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DieErfindungbeziehtsich auf die Herstellung von Aluminiumchlorid und im spezielleren auf ein verbessertesVerfahrenzurKondensation von gasförmigem Aluminiumchlorid zu einer besonders zusammengesetzten und vorteilhaften festen Form in einem Wirbelbett aus festen Aluminiumchloridteilchen. Dabei betrifft die Erfindung insbesondere die Abscheidung von Aluminiumchlorid aus dem heissen Abgas, das bei der Chlo-
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reinem, festem Aluminiumchlorid.
Obwohl die möglichen Vorteile einer Verwendung von Aluminiumchlorid als Ausgangsmaterial bei der elektrolytischenHerstellung von metallischem Aluminium seit langem bekannt gewesen sind, konnte eine in- dustrielle Realisierung einer solchen Verwendung nicht stattfinden, u. zw. weil es nach dem Stand der Technik nicht möglich war, Aluminiumchlorid mit einer genügend hohen Reinheit und einer Beschaffenheit zur
Verfügung zu stellen, so dass das Aluminiumehlorid bei dem elektrolytischen Verfahren verwendbar war, und es ausserdem nicht möglich war, Aluminiumchlorid in einer wertschaftlich geeigneten Weise in der erforder- lichen erheblichen Menge zu gewinnen.
Der seit langem bestehende Anreiz und das Bedürfnis, in wirtschaft- licher Weise hochreines Aluminiumchlorid herstellen zu können, hat zu einer kostspieligen experimentellen
Erforschung und einer Überprüfung zahlreicher vorgeschlagener Wege zur Erzielung eines solchen seit lan- gem gewünschten Ergebnisses geführt. Bis jetzt war jedoch keiner dieser vorgeschlagenen Wege erfolgreich und konnte das seit langem bestehende Ziel, im industriellen Massstab in wirtschaftlicher Weise herstellba- res Aluminiumchlorid hoher Reinheit zu bilden, nicht erreicht werden.
Im allgemeinen ist die Reduktion von aluminiumoxydhaltigen Materialien mit Chlor in Gegenwart von re- duzierendem Kohlenstoff in irgendeiner Form zur Erzeugung von Aluminiumchlorid eine alte und bekannte
Umsetzung. Diese Umsetzung geht heftig vor sich und führt im allgemeinen zur Bildung von Aluminiumchlo- rid in Gasform in dem dabei bei erhöhter Temperatur abströmenden Gas.
Eines der Probleme, denen man bisher nach dem Stand der Technik gegenüberstand, lag in der wirksa- men und wirtsehaftlichenAbtrennungund Wiedergewinnung von solchen Aluminiumchloridanteilen aus dem bei der Umsetzung entstehenden abströmenden Gas, und insbesondere hat sich die Abtrennung und Wiedergewin- nung des erzeugten gasförmigen Aluminiumchlorids in leicht verwendbarer Form in der Praxis wegen der dem Aluminiumehlorid während der Kondensationsmassnahmen anhaftenden Eigenschaften und insbesondere wegen des Einflusses des Dampfdruckes von Aluminiumchlorid auf den Kondensationsgrad bei den jeweiligen
Betriebsbedingungen als besonders schwierig erwiesen.
Die Erfindung kann kurz als ein Verfahren zur wirksamen und kontinuierlichen Gewinnung von Alumini- umchloridmitbesondererGrösseund Form aus einem im wesentlichen von Verunreinigungen freien Gasstrom definiert werden, der Aluminiumchlorid, Chlor, Phosgen und Kohlenmonoxyd enthält, die bei der Chlorierung vonAluminiumoxyd entstehen, durch direktes Desublimieren dieses gasförmigen Aluminium Chlorids in einem sich selbst ergänzenden Wirbelbett aus Aluminiumchlorid, das bei einer vorbestimmten Temperatur, im we- sentlichen unter der oberen Temperatur für die Verfestigung von Aluminiumchlorid unter den jeweiligen Be- triebsbedingungen gehalten wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Abscheidung von Aluminiumchlorid aus gasförmiges Aluminium- chlorid enthaltendem Gas ist nun dadurch gekennzeichnet, dass ein zu desublimierendes gasförmiges Alumi- niumchlorid durch Chlorieren von mit Natrium verunreinigtem Aluminiumoxyd hergestellt und aus dem da- bei abströmenden heissen Gasstrom, der Aluminiumchloridanteile, Kohlenoxyde, Aluminiumoxychloridanteile, verdampfte Natriumaluminiumchloridanteile und mitgerissene Teilchen aus Aluminiumoxyd und Kohlenstoff enthält, hochreines Aluminiumchlorid selektiv in der Weise gewonnen wird,
dass zuerst dieser heisse Gasstrom auf einen ersten vorbestimmten Temperaturbereich unter der Temperatur für die Chlorierungsreaktion und über der effektiven Kondensationstemperatur von Aluminiumchlorid bei den jeweiligen Betriebsbedingungen, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 200 bis 600 C, abgekühlt und ein erster Teil der vorhandenen Aluminiumchloridanteile und gegebenenfalls auch der Aluminiumoxychloridanteile selektiv kondensiertwird, diese zuerst kondensierten Anteile sowie mitgerissene Teilchen aus dem Gasstrom abgetrennt werden, der dabei erhaltene Restgasstrom auf einen zweiten und niedrigeren vorbestimmten Temperaturbereich abgekühlt wird, der über der effektiven Kondensationstemperatur von Aluminiumchlorid bei den jeweiligenBetriebsbedingungen liegt, und ein grosser Teil der darin enthaltenen restlichen flüchtigen Bestandteile,
die über der Kondensationstemperatur von Aluminiumchlorid kondensierbar sind, kondensiert wird, wobei diese restlichen Bestandteile gegebenenfalls auch alle restlichen Aluminiumoxychloridanteile, zusammen mit dem erwähnten grossen Teil der kondensierten Natriumaluminiumchloridanteile aus dem weiter gekühlten abströmenden Gasstrom, enthalten, dieses zweite Kondensat von dem Gasstrom abgetrennt wird und dann die hochreinenaluininiumehloridanteile aus dem Gasstrom in einem Wirbelbett aus Aluminiumehloridteilchen bei einem dritten vorbestimmten Temperaturbereich unter der Kondensationstemperatur des Aluminiumchlorids bei den jeweiligen Betriebsbedingungen direkt desublimiert werden.
Bauxit ist ein aluminiumoxydhaltiges Material, das als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Alu- miniumchlorid vorgeschlagen worden ist. Bauxit enthält normalerweise viele Verunreinigungen, zu denen
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Eisenoxyd, Kieselsäure und Titanoxyd gehören.
Da diese Verunreinigungen leicht mit Chlor in Anwesenheit vonKohlenstoffunter Bildung von Eisen-, Silicium- und Titanchlorid reagieren, ist die Abtrennung und Wie- dergewinnung vonAluminiumchloridbestandteilenin dem heissen Reaktionsabgas bei der Chlorierung von Bau- xit mit besonders schwierigen Problemen verbunden, u. zw. wegen der Anwesenheit von vielen Verunreini- gungenindiesemAbgasundwegen der dem Aluminiumchlorid während der Trennvorgänge anhaftenden Eigen- schaften und insbesondere wegen des Einflusses des Dampfdruckes von Aluminiumchlorid auf den Kondensa- tionsgrad des Aluminiumehlorids unter den jeweiligen Betriebsbedingungen.
Obwohl Feuchtigkeit und andere Formen von Wasserstoff sich häufig an dem Kohlenstoff befinden, der mitdem für eine solche Chlorierungsreaktion verwendeten Bauxit vermischt wird, ist dieses bisher nicht als I nachteilig angesehen worden, weil dieser Wasserstoff in Chlorwasserstoff übergeführt wird, der mit den vor- handenenEisenverunreinigungenreagierenkann. Insofern als ein solches gasförmiges Aluminiumchlorid ent- haltendes Reaktionsgemisch unbedingt eine Nachreinigung erforderte, war die Anwesenheit solcher Neben- produkte in dem Reaktionsgemisch nicht nur ohne besondere Bedeutung, sondern es wurde auen die Verwen- dung von gebildetem Chlorwasserstoff zur Reduktion von in dem Bauxit vorhandenen Eisenverunreinigungen als eine Verfahrensweise angesehen, derartige Verunreinigungen in eine Form überzuführen, die ein leich- tes Entfernen gestattet.
