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z PROOESK D'KVAPOm'IOM DB TRIHALOOENURl3 D'ALUMINIUM ri.
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la présente invention conc6pne l'évaporation des trïhalogénures d'aluminium, oe terme n'englobant, dans la présente description, que le triohlorure d'aluminium et le tribromure d'aluminium Selon une particularité très Importante l'invention concerne un procède et un appareil
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pour évaporer le 1;
1'1011101'ul'8 d'aluminium à partir de l'état Bolide, et deu méthodes ootuportant ce procède dldvaporation pour purifier le tri chlorure (l'aluminium gazeux dans la distillation dea eoua-haloadnurea pour la récupération de l'aluainium d'un métal qui en contient* L'úvaporation du tt'1ohlorurct d'aluminium (o'".t....- dire A101,) à partir d'un état non gazeux comporte des difficultés exceptionnelles en r&leon des propriétés physique$ pGrt1ou11rvo de ce oolë Bien qu'on pu:
1.ual produire du tri- ohlorurs d'aluminium güuux par utiblituuticti directe à partir de l'état solide, pur chauffage externe d'une manas de parti- cules de chlorure d'aluminium solide, cette sublimation est
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inddoirablement inefficace des pointa de vue consommation d'énergie et vitesse d'évaporation parce que les taux de transmission de chaleur dans le trichlorure d'aluminium solide sent médiocres. L'évaporation à partir de l'état liquide pur ne peut s'effectuer qu'en opératn dans des conditions spéciales de température et pression élevées au-des-
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eue de ce qu'on appelle le point triple.
De plucej cette dernière technique exige un chauffage externe) et le résidu
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non volatil a tendance z s'accumuler sou la forme d'une poudre ou d'une crotte sur la surface de chauffe, réduisant
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le taux de transmission de chaleur au liquide à partie de la surface de ouautte avec une diminution correspondante de
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la vitesse d'évaporation et une consommation d'énergie inefficace
L'évaporation du trichlorure d'aluminium à partir - d'un état non gazeux est importante pour diverses Opération$ industrielle.. Un cas dans lequel son exécution économique et facile cet particulièrement souhaitable se rencontre à propos de la production de l'aluminium
métallique purifié à partir des alliages brute contenant de l'aluminium ou d'au- tres matières métalliques impures contenant de l'aluminium par le procédé de distillation des sous-halogénures Ce dernier procédé) selon la pratique actuellement préférée, fait intervenir une réaction de l'alliage avec le triohlorure d'aluminium gazeux.
Ainsi, le trichlorure d'aluminium gazeux est introduit dans une masse chauffée de l'alliage, à une température comprise entre 1.000 et 1.400 C dans un oonver'- tisseur ou un four, de préférence sous forme d'un courant continu de gaz$ A un étage ultérieur du système de distilla- tion, du trichlorure d'aluminium gazeux est décharge; pour des raisons de commodité et d'économie des opérations, ce dernier gaz est, conformément aux techniques classiques, recycle dans le convertisseur pour y être utilisé de nouveau.
Toutefois, le chlorure d'aluminium gazeux, tel qu'il est déchargé du condenseur de décomposition du système de distillation, contient des impuretés gazeuses comme l'hydro- gène qui ont tendance à N'accumuler quand le gaz est recycle à de nombreuses reprises, nuisant à l'efficacité du procédé de distillation. Il est donc avantageux de traiter le gaz, ou au moins une partie du gaz, avant de le ramener dans le convertisseur, pour en enlever ces impuretés et empêcher ainsi l'accumulation d'impuretés nuisibles dans le gaz.
Cette purification peut être réalisée un condensant le trichlorure d'aluminium à l'état non gazeux et en le re-éva- porant ensuite pour le ramener à l'état gazeux dans le
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convertisseur en sous-halogénure; lori impuretés, restant à l'état gazeux, sont chassées quand le trichlorure d'alu- minium se condense.
Les avantages de ce procédé de purifi- cation des points de vue facilita et économie des opérations ont toutefois été limites jusqu'ici par la difficulté et l'inefficacité des techniques nécessaires pour effectuer la re-évaporation désirée du trichlorure d'aluminiu,
La présente invention a précisément pour but de fournir un procédé et un appareil pour effectuer l'évapora- tien du triohlorure d'aluminium à partir d'un état non gazeux d'une manière facile et économique avec une efficacité avantageusement améliorée des pointe de vue consommation de chaleur et vitesse d'évaporation* Un but supplémentaire cet de fournir un procédé pour effectuer la purification du trichlorure d'aluminium gazeux dans un système de distillation de sous-halogénure d'aluminium par condensation et re-évapora- tion du gaz d'une manière impie, commode et efficace, ce procédé pouvant être mis an oeuvre d'une façon sensiblement continue.
Dans ce but et dans d'autres, selon le procédé de l'invention, on forme un bain de sels fondus conducteur de l'électricité contenant du trichlorure d'aluminium et au moins un autre halogénure de métal et on fait passer un courant alternatif dans le bain entre des électrodes qui y sont disposées.Le passage de ce courant fournit au bain un chauffage direct par résistance interne, le portant 4 une température à laquelle une certaine proportion du trichlorure d'aluminium présent s'évapore.
La conductivité électrique du bain, permettant un chauffage direct par résistance interne du triohlorure d'aluminium présent, est réalisée en mélangeant a ce trichlorure d'aluminium un autre ou plusieurs autres sels conducteurs de l'électricité Boue la forme d'une masse fondue* Ce chauffage direct par réel .
