<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Aluminiumchlorid. Insbesondere betrifft die Erfin- dung ein verbessertes Verfahren zur Regelung der Teilchengrösse und der Reinheit des Aluminium- chlorids.
Bei der Herstellung von für die nachfolgende Reduktion zu metallischem Aluminium geeigne- tem Aluminiumchlorid durch Chlorieren von Stoffen, die Verbindungen von Aluminium und andern
Stoffen wie Silizium, Titan und Eisen enthalten, müssen die resultierenden Chloride abgetrennt werden, um Aluminiumchlorid herzustellen, das für die nachfolgende Elektrolyse ausreichend rein ist.
Die US-PS Nr. 3, 786, 135 schlägt ein Verfahren zur Gewinnung von hochreinem Aluminiumchlorid aus dem gasförmigen Abstrom aus der Chlorierung von Aluminiumverbindungen vor, in dem man zunächst die heissen Abgase ausreichend abkühlt, um selektiv Natriumaluminiumchlorid und andere hochschmelzende Chloridanteile aus diesem zu kondensieren, die anfänglich kondensierten Werte sowie mitgerissene Teilchen aus dem Abgas abtrennt, und dann die Abgase weiter auf einen zweiten und niedrigeren vorbestimmten Temperaturbereich abkühlt, um einen hohen Anteil der verbleibenden flüchtigen Bestandteile zu kondensieren, die über der Kondensationstemperatur des Aluminiumchlo- rids kondensierbar sind.
Der endgültige Schritt, der für diese Verfahren beansprucht ist, betrifft die direkte Sublimierung von hochreinen Aluminiumchloridwerten in einem Fliessbett aus Aluminium- chlorid in einem Temperaturbereich von etwa 30 bis 100 C. Auf diesen Bereich dieses dritten Schrit- tes sind die Verbesserungen gerichtet, die das Verfahren nach der Erfindung ausmachen.
Die vorgenannte Patentschrift zeigt ein Fliessbett mit im Fliesszustand gehaltenen Teilchen aus Aluminiumchlorid, in die die Dämpfe mit nicht näher angegebener Geschwindigkeit eingeleitet werden. Dort ist lediglich festgestellt, dass die Dämpfe durch das Fliessbett mit einer Temperatur von etwa 30 bis 100 C hindurchströmen, um auf den festen Aluminiumchloridteilchen zu kondensie- ren. Filter über dem Fliessbett verhindern den Verlust der Teilchen - insbesondere sehr feiner Teilchen - aus dem Kondensator. Es sind Vorkehrungen angegeben, um festes Aluminiumchlorid am Boden des Kondensators abzuziehen. Wie oben erwähnt, ist für die Arbeitstemperatur im Kondensator ein Bereich von 30 bis 100 C, besser 60 bis 90. C und vorzugsweise innerhalb des engeren Bereichs von 50 bis 70 C angegeben.
Die Patentschrift beschreibt weiter die Wirkung der Kondensiertemperatur auf die Teilchengrösse und gibt an, dass bei niedrigeren Temperaturen innerhalb des Bereiches von 30 bis 100. C die mittlere Teilchengrösse des kondensierten Produkts im allgemeinen kleiner ist. Die Patentschrift gibt weiter an, dass selbst im Bereich von 30 bis 100 C eine bestimmte Menge der gasförmigen Aluminiumchloridwerte nicht desublimiert. Daraus ist dort der Schluss gezogen, dass Kondensiertemperaturen am unteren Ende des angegebenen Bereichs von 30 bis 100 C erwünscht seien.
Während sich bei der Durchführung des Kondensierverfahrens am unteren Ende des Temperaturbereichs, wie in der genannten Patentschrift angegeben, eine zufriedenstellende Teilchengrösse und auch eine wirtschaftlich attraktive Aluminiumchloridausbeute ergibt, hat sich herausgestellt, dass diese Arbeitsweise zur unerwünschten Kondensierung der Nebenprodukte wie Titantetrachlorid führen kann. Weiterhin weiss man seit dem Einreichen der genannten USA-Patentschrift (1971) genaueres über die Funktionsmechanismen innerhalb des Fliessbetts während der Kondensation.