Die Erfindung ist jedoch besonders für solche Aluminiumchloridherstellungsverfahren geeignet, bei de- nen nach dem Bayer-VerfahrenAluminiumoxyd als Ausgangsmäterial benutzt wird, das wegen seiner Behand- lung mit Ätznatron normalerweise mit Natriumverunreinigungen, wie z. B. Na20, durchsetzt ist, die zu der
Bildung von Natriumaluminiumchlorid oder zu andern Verunreinigungen auf Natriumbasis während der Chlo- rierung des Aluminiumoxyds führen.
Die Erfindung kann somit im Hinblick auf einen ihrer besonders nützlichen Aspekte kurz als ein verbes- sertes, wirksames und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von besonders beschaffene, hochrei- nem, festem Aluminiumehlorid durch selektives Abtrennen von kondensierbaren und andern Verunreinigun- gen aus dem heissen gasförmigen Abstrom bei der Chlorierung von mit Natrium verunreinigtem Aluminium- oxyd, wie z.
B. von Aluminiumoxyd nach dem Bayer-Verfahren, das im wesentlichen frei von Eisen-, Sili- eium-und Titanverunreinigungen ist, durch Senken der Temperatur des Abstromes unter die Chlorierungs- reaktionstemperatur und über die Kondensationstemperatur von Aluminiumchlorid unter den jeweiligen Be- triebsbedingungen und Gewinnen von besonders beschaffene, hochreinem Aluminiumehlorid in wirtschaft- lichem Massstab durch direktes Desublimieren aus dem Restgasstrom beschrieben werden.
Im spezielleren gehören zu der Erfindung die schon erwähnten Verfahrensstufen, durch die ein im wesentlichen von Verun- reinigungen freies Aluminiumchlorid in Gasform in einem Gasträgermittel geschaffen wird durch anfängli- chesAbkühleneines solchen Gasstromes auf einen ersten vorbestimmten Temperaturbereich unter der Chlo- rierungstemperatur und beträchtlich über der Kondensationstemperatur von Aluminiumchlorid unter den je- weiligen Betriebsbedingungen, um einen bestimmten Teil der in dem Gasstrom enthaltenen Bestandteile, zu denen Natriumaluminiumehloridanteile gehören, zu kondensieren und die Abtrennung von mitgerissenen fe- stenundflüssigenteilchenund den zu Beginn kondensierten flüchtigen Bestandteilen, einschliesslich natriumhaltiger Reaktionsprodukte, zu ermöglichen,
und vorzugsweise durch zweites Abkühlen des Restgasstromes auf einen zweiten und niedrigeren vorbestimmten Temperaturbereich über der Kondensationstemperatur von Aluminiumehlorid unter den jeweiligen Betriebsbedingungen, um die darin enthaltenen andern Bestandteile als die Aluminiumchloridanteile selektiv zu kondensierenund in der zweiten Stufe eine Abtrennung von irgendwelchen mitgerissenen Restteilchen und weiter kondensierten Bestandteilen zu ermöglichen und einen abgekühlten Restgasstrom zu erhalten, der Chlor, Phosgen und Kohlenmonoxyd enthält und im wesentlichen von Verunreinigungen freies gasförmiges Aluminiumchlorid als kondensierbaren Bestandteil enthält und durch
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bei einer vorbestimmten Temperatur, im wesentlichen unter der oberen Betriebstemperatur für die Verfestigung von Aluminiumchlorid, gehalten wird.
Zu den Vorteilen der Erfindung gehört, dass es nun möglich ist, hochreines Aluminiumchlorid mitbestimmter Teilchengrösse und bestimmter Form in wirksamer und wirtschaftlicher Weise im industriellen Massstab und mit einer Beschaffenheit herzustellen, durch die es besonders für die Herstellung von Aluminiummetall durch elektrolytische Reduktion geeignet ist.
Ein Hauptziel der Erfindung ist, ein wirksames und wirtschaftliches Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung vonhochreinen Aluminiumchloridteilchen mit ausgewählter Grösse und ausgewählter Form im in- dustriellenMassstab aus dem gasförmigen Abstrom bei der Chlorierung von mit Natrium verunreinigtem Aluminiumoxyd zur Verfügung zu stellen.
Einanderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur wirtschaftlichen Gewinnung vonhochreinenAluminiumchloridanteilen aus dem gasförmigen Abstrom bei der Chlorierung von mit Natrium verunreinigten Aluminiumoxydteilen durch Vorabtrennen von mitgerissenen Teilchen, wie z. B. fe-
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sten und flüssigen Teilchen, und kondensierbaren flüchtigen Bestandteilen, einschliesslich natriumhaltiger
Reaktionsprodukte bei vorbestimmten Temperaturbereichen und nachfolgendes direktes Desublimieren von hochreinem Aluminiumchlorid aus dem gereinigten und im wesentlichen von Verunreinigungen freien Rest- gasstrom.
Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von hochreinem
Aluminiumchlorid aus dem gasförmigen Abstrom bei der Chlorierung von Aluminiumoxyd, der Aluminium- chlorid, Kohlenoxyde, mitgerissene feste und flüssige Teilchen, einschliesslich Aluminiumoxyd, Kohlenstoff,
Aluminiumoxychlorid und/oder Aluminiumhydroxychlorid sowie auch kondensierbare flüchtige Bestandteile, einschliesslich verdampften Natriumaluminiumchlorids, enthält, zur Verfügung gestellt werden, bei welchem zuerst dieser heisse gasförmige Abstrom auf einen ersten vorbestimmten Temperaturbereich unter der Reak- tionstemperatur für die Chlorierung und über der Kondensationstemperatur von Aluminiumehlorid unter Be- triebsbedingungen abgekühlt wird,
um einen wesentlichen Anteil der darin enthaltenen kondensierbaren Be- standteile, einschliesslich der meisten darin enthaltenen Aluminiumchloridanteile, zu kondensieren, der da- bei erhaltene Restgasstrom auf einen zweiten und niedrigeren Temperaturbereich abgekühlt wird, um prak- tisch die gesamten restlichen kondensierbaren Bestandteile ausser dem darin enthaltenen Aluminiumchlorid selektiv zu kondensieren, und schliesslich die Aluminiumchloridanteile direkt in einem sich selbst ergänzen- den Wirbelbett, das bei einer Temperatur gehalten wird, die im wesentlichen unter der Verfestigungstem- peratur von Aluminiumchlorid liegt, desublimiert werden, wobei diese Stufen praktisch in Abwesenheit von
Kohlenwasserstoffen, freien Wasserstoff enthaltenden Gasen, freien Sauerstoff enthaltenden Gasen und Feuch- tigkeit ausgeführt werden.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird es nun möglich, kontinuierlich und im industriellen Mass- stab geformte, leicht handhabungsfähige und fliessfähige, hochreine feste Aluminiumchloridteilchen von im allgemeinen lobulärer bzw. kleinlappiger Form, die besonders gut für eine Verwendung bei der elektrolyti- sehen Herstellung von metallischem Aluminium geeignet sind, herzustellen. Bei diese n lobulären Alumini- umchloridteilchen von wahlweiser Grösse fehlen ebene äussere Oberflächen und relativ scharfe, vorstehende
Kanten praktisch zur Gänze.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung und den dazugehöri- gen Zeichnungen ersichtlich, die das Wesen der Erfindung an Hand einer beispielhaften Vorrichtung, die zur
Durchführung der Erfindung geeignet ist, erläutern. Fig. 1 zeigt schematisch eine zur Durchführung des er- findungsgemässen Verfahrens geeignete und dafür empfohlene Vorrichtung ; sie wird insbesondere für den Fall vorgeschlagen, wenn die Vorrichtung mit einem Strom des bei der Chlorierung von mit Natrium verunreinigtem Aluminiumoxyd erhaltenen Abgases beschickt werden soll.
Fig. 2a, 2b und 2c sind bei einer Vergrösserung von 30,200 und 500 aufgenommene Mikrophotographien, die die besondere Gestalt eines bevorzugten, nachdem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen Produkte darstellen. Fig. 3a, 3b und 3c sind ebenfalls bei einer Vergrösserung von 30,200 und 500 aufgenommene Mikrophotographien, die die besondere Gestalt eines nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen Produktes von kleinerer Teilchengrösse veranschaulichen.
