Procédé de fabrication de fluorure d'aluminium anhydre La présente invention a pour objet un procédé continu à plusieurs étages de fabrication de fluorure d'aluminium anhydre par voie sèche, par traitement d'un produit pulvérulent consistant essentiellement en hydrate d'alumine par des gaz contenant de l'acide fluorhydrique.
Il est bien connu de traiter des solides pulvéru lents fluidisés par des gaz. Cependant, lorsque l'opé ration a lieu à température plus ou moins élevée, et lorsqu'une réaction chimique a lieu, les rendements, et en particulier le rendement thermique, laissent souvent à désirer. D'autre part, l'opération exige le plus souvent une puissance assez élevée à mettre en jeu dans les appareils assurant la circulation des gaz et poudres.
Le but de la présente invention est de permettre la fabrication de fluorure d'aluminium selon le pro cédé mentionné, avec des rendements, tant massiques que thermiques, considérablement améliorés.
Pour cela, le procédé, objet de la présente inven tion est caractérisé en ce qu'on forme avec ledit pro duit pulvérulent, à l'état frais et en milieu gazeux pauvre en HF, une suspension légère et diluée que l'on déplace à travers au moins.
une zone de prétrai- tement allongée dans laquelle le produit pulvérulent subit une déshydratation au moins partielle et un début de fluoration, on fait passer le produit pré- traité dans une zone de séparation d'avec ledit mi lieu gazeux, on fait passer ce produit pulvérulent sé paré du gaz dans une zone de fluoration principale dans laquelle ledit produit est traversé par un gaz de fluoration riche en HF et à faible vitesse qui se main tient en un lit fluidisé dense et turbulent,
on extrait de ladite zone de fluoration principale un produit fluoré dense et on l'introduit dans une zone de récu pération de chaleur où il se déplace sous forme d'une suspension dans du gaz frais chargé de HF, on in- troduit cette suspension dans une zone de séparation du produit complètement fluoré d'avec le milieu ga zeux, on dirige le milieu gazeux préchauffé, séparé du produit fluoré pulvérulent vers la zone de fluo ration en présence du produit pulvérulent qui y est introduit,
et en ce qu'on utilise les gaz ayant servi à sa fluoration principale pour former le milieu gazeux pauvre en HF de prétraitement, une pression infé-. rieure à la pression atmosphérique étant maintenue dans. la zone précitée.
De préférence, la poudre reste très peu de temps en contact avec le gaz durant son passage à travers les zones de prétraitement et de récupération ; le temps de contact est par contre, prolongé dans la zone de réaction.
Les valeurs absolues de ces temps de contact dé pendent de la vitesse de la réaction chimique du gaz avec la poudre. Ces, temps de contact peuvent être, par exemple, de quelques secondes dans les zones de prétraitement et de récupération et de quelques heu res dans la zone de réaction.
Deux ou plusieurs gaz différents peuvent être uti lisés pour agir sur la matière pulvérulente. Dans une forme de mise en oeuvre particulière, deux ou plu sieurs de ces gaz peuvent agir séparément sur la pou dre.
Ainsi, des gaz de chauffage tels que gaz de com bustion, air chaud ou autres, peuvent servir à chauf fer la matière pulvérulente qui, par ailleurs, est trai tée au moyen d'un autre gaz contenant de l'acide fluorhydrique pour donner lieu à la réaction chimi que, lesdits gaz de chauffage agissant séparément sur la poudre dans des enceintes distinctes de celles où la poudre entre en contact avec les gaz de réaction.
Dans d'autres formes de mise en oeuvre, des gaz de chauffage et des gaz de réaction peuvent agir en semble sur la matière pulvérulente dans une ou plu sieurs desdites enceintes. Dans un exemple de mise en oeuvre particulier, un entraînement de la poudre fraîche par le ou les gaz provenant de l'enceinte de réaction en milieu dense, que ces gaz ont traversée préalablement, se produit dans ladite enceinte de prétraitement en mi lieu dilué.