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tanoe interne évite les pertes d'échange do uhalour que comporte le chauffage externe d'une masse de chlorure d'alu- minium liquide ou solide et aboutit 4 une efficacité nota-
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blement supérieure.
L'evaporation peut a 'effectuer noue la pression atmosphérique ou sous des prenions plue fortes, ou même sous des pressions plue faibles si on le désire*
Dans le mode de mise un oeuvre préféré de l'Invention, et en particulier pour une opération continue ou prolonge, le mélange fondu et conducteur de 1'électricité de trichlo- rure d'aluminium et d'un autre ou plusieurs autres sein est d'abord formé, et on y incorpore ensuite une quantité
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"Up;léLiontaire de triohioruce d'aluminium (par exemple à ildtat oulîde)âdvaporeri augmentant la proportion de tri- ohlorure d'aluminium dans le méllmge.
A mesure que lf6vupora- tion ne produit sous l'effet du ahuu.t'.,'agú pur le aourant électrique passant à travers le mélange, la teneur en tri-
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chlorure d'aluminium est reconpldtdo par addition de petites quantités supplémentaires de trichlorure d'aluminium. Ainsi, un mélange fondu de trichlorure d'aluminium et d'un autre sel ou d'autres sels peut être utilisa d'une manière continue pendant une période illimitée en effectuant l'évaporation
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de très -rundeu quantités de trichlorure d'aluminium.
Dans des aupeota plus particuliers, l'invention prévoit encore un procédé pour purifier le trichlorure d'alu-
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minium gazeux sortant d'un syot-me de distillation de nouo- hulûijénure J'alumJni=j dans lequel ae trouve incorporée la nouvelle technique d'évaporation décrite ci-dessus. Dans ce procédé de purification, le gaz impur déchargé est soumis
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à une condensation, de façon que le trichlorure d'eluminium présent dans le gaz passe à l'état solide, tandis que les impuretés, restant à l'état gazeux, sont séparées et élimi- nées,
Le trichlorure d'aluminium solide est ensuite introduit
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dune un bain de oulu fondus composé de trichlorure d'aluminiur
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et d'un autre ou d'autres sala, dans lequel le sel solide se dissout. Le passage d'un courant électrique alternatif à
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travers le bttiA fournit la chaleur nécessaire pour re-dvaporet le trîchlorure d'aluminium de la manière décrite précédemment ce trichlorure d'aluminium pouvant être recycla dans le convertisseur du système du diutillation,
par exemple après .été avoir/cl1auffÓ à la température voulue pour y être utilisé de nouveau*
D'autres particularités et avantagea de l'inven- tion résulteront encore de la description ci-après
Aux dessine annexée donnée à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue un peu simplifiée d'un .va- porateur agencé conformément à la présente invention,
- la figure 2 est une coupe longitudinale dans le plan mddian de l'évaporateur de la figure il
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" la figure 3 uat une vue schématique d'un oystèle utilisable pour purifier et recycler le ohlorure d'aluminium gazeux dans un système de distillation de cous-haloednuret conformément à la présente invention,comprenant l'évapora- teur des figures 1 et 2, représenté en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2.
Dans le mode de réalisation représenté sur les dessinsl'évaporateur comprend un récipient en acier 10 étanche aux gaz, supporté sur des pieds 40 et comportant
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un revêtement intérieur en matière rdtructaire 11 délimitant une région intérieure 12 prévue pour être remplie d'un mélange de solo fondus chauffe, jusqu'au niveau indiqué sur
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les figures 2 et 3 la partie spJr1eure du récipient 10 est entourée extérieurement par une couche d'isolation thermique classique 15.
par exemple de fibre de verre*
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Plusieurs éloutrbaosi formées chacune d'une matière convenable pour Mleotrodes, comme le graphite ou de pr't6-
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ronce d'un métal (par exemple un acier doux ou des alliages d'acier), et représentées sous la forme d'une paire d'éleo- trodes 17 et 18, sont placées à des positions mutuellement espacées dans le récipient 10 pour être plongées dans le mélange de sels fondus. Ainsi qu'on le voit, les électrodes 17 et 18 sont suspendues à des barres d'acier ou à des conducteurs 20 et 21 maintenus rigidement par des colliers de support 23 et 24 isolée électriquement et places (avec des garnitures étanches aux gaz) dans le toit du récipient 10.
Les électrodes sont connectées électriquement par les conducteurs 20 et 21 à une source de courant classique con- ventionnellemont représentée en 26.
Pour l'introduction du trichlorure d'aluminium solide dans le Mélange fondu, on a représenté un dispositif d'alimen- tation à vis 28, à axe horizontal, de -type classique, entouré par une enveloppe 29 de façon à maintenir l'étanchéité du ré- servoir 10, et prévu pour faire avancer le tchlorure d'a- luminium solide dans le récipient 10 par un,orifice d'alimen- tation 31. L'orifice 31se trouve 4 une position telle dans le toit du récipient 10 que le trichlorure d'aluminium solide qui avance jusqu'à lui tombe par gravité dans la mélange fondu contenu dans la région 12.
Un conduit de sortie de gaz 32 (représenté sur la figure 3) est aussi prévu pour le récipient 10, débouchant au-dessus du niveau du mélange fondu dans le récipient et prévu pour évacuer du récipient le trichlorure d'aluminium évaporé.
