesem Falle kann unter Einhaltung der im Zusammenhang mit Fig. 1 angegebenen Arbeitstemperaturen, Arbeitsdrücken und Zufuhrgeschwindigkeiten gearbeitet werden. Dem Sprühturm --66-- gemäss Fig. 5 wird flüssiges Mangan über eine Leitung --60-- und einen Düsenkopf --62-- in Richtung der pfeile --64-- zugeführt, während im Bereiche des Bodens des Sprühturms --66-- über eine Leitung - Aluminiumtrichlorid in Richtung der Pfeile-70-- zugeführt wird. Auch hier fliessen Metallphase und Gasphase im Gegenstrom zueinander.
Beim Arbeiten in einer Vorrichtung gemäss Fig. 5 wird Aluminiumtrichlorid zweckmässig in einem grossen Überschuss, beispielsweise in der zehnfachen Menge der stöchiometrischen Menge, zugeführt, um eine im wesentlichen vollständige Umsetzung des Mangans mit Aluminiumtrichlorid zu erzielen.
Vom Kopf des Sprühturms --66-- wird das gasförmige Gemisch aus Aluminiumtrichlorid und Mangandichlorid über die Leitung --72-- abgezogen, worauf aus diesem Gasgemisch das Mangandichlorid in der bereits beschriebenen Weise fraktioniert herauskondensiert wird und das in der Gasphase verbleibende Aluminiumtrichlorid wieder über die Leitung--68--in den Sprühturm zurückgeführt wird (die hiezu verwendete Einrichtung kann mit der entsprechenden Einrichtung einer Vorrichtung gemäss Fig. 1 identisch sein).
Das entstandene schmelzflüssige Aluminium wird aus dem Sprühturm bei--74--abgezogen. Falls entsprechend Fig. 5 in einem Sprühturm gearbeitet wird, ist es zweckmässig, einen Sprühturm zu verwenden, dessen Höhe den Durchmesser desselben beträchtlich übersteigt. Es zeigte sich, dass ein eine Höhe von etwa 6 m aufweisender Sprühturm einen Durchmesser von höchstens 1, 2 m besitzen soll. Dementsprechend soll das Verhältnis der Länge zum Durchmesser (oder grösste Abmessung eines beliebigen Querschnitts) eines Sprühturms zumindest 5 : 1 betragen.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch in Rieselkolonnen, also beispielsweise Kolonnen durchgeführt werden, in welchen das schmelzflüssige Mangan an der Wandung der Kolonne im Gegenstrom zum in der Kolonne hochsteigenden gasförmigen Aluminiumtrichlorid herabfliesst, wobei mehrere solcher Rieselkolonnen hintereinandergeschaltet werden können.
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Es ist auch möglich, unter Verwendung von mehreren Gegenstromkolonnen zu arbeiten, die in der durch Fig. 6 schematisch erläuterten Weise miteinander zyklisch vertauscht werden, so dass ein quasi-kontinuierliches Arbeiten möglich ist.
In Fig. 6 sind acht Reaktionskammern --80-- dargestellt. Zu Arbeitsbeginn wird jede der Reaktionskammern --80-- mit auf eine Temperatur von etwa 1350 bis 1650 C erhitztem Mangan gefüllt, wobei naturgemäss die Menge des in die Reaktionskammern eingebrachten schmelzflüssigen Mangans vom Fassungsraum der Reaktionskammern abhängt.
In eine der acht mit schmelzflüssigem Mangan beschickten Reaktionskammern wird unter einer Temperatur, einem Druck und mit einer Zufuhrgeschwindigkeit entsprechend der Arbeitsweise gemäss Fig. 1 Aluminiumtrichlorid über eine Zufuhrlanze--82--zugeführt, wobei entstandenes Manganchlorid und überschüssiges Aluminiumtrichlorid aus dieser Reaktionskammer über die Leitung --86-- abgezogen werden und aus dem aus dieser Reaktionskammer abgezogenen Gasgemisch innerhalb eines den Kühler --40-- einer Vorrichtung gemäss Fig. 1 gleichen und unter den gleichen
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Reaktionskammern gefördert wird.
Die hiefür benötigten Kompressoren und Erhitzer sind in Fig. 6 nicht dargestellt, sind aber ähnlich einem Kompressor--41--und einem Erhitzer--43--gemäss Fig. l, so dass in auf die erste Reaktionskammer folgende Reaktionskammern das Aluminiumtrichlorid mit einem Druck von etwa
0, 14 bis 7 atü und mit einer Temperatur von etwa 1000 bis 15000C eingeblasen werden kann.
Von den in Fig. 6 gezeigten acht Reaktionskammern sind zunächst nur sieben in Reihe geschaltet.
Innerhalb der (als frisch mit Mangan gefüllt zu betrachtenden) ersten Reaktionskammer der Serienschaltung wird das zugeführte Aluminiumtrichlorid durch das Mangan zunächst nahezu vollständig verbraucht, jedoch verläuft die Umsetzung mit zunehmender Konzentration der Beschickung der Reaktionskammer an Aluminium immer langsamer bis schliesslich aus der. ersten Reaktionskammer ein beträchtliche Mengen an Aluminiumtrichlorid enthaltendes Abgas entweicht, aus welchem das Mangandichlorid fraktioniert herauskondensiert wird, um das verbleibende Aluminiumtrichlorid in die nächste Reaktionskammer der Serienschaltung zu leiten, wo wieder die
Umsetzung mit grosser Geschwindigkeit abläuft, da dort in der Beschickung die Mangankonzentration sehr hoch ist.