Gemäss der Erfindung wird, wie bereits gesagt, gasförmiges Aluminiumchlorid selektiv desublimiert in einem Wirbelbett aus Aluminiumchloridteilchen, das bei einer Temperatur gehalten wird, die im wesentli- chen unter der oberen Verfestigungstemperatur von Aluminiumchlorid unter den jeweiligen Betriebsbedingungen liegt. Eine solche geeignete Betriebstemperatur des Wirbelbettes liegt in dem Bereich von 30 bis 100 C, insbesondere indem Bereich von etwa 60 bis 90 C, und insbesondere von 50 bis 700C. Unter dem Begriff "Desublimieren !', wie er hier verwendet wird, ist die direkte Bildung von festem Aluminiumchlorid aus der gasförmigen Phase ohne merkliche Bildung einer dazwischenliegenden flüssigen Phase zu verstehen.
Die angegebene Desublimierung von Aluminiumchlorid kann bei negativen oder Vakuumdrücken, z. B. bis hinunter zu etwa 0, 1 ata, sowie auch bei positiven oder erhöhten Drücken vorgenommen werden, u. zw. bis herauf zu demDruck, beidemsichAluminiumchlorid unter den jeweiligen Betriebsbedingungen zu einer Flüssigkeit kondensieren würde, u. zw. unter Berücksichtigung des Partialdruckes von Aluminiumchlorid bei den jeweiligen Betriebsbedingungen. Ein bevorzugter Betriebsdruck beträgt etwa l, 5 atü.
Bei Durchführung der Erfindung wird vorzugsweise ein Abgas jener Art, wie es bei einer vorhergehenden Chlorierung vonmit Natrium verunreinigtem Aluminiumoxyd in Gegenwart von Kohlenstoff erhalten wird, und aus dem vorhandene mitgerissene Teilchen aus festen Substanzen, Flüssigkeiten sowie kondensierbare flüchtige Bestandteile oder Verunreinigungen, die bei höherer Temperatur als der oberen Kondensationstemperatur von Aluminiumchlorid unter den jeweiligen Betriebsbedingungen kondensieren, vorher entfernt worden sind, als geeignetes relativ reines Ausgangsmaterial verwendet.
Das Aluminiumchlorid enthaltende Abgas, das z. B. das heisse Abgas aus der Chlorierung von mit Natrium verunreinigtem Aluminiumoxyd darstellt, kann ausserdem Chlor, Phosgen, Kohlenmonoxyd und -dioxyd enthaltenundhat die Eigenschaft, dass das Aluminiumchlorid, wenn das Abgas direkt mit einem solchen Wirbelbett aus festen Aluminiumehloridteilchen in Kontakt gebracht wird, unmittelbar auf diesen Teilchen desublimiert, wodurch das Bett einerseits von selbst ergänzt wird, und anderseits Aluminiumehlorid von ge-
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wählter Grösse und von besonderer Gestalt erhalten wird, das vorteilhafte Handhabung-un Fliesseigenschaftenaufweist.
Einsolches Aluminiumchlorid hat eine mittlere Teilchengrössenverteilung von etwa 420 bis etwa 40J. tm, insbesondere von etwa 150 bis etwa 40 jum. Das hier beschriebene Kondensations- oder Desublimationsverfahren unter Anwendung eines Wirbelbettes führt bei geringer Kühlungsenergie zu einem ausrei-
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Das gasförmige Restgemisch, das nach der direkten Desublimation der Aluminiumchloridanteile zurück- bleibt und das normalerweise hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd mit geringen Mengen Chlor- wasserstoff, Tetrachlorkohlenstoff, Phosgen und Chlor besteht, kann vorteilhaft als Abgas aus dem Wirbel- ) bett gewonnen werden. Teile dieses Abgases können gegebenenfalls als Gas zum Wirbeln des Bettes aus Alu- miniumehloridteilchen zurückgeführt werden.
Anderseits kann aber auch irgendein anderes geeignetes, im wesentlichen trockenes und nichtreaktionsfähiges Gas, wie z. B. Stickstoff, Methan, Luft, Kohlendioxyd und/ oder Kohlenmonoxyd, zum Wirbeln des Bettes benutzt werden.
Die Anwendung von bemerkenswert niedrigen Temperaturen zum Desublimieren oder Kondensieren, im , Vergleich zu der Verfestigungstemperatur von Aluminiumchlorid, nämlich von 30 bis 1000C im Vergleich zu 180OC, und die Bewegung, die in dem Wirbelbett aus Aluminiumchloridteilchen stets gegeben ist, führen überraschenderweise zu der Bildung eines bevorzugten Teilchengrössenbereiches, im Vergleich zu dem, der sich durch Desublimation bei wesentlich höheren Temperaturen in der Nähe dereffektiven Verfestigungstem- peraturen von Aluminiumchlorid bei den jeweiligen Betriebsbedingungen ergibt, sowie zu selektiv gestalte- ten Teilchen von im allgemeinen lobulärer Konfiguration, die dadurch ausgezeichnet sind, dass sie praktisch frei von im allgemeinen ebenen Aussenflächen sind.
Eine derartige Konfiguration und ein derartiger Teilchen- grössenbereich erleichtern die Handhabung bei der nachfolgenden elektrochemischen Umwandlung des Alumi- niumchlorids in metallisches Aluminium. Diese Konfiguration der Teilchen und die erfindungsgemässe An- wendung von Desublimationstemperaturen beträchtlich unter den oberen Temperaturgrenzen bei den jewei- ligenBetriebsbedingungensindsehr vorteilhaft. Man konnte nicht erwarten, dass beim schnellen Abschrecken des gasförmigen Aluminiumchlorids in dem Wirbelbett von einer Temperatur von etwa 150 bis 2500C auf un- terlOO C, vorzugsweiseauf etwa60 C, ineiner einzigen Stufe, leicht handhabungsfähige und fliessfähige Teil- chen mit selektiver Grösse und Konfiguration erhalten werden.
Wie in Fig. l der Zeichnungen erläutert ist, wird zunächst ein aluminiumehloridhaltiges Abgas von einem Chlorierungsgefäss-l--durch eine Reinigungsvorrichtung (welcher Typ dafür besonders geeignet ist, wird weiter unten beschrieben) geleitet, in der mitgerissene Teilchen und kondensierbare flüchtige Bestandteile,
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Chloridstung --16-- in ein Wirbelbett aus Aluminiumchloridteilchen, das sich in einer Kammer --4-- befindet, geleitet.
DieKondensationskammer --4-- mit dem Wirbelbett enthält einen Verteilungseinlass --12-- zum Wirbeln von Gas an ihrem unteren Ende, der mit dem zu wirbelnden Gas durch eine Leitung --11-- beschickt wird. Ausserdem sindeinAbscheider-21--, ein geeignetes durchlässiges Filtermaterial --23 -- und ein Auslass --29--fürden Restgasstrom an dem oberen Ende der Kammer, verbunden mit einem Auslass --22--, und einAuslass --24-- für Aluminiumchlorid an dem abwärts gerichteten Endpunkt einer geneigten oder schrägen perforierten Gasverteilungsplatte--25-- fürdas Wirdelgas mit durch diese Platte reichenden Löchern-20- vorgesehen, wobei sich diese Platte in der Nähe des Bodens der Kammer befindet,
um die schwereren Teilchen zu dem Auslass --24-- hin zu leiten und ein Abziehen von kondensiertem festem Aluminiumchlorid zu ermöglichen. In den oberen Teilen des beschriebenen Wirbelbettes ist typischerweise ein Wärmeaustauscher, wie z. B. in Form gerippter Kühlschlangen-26-, vorhanden, der den Inhalt der Kammer abkühlt und die Temperatur des Bettes in vorbestimmten Bereichen hält. Das gereinigte Restgas, das die Reinigungsvorrichtung (z. B. den Abscheider --10-- der zweiten Reinigungsstufe) verlässt und die gasförmigen Aluminiumehlo- ridanteile enthült, wird in das Wirbelbett an einer Stelle eingeleitet, die von den Kühlrippen und von irgendwelchen Kontaktoberflächen in der Kammer räumlich entfernt ist.