Während es den Anschein hat, dass man mit einer einfachen Erhöhung der Temperatur der Kondensierung das Verunreinigungsproblem lösen kann, hat sich herausgestellt, dass auch andere Arbeitsparameter und insbesondere die Eintrittsgeschwindigkeit kontrolliert werden müsssen.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, Verbesserungen der Arbeitsparameter des Fliessbettverfahrens für die Kondensierung von Aluminiumchlorid zu beispielsweise Aluminiumchlorid (AlCla) mit einer Reinheit und Teilchengrösse anzugeben, die es für die nachfolgende elektrolytische Reduktion zu metallischem Aluminium geeignet machen.
Nach der Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Aluminiumchlorid in einem Fliessbett derart angegeben, dass man das Aluminiumchloridgas in ein Fliessbett aus Aluminiumchloridteilchen mit einer Eintrittsgeschwindigkeit von 18 bis 90 m/s eingibt.
Die Fig. l ist ein vertikaler Schnitt durch eine Kondensationsanordnung, die nach der Erfindung arbeitet ; Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit zwei Fliessbetten.
Wie in Fig. l gezeigt, treten Aluminiumchloriddampf, der zuvor gereinigt worden ist, wie
<Desc/Clms Page number 2>
beispielsweise in den ersten zwei Reinigungsstufen der genannten US-PS Nr. 3, 786, 135 in der Lei- tung --6-- und dem Einlass --30-- in die Kondensationskammer --18-- ein.
Am Einlass --30-- für das gasförmige Aluminiumchlorid enthaltende Gase sind wünschenswerterweise Vorkehrungen getrof- fen, um die Temperatur der eintretenden Gase auf einem hohen Wert zu halten-beispielsweise eine Hilfsheizung und/oder Kühlvorrichtung wie Quarz, Aluminiumoxyd, Graphit, Asbest od. dgl. am Eingang, um ein verfrühtes Abkühlen sowie ein Verflüssigen und Verfestigen des durchströmenden
Aluminiumchloridgases gering zu halten-nicht zu verhindern-, das den Einlass sonst zusetzen und damit die erwünschte Kondensation bzw. Desublimierung behindern oder sonstwie beeinträch- tigen würde.
Infolge der Notwendigkeit, eine verfrühte Kondensierung des Aluminiumchloridgases an anderer
Stelle als im Fliessbett selbst zu verhindern, steht der Einlass des Eingangs --30-- wünschenswerter- weise erheblich in das Bett hinein vor und endet in einigem Abstand von sämtlichen konstruktiven
Oberflächen innerhalb desselben-einschliesslich der Wände der Kammer und der Kühleinrichtung - innerhalb der Kammer.
Die in die Kondensierkammer --18-- eingeführten Gase sollen auf den Fliessbetteilchen, die das Fliessbett --16-- darstellen, kondensieren bzw. desublimieren. Das Fliessbett --16-- besteht aus
Aluminiumchloridteilchen einer Teilchengrösse im Bereich von 1 bis 500 pm, die durch ein Fliessgas im Fliesszustand gehalten werden, das in die Kammer --18-- in der Leitung --8-- eintritt. Der Ausdruck"Desublimierung"bzw."desublimieren", wie er hier benutzt wird, bezeichnet die direkte
Bildung von festem Aluminiumchlorid aus der Gasphase ohne merkbare Bildung einer flüssigen Zwi- schenphase, während der Ausdruck "Kondensation" bzw. "kondensieren" eine Änderung der Gas- zur Flüssig- oder zur Festphase umfassen soll.
Nach der Erfindung treten die Aluminiumchloriddämpfe vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 250 C in das Bett mit einer empfohlenen Mindestgeschwindigkeit von 18 bis 90 m/s ein.
Während die Patentinhaberin hier von keiner speziellen Theorie gebunden zu sein wünscht, hat es den Anschein, dass diese Eintrittsgeschwindigkeit ein ausreichendes Durchmischen der heissen
Dämpfe mit den kalten Fliessbetteilchen ergibt, die zu einer Kondensierungszone im Bett in unmittel- barer Nähe der Düse führt.
Diese sich anscheinend bildende Kondensationszone ist vermutlich die Ursache der entdeckten Tatsache, dass die Teilchengrösse sich mindestens teilweise durch Änderungen der Eintrittsgeschwin- digkeit kontrollieren lässt. Bei einer höheren Geschwindigkeit wird vermutlich der 250 C heisse Aluminiumchloriddampf tiefer in das Bett eingedrückt, so dass die Kondensationszonentemperatur anscheinend sinkt. Diese Postulate basieren auf der beobachteten Tatsache, dass die Zunahme der Geschwindigkeit (ohne Änderung der Bettemperatur) eine geringe Teilchengrösse ergibt.