Pour permettre d'accéder 4 l'intérieur du récipient, pour les nettoyages et les opérations du même jenre, un trou d'himme à couvercle 34 est prévu dans la partie supérieure du récipient; y sont également prévues une soupape de sû= reté 35 pour relâchement de pression (pour empêcher l'éta- blissement d'une dangereuse pression deu gaz 4 l'intérieur du
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récipient Normalement fermée, et une autre soupape normalement formée 37 par laquelle un thermooouple peut être Introduit, si on le désire, pour déterminer ou contrôler les conditions de température dans le récipient.
Un serpentin de refroidis- sement à circulation de fluide, représenté en 38 et de type classique, est placé sur la surface extérieure de la partie inférieure du récipient 10 pour refroidir cette surface et ainsi congeler tout sel fondu qui peut pénétrer dans les joints du revêtement réfractaire 11 (c'est-à-dire pour empê- cher le sel fondu de venir en contact avec la paroi en acier du récipient). De plus, un bouchon de vidange 39 est prévu dans le fond du récipient,pour éliminer le sel fondu ,quand c'est nécessaire,
Avec un évaporateur du type représenté, le procède de la présente invention est la en oeuvre en formant un mélange fondu et conducteur de trichlorure d'aluminium et d'un autre sel ou d'autres sole dans la région 12 du récipient
10.
Le sel ou les sels constituant ce mélange (autres que le trichlorure d'aluminium) sont choisis de façon à consti. tuer un bain fondu stable ayant une bonne conductivité électrique et un bas point de fusion, et de type non volatil (de façon qu'ils ne s'évaporent pas avec le trichlorure d'aluminium), Les sels utilisables à cet effet comprennent les chlorures de métaux alcalins, comme par exemple le chlorure de potassium et le chlorure de sodium, qui semblent particulièrement utilisables, et aussi le chlorure de lithium, de rubidium ou de césium.
Ainsi, le mélange fondu utilisé p eut être un mélange binaire de trichlorure d'aluminium et de chlorure de potassium ou une composition d'un plus r&nd nombre de composants, comme pur exemple un mélange ternaire de trichlorure d'aluminium, ohlorure de potassium et chlorure de sodium; toutefois, il est actuellement préféré d'utiliser un mélange binaire de triohlorure d'aluminium et de chlorure
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de sodium, en particulier un raison du bas prix de ce dernier
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bole et pur conodquent la mise on oeuvre do l'invention aéra décrite, ici, an utiliul\t1 un tel indliiiieu, étant bian ntendu que Il t n.utrur4 indlatailpeu de le ainsi qu'on l'a indiqua, peuvent:
étre u111u'D augui vuu1la minu en couvre, du orooddé selon 1'invention. Le mélange trichlorure d'aluminium.. chlorure de sodium utilisé contient au moins 50 moles pour
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cent de triohlorure d'aluminium (o'est-h-dire 50 moles de trioliloruef d'aluminium pour 50 moles do chlorure de sodium) et il a un point do fusion coml)rîc etltt-u 110*0 aviron et 190*0 environ et un point dtdbullition (pour évaporation de A1033) allant de moine do 200*0 z 700000 suivait le propor- tions pvt1gulivup utill4dout L'tixprtgtànion "point dfdbulli- tion" tot utiliudu, loi, pour du1antc 3a t atp4râture k laquelle le trichlo rurg d'aluminium commence à bouillir.
La proportion de trichlorure d'aluminium est prévue oomme dlant jusqu'à et môme au-delà de 82 moles pour cent (le système
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1;aCI-AlOl3ce sépare alors en deux phases, mais est encore utilisable),maie contenant toujours une quantité de chlorure de sodium suffisante (qu'on peut facilement trouver par des
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essais) pour assurer la conduatïvité électrique désirée. iÀe 1I1élan;
e de sels fondus ainsi placé dans la région 12 remplit oettu rion jusqu'à un niveau tel que les dlon- trodon 17 et le nu trouvunt plongées dans lu mélange On fait alors passer un courant électrique alternatif dans le mélange entre les électrodes, chauffant directement le mélange
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(Qleet-à-dire le chauffant par résistance interne) à une teinpdrature 4 laquelle le trichlorure d'aluminima n'évapore du mélange Le tricitlorurs d'aluminium solide sous une forme divisée est introduit d'une façon pratiquement continue dans
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oe mélange chauffé par l'or1t1o" 31y par l'action du dispo-' sitît d< alimentation à via 281 le tr:1ohlorut'o d'aluminium
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solide Introduit fond dans le mélange, aul5'inanttmt la propor- tion det trichlorure d'aluminium danu ou mdlatieo.
Tttiidia qu 'jatte opération ce pournuit, dfinu de oonditionu npmmadiw <l liventlioli (pur axutttple uouu la praoaion o.'t,lIlotJpnÓr1que, ou Houa une premalon p3ua forte t ou même ou une preaoïon plue faible oï on le désire)) le chauffage par résistance du mélange fondu évapora le trichlorure d'aluminium du mélange et la vitesse d'introduction du trichlorure d'alu- minium dans la mélange cet sensiblement équilibrée avec cette
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dVt.1l1C1X't\t.:I.on du façon maintenir une proportion à pou pvhe constante de trlohlorure d'aluminium dans le mélange Le triohiorure d'aluminium gaiseux ainsi produit tort par le conduit do aoî?ti9 'M paup pêtze utilisé oûwrne on le <.t6cs1ro.
(JPIrIJtlO Io }'t$Q1J,1hn 10 eut dttinultu uux ;UI et QutllJI1U lac oonstituUlt8 du I!1dlanBe 13 autres que le chlorure d'aluminium ne sont pas volatils aux teI:1pératures de fonctionnement de l'évaporateur, le tri chlorure d'aluminium gazeux produit est pratiquement pur et non pollud par d'autres gaz.
