CH631138A5 - Procede de production de chlorure d'aluminium. - Google Patents

Description

Cette invention concerne la production de chlorure d'aluminium d'une pureté convenant pour la réduction électrolytique ultérieure en aluminium métallique. Plus particulièrement, cette invention concerne le refroidissement des vapeurs de chlorure d'aluminium produites pendant la chloration d'un matériau contenant de l'aluminium pour obtenir du chlorure d'aluminium de pureté élevée.

Le procédé de production de chlorure d'aluminium par chloration d'un matériau contenant de l'aluminium comme l'oxyde d'aluminium, tel que décrit et revendiqué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3786135, comprend la filtration de Peflluent gazeux provenant du récipient de chloration. Ces vapeurs comprennent des vapeurs de chlorure d'aluminium et peuvent initialement être à des températures aussi élevées que 600-800° C. De telles températures sont beaucoup trop élevées pour l'équipement de filtration qui doit être utilisé pour enlever des gaz les impuretés comme les solides entraînés. Il est donc nécessaire de refroidir les gaz jusqu'à une température qui peut être supportée sans problème par l'équipement de filtration.

Dans le brevet susmentionné, il est indiqué que les vapeurs traversent un réfrigérant comportant une chemise dans laquelle circule un agent de refroidissement approprié. Bien que cela se soit révélé être satisfaisant, le système comprend la régulation du refroidissement pour éviter le colmatage du réfrigérant et nécessite l'utilisation d'énergie et de dépenses supplémentaires pour amener l'agent de refroidissement nécessaire à ce réfrigérant.

Selon l'invention, les vapeurs chaudes produites par la chloration d'un matériau contenant de l'aluminium sont refroidies en mettant les vapeurs en contact avec du chlorure d'aluminium solide. Le chlorure d'aluminium solide est vaporisé par la chaleur provenant des gaz chauds et cette vaporisation utilise suffisamment d'énergie pour refroidir les gaz jusqu'à une température de 300-350°C qui constitue un intervalle de température satisfaisant pour l'équipement de filtration ultérieur.

La fig. 1 est une vue schématique d'un récipient de réaction et de l'appareillage associé utilisés pour un exemple de mise en œuvre du procédé de l'invention.

La fig. 2 est une portion fragmentaire agrandie de la partie formant boucle du procédé de la fig. 1, illustrant en particulier le mécanisme de renvoi du chlorure d'aluminium solide à la sortie du récipient de réaction.

Considérons maintenant les dessins; un récipient de chloration est représenté en 2, où un matériau contenant de l'aluminium,

comme de l'oxyde d'aluminium, est introduit par un orifice 4 pendant que l'on fait barboter du chlore gazeux introduit par le passage 6. Des gaz chauds comprenant des vapeurs de chlorure d'aluminium sortent du chlorateur 10 d'où ils passent par la conduite 12 vers un poste de filtration 20 où les solides sont séparés des vapeurs chaudes. Les vapeurs filtrées de chlorure d'aluminium se dirigent ensuite par la conduite 22 vers un Ht fluidisé 30 tel que décrit et revendiqué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique susmentionné, qui en bref comprend des particules de chlorure d'aluminium solide fluidisées sur lesquelles les vapeurs de chlorure d'aluminium provenant de la conduite 22 peuvent se condenser ou se désublimer. Le chlorure d'aluminium solide est ensuite enlevé sous forme de particules par la conduite 32.

Une partie du chlorure d'aluminium solide enlevé du lit fluidisé 30 est injectée dans le courant gazeux sortant du réacteur.

Cela peut être effectué, comme indiqué sur le dessin, en divisant l'écoulement des particules de chlorure d'aluminium solide provenant du lit fluidisé 30 en deux courants utilisant respectivement les conduites 34 et 36, la conduite 36 amenant le chlorure d'aluminium dans un système doseur, comme un tiroir rotatif 38 qui sera décrit ci-dessous. Ou bien, les particules de chlorure d'aluminium à renvoyer au chlorateur 2 peuvent être enlevées du lit fluidisé 30 par un orifice de sortie indépendant.