Der als Aluminiumchlorid-Einspeisetemperatur bevorzugte Wert von 250 C ergibt sich aus der Abstimmung mehrerer Faktoren. Niedrigere Temperaturen bergen die Gefahr, dass der Einlass --30-sich mit festem Aluminiumchlorid zusetzt. Höhere Temperaturen haben den Nachteil, dass mehr Wärme aus dem Fliessbett entfernt werden muss. Höhere Temperaturen wirken auch dem Ziel entgegen, beispielsweise Natriumaluminiumchlorid durch die Vorkühlschritte zu entfernen, wie sie in der genannten US-PS Nr. 3, 786, 135 genannt sind. In ihrer breiteren Bedeutung liegt die Erfindung jedoch im Bereich der Einspeisegeschwindigkeit von 18 bis 90 m/s ohne Einschränkung der Einspeisetemperatur.
Legt man einen breiten Bereich der Einspeisetemperatur fest, würde dieser von unmittelbar über der Kondensiertemperatur des Aluminiumchlorids bis zu 350 C reichen, besser von 150 bis 300 C und vorzugsweise von 220 bis 300 C.
Diese Kontrolle der Teilchengrösse über eine Einstellung der Einspeisegeschwindigkeit resultiert also in einer Steuerung und Verringerung der Teilchengrösse ohne weitere Senkung der Bettemperatur insgesamt, die auch eine grössere Menge Tical, ebenfalls kondensieren und damit die Reinheit des AIC',-Produkts beeinträchtigen würde.
Die in das Bett eintretende Aluminiumchloriddämpfe kondensieren also auf den Teilchen, während die verbleibenden Dämpfe anderer Verunreinigungen wie beispielsweise Titanchlorid od. dgl. oben aus dem Bett durch die Leitung abgehen. Einige dieser Gase werden wieder in die Leitung - gegeben und dienen als Fliessgas, während die verbleibenden Gase zum Wäscher strömen. Der Durchgang der festen Aluminiumchloridteilchen durch die Leitung --38-- wird durch die Filter --36-- verhindert, die sämtliche Festteilchen abfangen.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
Wasser führen, um das Fliessbett auf dieser Temperatur zu halten.
Während diese hohe Temperatur die Teilchen vergrössert, wie in der US-PS Nr. 3, 786, 135 angegeben, ergibt die Verwendung einer besonderen Eintrittsgeschwindigkeit einen Teilchengrössenbereich, der für die nachfolgenden elektrolytischen Reduktionszellen geeignet ist. Höhere Bettemperaturen (auch über 80 C) ergeben immer noch brauchbare Teilchengrössen. Es wird darauf hingewiesen, dass deshalb die obere Grenze des Temperaturbereichs des Betts nicht dazu dient, eine richtige Teilchengrösse beizubehalten, sondern die Aluminiumchloridverluste gering zu halten, die bei höheren Temperaturen auftreten würden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Teilchengrössenkontrolle auf den bevorzugten Bereich von maximal 500 pm durch regelmässiges Abziehen der Aluminiumchloridteilchen durch den Ablass -40-- am Boden des Fliessbetts-16-aufrechterhalten."Regelmässig"bedeutet hier das Abziehen von 5 bis 20% des Betts/h. Es ist für die bevorzugte Durchführung der Erfindung wichtig, dass die Teilchenabnahme am Boden des Betts erfolgt, um zu gewährleisten, dass die grössten Teilchen (die schwierig im Fliesszustand zu halten sind), entfernt werden. "Am Boden" soll einen Ort an der tiefsten Stelle des Fliessbetts oder innerhalb der untersten 10% der Betthöhe bezeichnen, an dem das Abziehen der grössten Teilchen zu gewährleisten ist, wie oben dargestellt.
Andere Mittel lassen sich an Stelle oder zusätzlich zu dem Bodenablass einsetzen, um die Teilchengrösse einzustellen.
Beispielsweise kann man ein Gas, wie beispielsweise ein Inertgas, d, h. CO2 oder N2. regelmässig in das Fliessbett -16-- mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 90 m/s durch Düsen einblasen, die entweder an oder nahe der tiefsten Stelle des Fliessbetts liegen - beispielsweise an der Stelle des Ablasses --40-- der Zeichnungen. Diese Druckwellen bewirken einen Abtrieb zwischen den grossen Teilchen, so dass sie zu kleineren Teilchen aufbrechen und sich also der gleiche Effekt, wie mit einem Bodenablass, ergibt.