Un système de purification du trichlorure d'aluminium gazeux utilisable avec un système de distillation de nous- halogénure d'aluminium, et dans lequel se trouve incorporée
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la nouvelle technique d'évapocat1on de la présente Invention, est repréeentd goh6mu.t1qu.m\lh our la figure 3s sur cette figure, un eY8tme de distillation de &ou#-halogdnure classique est représenta par un oonvertioaeur 44 et un appareil de décomposition 45, Le convertisseur est une chambre verticale, dans laquelle on fait arriver une matière impure contenant de l'aluminium,
telle qu'un alliage brut obtenu par réduction directe de la bauxite par le charbon noue forme de petite Morceaux ou de granule,. En descendant
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à travers la chambre du convertîtueurp l'alliage brut cet chauffe par une résistance 1:
. terne au moyen d'un courant électrique provenant d'une source classique de courant 46,
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et il est exposé à un courant ascendant de trichlorure d'aluminium gazeux introduit à l'extrémité intérieure du convertisseur à une température élevée, de préférence à 1.300'C environ. Ce gaz réagit avec l'aluminium de l'alliage brut dans le convertisseur pour former un monochlorure d'alu- minium (c'est-à-dire A1C1) qui sort en mélange avec le triohlorure d'aluminium à la région supérieure du convertis- seur et passe à l'appareil de décomposition.
Dans l'appareil do décomposition, le mélange gazeux du convertisseur est refroidi et le monochlorure d'aluminium présent subit une réaction inverse, produisant de l'aluminium métallique qui se condense et du triohlorure d'aluminium qui reste dans la phase gazeuse. La phase gazeuse sortant de l'appareil de décomposition peut contenir des impuretés telles que de l'hydrogène, ou quelquefois du méthane, qu'on peut appeler "gaz permanents", Oeux-oi sont produits dans le système en raison de l'introduction d'eau dans le système avec les matières de charge.
Dans le système do purification de la figure 3, la totalité de la phasegaleuse sortant de l'appareil de décom- position est passée à un condenseur 48, dans lequel le triohlorure d'aluminium est condensé à l'état solide, tout en laissant dans la phase gazeuse les impuretés polluantes mentionnées ci-dessus! ces impuretés gazeuses sont commodé- ment enlevées du condenseur par une sortie 49.
Le condenseur peut être de type classique et comporter dea raoleurs pour enelever le trichlorure d'aluminium solide condense, qui tombe alors dans une trémie 50 communiquant à son extrémité infé- rieure avec le dispositif d'alimentatrion à vis 28 de l'évapo- râleur. L'extrémité inférieure de la trémis 50 est repré- sentée comme munie d'une vanne à passage direct 52 mobile de façon à fermer la trémieà uette extrémité si on le désir ,
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Avec la vanne 52 fermée, le trichlorure d'aluminium solide tombant dit condenseur s'accumule dans la trémie 50.
Quand la vanne est ouverte, le trichlorure d'aluminium tombe jus- qu'au dispositif d'alimentation à via 28, qui le fait entrer par l'orifice 31 dans le récipient 10 de l'évaporateur
L'évaporateur eat rempli d'un mélange fondu de tri- chlorure d'aluminium et de chlorure de sodium contenant au moine 50 moles pour cent de trichlorure d'aluminium, chauffe par passage de courant électrique alternatif à travers luit Le trichlorure d'aluminium gazeux produit par évaporation à partir du mélange bort par un conduit de sortie 32 et est amenéà un réchauffeur 54, qui porte la température de ce gaz à une valeur convenable pour introduction dans le conver- tisseur 44.
Avec ce système, le procédé de purification continue de la présente invention est mie en oeuvre en faisant avancer continuellement la totalité du trichlorure d'aluminium gazeux pollué sortant de l'appareil de décomposition 45 vers le condenseur 48,
On comprendra, évidemmentque bien que le prooééé soit représenté comme traitant le courant entier de triohlo- rure d'aluminium gazeux sortant de l'appareil de décomposition la majeure partie du courant de trichlorure d'aluminium gazeux déchargé peut être recyclée directement dans le convertisseur, et que seulement une partie assez faible du courant est purifiée,
par exemple une proportion du chlorure d'aluminium gazeux déchargé total contenant une quantité d'impuretés égale à la quantité d'impuretés ajoutée au courant entier de gaz chaque fois que le gaz est recyclé à travers le convertisseur De cette manière,
la quantité d'impuretés gazeuses dans le courant de trichlorure d'aluminium peut être maintenue à un niveau sensiblement constant et peu élevé
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Comme exemple un récipient d'évaporateur ayant un espace de 90 em de large sur 120 ont de long rempli aux une
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hauteur de 45 ara d'un m61nngo tondu de triohiorure d'aluminium et de chlorure de sodium contenant au moins 55 moles pour cent de chlorure d'aluminium est chauffa par passage d'un courant électrique alternatif à travers le mélange pour évaporer le trichlorure d'aluminium, fournissant le trichlo- rure d'aluminium gazeux à la température de 490 C,
qui est à peu près la température à laquelle le bain est chauffa* On introduit dans le mélange fondu (par le dispositif
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d'alimentation h vis 28) 454 kg de trichlorure d'aluminium par heure et on évapore du Mélange 454 kg de triohlorure d'aluminium gazeux par heures une presuion interne de 760 mm de mercure étant maintenue dans l'évaporateur. Dans ces
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w ao7,'tihôr'é''Pd'r" !t'i lfd6 11 "éva.[loration, là pù, ïnâa nécessaire est d'environ 94 Kw, en utilisant un courant alternatif 60 périodes à 106 volts.