Réciproquement, dans la troisième enceinte dite de récupération , le ou les gaz frais entraînent la poudre ayant déjà subi le contact des gaz dans une ou plusieurs enceintes précédentes.
Les enceintes de prétraitement qui précèdent l'en ceinte de fluidisation partielle, et les enceintes de récupération, qui succèdent à cette dernière, ont gé néralement pour rôle de rendre plus complète la réaction ou la transmission de la chaleur entre la poudre et le gaz ou bien d'atteindre ces deux buts à la fois.
Le dessin annexé illustre un exemple de mise en aeuvre du procédé selon l'invention.
La fig. 1 est une représentation schématique des enceintes de prétraitement, la fig. 2 montre schématiquement les enceintes de réaction et de récupération.
Sur la fig. 1, on voit une trémie 1 alimentée par un filtre rotatif, puis un distributeur 2 d'où l'alumine tombe dans un transporteur à vis sans fin 3. Ce der nier introduit l'hydrate d'alumine au bas d'une tuyau terie 4 qui constitue une enceinte de prétraitement et joue à la fois le rôle de déshydrateur et de réacteur secondaire.
En effet, cette tuyauterie 4 est parcourue de bas en haut par un courant de gaz chauds pau vres en HF, arrivant par une conduite 8, depuis des séparateurs 16-16' (fig. 2) placés au-dessus d'une enceinte à réaction 13. Ces gaz entraînent l'alumine en suspension vers le haut de 4, tout en la déshydra tant partiellement, tandis que le HF présent réagit pour former les premières portions de ALF3.
La suspension diluée dans le déshydrateur 4 arrive à des séparateurs 5-5'-5", d'où la poudre des cend vers un joint à poudre 6, alors que les gaz épuisés de leur HF vont vers une installation classi que d'assainissement, non représentée.
Par une conduite 7, l'alumine partiellement dés hydratée et fluorée, aboutit au bas d'une tuyauterie 10 qui constitue une autre enceinte de prétraitement ; elle est entraînée en suspension par un courant d'air chaud venant d'un générateur 9. C'est encore une suspension c'='.aée qui parcourt de bas en haut l'en ceinte 10: de dernière joue le rôle de déshydrateur uniquement.
Après séparation dans un séparateur 1l-11', le gaz va vers une cheminée, tandis que la poudre est conduite par 12, au bas d'une dernière enceinte de prétraitement qui est une tuyauterie 15. Celle-ci sur monte l'enceinte à réaction 13, elle est donc parcou rue par des gaz appauvris en HF, qui entraînent la poudre vers le haut tout en la déshydratant et fluo- rant à la fois.
Il est avantageux que l'enceinte de prétraitement soit constituée par un ou plusieurs corps tubulaires au rapport longueur/diamètre très élevé. Ces corps munis d'appareils d'aspiration ou de soufflage per mettent l'entraînement intégral de la poudre par le gaz. Ils peuvent être verticaux, inclinés ou horizon taux, la verticalité ou l'inclinaison jusqu'à 45 étant préférables au point de vue de la commodité de cons truction.
Les séparateurs montés à la sortie de ces corps tubulaires sont des cyclones dont le circuit de poudre est relié à l'enceinte suivante.
Le gaz est séparé de la poudre en 16-16', d'où l'alumine descend par 17, à l'intérieur de l'enceinte de fluidisation principale 13, au sein même du lit de fluidisation ; ici s'opère l'essentiel de la réaction entre HF et l'alumine.
L'enceinte de réaction, prévue pour un séjour plus prolongé de la poudre, consiste en un caisson ou un corps cylindrique à section horizon tale importante. Elle est munie d'un fond, ou d'une cloison horizontale 14, perforé d'ouvertures pour le passage du gaz ; une arrivée de gaz 22 est prévue au-dessous et un départ au-dessus de ce fond perforé. Une ou plusieurs entrées et sorties (18) pour la pou dre sont ménagées au-dessus du fond perforé.