Eine Leitung --27-- zur Rückführung des abströmenden Restgases befindet sich zwischen dem Auslass - 22-für den Restgasstrom und dem Einlass --12-- zum Wirbeln von Gas, um die Rückführung und Verwendung von Teilen des Restgases als Wirbelgas zu ermöglichen. Für diese Zwecke ist vorteilhaft in dem Auslass --22-- ein Kompressor oder eine Pumpe --19-- angeordnet. Es kann aber auch von einer unabhängigen Quelle Wirbelgas durch eine Leitung --28-- zum Wirbeln des Bettes zugeführt werden, u. zw. anstatt einer oder zusätzlich zu einer Einführung von abströmendem Restgas durch die Rückführleitung --27--.
Wenn die Rückführleitung--27-- zum Zuführen von Wirbelgas zu dem System verwendet wird, kann dieses Gas natürlich hauptsächlich Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd und vielleicht einige Restanteile oder Spuren von nicht umgesetztem Chlor, Chlorwasserstoff, Phosgen oder Tetrachlorkohlenstoff enthalten, weil dieses Gas aus demendgültigenRestgasvonder Chlorierungsreaktion besteht. Ein Teil dieses Abgases wird durch eine Lei-
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tung --40-- abgezogen und gewaschen, um unangenehme oder schädliche Bestandteile zu entfernen, bevor es abgelassen wird. Wenn eine unabhängige Quelle für das Wirbelgas benutzt wird, wird im allgemeinen das ge- samte Abgas durch die Leitung --40-- abgezogen.
Im spezielleren enthält dieses Abgas, das aus dem geschlossenen System durch die Leitung --40-- abgezogen wird, vornehmlich Chlor, Chlorwasserstoff und Phosgen als unangenehme und toxische Bestandteile und muss gereinigt werden, bevor das Gas in die Atmosphäre abgelassen werden kann. Das Abgas kann von diesen Bestandteilen durch Waschen mit Ätzmitteln, wie z. B. mit Natriumhydroxyd oder mit Natriumcarbo- natusw., in der üblichen Art und Weise befreit und dann in die Atmosphäre abgelassen werden. Ferner kann das Gas in einem Ofen mit Wasserstoff (oder einer Quelle für Wasserstoff, wie z.
B. mit Methan) verbrannt ) werden, sodassaus dem Chlor und dem Phosgen Chlorwasserstoff entsteht, und anschliessend kann das so be- handelte Gas gewaschen werden, bevor es abgelassen wird, oder es kann irgendeine andere herkömmliche
Methode zur Entfernung dieserunangenehmen und toxischenBestandteile aus dem Abgas angewendet werden.
Des weiteren ist der Einlass --30-- für das gasförmiges Aluminiumchlorid enthaltende Gas mit Vorrich- tungen versehen, durch die die Temperatur des einströmenden Gases bei einem erhöhten Wert gehalten wird.
Derartige Vorrichtungen, die schematisch bei --31-- angegeben sind, können geeignete Hilfsheizvorrichtun- gen, wie z. B. elektrische Widerstandserhitzer, enthalten oder können ein Wärmeisoliermaterial, wie z. B.
Quarz, Aluminiumoxyd, Graphit, Asbest od. dgl., an dem Eintrittsteil des Einlasses --30-- enthalten, um ein vorzeitiges Abkühlen und Verflüssigen oder Verfestigen des gasförmigen Aluminiumchlorids, das durch den Einlass strömt, auf ein Mindestmass zu reduzieren oder überhaupt zu verhindern, weil ein derartiges Ab- kühlen ein Verstopfen des Einlasses bewirken und die gewünschte Kondensation oder Desublimation erschwe- ren oder in anderer Weise nachteilig beeinflussen kann. Daher wirken die hier vorgesehenen Vorrichtungen zur Einstellung der Temperatur des eintretenden Gases derart, dass der Strömungsverlauf des gasförmigen
Aluminiumchlorid enthaltenden Abgases praktisch ohne Wärmeverlust in das Innere des Wirbelbettes geführt werden kann.
Wegen der Notwendigkeit, ein vorzeitiges Kondensieren des gasförmigen Aluminiumchlorids an andern
Stellen als dem Wirbelbett zu verhindern, u. zw. unter Berücksichtigung der jeweiligen Betriebsbedingungen, ragt die Öffnung des Einlasses --30-- geeigneterweise weitgehend in das Bett hinein und endet entfernt von allen darin enthaltenen Kontaktoberflächen, einschliesslich der Kammerwandungen und der Kühlvorrichtun- gen --26--. Auf diese Weise tritt das hereinkommende, gasförmiges Chlorid enthaltende Trägermittel, so- bald es in die Kammer --4-- gelangt, unmittelbar mit den Teilchen des Bettes in Berührung, und die in dem
Gas enthaltenen Aluminiumehloridanteile kondensieren sich, bevor sie irgendeine Möglichkeit. haben, mit benachbarten Oberflächen der Vorrichtung in Kontakt zu kommen.
Wenn das Gemisch aus dem Restgasstrom und dem Wirbelgas aus dem oberen Teil des Bettes austritt, sind die in dem Gas enthaltenen Aluminiumchlo- ridanteile in ausreichendem Masse in die feste Phase umgewandelt worden und sind in fester Teilchenform vorhanden, sodasseinerhebliches Mitreissen der Teilchen mit dem austretenden Gasgemisch vermieden wird.
Die Teilchen sind ausserdem schwer und hart genug, um als Teilchenkomponenten des Wirbelbettes aufzutre- tenundindie Nähe der Kammerwandungen und der Kühlvorrichtungen gelangen zu können, ohne dass dabei die
Gefahr einer Zersetzung gegeben ist.
Die Betriebsbedingungen am Ort der Kondensation sollen derart sein, dass der Dampfdruck des Alumi- niumchlorids gerade niedrig genug ist, um ein Desublimieren des Aluminiumchlorids zu der festen Form zu ermöglichen, ohne dass irgendeine Zersetzung von restlichem Aluminiumchlorid, entweder in fester oder in flüssiger Form, auf der Oberfläche des durchlässigen Filtermaterials --23-- von dem Abscheider-21- stattfindet.
Die einzigartige Natur des bei der oben beschriebenen Gewinnung von Aluminiumchloridanteilen unter direkter Sublimation erhaltenen Produktes ist in den Fig. 2 und 3 der Zeichnungen mit verschiedenen Ver- grösserungen erläutert. Wie am besten in der Fig. 2a (30fache Vergrösserung) zu sehen ist, sind die Alumini- umchloridteilchenimallgemeinen kugelförmig, wobei sie im allgemeinen eine lobuläre, krummlinige äussere
Kontur zeigen und durch ein ausgeprägtes Fehlen von ebenen äusseren Oberflächen und relativ scharfen vor- springenden Kanten, die im allgemeinen für Bruchebenen od. dgl. charakteristisch sind, ausgezeichnet sind.
Wie den Fig. 2b und 2c zu entnehmen ist, liegen die Aluminiumchloridteilchen in zusammengesetzter Form vor, u. zw.
aus agglomerierten, zusammengebackenen oder auf andere Weise autogen gebundenen vielen Teil- chen kleinerer Grösse mit ziemlich stark variierender Abmessung, aber doch im allgemeinen von kugelför- miger Gestalt. Wegen dieser zusammengesetzten oder verbundartigen Beschaffenheit sind die Aussenflächen der Teilchen, obwohl diese Flächen noch krummlinig sind, von lobulärer und blasenförmiger Art und weisen erhebliche örtliche Abweichungen von einer echten Kugelform auf. Daher wird hier zur Beschreibung der all- gemeinen Beschaffenheit der Teilchen der Ausdruck"lobulär"verwendet.
Die Fig. 3a erläutert (mit 30facher Vergrösserung) ein viel feineres, nach der Erfindung erhältliches Alu- miniumehloridprodukt. Wie durch die Fig. 3b und 3c erwiesen wird, sind hier die Teilchen von einer erheb- lichen lobulärenArt.