Le procédé et l'appareil de la. présente invention ont été décrits ci-dessus comme utilisés pour évaporer le trichlorure d'aluminium prévu dans un état solide initial, en fondant le sel solide dans le mélange de sels fondus et en évaporant le trichlorure d'aluminium de ce dernier. Toutefois, la présente invention peut être utilisée aussi pour évapora- tion de trichlorure d'aluminium liquide, arrivant dans l'éva- porateur en mélange fondu avec un autre sel.
Par exemple un mélange fondu de triohlorure d'aluminium et de chlorure de sodium peut être recyold entre l'évaporateur et une %on$ de condensation dans laquelle il est exposé au triohlorure
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d'aluminium gazeux et se trouve a une température laquelle il absorbe le trichlorure d'aluminium de la phase gazeuse, dans un système de purification de trichlorure d'aluminium
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gazeux.
Dans la one de condensation, le trichlorure d'élu-
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minium gazeux provenant d'une atmosphère de chlorure d'alumi- nium polluée est absorba dans le mélange fondu, augmentant
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la teneur en trichlorura d1 aluminium de qe dernier mélange* le mélange est ensuite l.:ondu1 t hl' ôval.Ol't\teur (dans lequel quand il est ainsi utilisé, le dispositif d'alimentation 28 et l'orifice d'alimentation 31 sont remplaces par des conduite t'entrée et de sorite convenables pour le mélange fondu),où
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une partie du trichlorure d'aluminium est re-évaporée de la manière décrite oï-dessua.
De l'évaporateur, le mélange de sole fondur (maintenant pauvre en chlorure d'aluminium) est envoya, à travers une zone de refroidienementf à la zone de condensation , arrivant dans cette dernière zone à une température nouez basse, pour qu'il absorbe de nouvelles quantités de trichlorure d'aluminium gazeux,
Bien que l'invention soit d'une importance exception-
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nelle et r6colve deu problèmes tiljù ulaux quand on l'utilise pour évaporer le chlorure d'aluminium, le procède et l'appa- reil décrits sont avantageusement utilisables dans le eau de
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l'évaporation du tribromure d'aluiaibiium, AlBr3, On comprendra que cette substance est utilisable dans le procède de distillation de Bous-hloénure ,
la place du trichlorura d'aluminium.Ainsi qu'on l'a indiquele tri bromure d'alu- minium peut être efficacement évaporé en faisant passer un courant à travers un mélange fondu de ce sel avec un ou plusieurs bromures de métaux alcalins comme le bromure de sodium ou le bromure do potassium. De cette manière,on forme une masse liquide ayant une conductivité leotr1que convenable, et on peut chasser par ébullition d'une façon satisfaisante le tribronure d'aluminium dana des conditions
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et avec des avantages aïmilaïrei3 b ceux du cas du trichlorure d'aluminium. Le même appareil est utilisable,
et les techniques de traitement et de recyclage du tribromure
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d'aluminium dans un procédé de distillation de sous-halogé- nure conviennent, y compris l'opération d'évaporation spé- cifiée,
REVENDICATIONS 1,- Procédé d'évaporation d'un trihalogénure d'aluminium, comme défini ici, caractérisé en ce qu'il con- sisteà former un mélange de sels fondue conducteur de l'élec- tricité contonant un trihalogéure d'aluminium comme consti- tuant et à chauffer ce mélange par passage à travers lui d'un courant électrique alternatif.
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the present invention relates to the evaporation of aluminum trihalides, oe term encompassing, in the present description, only aluminum triohloride and aluminum tribromide According to a very important feature, the invention relates to a method and an apparatus
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to evaporate the 1;
1'1011101'ul'8 of aluminum from the Bolide state, and two methods ootuporting this process of evaporation to purify the tri chloride (the gaseous aluminum in the distillation of the oua-haloadnurea for the recovery of the aluminum from 'a metal which contains it * The evaporation of tt'1ohlorurct aluminum (o' ". t ....- say A101,) from a non-gaseous state involves exceptional difficulties in terms of physical properties $ pGrt1ou11rvo of this oolë Although we could:
1.ual produce aluminum tri-ohlorurs güuux by direct utiblituuticti from the solid state, pure external heating of a manas of solid aluminum chloride particles, this sublimation is
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Inddorably inefficient from the point of view of energy consumption and rate of evaporation because the heat transfer rates in solid aluminum trichloride smell poor. Evaporation from the pure liquid state can only be carried out by operation under special conditions of temperature and pressure elevated above
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had what is called the triple point.
De plucej the latter technique requires external heating) and the residue
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non-volatile tends to accumulate as a powder or droppings on the heating surface, reducing
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the rate of heat transmission to the liquid from the surface of the upper surface with a corresponding decrease in
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evaporation rate and inefficient energy consumption
Evaporation of aluminum trichloride from a non-gaseous state is important for various industrial operations. A case in which its economical and easy execution is particularly desirable in connection with the production of aluminum.
metal purified from crude aluminum-containing alloys or other impure metal materials containing aluminum by the subhalide distillation process This latter process) according to presently preferred practice, involves a reaction of the alloy with gaseous aluminum triohloride.
Thus, the gaseous aluminum trichloride is introduced into a heated mass of the alloy, at a temperature of between 1,000 and 1,400 ° C. in a converter or an oven, preferably in the form of a continuous stream of gas. At a later stage of the distillation system, aluminum trichloride gas is discharged; for reasons of convenience and economy of operations, this latter gas is, in accordance with conventional techniques, recycled in the converter to be used again there.
