DE1230226B - Verfahren zur Gewinnung von Aluminium aus aluminiumhaltigem Material durch Subhalogenid-Destillation - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C22b

Deutsche Kl.: 40 a-21/00

Nummer: 1230 226

Aktenzeichen: A 47978 VI a/40 a

Anmeldetag: 23. Dezember 1964

Auslegetag: 8. Dezember 1966

Die Erfindung bezieht sich auf das Subhalogenidverfahren zum Gewinnen von Aluminium aus aluminiumhaltigem Metall, insbesondere betrifft die Erfindung das Verhindern des Zusetzens der Dampf führenden Leitungen der Einrichtung, in der das Verfahren ausgeübt wird.

Bei dem Verfahren wird gasförmiges Alumimumtrichlorid oder Aluminiumtribromid in einem Konverter mit aluminiumhaltigem Metall zur Reaktion gebracht und dadurch Aluminummonochlorid erzeugt. Der Gasstrom wird durch eine Gasleitung in eine Zersetzungsanlage geführt, wo der Aluminiummonochloridanteil durch Kühlen in elementares Aluminium und Alummiumtrichlorid zerlegt wird. Der Gasstrom von Aluminiumtrichlorid, der einen kleinen Anteil Aluminiummonochlorid enthält, wird in den Konverter zurückgeleitet.

Kleine Mengen Wasser gelangen mit dem in den Konverter eingefüllten Metall in die Anlage und reagieren mit dem Aluminium zu feinverteilter Tonerde (Al₂O₃); die Teilchen geraten als Suspension in den Gasstrom.

Andere Festteilchen entstehen bei der Umsetzung von Aluminiummonochlorid mit Kohlenstoff.

Diese Festteilchen können sich an den Wänden der Gasleitung zwischen Konverter und Zersetzungsanlage festsetzen. Wenn die Ablagerungen anwachsen, vergrößert sich der Druckabfall in der Leitung; unter Umständen kann die Leitung durch die Ablagerung der Festteilchen völlig zugesetzt werden.

Wegen der hohen Betriebstemperatur und wegen des Aufbaus der Einrichtung ist es außerordentlich schwierig, diese Ablagerungen durch die üblichen Mittel zu beseitigen.

Wänneverluste führen dazu, daß das in der ganzen Gasleitung anzutreffende Aluminiummonochlorid zur Zersetzung neigt, wobei sich schmelzflüssige Aluminiumpartikel an den Wänden der Leitung absetzen. Das flüssige Aluminium hält die Festteilchen zusammen. Ferner nimmt das flüssige Aluminium andere Metallverbindungen auf und bildet Legierungen auf den Leitungswänden.

Der Hauptzweck dieser Erfindung ist es, feste Ablagerungen zu vermeiden und in den Gasleitungen beim Subhalogenidverfahren zur Aluminiumgewinnung eintretende Verstopfungen zu beseitigen.

Gemäß der Erfindung wird das Entstehen der schädlichen festen Ablagerungen, die sich üblicherweise an den Leitungswänden in Anlagen für Subhalogenidverfahren einstellen, dadurch verhindert, daß die Leitungswände mit einem Strom schmelzflüssigen Aluminiums oder schmelzflüssiger inerter Verfahren zur Gewinnung von Aluminium
aus aluminiumhaltigem Material durch
Subhalogenid-Destillation

Anmelder:

Aluminium Laboratories Limited,

Montreal, Quebec (Kanada)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Hoffmann, Dipl.-Ing. W. Eitle
und Dipl.-Ing. Dr. rer. nat. K. Hoffmann,
Patentanwälte, München 8, Maria-Theresia-Str. 6

Als Erfinder benannt:

Norman William Frederick Phillips,

Frederick William Southam, Arvida, Quebec

(Kanada)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. Januar 1964
(336459,336460)

Salze bzw. Salzgemische abgewaschen werden. Der Salzstrom besteht üblicherweise aus einer Mischung von Alumhiiumtrihalogenid mit einem Alkalihalogenid und/oder Erdalkalihalogenid.

Die Zeichnungen stellen beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der bei dem Subhalogenidverfahren benutzten Anlage,

Fig. 2 ein vereinfachtes Schnittbild eines vertikal verlaufenden Leitungsstücks mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 3 ein vereinfachtes Schnittbild einer schrägliegenden Gasleitung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel für die Erfindung.

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung und die Darstellung eines Teils eines Konverters mit einer zu einer (nicht gezeichneten) Zersetzungsanlage führenden Gasleitung.

Fig. 1 gibt das allgemeine Fließbild des Subhalogenidverfahrens wieder. Das zu raffinierende

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aluminiumhaltige Material wird in den Konverter 11 gegeben, wo es bei einer Temperatur von etwa 1100 bis 1300° C mit gasförmigem Aluminiumtrichlorid in Berührung gebracht wird. Aus dem Konverter 11 gelangt eine gasförmige Mischung aus Aluminiummonochlorid und Aluminiumtrichlorid in die Leitung 12. In dem Gasstrom mitgeführte feste Teilchen haben das Bestreben, sich an den Wänden der Leitung 12 abzusetzen, obwohl die Leitung 12 so. kurz wie möglich gehalten ist. Der Konverter 11 kann oberhalb der Zersetzungsanlage 13 angeordnet werden, so daß die Leitung 12 im wesentlichen senkrecht nach unten verläuft.