Es ist jedoch gleichfalls zu erkennen, dass die Teilchen wieder imallgemeineneinelo-
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buläre, krummlinige äussere Konturhaben und durch ein ausgeprägtes Fehlen von ebenen äusseren Oberflächen und relativ scharfen vorspringenden Kanten ausgezeichnet sind und in zusammengesetzter Form aus agglo- merierten oder in anderer Weise verbundenen vielen Teilchen kleinerer Grösse mit ziemlich stark var- ierenden Abmessungen, aber mit kugelförmiger oder lobulärer Beschaffenheit vorliegen. i DiefestenlobulärenAluminlumchloridteilchenmitim allgemeinen krummliniger Kontur enthalten im we- sentlichen gerundete Lappen oder Läppchen, die häufig eine scheinbar blasige, beulenartige und/oder knöt- chenförmig zusammengesetzte Oberflächenkonfiguration verleihen.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass sich die im allgemeinen lobuläre Beschaffenheit dieses Produk- tes erheblich von dem üblicherweise hergestellten Aluminiumchlorid, das im Handel erhältlich ist, unter- 'scheidet. Dieses neue Material weist nicht nur erhebliche Vorteile sowohl hinsichtlich der Handhabung als auch der Fliessfähigkeit auf, sondern es wird auch jegliche Zerkleinerungs- oder Vermahlungsoperation mit einer damit verbundenen Verunreinigung durch fremde Substanzen von der verwendeten Vorrichtung vermie- den. Noch wesentlicher ist aber, dass bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens das Aluminium- ohloridproduktnichtder Luft ausgesetzt wird, bei der immer die Gefahr der Verunreinigung durch die in der
Luft enthaltene Feuchtigkeit gegeben ist.
Das bei Durchführung der Erfindung erhaltene neue Produkt hat ein Schüttgewicht in einem Bereich von etwa 1, 2 bis 1, 7 g/cm3 (bei einer durchschnittlichen Teilchengrösse in einem Bereich von etwa 420 bis etwa 40 jum). Proben von einem Produkt des Typs nach Fig. 3 haben, wie festgestellt worden ist, einen Reibungs- winkel von etwa 35 bis etwa 410 und im Mittel von etwa 380, wenn er in einer trockenen Stickstoffatmosphä-
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ISO/PC 47 (Sekretariat 247)gemäss Fig. 2 istdieses im allgemeinen durch geringere Reibungswinkel gekennzeichnet. Vorsorglich wird je- doch darauf hingewiesen, dass Werte für die Reibungswinkel in starkem Masse von den angewendeten Messtech- nikenabhängen. Eine Standardisierung derartiger Messmethoden ist bis jetzt auch noch kaum erfolgt.
Das Er- fordernis, das betreffende Produkt in einer von Verunreinigungen freien Umgebung zu halten, macht die Mes- sungen noch komplizierter.
Desublimierung nach der Reinigung von gasförmigem Aluminiumchlorid, das durch Chlorierung von mit
Natrium verunreinigtem Aluminiumoxyd gebildet wurde :
Das heisse Abgas, das bei der Chlorierung von mit Natrium verunreinigtem Aluminiumoxyd nach dem Bayer-Verfahren inAnwesenheitvonKohlenstoff und praktisch inAbwesenheit von Kohlenwasserstoffen, freien
Wasserstoff enthaltendem Gas, freien Sauerstoff enthaltendem Gas und Feuchtigkeit entsteht, enthält norma- lerweise ausser den gasformigen Aluminiumchloridanteilen Kohlenoxyde, vorzugswelse vorherrschend Koh- lendioxyd, mitgerissene Teilchen von festen Stoffen und Flüssigkeiten und kondensierbare flüchtige Bestand- teile, einschliesslich verdampfter Natriumaluminiumehloridanteile,
die im wesentlichen dem Gehalt an Natri- umverunreinigungen des der Chlorierung unterworfenen Aluminiumoxyds entsprechen.
Ein heisses Abgas des beschriebenen allgemeinen Typs wird nach dem Ausströmen bei --3-- aus einem Chlorierungskessel-l-zunächst in einem Wärmeaustauscher-5-- auf einen ersten vorbestimmten Tem- peraturbereich zwischen etwa 200 und 6000C und vorzugsweise zwischen 250 und 3500C abgekühlt, der be- trächtlich unter der Chlorierungsreaktionstemperaturund beträchtlich über der Kondensationstemperatur des Aluminiumchlorids unter Umgebungsbedingungen (das normalerweise bei etwa 1800C den umgebenden Dampf- druckbedingungen unterworfen wird) liegt, und der geeignet ist, einen wesentlichen Teil der kondensierbaren Bestandteile in dem gasförmigen Abstrom, einschliesslich eines entsprechenden darin vorhandenen Anteiles an den verdampften Natriumaluminiumchloridbestandteilen zuerst zu kondensieren.
Solche dadurch zuerstkondensierten Bestandteile, die einen wesentlichen Teil des gesamten Natriumaluminiumchloridgehaltes in der Form eines komplexen Gemisches mit begleitendem Aluminiumchlorid gemeinsam mit den mitgerissenen festen und flüssigen Teilchen enthalten, werden dann von dem gasförmigen Trägermittel in einer er- sten Trennstufe in einen Abscheider --7-- abgetrennt. Diese abgetrennte Masse kann einen erheblichen Teil, d. h. soviel wie 15 bis 25 Gel.-% von dem Mittelwert des Aluminiumoxyds, das chloriert worden ist, ausmachen. Durch weiteres Abkühlen des restlichen Abgases von der ersten Trennstufe, wie z.
B. durch Leiten dieses Abstromes durch einen zweiten Wärmeaustauscher-9-, wird die Temperatur des Abgases auf einen zweiten und noch niedrigeren vorbestimmten Temperaturbereich zwischen etwa 150 und 2500C gesenkt. Dieser zweite vorbestimmte Temperaturbereich, der noch unter der Kondensationstemperatur für das Alumini- umchloridbei den jeweiligenBetriebsbedingungen liegt, bewirkt die Kondensation von praktisch den gesamten übrigen flüchtigen Bestandteilen, die über der Kondensationstemperatur von Aluminiumchlorid kondensierbar sind, d. h. einschliesslich praktisch des Restes von Natriumaluminiumchlorid als kondensierbarer flüch- tiger Restbestandteil, aber noch ohne wesentliche Kondensation der noch gasförmigen Aluminiumehloridanteile in dem Gasstrom.
Nach dem Abtrennen der Kondensate und irgendwelcher restlicher mitgerissener Teilchen in dieser zweiten Stufe von dem nun erschöpften Restgasstrom, das, wie beschrieben, durch Leitendes Gasstromes durch einen Abscheider --10-- in einer zweiten Stufe bewirkt wird, wird dieser restliche
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und erschöpfte Gasstrom, der im wesentlichen von Verunreinigungen freies gasförmiges Aluminiumchlorid enthält, indas Wirbelbett-17-ausAluminiumchloridteilcheneingeführt, das bei einem dritten vorbestimm- ten Temperaturbereich gehalten wird, der beträchtlich unter der Kondensationstemperatur von Aluminium- chlorid bei Umgebungsbedingungen, u. zw.
bei etwa 30 bis 100 C, zweckmässigerweise bei etwa 60 bis 900C i und vorzugsweise innerhalb des engeren Bereiches von 50 bis 70 C liegt, um eine direkte Desublimation der in dem Gasstrom enthaltenenAluminiumchloridanteile in dem Wirbelbett zu einer festen Form, wie es oben beschrieben ist, zu bewirken.
Die erste und die zweite Kühlstufe und die gleichzeitigen Trennstufe werden vorteilhafterweise ebenfalls praktischinAbwesenheit von Feuchtigkeit ausgeführt, u. zw. in dem Masse, als das gegebenenfalls gewonnene Aluminiumehlorid insgesamt weniger als etwa 0, 3 Gew.-% und insbesondere weniger als etwa 0, 1 Gew.-% gebundenen Sauerstoff enthält.
Wie oben angegeben, enthalten die leichter kondensierbaren Bestandteile oder Verunreinigungen in dem heissen abströmenden Gas, das aus der Chlorierungszone gewonnen wird, Natriumaluminiumchloridanteile,. im allgemeinen im Gemisch oder in komplexer. Form mit einem kleineren Anteil Aluminiumchlorid sowie mit- gerissene Teilchen, die flüssige Teilchen, wie z. B. Aluminiumoxychloridanteile und/oder Aluminiumhydroxy- chloridanteile enthalten, sowie feste Teilchen, wie z. B.
Aluminiumoxyd, Kohlenstoff und Gemische davon.