However, the gaseous aluminum chloride, as discharged from the decomposition condenser of the distillation system, contains gaseous impurities such as hydrogen which tend to accumulate when the gas is recirculated numerous times. , affecting the efficiency of the distillation process. It is therefore advantageous to treat the gas, or at least part of the gas, before returning it to the converter, in order to remove these impurities therefrom and thus prevent the accumulation of harmful impurities in the gas.
This purification can be carried out by condensing the aluminum trichloride in the non-gaseous state and then re-evaporating it to bring it back to the gaseous state in the gas.
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converter to subhalide; These impurities, remaining in the gaseous state, are expelled when the aluminum trichloride condenses.
The advantages of this purification process from the point of view of ease and economy of operation, however, have heretofore been limited by the difficulty and inefficiency of the techniques required to effect the desired re-evaporation of aluminum trichloride.
It is precisely the object of the present invention to provide a method and apparatus for effecting the evaporation of aluminum triohloride from a non-gaseous state in an easy and economical manner with advantageously improved efficiency. heat consumption and evaporation rate * A further object is to provide a process for effecting the purification of gaseous aluminum trichloride in a distillation system of aluminum subhalide by condensation and re-evaporation of gas from in an unholy, convenient and efficient manner, this process being capable of being carried out in a substantially continuous fashion.
For this and other purposes, according to the process of the invention, an electrically conductive molten salt bath is formed containing aluminum trichloride and at least one other metal halide and an alternating current is passed. in the bath between electrodes arranged therein. The passage of this current provides the bath with direct heating by internal resistance, bringing it to a temperature at which a certain proportion of the aluminum trichloride present evaporates.
The electrical conductivity of the bath, allowing direct heating by internal resistance of the aluminum triohloride present, is achieved by mixing this aluminum trichloride with another or more other electrically conductive salts Mud in the form of a melt * This direct heating by real.
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internal tanoe avoids the losses of uhalour exchange involved in the external heating of a mass of liquid or solid aluminum chloride and results in notable efficiency.
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significantly higher.
Evaporation can be carried out at atmospheric pressure or under higher pressure, or even under lower pressure if desired *
In the preferred embodiment of the invention, and in particular for continuous or extended operation, the molten and electrically conductive mixture of aluminum trichloride and one or more other breasts is d. 'first formed, and then a quantity
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"Up; aluminum triohloride leLiontaire (for example in uldtat) to evaporate increasing the proportion of aluminum triohloride in the mixture.
As the vaporization does not produce under the effect of the ahuu.t '. The electric current passing through the mixture, the content of tri-
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Aluminum chloride is reconpldtdo by adding small additional amounts of aluminum trichloride. Thus, a molten mixture of aluminum trichloride and another salt or other salts can be used continuously for an unlimited period by effecting the evaporation.
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very large amounts of aluminum trichloride.
In more specific aupeota, the invention also provides a process for purifying aluminum trichloride.
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gaseous minimum coming out of a syot-me of distillation of nouo-hulûijénure J'alumJni = j in which ae found incorporated the new evaporation technique described above. In this purification process, the discharged impure gas is subjected
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to condensation, so that the aluminum trichloride present in the gas changes to the solid state, while the impurities, remaining in the gaseous state, are separated and eliminated,
The solid aluminum trichloride is then introduced
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a bath of molten oulu composed of aluminum trichloride
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and another or other sala, in which the solid salt dissolves. The passage of an alternating electric current to
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through the bttiA provides the heat necessary to re-evaporate the aluminum trichloride in the manner previously described this aluminum trichloride can be recycled in the converter of the diutillation system,
for example after having been / cl1auffÓ at the desired temperature to be used again *
Other features and advantages of the invention will result from the following description.
In the accompanying drawings given by way of non-limiting examples - Figure 1 is a somewhat simplified view of a .va- porator arranged in accordance with the present invention,
- Figure 2 is a longitudinal section in the mid-plane of the evaporator of Figure it
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"Figure 3 is a schematic view of an oystele usable for purifying and recycling gaseous aluminum chloride in a cous-haloednuret distillation system in accordance with the present invention, comprising the evaporator of Figures 1 and 2, shown in section on line 3-3 of Figure 2.
In the embodiment shown in the drawings the evaporator comprises a gas-tight steel vessel 10, supported on legs 40 and having
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an inner lining of structural material 11 delimiting an inner region 12 intended to be filled with a mixture of heated molten solos, up to the level indicated on
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Figures 2 and 3 the spJr1eure part of the container 10 is surrounded on the outside by a conventional thermal insulation layer 15.
for example of fiberglass *
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Several elutrbaosi each formed from a material suitable for Mleotrodes, such as graphite or pr't6-
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burl of a metal (e.g. mild steel or steel alloys), and shown as a pair of electrodes 17 and 18, are placed at mutually spaced positions in vessel 10 to be immersed in the mixture of molten salts. As can be seen, the electrodes 17 and 18 are suspended from steel bars or from conductors 20 and 21 held rigidly by support collars 23 and 24 electrically insulated and placed (with gas-tight gaskets) in container roof 10.
The electrodes are electrically connected through conductors 20 and 21 to a conventional conventional current source shown at 26.
For the introduction of solid aluminum trichloride into the molten mixture, there is shown a screw feed device 28, with horizontal axis, of conventional type, surrounded by a casing 29 so as to maintain the seal. from tank 10, and adapted to advance solid aluminum chloride into container 10 through a supply port 31. Port 31 is so positioned in the roof of container 10 that the solid aluminum trichloride which advances up to it falls by gravity into the molten mixture contained in region 12.