Considérons maintenant la fig. 2; le tiroir rotatif 38 est représenté plus en détail et comprend une portion réservoir 40 dans laquelle tombe le chlorure d'aluminium de la conduite 36. Du réservoir 40, les particules de chlorure d'aluminium passent dans la chambre 42 dans laquelle tourne l'ailette rotative 44 à une vitesse déterminée par un moteur 46 à courant continu (représenté sur la fig. 1). La vitesse du moteur est à son tour déterminée par un thermocouple 50 (représenté sur la fig. 1) placé dans la conduite 12 pour contrôler la température des vapeurs de chlorure d'aluminium sortant du chlorateur 2.

Lorsque la température des vapeurs de chlorure d'aluminium augmente, le thermocouple détecte l'augmentation des températures, et oblige le moteur 46 à augmenter sa vitesse pour introduire une plus grande quantité de chlorure d'aluminium solide dans la ligne 12, par l'intermédiaire de la ligne 44, pour qu'il réduise la température des vapeurs de chlorure d'aluminium.

Lorsque le rotor 44 tourne dans le tiroir 38, le chlorure d'aluminium tombe du tiroir rotatif dans un courant turbulent de gaz anhydre pénétrant dans la chambre 43 par la conduite 48. Le gaz peut être un gaz inerte comme l'azote ou peut être un gaz d'échappement provenant du lit fluidisé 30 qui pourrait contenir de l'oxyde de carbone, du gaz carbonique, du gaz chlorhydrique, du phosgène et du chlore. Ou bien l'un quelconque de ces gaz pourrait être utilisé comme source indépendante de gaz de transport, car un équipement ultérieur (ne formant pas partie de la présente invention) est conçu pour traiter ces gaz particuliers comme les gaz résiduels classiques résultant de la réaction de chloration dans le récipient de chloration 2. L'écoulement du gaz de transport peut être maintenu par des compresseurs, des soupapes et des régulateurs, comme il est bien connu de l'homme de l'art.

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Les particules de chlorure d'aluminium solides passant dans le tiroir rotatif 38 en provenance de la conduite 36 sont fluidisées par le gaz provenant de 48 et passent, par l'intermédiaire de la conduite 24, jusqu'au point de mélange 26 où elles sont vaporisées dans la conduite 12, en enlevant ainsi la chaleur des vapeurs circulant 5

dans la conduite 12 pour réduire la température d'une valeur initiale de 600-800° C jusqu'à environ 300-350° C avant que les vapeurs ne passent dans le récipient de filtration 20.

Du point de vue du rapport du chlorure d'aluminium solide aux vapeurs, on a trouvé qu'environ 1 à 2 kg de poudre de chlorure 10

d'aluminium solide doit être recyclé pour chaque kilogramme de chlorure d'aluminium formé dans le réacteur. Bien que la dimension réelle des particules de chlorure d'aluminium ne semble pas être déterminante, l'intervalle préféré de dimension est d'environ 4 à 25 fi. On pense que les particules de dimension plus faible peuvent se 15 vaporiser plus rapidement. Cependant, la dimension des particules utilisées dépend des variables de fonctionnement du lit fluidisé 30. Evidemment, on désire que les particules dans la conduite 12 se vaporisent avant l'entrée dans le filtre 20 pour permettre l'échange de chaleur désiré avant que les vapeurs ne soient exposées aux filtres 20 dans le récipient de filtration 20 ainsi que pour empêcher tout colmatage des filtres par des particules de chlorure d'aluminium solides pénétrant dans le filtre 20. On a trouvé que les plus grosses particules tombent à la partie inférieure du lit fluidisé en raison de leur poids dans le lit fluidisé. Ainsi, si l'on désire maîtriser la taille des 25 particules que l'on renvoie à l'orifice de sortie du chlorateur 2, on peut réajuster la position dans le lit fluidisé 30 à laquelle on prélève les particules pour les renvoyer au chlorateur. Plus haut on place l'orifice de sortie dans le lit fluidisé 30, plus faible sera l'intervalle des dimensions de particules. Cependant, il peut être avantageux de 30 placer l'orifice de sortie près de la partie inférieure du lit fluidisé 30 pour enlever les plus grosses particules de façon à améliorer le fonctionnement du lit fluidisé.