Demnach wird ein selektiver, jedoch wesentlicher Teil der Natriumaluminiumchloridanteile nach dem ersten
Kühlen kondensiert und in dem Abscheider der ersten Stufe in Form eines komplexen Gemisches von Natri- umaluminiumehlorid und Aluminiumehlorid sowie eines wesentlichen Teiles von dem Aluminiumoxychlorid und/oder Aluminiumhydroxychlorid und den oben genannten festen Teilchen abgetrennt.
Praktisch wird nor- malerweisederRestderkondensierbarenflüchtigenBestandteile in dem in der ersten Stufe abgekühlten Rest- gasstrom nach dem weiteren Abkühlen des Gasstromes kondensiert, und ein solcher in einer zweiten Stufe kondensierterRest, derirgendwelches restliches komplexes Gemisch von Natriumaluminiumehlorid mit Alu- miniumchlorid sowie irgendwelche restlichen festen oder flüssigen Teilchen, wie sie oben beschrieben sind, enthalten kann, kann vor der Gewinnung des Aluminiumchlorids aus dem Restgasstrom abgetrennt werden.
Obwohl es zur Zeit noch nicht vollständig geklärt ist, wird angenommen, dass das verdampfte Natrium- aluminiumchlorid vornehmlich bei dem selektiven ersten Abkühlen des heissen Abgases, das aus dem Chlo- rierungsgefÅass gewonnen worden ist, in einer solchen Weise verdampft, dass unter den jeweiligen Betriebsbe- dingungen das kondensierte Natriumaluminiumchlorid, mehr oder weniger in der Form eines Komplexes mit begleitendemAluminiumchlorid sowie auch vorhandenes flüssiges Aluminiumoxychloridund/oderAluminium- hydroxychlorid, sich leicht auf den mitgerissenen Festsubstanzen abscheidet und zu einem grossen Teil in
Form grösserer Tröpfchen absetzt, so dass sich diese Bestandteile noch vor dem Erreichen des tatsächlichen physikalischen Abtrennungsbereiches des Abscheiders --7-- in der ersten Stufe sammeln.
Infolgedessen scheidensich solche kondensierten flüchtigen flüssigen Bestandteile und mitgerissene flüssige Teilchen, an- statt sich als kleine Tröpfchen bei den Abscheidern abzuscheiden, auf den mitgerissenen Feststoffen unter
Bildung grösserer Tropfen ab, die leicht ohne übergrosse Beanspruchung des verwendeten Abscheiders abge- trennt werden können.
Der Rest von flüchtigem Natriumaluminiumchlorid und irgendwelche verbliebenen Aluminiumoxychloridund/oder Aluminiumhydroxychloridanteile, die in dem Restgasstrom aus dem Abscheider der ersten Stufe noch vorhanden sind, werden dann nach dem Abkühlen des gasförmigen Abstromes in der zweiten Stufe kon- densiert.
Derartige in der zweiten Stufe kondensierte Bestandteile, die zum grossen Teil aus einem Dunst oder
Nebel aus NaAIÇl4 -AlCla sowie irgendwelchen restlichen mitgerissenen oder gelösten Festsubstanzen, wie Aluminiumoxyd und Kohlenstoffstaub, und Flüssigkeiten, wie z. B. Aluminiumoxychlorid und/oder Aluminiumhydroxychlorid, bestehen, könnendann von dem weiter abgekühlten Gasstrom abgetrennt werden. Das Abtrennen kann wirksam und kontinuierlich in einer einfachen Weise durch den Abscheider --10-- in der zweitenStufe bewirkt werden, der im wesentlichen als Entnebler wirkt, wie z. B. mit Hilfe eines Filtermaterials mit feineren Poren in einer Menge, die den vorhandenen restlichen Verunreinigungen entspricht.
Den vorstehenden Ausführungen ist zu entnehmen, dass die Natriumaluminiumchloridanteile, die kondensieren und in der ersten und zweiten Abtrennstufe entfernt werden, sich im allgemeinen zu einer flüssigen Form als ein komplexes Gemisch mit einem entsprechenden kleineren Anteil an vorhandenem Aluminiumchlorid kondensieren. Dieses Gemisch enthält im allgemeinen gemeinsam mit diesen Bestandteilen oder in diesen gelöst nicht nur gleichzeitig entferntes Aluminiumoxychlorid und Aluminiumhydroxychlorid, sondern auch Spuren von Chlor, Phosgen u. dgl. sowie auch Aluminiumoxyd, das von mitgerissenem Aluminiumoxydstaub herstammt, derursprünglich vorhanden war oder sich bei der Reaktion von Aluminiumehlorid mit vorhandener Feuchtigkeit gebildet hat, wobei ausserdem Chlorwasserstoff gebildet worden ist.
Bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird die endgültige Abscheidung des Aluminiumchlorids aus dem gereinigten Gasstrom, der ausserdem Chlor, Phosgen, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd enthalten kann, durch eine direkte einstufige Desublimation in einem Wirbelbett-17-- aus Aluminiumchlo-
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rid bewirkt, das bei einer Temperatur im wesentlichen unter der Verfestigungstemperatur von Aluminiumchlorid gehalten wird, wodurch sich das Bett gewissermassen selbst ergänzt, sowie ein leicht gewinnbares verfestigtes Aluminiumchlorid von bemerkenswerter Reinheit und in einer feinen, leicht handhabungsfähigen und fliessfähigen Form erzielt wird.
Im spezielleren hat ein derartiges Aluminiumchloridprodukt normalerweise eine Reinheit von mindestens 99, 5%, und kann leicht in wirtschaftlicher Weise quantitativ festes Aluminiumchlorid mit einer Reinheit über 99, 8% nach der Erfindung ergeben.
Insbesondere erlaubt die Durchführung der Erfindung, festes Aluminiumchlorid in einer Grossproduktion zu erhalten, das im wesentlichen frei von Natrium-, Eisen-, Silicium- und Titanverunreinigungen ist und
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3%,wal50 bis etwa 40 Sum, die besonders für einen unmittelbaren Einsatz zur Gewinnung von Aluminium in einer
Elektrolysezelle zur leistungsfähigen elektrochemischen Bildung von reinemAluminiummetall geeignet ist Die endgültige Kondensation vonAluminiumchlorid wird vorzugsweise praktisch inAbwesenhelt von Feuch- tigkeit vorgenommen, so dass das so hergestellte hochreine Aluminiumehlorid in fester Form insgesamt we- niger als etwa 0, 5 Gew.-% freies Wasser und gemeinsame Reaktionsprodukte von Wasser und Aluminium- chlorid enthält.
Die Kondensation wird ausserdem vorzugsweise praktisch in Abwesenheit von freien Wasser- stoff enthaltendem Gas, freien Sauerstoff enthaltendem Gas sowie nichtflüchtigen Verunreinigungen unter Um- gebungsbedingungen durchgeführt, die ausreichen, dass das durch die Kondensation erzeugte Aluminiumchlo- ridinfester Form weniger als etwa 0, 3 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 0, 1 Gew.-% insgesamt Sauer- stoff und nichtflüchtige Verunreinigungen enthält.
Als Resultat der stufenweisen Reinigungsschritte und der Desublimationsgewinnungsstufe nach der Er- findung wird einhochreines und leichtfliessfähiges Aluminiumchloridprodukt aus festen Teilchen erhalten, mit insgesamt weniger als 0, 4 Gew.-% Verunreinigungen, die gemeinsam aus sauerstoffhaltigen und nichtflüch- tigen Verunreinigungen bestehen. Das Produkt ist demnach praktisch frei von Natrium-, Eisen-, Silicium- und Titanverunreinigungen und hat vorzugsweise eine mittlere Teilchengrössenverteilung von etwa 420 bis et- wa 40 gm.
Die Zeichnungen erläutern beispielhaft in schematischer Form bestimmte zur Zeit bevorzugte Vorrich- tungsteile, die zur Anwendung bei Durchführung der Erfindung geeignet sind. Die Kühlvorrichtung --5-- mit dem Wärmeaustauscher kann in geeigneter Weise aus einer herkömmlichen Hülle und einem rohrförmigen
Wärmeaustauscher bestehen, der mit einem flüssigen Kühlmittel, wie z. B. einem flüssigen Dowtherm-Kühl- mittel, beschickt wird. Anderseits kann das erste Kühlen des heissen gasförmigen Abstromes durch Einleiten von trockenem inerten Gas oder durch Einführen von festen Teilchen aus Aluminiumchlorid, so dass ein direkter Kontakt mit dem heissen gasförmigen Abstrom gegeben ist, oder durch andere geeignete Mittel bewirkt werden.