Les entrées de poudre sont situées à des niveaux voisins de ceux des sorties, voire au même niveau, mais à des distances importantes, de préférence égales sen siblement à la plus grande dimension du caisson ou au diamètre du corps cylindrique. En variante, les entrées peuvent être situées à des niveaux très diffé rents de ceux des sorties, par exemple au voisinage de la plaque perforée, alors que les sorties se trou vent bien au-dessus de celle-ci en haut de la couche fluidisée.
L'enceinte de réaction 13 a une section horizon tale plus grande que sa section verticale, le trajet de la poudre y étant alors sensiblement horizontal. Elle pourrait aussi être plus haute que large, et alors, ce trajet serait sensiblement vertical.
Le fond 14 est constitué d'une plaque de métal Monel percée d'orifices de 1 mm de diamètre, dis tants de 15 mm les uns des autres. Les gaz, conte nant le HF destiné à la réaction, arrivent par la con duite 22 et traversent la plaque 14 de bas en haut en fluidisant la poudre d'alumine.
Le fluorure d'aluminium, produit de la réaction, quitte le réacteur par la sortie 18 pour aller au bas d'une enceinte de récupération 20 ; celle-ci est une tuyauterie recevant en 19 des gaz frais provenant d'un générateur de HF ;ces gaz entraînent la poudre chaude de fluorure dont les calories disponibles sont ainsi récupérées. Les gaz réchauffés, séparés en 21-21', passent par 22. vers le réacteur 13, comme indiqué plus haut, alors que le fluorure en poudre s'écoule par 23 vers un silo de stockage.
De l'existence d'au moins une enceinte de récupé ration, succédant à l'enceinte de fluidisation princi pale, il résulte que le ou les gaz arrivant à cette der nière peuvent être plus ou moins chargés de pous sières de la matière traitée. Afin d'assurer, dans de bonnes conditions, le passage de ces gaz à travers le lit de poudre fluidisée, on donne aux orifices dans le fond perforé, un diamètre compris de préférence entre 0,1 et 3 mm.
D'autre part, la distance entre deux orifices voisins est maintenue entre une à vingt fois le diamètre de l'orifice. L'épaisseur du fond per foré lui-même est, de préférence, comprise entre 0,1 et 10 mm. Ainsi, pour un fond de 1 mm d'épaisseur, les orifices ont, de préférence, 0,7 à 1,5 mm de dia mètre et sont distants les uns des autres de 7 à 15 mm.
L'enceinte, ou le groupe d'enceintes, de récupé ration peut être du même type que les enceintes de prétraitement ou celles de réaction ; son circuit de gaz est relié à cette dernière.
La circulation des gaz est assurée par aspiration au moyen de ventilateurs non représentés sur le des sin ; il en résulte que l'ensemble de l'installation est sous une légère dépression évitant les pertes de ma tières. L'acier inoxydable a été trouvé comme matériau convenant bien à la construction des principales par ties de l'appareillage.