Alternativ können die Teilchen oben am oder in der Mitte des Fliessbetts abgezogen und zu grösseren und kleineren Teilchen gesiebt werden. Die kleinen Teilchen, d. h. solche mit weniger als 100 pm und vorzugsweise weniger als 40 pm Grösse führt man in das Bett zurück. Die grösseren Teilchen lassen sich dann unmittelbar zur Speisung einer Schmelzzelle oder zu andern Zwecken - beispielsweise als Katalysator - verwenden oder zu den oben angegebenen Grössen mahlen oder stossen und dann in das Fliessbett zurückführen. Bei diesem Verfahren kann trotzdem ein regelmässiges Abziehen der Teilchen am Bettboden erforderlich sein, um die grossen Teilchen zu entfernen, wenn man oben oder in der Mitte nicht oft genug abzieht.
Eine weitere Alternative für die Teilchengrösseneinstellung ist, ein mechanisches Mahlwerk unmittelbar im Bett anzuordnen. Hiebei handelt es sich um einen Flügel im Bett, dessen Antrieb vorteilhafterweise ausserhalb der Seitenumwandung des Fliessbettkondensators liegt, wobei eine Antriebswelle durch die Seitenwand den Boden des Kondensators hindurch verläuft.
EMI3.2
Fliessbett geschickt, das anfänglich 50 g Aluminiumchloridteilchen enthielt. Pro Stunde wurden drei 10 g - Proben entfernt. Die Teilchengrösse und Reinheit wurden analysiert. Die Teilchengrösse ergab sich im Mittel zu etwa 300 pm, die Reinheit zu mehr als 99, 5 Gew.-% und der Titantetrachloridanteil zu weniger als 0, 008 Gew.-%.
Die Ausführungsform der Fig. 1 bietet in ihrer bevorzugten Form einen Satz Arbeitsbedingungen, mit dem sich in einem einzigen Kondensator oder Desublimator die Reinheit des Produkts sowie die Teilchengrösse einstellen und gleichzeitig die Chloridverluste gering halten lassen, indem man die Kondensier- bzw. Desublimiervorrichtung mit einer Temperatur von etwa 60 bis 80 C arbeiten lässt und sowohl die Eintrittsgeschwindigkeit der Aluminiumchloridgase als auch den Gesamtdurchsatz kontrolliert und Schritte ergreift, um grosse Aluminiumchloridteilchen vorzugsweise vom Boden oder am Boden der Kondensiervorrichtung her abzuziehen.
Die Ausführungsform der Fig. 2 bietet eine alternative Anordnung, um die Reinheit des
<Desc/Clms Page number 4>
Aluminiumchlorids zu kontrollieren, gleichzeitig aber auch den Teilchengrössenbereich beizubehalten und die Chloridverluste gering zu halten.
Nach der Ausführungsform der Fig. 2 strömen Aluminiumchloriddämpfe durch eine erste Kondensiereinrichtung, die auf einer Temperatur von 80 bis 110 C gehalten wird, mit einer Eingangsgeschwindigkeit von 18 bis 90 m/s. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Aluminiumchloridteilchen am Boden der Kondensiervorrichtung abgezogen. Die verbleibenden Dämpfe gibt man dann mit einer Eintrittsgeschwindigkeit von 18 bis 90 m/s auf eine zweite Kondensiervorrichtung, die man auf einer Temperatur von etwa 20 bis 50. C hält. Die resultierende niedrige Temperatur der zweiten Kondensiereinrichtung gewährleistet ein Auffangen im wesentlichen aller Chloridwerte, die in die zweite aus der ersten Vorrichtung eintreten.
In der Fig. 2 tragen mit der Fig. 1 gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen. Was nun die Einzelheiten der Fig. 2 anbetrifft, befindet sich ein erstes Fliess bett --2-- in einem Gefäss mit der Seitenwandung --4--, durch die die Aluminiumchloriddämpfe über eine Leitung --6-- eintreten, die in einer Düse --30-- endet, die in das Fliess bett --2-- hinein vorsteht.
Die Chloriddämpfe kondensieren im Fliessbett --2-- auf den fliessenden Aluminiumchloridteilchen mit einer Teilchengrösse von 1 bis 500 pm, die mit einem Gas im Fliesszustand gehalten werden, das in das Bett --2-- am --2-- am Einlass --8-- eintritt. Während die Aluminiumchloriddämpfe auf den Aluminiumchloridteilchen kondensieren bzw. desublimieren, werden diese grösser, wobei die grösseren Teilchen am Boden des Betts bleiben. Die grösseren Teilchen werden vorzugsweise regelmässig durch
EMI4.1
Betts pro Stunde sein. Alternativ kann man die grösseren Teilchen nach den andern Verfahren entfernen, die oben zur Ausführungsform der Fig. l bereits erörtert worden sind.