In dieser Weise wird das aus einer Reaktionskammer entweichende Aluminiumtrichlorid stets in die
Beschickung einer folgenden Reaktionskammer eingeführt. Schliesslich enthält die erwähnte erste
Reaktionskammer hochprozentiges Aluminium, wenn gewünscht sogar Reinaluminium. Sobald die erste
Reaktionskammer Aluminium der gewünschten Reinheit enthält, wird durch entsprechende Umschaltorgane, beispielsweise nicht dargestellte Ventile, die erste Reaktionskammer aus der Reihenschaltung von sieben
Reaktionskammern herausgenommen und durch eine mit frischer manganhaltiger Masse gefüllte
Reaktionskammer ersetzt.
Die obenerwähnte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird durch das folgende Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Beispiel 2 : Sieben Reaktionskammern mit einem Fassungsraum von 9 t wurden zu 3/4 ihres Fassungsraumes mit auf 15000C erhitztem Mangan gefüllt. Die einzelnen Reaktionskammern waren durch den Kopf einer Reaktionskammer mit dem Boden der jeweils nächstfolgenden Reaktionskammer verbindende Leitungen in Serie geschaltet, so dass durch die Beschickung einer Reaktionskammer geförderte und den Kopf der Reaktionskammer verlassende Gase in den jeweils nächstfolgenden Reaktor geleitet werden konnten. Der ersten Reaktionskammer der Serienschaltung von Reaktionskammern wurde gasförmiges Aluminiumtrichlorid mit einer Temperatur von 13000C und einem Druck von 3, 5 atü in einer Menge von 45, 4 kg/min zugeführt.
Da mit zunehmendem Aluminiumgehalt der Beschickung einer jeden Reaktionskammer auch der Schmelzpunkt dieser Beschickung verringert wird, war der Wärmeinhalt des ursprünglich in eine Reaktionskammer eingebrachten Mangans und der Wärmeinhalt des dieser Beschickung zugeführten Aluminiumtrichlorids ausreichend innerhalb einer jeden Reaktionskammer die Beschickung derselben im flüssigen Aggregatzustand zu halten.
Während der ersten halben Stunde des Betriebs der erwähnten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens strömte vom Kopf der ersten Reaktionskammer nur unbedeutende Mengen an Aluminiumtrichlorid enthaltendes Manganchlorid in einer Menge von 72, 5 kg/min ab. Mit fortschreitender Umsetzung nahm der Gehalt des vom Kopf dieser Reaktionskammer abgezogenen Gases an Aluminiumchlorid stetig zu, bis dieses Gas nach etwa 24-stündigem Betrieb der ersten Reaktionskammer praktisch aus reinem Aluminiumtrichlorid bestand, das mit einer Geschwindigkeit von etwa 45, 4 kg/min in die auf die erste Reaktionskammer folgende Reaktionskammer eingeleitet wurde.
In jede der den Kopf einer Reaktionskammer mit der in die folgende Reaktionskammer mündenden Blaslanze verbindenden Leitungen war ein Kühler geschaltet, in welchem das Manganchlorid aus dem diesen Kühler durchströmenden Gasgemisch durch Kühlen dieses Gasgemisches auf etwa 7500C fraktioniert herauskondensiert wurde, wobei das den jeweiligen Kühler gasförmig verlassende Aluminiumtrichlorid in die nächstfolgende Reaktionskammer geleitet wurde, nachdem es auf eine Temperatur von etwa 13000C erhitzt und auf einen Druck von etwa 3, 5 atü verdichtet worden war. Nach etwa 24-stündiger Betriebsdauer der ersten Reaktionskammer der Serienschaltung von Reaktionskammern wurde diese Reaktionskammer aus der Serienschaltung herausgenommen und durch eine weitere (die achte), mit
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reinem schmelzflüssigem Mangan beschickte Reaktionskammer ersetzt.
Die aus der Serienschaltung von Reaktionskammern herausgenommene erste Reaktionskammer enthielt Aluminium mit einer Reinheit von nahezu 100%. Durch laufendes Austauschen von ausreichend reines Aluminium enthaltenden Reaktionskammern gegen frisch mit reinem Mangan gefüllte Reaktionskammern kann in einer Vorrichtung gemäss Fig. 6 quasi kontinuierlich gearbeitet werden.
Ohne aus dem Rahmen der Erfindung zu treten, können zahlreiche Abänderungen der beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens vorgenommen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von Aluminium aus Aluminiumtrichlorid, bei welchem man Aluminiumtrichlorid mit Mangan in einer Reaktionszone bei einer zur Reduktion des Aluminiumtrichlorids zu flüssigem Aluminium in dieser Reaktionszone ausreichenden Temperatur umsetzt, wobei das Mangan zumindest
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kontinuierlich in den unteren Teil zumindestens einer Reaktionskammer und Mangan in den oberen Teil zumindest einer Reaktionskammer eingebracht wird und flüssiges Aluminium vom unteren Teil einer Reaktionskammer und entstandenes Mangandichlorid, gegebenenfalls gasförmig, vom oberen Teil dieser Reaktionskammer abgezogen wird.
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