Der Abscheider --7-- der ersten Stufe kann in geeigneter Weise aus einer senkrechten Filterkammer bestehen, die an dem oberen Ende einen stromabwärts gerichteten Auslass --7a-- zum Abziehen von dem zuerst abgekühlten Restgasstrom sowie glatte nicht perforierte, den Umfang bildende Seitenwandungen --7b--, die nachuntenin einen Sammelbehälter --7c-- einmünden, zum Abziehen von abgetrenntem Kondensat enthält.
In dem Gehäuse der Abscheidekammer befinden sich mehrere durchlässige Filterteile --13--, geeigneterweise aus Stein oder poliertem Keramikmaterial.
Die Filterteile --13-- und die diese umhüllende Umgebung werden bei einer genügend hohen femperatur gehalten, wie z. B. bei 200 bis 500 C, um so eine Kondensation von den restlichen flüchtigen Bestandteilen in dem gasförmigen Abstrom auf ein Mindestmass zurückzuführen, wenn nicht wirksam zu verhindern.
Weil während des Betriebes des oben beschriebenen Systems normalerweise eine weitere Temperaturverminderung von dem daraus entweichenden Restgas bewirkt wird, kann eine solche Temperaturverminderung durch Durchleiten des Restgases durch den Wärmeaustauscher-9-- der zweiten Stufe kompensiert werden, derdenGasstromauf den gewünschten zweiten vorbestimmten Temperaturbereich von 150 bis 2500C bringt.
Dieser weiter abgekühlte Restgasstrom wird dann in den Abscheider --10-- der zweiten Stufe eingeführt, in dem die weiter kondensierten Natriumaluminiumchlorid-Natriumchlorid-Komplexanteile gemeinsam mit irgendwelchen restlichen oder gelösten Festsubstanzen, wie verkoktem Aluminiumoxyd und Kohlenstoffstaub, und Flüssigkeiten, wie z. B. Aluminiumoxychlorid und/oder Aluminiumhydroxychlorid, als weitere Verunreinigungen von dem nicht weiter abgekühlten, Aluminiumchlorid enthaltenden Restgasstrom kontinuierlich abgetrennt werden.
Obwohl die Temperatur des gasförmigen Gemisches in dem Abscheider --10-- der zweiten Stufe genügend niedrig ist, um ein Kondensieren von praktisch dem Rest der vorhandenen kondensierbaren Bestandteile und insbesondere von Natriumaluminiumchlorid und/oder einem komplexen Gemisch von Natriumaluminiumchlorid-Aluminiumchlorid sicherzustellen, z. B. 150 bis 2500C beträgt, kondensiert im wesentlichen kein
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Aluminiumehlorid, weil die Temperatur noch über der Kondensationstemperatur von Aluminiumchlorid unter Umgebungsbedingungen liegt. Der Restgasstrom aus der zweiten Abtrennstufe besteht daher im wesentlichenaus gasförmigemAluminiumehloridhoherReinheit, das praktisch frei von Verunreinigungen, wie z. B.
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ist.
Dieser Abscheider --10-- der zweiten Stufe kann ein geeignetes durchlässiges Filtermaterial, wie z. B. ein Steinfilter-15-- gleich dem, der in dem Abscheider --7-- der ersten Stufe benutzt wird, enthalten.
Der oben beschriebene, gasförmiges Aluminiumchlorid enthaltende Restgasstrom wird bei einer Stelle, die von irgendwelchen Kontaktflächen des Kessels entfernt ist, in die Wirbelbettkammer eingeführt, um eine unerwünschte oder vorzeitige Kondensation des gasformigen Aluminiumehlorids zu der flüssigen oder festen Phase an dem Einlass und an irgendwelchen derartigen Kontaktflächen, was ein Verstopfen und eine Beeinträchtigung durch Isolierung der Oberflächen des Wärmeaustauschers in der Kammer bewirken würde, und auf die harte und abriebbeständige Beschaffenheit des festen Aluminiumchlorids zurückzuführen wäre, zu verhindern.
Gleichfalls müssendie Temperatur, der Dampfdruck und der Ort der Desublimation eingestellt werden, um eine vorzeitige und nachteilige Kondensation des gasförmigen Aluminiumchlorids an andern Stellen als sie vorstehend beschrieben worden sind, zu verhüten und in wirksamer Weise ein Verstopfen des Einlasses und ein Abscheiden auf kalten Oberflächen der Kammer zu vermeiden.
Beispiel l : Mit Kohlenstoff imprägnierte oder verkokte Aluminiumoxydteilchen wurden bei erhöhter Temperatur chloriert, und das erhaltene gasförmige Reaktionsgemisch wurde so behandelt, dass mitgerissene Teilchen aus festen Stoffen und Flüssigkeiten sowie kondensierbare flüchtige Verunreinigungen, die bei einer höheren Temperatur kondensierenals bei der Kondensationstemperatur von Aluminiumehlorid unter den Betriebsbedingungen, entfernt wurden, um so einen relativ reinen Gasstrom zu erhalten, der im wesentlichen nur Aluminiumchlorid, Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd sowie Spurenanteile an andern Verunreinigungen, wie z. B. Chlor, Chlorwasserstoff, Phosgen, Tetrachlorkohlenstoff u. dgl., enthielt.
DieserrelativreineGasstrom von etwa 2000C wurde in die Desublimations- oder Kondensationskammer --4--eingeleitet, die inden Zeichnungen dargestellt ist, u. zw. durch den wärmeisolierten Einlass --30-- mit einer Geschwindigkeit von etwa 25. 103 l/h. Die Kondensationskammer --4-- enthielt in der Mitte ein Bett aus 41 kg relativ reiner, fester Aluminiumehloridteilchen mit einer mittleren Teilchengrössenverteilung von 420 bis unter etwa 150 j m, das in dieser Kammer in einem Wirbelzustand durch Einleiten von aufwirbelndem
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ten wurde.
Der Wärmeaustauscher --26-- wurde durch Leiten von Wasser von etwa 20 C durch die Kühlschlangen gekühlt, so dass das im Mittel 2000C heisse Eintrittsgas, das durch die Zuführungsleitung-16-einströmte, auf etwa 600C an den relativ reinen Aluminiumchloridteilchen, die sich in dem Wirbelbett befanden, abgeschreckt wurde.
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gebildet, die zu grösseren Teilchen ausgebildet wurden und/oder sich auf andern festen Aluminiumchloridteil- chen, die bereits in dem Bett vorhanden waren, abschieden. In dem Masse, in dem die Grösse der Aluminiumehloridteilchenzunahm, wurden diese ständig aus dem Bett durch den Auslass --16-- und mit der oben angegebenen mittleren Teilchengrössenverteilung abgezogen.
Unter den angegebenen Bedingungen trat kein wesentlicher oder störender Niederschlag aus kondensiertem Aluminiumchlorid auf, u. zw. weder in dem wärmeisolierten Einlass noch an irgendwelchen andern Kontaktflächen in der Kammer, zu denen z. B. die Kammerwandungen und die Kühlschlangen gehörten.
Das Gas, das aus dem in der Kammer --4-- gehaltenen Wirbelbett entwich, wurde durch die Filteranlage --21-- geleitet, und die abgetrennten mitgerissenen festen Aluminiumchloridteilchen und Staub wurden direkt zu dem Bett zurückgeführt. Dieses Abgas enthielt hauptsächlich Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd und Luft mit Spurenanteilen an unumgesetztem Chlor, Chlorwasserstoff, Phosgen, Tetrachlorkohlenstoff u. dgl.
Das mit einer Geschwindigkeit von etwa 33 kg/h durch den Auslass --24-gewonnene Aluminiumprodukt von im allgemeinen lobulärer und kugelartiger Beschaffenheit, wie es oben beschrieben ist, mit weniger als etwa 0, 3 Gew.-% Gesamtgehalt an Verunreinigungen aus gebundenem Sauerstoff und mit einem geringen Gehalt an adsorbiertem Kohlendioxyd und Phosgen (Spurenmengen) hatte eine mittlere Teilchengrössenverteilung entsprechend einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von
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jum (zurückgehalten) 8%und ein Schüttgewicht von 1, 2 bis 1, 7 g/ems.