A gas outlet pipe 32 (shown in FIG. 3) is also provided for the container 10, opening above the level of the molten mixture in the container and provided for discharging the evaporated aluminum trichloride from the container.
To allow access to the interior of the container, for cleaning and related operations, a cover hole 34 is provided in the upper part of the container; Also provided is a safety valve 35 for pressure relief (to prevent the build-up of a dangerous gas pressure 4 inside the cylinder.
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normally closed vessel, and another normally formed valve 37 through which a thermoouple can be introduced, if desired, to determine or control temperature conditions in the vessel.
A circulating fluid cooling coil, shown at 38 and of a conventional type, is placed on the outer surface of the lower portion of vessel 10 to cool this surface and thereby freeze any molten salt which may enter the joints of the coating. refractory 11 (ie to prevent molten salt from coming into contact with the steel wall of the vessel). In addition, a drain plug 39 is provided in the bottom of the container, to remove molten salt, when necessary,
With an evaporator of the type shown, the process of the present invention is carried out by forming a molten and conductive mixture of aluminum trichloride and another salt or other hearth in region 12 of the vessel.
10.
The salt or salts constituting this mixture (other than aluminum trichloride) are chosen so as to constitute. kill a stable molten bath having good electrical conductivity and low melting point, and non-volatile type (so that they do not evaporate with aluminum trichloride), Salts suitable for this purpose include chlorides alkali metals, such as for example potassium chloride and sodium chloride, which seem particularly useful, and also lithium chloride, rubidium or cesium.
Thus, the molten mixture used could be a binary mixture of aluminum trichloride and potassium chloride or a composition of a more r & nd number of components, as a pure example a ternary mixture of aluminum trichloride, potassium chloride and sodium chloride; however, it is presently preferred to use a binary mixture of aluminum triohloride and chloride
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sodium, in particular a reason for the low price of the latter
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bole and pure conode the implementation of the invention aera described here, in use of such an indliiiieu, being well understood that it tn.utrur4 indlatail little as it was indicated, can:
be u111u'D augui vuu1la minu covers, orooddé according to the invention. The mixture of aluminum trichloride .. sodium chloride used contains at least 50 mol for
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cent of aluminum triohloride (i.e. 50 moles of aluminum triol per 50 moles of sodium chloride) and it has a melting point of coml) rîc etltt-u 110 * 0 rowing and 190 * 0 approximately and a boiling point (for evaporation of A1033) ranging from monk of 200 * 0 to 700000 followed the propor- tions pvt1gulivup utill4dout L'tixprtgtànion "point of boiling" early utiliudu, law, for 1antc 3a tatp4rature at which the aluminum rurg begins to boil.
The proportion of aluminum trichloride is expected to drop up to and even beyond 82 mole percent (the system
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1; aCl-AlOl3ce then separates into two phases, but is still usable), but still contains a sufficient quantity of sodium chloride (which can easily be found by
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tests) to ensure the desired electrical conduativity. iÀe 1I1elan;
e of molten salts thus placed in region 12 fills the oettu rion to a level such that the dlontrodon 17 and the nu found plunged into the mixture. An alternating electric current is then passed through the mixture between the electrodes, heating directly The mixture
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(Qleet the heater by internal resistance) to a temperature 4 in which the aluminima trichloride does not evaporate from the mixture The solid aluminum tricitloride in a divided form is introduced almost continuously into the mixture.
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oe mixture heated by the or1t1o "31y by the action of the supply device via 281 the tr: 1ohlorut'o aluminum
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solid Introduced into the mixture melts, including the proportion of aluminum trichloride in the mixture.
Tttiidia qu 'jatte operation this night, defined as oonditionu npmmadiw <l liventlioli (pure axutttple uouu la praoaion o.'t, lIlotJpnÓr1que, or Houa a premalon p3ua strong t or even or a preaoïon more weak where desired)) heating by resistance of the molten mixture evaporated the aluminum trichloride from the mixture and the rate of introduction of the aluminum trichloride into the mixture this substantially equilibrated with this
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dVt.1l1C1X't \ t.: How to maintain a constant proportion of aluminum trlohloride in the mixture The cheerful aluminum triohioride thus produced wrongly by the auoî? ti9 'M paup pêtze pipe used oûwrne it <.t6cs1ro.
(JPIrIJtlO Io} 't $ Q1J, 1hn 10 had dttinultu uux; UI and QutllJI1U lac oonstituUlt8 du I! 1dlanBe 13 other than aluminum chloride are not volatile at teI: 1evaporator operating times, tri chloride of gaseous aluminum produced is practically pure and unpolluted by other gases.
A gaseous aluminum trichloride purification system usable with a US aluminum halide distillation system, and in which is incorporated
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the new evaporative technique of the present invention, is shown in Figure 3s in this figure, a conventional & or # -halide distillation eY8tme is represented by an oonverter 44 and a decomposition apparatus 45 , The converter is a vertical chamber, into which an impure material containing aluminum is fed,
such as a crude alloy obtained by direct reduction of bauxite by coal forms small pieces or granules ,. Coming down
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through the converter chamber, the raw alloy is heated by a resistance 1:
. dull by means of an electric current from a conventional current source 46,
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and it is exposed to an ascending stream of gaseous aluminum trichloride introduced at the inner end of the converter at an elevated temperature, preferably at about 1300 ° C. This gas reacts with the aluminum of the crude alloy in the converter to form an aluminum monochloride (i.e. A1C1) which exits mixed with the aluminum triohloride at the upper region of the converts. - sor and goes to the decomposition apparatus.