Considérons à nouveau la fig. 2. Il est représenté une conduite supplémentaire 52 reliant la partie supérieure ou gazeuse du lit 35

fluidisé 30 et le tiroir rotatif 38. Cette conduite fournit un évent permettant d'égaliser la pression entre le lit fluidisé 30 et le tiroir 38 s'il se créait une quelconque différence de pression qui empêcherait l'écoulement approprié des particules dans la ligne 36 entre le lit fluidisé 30 et le tiroir rotatif 38. Si un tel arrêt se produisait, la soupape 54 de la conduite 52 s'ouvrirait pour égaliser la pression et permettre ainsi la poursuite de l'écoulement.

Une soupape supplémentaire 37 est représentée dans la conduite 36 et on peut l'utiliser dans le cas d'un arrêt du tiroir rotatif pour empêcher l'agglomération des particules de chlorure d'alumi- * nium dans la conduite 36 avant la vanne 37, dans le réservoir 40 ou entre les ailettes 44, si le tiroir 38 était arrêté pour une raison particulière. S'il faut arrêter le tiroir 38, on ferme d'abord la soupape 37, ce qui permet à toutes les particules de chlorure d'aluminium contenues dans le réservoir 40 et dans la conduite 36 en dessous de la soupape 37 de passer dans la conduite 24 par l'intermédiaire de la soupape 38. On peut alors arrêter le tiroir rotatif 38 qui ne contient plus de particules de chlorure d'aluminium en quantités suffisantes pour s'amasser dans la caisse de mélange 43 gaz-solides sous le tiroir rotatif et empêcher un démarrage correct par la suite.

On notera en outre que le but de l'invention de refroidir les vapeurs de chlorure d'aluminium sortant de la conduite 10 du chlorateur 2 peut être effectué en introduisant des particules de chlorure d'aluminium provenant d'un réservoir indépendant de l'appareil de désublimation. A cet égard, on notera que l'on peut utiliser du chlorure d'aluminium de qualité inférieure comme, par exemple, du chlorure d'aluminium qui ne possède pas la pureté nécessaire requise pour une cellule dans laquelle on réduit par voie électrolytique du chlorure d'aluminium pour obtenir de l'aluminium métallique. On peut utiliser du chlorure d'aluminium impur pour effectuer le refroidissement selon l'invention, car il sera vaporisé à nouveau et sera exposé aux gaz sortant du réacteur de chloration ainsi que dans la conduite 12. Le chlorure d'aluminium contenu dans le produit impur en sera donc extrait pendant que les impuretés (si elles sont solides) seront entraînées dans le milieu de filtration, alors que les impuretés à l'état de vapeur seront suffisamment diluées par les vapeurs de chlorure d'aluminium pur pour que le produit résultant désublimé dans le lit fluidisé 30 se trouve dans l'intervalle des normes requises pour le procédé ultérieur de réduction électrolytique.

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1 feuille dessins

Claims (7)

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1. Procédé de production de chlorure d'aluminium de pureté convenant à la réduction électrolytique en aluminium métallique, par chloration d'un matériau contenant de l'aluminium pour produire du chlorure d'aluminium à une température supérieure au point de vaporisation du chlorure d'aluminium, caractérisé par le contact des vapeurs de chlorure d'aluminium chaudes avec des particules de chlorure d'aluminium solides pour refroidir les vapeurs par vaporisation du chlorure d'aluminium solide, jusqu'à une température de 300-350: C pour permettre une filtration des vapeurs de chlorure d'aluminium pour en enlever les impuretés solides.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on recycle après condensation une portion de chlorure d'aluminium filtré, en un point situé entre une zone de chloration et une zone de filtration pour refroidir les vapeurs de chlorure d'aluminium provenant de ladite zone de chloration avant l'entrée desdites vapeurs dans ladite zone de filtration.

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les particules de chlorure d'aluminium sont enlevées de la zone de condensation d'un lit fluidisé et ramenées audit point entre ladite zone de chloration et ladite zone de filtration.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on règle au moyen d'un tiroir rotatif le débit des particules de chlorure d'aluminium transportées audit point situé entre ladite zone de chloration et ladite zone de filtration.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites particules sont ramenées audit point par un gaz fluidisant.

6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température audit point est contrôlée par un thermocouple qui commande la vitesse du tiroir rotatif de façon à introduire audit point une quantité accrue de chlorure d'aluminium lorsque la température augmente et à diminuer la quantité introduite audit point lorsque la température diminue au-delà d'un intervalle prédéterminé.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit intervalle prédéterminé est 300-350°C.