Beispiel 2 : Ein Gasstrom, der sich bei der Chlorierung von gekoktem, mit Natrium verunreinigtem
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Aluminiumoxyd bei etwa 7000C entwickelte, wurde einer Leitung --5-- zum Abkühlen durch indirekten WÅar- meaustauschzugeführt, wobei der Wärmeaustauscher mit einem Kühlmittel (Dowtherm) in einer zum Abküh- len des Gasstromes auf etwa 2500C ausreichenden Menge beschickt wurde. Dieser Gasstrom enthielt dampfförmiges oder gasförmiges Aluminiumchlorid sowie auch Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd zusammen mit
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Staub, derKohlenstoffundSauerstoff und insgesamt weniger als 0,5 Gew.-% freies Wasser und gebundenes Wasser, das aus Reaktions- produkten von Wasser und Aluminiumoxyd bestand.
Der auf 2500C abgekühlte Gasstrom wurde dann von dem mitgerissenen Staub und den Flüssigkeitsteil- chen getrennt, und dabei wurden die flüchtigen Bestandteile in dem Abscheider --7-- der ersten Stufe kon- densiert. Diese mitgerissenen Staub- und Flüssigkeitsteilchen sowie die kondensierten flüchtigen Bestandteile, die auf diese Weise abgetrennt worden waren, enthielten Natriumaluminiumehlorid-Aluminiumehlorid in Form eines eutektischen Gemisches, das als Folge von in dem als Ausgangsmaterial verwendeten Aluminiumoxyd enthaltenen Natrium verunreinigungen auftrat, sowie Aluminiumoxychlorid, Aluminiumhydroxychlo- rid, Aluminiumoxyd und Kohlenstoff sowie Spuren von Chlor, Chlorwasserstoff und Phosgen, die alle fortlaufend mehr oder weniger in der Form einer teilweise gelösten Masse gewonnen wurden.
Die darin enthaltenen kondensierten flüchtigen Bestandteile waren solche, die beim Abkühlen des Gasstromes von der Chlorierungstemperatur auf 2500C kondensieren.
Diese gewonnene Masse kannAnteile bis zu 17 Gew.-% von den durchschnittlichen Bestandteilen des Chlorierungsbettes enthalten, und etwa 12 Gel.-% dieser Masse bestehen aus Natriumverunreinigungen, berechnet als Na20, z. B. in der Form eines eutektischen Gemisches aus Natriumaluminiumchlorid-Aluminiumchlo- rid.
Der den Abscheider --7-- der ersten Stufe verlassende Restgasstrom wurde dann auf etwa 2000C abge- kühltundindenAbschelder-10-der zweiten Stufe geleitet, in dem die Restbestandteile aus dem komplexen Gemisch von Natriumaluminiumchlorid-Aluminiumchlorid, Aluminiumoxychlorid und Aluminiumhydroxychlorid sowie irgendwelches restliches Aluminiumoxyd, restlicher Kohlenstoffstaub und eingeschlossene Restspuren von Chlor, Chlorwasserstoff und Phosgen, die sich inzwischen mehr oder weniger in der Form eines Nebels kondensierten, entfernt wurden.
Solche weiteren in dem Gas enthaltenen Verunreinigungen, zu denen die kondensierbaren Bestandteile gehören, die eine höhere Kondensationstemperatur als die des Aluminium- chlorids unter den Umgebungsbedingungen besitzen, wurden bei diesem Zeitpunkt bequem entfernt, so dass ein relativ reiner Restgasstrom in der Zuführungsleitung --16-- vorhanden war, der im wesentlichen nur Aluminiumehlorid, Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd sowie Spurenanteile an andern Verunreinigungen, wie z. B.
Chlor, Chlorwasserstoff, Phosgen, Tetrachlorkohlenstoff u. dgl., enthielt, und aus dem Aluminiumchlorid leicht gewonnen werden konnte.
Dieser relativ reine Gasstrom mit einer Temperatur von etwa 2000C gelangte in die Kammer --4--, in der das Wirbelbett --17-- aus festen, relativ reinen Aluminiumchloridteilchen mit einer mittleren Teilchengrössenverteilung von etwa 320 bis unter etwa 40 p. m (s. unten) in einem Wirbelzustand gehalten wurde, u. zw. zunächst durch Leiten von Gas nach oben durch den Verteilungseinlass --20--.
Das Bett --17 -- wurde durch Leiten von Wasser durch die sich durch das Bett erstreckenden Kühlschlan- gen --26-- abgekühlt, so dass das einströmende Gas schnell auf etwa 600C in den relativ reinen Aluminiumchloridteilchen, die in dem Wirbelbett gehalten wurden, abgeschreckt wurde.
Obwohl es bis jetzt noch nicht völlig geklärt ist, scheint das abgeschreckte oder abgekühlte gasförmige Aluminiumchlorid feste Kernteilchen zu bilden, die sich zu grösseren Teilchen ausbilden und/oder sich auf andern, in dem Bett bereits vorhandenen festen Aluminiumchloridteilchen. abscheiden. In dem Masse, in dem die Aluminiumehloridteilchen an Grösse zunehmen, werden sie fortlaufend aus dem Bett durch den Auslass --24-- mit der unten angegebenen mittleren Teilchengrössenverteilung abgezogen. Die mittlere Verweildauer des Aluminiumehlorids in dem Kondensatorbett betrug etwa 2, 5 h.
Das Abgas von dem Wirbelbett --17-- wurde durch die Filteranlage --21-- geleitet, durch die bewirkt wurde, dass feste, mitgerissene Aluminiumchloridteilchen und Staub direkt in das Bett --17-- zurückgeführt wurden.
Das durch den Auslass --24-- gewonnene Aluminiumchlorid bestand aus einem relativ feinen und fliessfähigen, hochreinen, desublimierten, festen Produkt, das im wesentlichen frei von Natrium-, Eisen-, Silicium-und Titanverunreinigungen war und das weniger als etwa 0, 3 Gew.-% Gesamtbestandteile aus gebunde- nem SauerstoffundnichtflüchtigenVerunreinigungen bei einem geringen Gehalt an adsorbiertem Kohlendioxyd und Phosgen (Spurenanteile) aufwies, eine mittlere Teilchengrössenverteilung entsprechend einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von
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+ 320,um (zurückgehalten) 1% - 320 bis + 177 ; nom 2% - 177 bis + 149 bum 10% - 149 bis + 74 J. Lm 47% - 40 J.
Lm (hindurchgefallen) 40%
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Einsatz zur Herstellung von metallischem Aluminium in einer Elektrolysezelle aus Aluminiumchlorid geeignet.
Zur weiteren Erläuterung werden die Analysen von zwei typischen Beispielen angegeben, u. zw. wurde die folgende Zusammensetzung ermittelt, wobei die Metalle in Form der Chloride angegeben sind.
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<tb>
<tb>
A <SEP> B <SEP>
<tb> SiCl4 <SEP> 0,008% <SEP> 0,008%
<tb> FeCl3 <SEP> 0,041 <SEP> 0,055
<tb> TiCl4 <SEP> 0,005 <SEP> 0,005
<tb> NaCl <SEP> 0,02 <SEP> 0,03
<tb> CaCl <SEP> 0, <SEP> 000 <SEP> 0,004
<tb> MgCl2 <SEP> 0,001 <SEP> 0,004
<tb> ZnCI <SEP> 0,004 <SEP> 0,002
<tb> CuCl <SEP> 0, <SEP> 000 <SEP> 0, <SEP> 000
<tb> CaCl <SEP> 0, <SEP> 015 <SEP> 0, <SEP> 012
<tb> Vol <SEP> 0, <SEP> 0003 <SEP> 0,0006
<tb> MnCl2 <SEP> 0,0003 <SEP> 0,0004
<tb> CrCl <SEP> 0, <SEP> 0015 <SEP> 0, <SEP> 003 <SEP> (2) <SEP>
<tb> BCl3 <SEP> 0,006 <SEP> 0, <SEP> 001
<tb> LiCl <SEP> 0,002 <SEP> 0,009
<tb> NiCl <SEP> 0, <SEP> 004 <SEP> 0,009
<tb>
Nichtflüchtige Bestandteile (im wesentlichen Oxyde) unter 0, 035%, RestAlCl.
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