In the decomposition apparatus, the converter gas mixture is cooled and the aluminum monochloride present undergoes a reverse reaction, producing metallic aluminum which condenses and aluminum triohloride which remains in the gas phase. The gas phase coming out of the decomposition apparatus may contain impurities such as hydrogen, or sometimes methane, which may be referred to as "permanent gases". These are produced in the system due to the introduction. of water in the system with the load materials.
In the purification system of Figure 3, all of the equalizing phase leaving the decomposition apparatus is passed to a condenser 48, in which the aluminum triohloride is condensed in the solid state, while leaving in the gas phase the polluting impurities mentioned above! these gaseous impurities are conveniently removed from the condenser through an outlet 49.
The condenser may be of the conventional type and include stirrers for removing the condensed solid aluminum trichloride, which then falls into a hopper 50 communicating at its lower end with the screw feed device 28 of the evaporator. . The lower end of the hopper 50 is shown as provided with a through valve 52 movable so as to close the hopper at this end if desired,
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With the valve 52 closed, the solid aluminum trichloride falling, said condenser, accumulates in the hopper 50.
When the valve is open, the aluminum trichloride falls to the feeder via 28, which feeds it through port 31 into the evaporator vessel 10.
The evaporator is filled with a molten mixture of aluminum trichloride and sodium chloride containing 50 mole percent aluminum trichloride, heated by passing an alternating electric current through it. gas produced by evaporation from the mixture borts through an outlet duct 32 and is fed to a heater 54, which brings the temperature of this gas to a value suitable for introduction into the converter 44.
With this system, the continuous purification process of the present invention is carried out by continuously advancing all of the polluted gaseous aluminum trichloride leaving the decomposition apparatus 45 towards the condenser 48,
It will be understood, of course, that although the prooeae is shown to treat the entire stream of gaseous aluminum triohloride leaving the decomposition apparatus most of the stream of aluminum trichloride gas discharged can be recycled directly to the converter, and that only a relatively small part of the stream is purified,
for example a proportion of the total discharged aluminum chloride gas containing an amount of impurities equal to the amount of impurities added to the entire gas stream each time the gas is recycled through the converter In this manner,
the amount of gaseous impurities in the aluminum trichloride stream can be kept at a substantially constant and low level
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As an example an evaporator vessel with a space of 90 em wide by 120 em long has been filled with
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45 ara height of a sheared m61nngo of aluminum triohioride and sodium chloride containing at least 55 mole percent aluminum chloride is heated by passing an alternating electric current through the mixture to evaporate the trichloride d 'aluminum, providing gaseous aluminum trichloride at a temperature of 490 C,
which is approximately the temperature to which the bath is heated * We introduce into the molten mixture (by the device
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feed h screw 28) 454 kg of aluminum trichloride per hour and evaporated from the mixture 454 kg of gaseous aluminum triohloride per hour an internal pressure of 760 mm of mercury being maintained in the evaporator. In these
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w ao7, 'tihôr'é''Pd'r "! t'i lfd6 11" eva. [loration, there pù, ïnâa required is about 94 Kw, using an alternating current 60 periods at 106 volts.
The method and apparatus of. The present invention has been described above as used to evaporate the expected aluminum trichloride in an initial solid state, by melting the solid salt in the mixture of molten salts and evaporating the aluminum trichloride therefrom. However, the present invention can also be used for the evaporation of liquid aluminum trichloride, entering the evaporator in a molten mixture with another salt.
For example a molten mixture of aluminum triohloride and sodium chloride can be recyold between the evaporator and a% on $ of condensation in which it is exposed to the triohloride
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aluminum gas and is at a temperature at which it absorbs aluminum trichloride from the gas phase, in an aluminum trichloride purification system
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gaseous.
In the condensate, the elu-
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minium gas from a polluted aluminum chloride atmosphere is absorbed into the molten mixture, increasing
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the content of aluminum trichlorura in the last mixture * the mixture is then l.:ondu1 t hl 'ôval.Ol't \ teur (in which when so used, the feed device 28 and the orifice of feed 31 are replaced by inlet and outlet pipes suitable for the molten mixture), where
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part of the aluminum trichloride is re-evaporated in the manner described above.
From the evaporator, the molten hearth mixture (now poor in aluminum chloride) is sent, through a cooling zone to the condensation zone, arriving in this latter zone at a low temperature, so that it absorbs new quantities of gaseous aluminum trichloride,
Although the invention is of exceptional importance-
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It solves and solves other problems when it is used to evaporate aluminum chloride, the process and apparatus described are advantageously usable in water.
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evaporation of aluiaibiium tribromide, AlBr3, It will be understood that this substance can be used in the process of Bous-hloénide distillation,
aluminum trichlorura. As has been indicated, aluminum tribromide can be effectively evaporated by passing a stream through a molten mixture of this salt with one or more alkali metal bromides such as sodium bromide or potassium bromide. In this way, a liquid mass having a suitable leothermal conductivity is formed, and the aluminum tribronide can be boiled satisfactorily under such conditions.
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and with advantages aïmilaïrei3 b those of the case of aluminum trichloride. The same device can be used,
and tribromide treatment and recycling techniques
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aluminum in a subhalide distillation process are suitable, including the specified evaporation operation,
CLAIMS 1, - A method of evaporating an aluminum trihalide, as defined herein, characterized in that it consists in forming a mixture of electrically conductive molten salts containing an aluminum trihalide as a constituent. - killing and heating this mixture by passing through it an alternating electric current.