Entsprechend dieser Ausführungsform der Fig. 2 werden die Teilchen im Fliessbett --2-- auf einer Temperatur von 80 bis 110 C durch Kühlschlangen --26-- gehalten, die das Fliessbett auf den gewünschten Temperaturbereich herabkühlen. Indem das Bett auf diesen Temperaturen gehalten wird, bleiben Verunreinigungen wie Titanchlorid und Siliziumchlorid im Dampfzustand, so dass sich eine Reinheit des Aluminiumchlorids von mehr als 99, 5% ergibt. Es wird darauf verwiesen, dass die in das Fliessbett --2-- eintretenden Aluminiumchloriddämpfe eine Einlasstemperatur von 150 bis 250 C haben können.
Während die Aluminiumchloriddämpfe auf den Teilchen im Fliess bett --2-- kon- densieren, steigt das überschüssige Gas - einschliesslich des Fliessgases - im Fliessbett --2-- nach oben, wo dann der Filterbeutel --36-- die Festteilchen absondern, während das verbleibende Gas und flüchtige Chloride durch die Leitung --38-- aus dem Bett --2-- abströmen.
In der Ausführungsform der Fig. 2 strömen die das Fliessbett --2-- in der Leitung --38-- ver-
EMI4.2
Tat können beide Fliessbetten hinsichtlich der Fliessmechanik, der Auslassöffnung, den Filterbeuteln und den Kühlschlangen identisch miteinander sein. In der Erfindung dieser Ausführungsform halten jedoch die Kühlschlangen --76-- im Fliessbett --52-- die Temperatur der Fliessteilchen bei etwa 20 bis 50 C, um ein vollständiges Abfangen sämtlicher Chloridwerte zu gewährleisten. Diese Chloride lassen sich dann durch die Auslassöffnung --90-- abziehen, die, wie bereits ausgeführt, entsprechend der Auslassöffnung --40-- im Fliessbett --2-- angeordnet ist.
Desgleichen kann man hier die gleiche Ablassgeschwindigkeit verwenden wie im ersten Fliessbett, d. h. 5 bis 20%/h. Die übrigen Gase - einschliesslich der Fliessgase - strömen dann durch Filter --86-- in die Leitung --88--, von wo sie über die Leitung --94-- einer weiteren Reinigung zugeführt oder mit der Leitung --92-zu den Leitungen --8-- und/oder --58-- geführt werden können, um als Fliessgas in den Fliessbetten - 2 und 52-- zu dienen.
Das folgende Beispiel soll die Vorteile der Ausführungsform der Fig. 2 weiter erläutern.
Aluminiumchloriddämpfe wurden durch ein Fliessbett mit anfänglich 50 kg Aluminiumchloridteilchen mit einer Eintrittsgeschwindigkeit von etwa 90 m/s und einer Bettemperatur von 80 bis 110 C geschickt. Die nichtkondensierten Dämpfe strömten durch das Fliessbett und dann über ein Filter und die Auslassöffnung in ein zweites Fliessbett aus Aluminiumchloridteilchen bei einer Tempe-
<Desc/Clms Page number 5>
ratur von 20 bis 50 C, um die verbleibenden Aluminiumchloriddämpfe zu kondensieren bzw. zu desublimieren. Durch regelmässiges Entnehmen von 5 bis 20 Gew.-% des Aluminiumchlorids aus dem ersten Bett erhielt man Teilchen, die sich zu 0, 004 Gew.-% oder weniger Titantetrachlorid analysieren liessen.
Die Analyse der Abgase aus dem zweiten Fliessbett zeigte eine minimale Menge von Aluminiumchlorid in Dampfform, was bedeutet, dass die Chloridverluste auf ein Minimum reduziert worden waren.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumchlorid durch Kondensieren von gasförmigem Aluminiumchlorid in einem Fliessbett aus Aluminiumchloridteilchen, dadurch gekennzeichnet, dass man das Aluminiumchlorid in das Bett mit einer Eintrittsgeschwindigkeit von 18 bis 90 m/s einführt, wobei die Bettemperatur auf unter 110 C gehalten wird und ein Anteil an kondensierten Aluminiumchloridteilchen abgezogen wird.