Pour une production de 20 tonnes de fluorure d'aluminium anhydre à<B>92%</B> AIF3 par 24 heures, on a utilisé un appareillage dont les caractéristiques principales étaient
EMI0003.0018
diamètre <SEP> hauteur
<tb> Tuyauterie <SEP> 4 <SEP> 0,40 <SEP> m <SEP> 6,5 <SEP> m
<tb> Tuyauterie <SEP> 10 <SEP> 0,35 <SEP> m <SEP> 12,0 <SEP> m
<tb> Tuyauterie <SEP> 15 <SEP> 0,45 <SEP> m <SEP> 3,5 <SEP> m
<tb> Réacteur <SEP> 13
<tb> (partie <SEP> cylindrique) <SEP> 3,5 <SEP> m <SEP> 1,0 <SEP> m
<tb> Récupérateur <SEP> 20 <SEP> 0,4 <SEP> m <SEP> 7,
0 <SEP> m Des fabrications effectuées dans les différentes conditions indiquées ci-dessous ont donné de très bons résultats avec des rendements dépassant 95 %
EMI0003.0021
Teneur <SEP> des <SEP> gaz <SEP> en <SEP> gr <SEP> HF
<tb> Température <SEP> par <SEP> m' <SEP> de <SEP> gaz <SEP> inerte
<tb> mesuré <SEP> à <SEP> 20
<tb> Au <SEP> bas <SEP> du <SEP> récupérateur <SEP> 20 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 150o <SEP> -180o <SEP> C <SEP> 160 <SEP> à <SEP> 260
<tb> En <SEP> haut <SEP> de <SEP> 20,
<tb> soit <SEP> en <SEP> 22, <SEP> à <SEP> l'entrée <SEP> du <SEP> réacteur <SEP> 13 <SEP> 220o <SEP> - <SEP> 300o <SEP> C <SEP> 155 <SEP> à <SEP> 240
<tb> Au <SEP> bas <SEP> de <SEP> la <SEP> tuyauterie <SEP> 15,
<tb> c'est-à-dire <SEP> à <SEP> la <SEP> sortie <SEP> du.réacteur <SEP> 13 <SEP> 500 <SEP> - <SEP> 600o <SEP> C <SEP> 20 <SEP> à <SEP> 30
<tb> En <SEP> haut <SEP> de <SEP> 15 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 350o <SEP> - <SEP> 450o <SEP> C <SEP> 15 <SEP> à <SEP> 25
<tb> En <SEP> haut <SEP> de <SEP> 4 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 200o <SEP> - <SEP> 300o <SEP> C <SEP> 15 <SEP> à <SEP> 25
<tb> Au <SEP> bas <SEP> de <SEP> 10 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> . <SEP> 500o <SEP> - <SEP> 700o <SEP> C
<tb> En <SEP> haut <SEP> de <SEP> 10 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 300o <SEP> - <SEP> 350o <SEP> C Les durées de contact du gaz avec le solide étaient, en général, de 1 à 3 secondes dans les en ceintes 4, 10, 15, 13 et 20 ; quant aux durées de contact du solide (poudre) avec le gaz elles étaient de 1 à 3 secondes dans les enceintes 4, 10, 15 et 2.0, contre 4 à 6 heures dans le réacteur 13.
A titre d'exemple, voici la composition granulo- métrique d'une poudre de fluorure d'aluminium, ob tenue par le procédé décrit
EMI0003.0028
jusqu'à <SEP> 100 <SEP> microns <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> <B>99,5%</B>
<tb> jusqu'à <SEP> 80 <SEP> microns <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 92 <SEP> %
<tb> jusqu'à <SEP> 65 <SEP> microns <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 70 <SEP> %
<tb> jusqu'à <SEP> 35 <SEP> microns <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 18 <SEP> %
<tb> jusqu'à <SEP> 25 <SEP> microns <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 7 <SEP> %
<tb> jusqu'à <SEP> 10 <SEP> microns <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 5 <SEP> %
<tb> jusqu'à <SEP> 5 <SEP> microns <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0 <SEP> % Les poudres présentaient des densités apparentes de 1,6 à 1,85 après tassement maximum.
De préférence, on règle les débits de gaz et de produit pulvérulent de façon que la suspension for- mée dans la zone de prétraitement ait une densité de 0,001 à 0,0025 kg/1, que la densité du lit fluidisé dans la zone de fluoration principale ait une densité de 0,8 à 1,5 kg/1, que la densité de la suspension contenue dans la zone de récupération de chaleur soit de l'ordre de 0,001 à 0,0025 kg/1 et que dans la tuyauterie 10, la poudre soit en suspension dans l'air chaud avec une densité de 0,01 à 0,
0025 kg/1.
Tout en assurant une continuité et automaticité parfaites des opérations, le procédé permet de ne dépenser qu'une puissance fort réduite pour la circu lation des gaz et des poudres. Elle conduit, en outre, à un accroissement de la capacité de production des appareils.
En variante, le produit pulvérulent prétraité pourrait être soumis à la fluoration principale en plusieurs lits denses, reliés l'un à l'autre en série.