Die Temperatur in der Zersetzungsanlage 13 liegt bei ungefähr 700° C, so daß das Aluminiummonochlorid sich zu Aluminium und Aluminuimtrichlorid umsetzt. Gasförmiges Aluminiumtrichlorid mit einer geringen Beimischung von Aluminiummonochlorid wird von der Zersetzungsanlage 13 durch eine Leitung 14 in einen Gasumwälzer 15 geführt. Wegen des Wärmeverlustes an den Wänden zerfällt in der Leitung 14 ein Teil des Aluminiummonochlorids, und das schmelzflüssige Aluminium neigt dazu, sich auf den Wänden der Leitung 14 abzusetzen.

Von dem Gasumwälzer 15 aus verläuft ein Strom von Aluminiumtrichlorid mit einem sehr kleinen Gehalt an Aluminiummonochlorid durch die Leitung 16 in den Erhitzer 17, wo er auf etwa 1100 bis 1300° C aufgeheizt wird; von dort gelangt das Gas •durch eine Leitung 18 hindurch in den Konverter 11. In,der Leitung 16 können sich, ebenso wie in der Leitung 14, Ablagerungen von schmelzflüssigem Aluminium büden. In manchen Fällen ist die Temperatur in der Leitung 16 so niedrig, daß Ablagerungen von Teilchen aus festem Aluminium entstehen können. _

Fig. 2 stellt eine Ausfuhrungsform der Erfindung in ihrer Anwendung auf eine vertikale Rohrleitung dar. Der Gasstrom ,aus dem Konverter wird durch die Leitung 21 in die vertikale Leitung 22 geführt und verläßt diese durch die Leitung 23. Am oberen Ende der Leitung 22 ist ein ringförmiges Bauelement 26 vorgesehen. Das Teil 26 ist so geformt, daß zwischen der Wandfläche 28 und dem Teil 26 eine Mulde 27 ausgebildet ist. Durch den Durchlaß 31 wird eine Salzschmelze zur Mulde 27 geleitet. Die Salzschmelze steigt über den Rand 29 der Mulde 27 hinweg und läuft an der Wandfläche 28 hinab, wobei sie alle festen Ablagerungen mitnimmt. Wenn man die Salzschmelze kontinuierlich fließen läßt, werden die festen Teilchen abgeführt, weil sie sich auf dem strömenden Salzfilm, der an der Wand 28 entlang fließt, absetzen und auf diese Weise nicht an der Wand haften bleiben können.

Am unteren Ende der Leitung 22 bildet sich ein Sumpf aus schmelzflüssigem Salz und festem Material. Durch das Rohr 33 wird ein Strom von schmelze flüssigem Salz und Feststoffen weggeführt; aus dem Strom werden die Feststoffe entfernt, was durch einfaches Absitzenlassen, durch Filtrieren oder durch Einsatz eines Flüssigkeitszyklons geschehen kann. Durch den Durchlaß 31 wird dann das behandelte und von Feststoffen befreite schmelzflüssige Salz wieder in den Verarbeitungsprozeß zurückgeleitet.

Natürlich können beliebige Arten von Verteilereinrichtungen in der Leitung 22 angeordnet werden, um einen kontinuierlich fließenden Fihn von flüssigem Salz auf der Wand 28 zu erzeugen. Gute Ergebnisse sind durch Versprühen zu erzielen, wodurch der die Leitung 22 durchsetzende Gasstrom gewaschen und gleichzeitig das versprühte schmelzflüssige Salz auf die Wand 28 geleitet wird, um auf ihr die Entstehung fester Ablagerungen zu verhindern.

F i g. 3 stellt eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes in einer geneigt angeordneten Leitung 40 dar, die von dem Gas in Pfeilrichtung durchströmt wird. Die Salzschmelze wird durch die Rohre 41 und 44 zugeführt und tritt durch mit Abstand voneinander angeordneten Düsen 42 und 45 aus, die auf der Mittellinie der Leitung 40 liegen; der Abstand zwischen den Düsen 42 und 45Jst so.gewählt, daß die versprühte Salzschmelze gleichzeitig den Gasstrom auswäscht und das Absetzen von Festteilen auf den Wänden 48· der Leitung 40 verhindert. Bei geeigneter Lage der Düsen42 und 45 wird ein kontinuierlich fließender Film auf den Wandteilen zwischen den beiden Düsen. erzeugt. Bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform verlaufen Gasstrom 47 und der Strom der Salzschmelze gegeneinander; die Strömungen können aber auch in gleicher Richtung fließen. '....' . - .

Der Waschvorgang kann fortlaufend während der gesamten Prozeßdauer ablaufen. Da aber in manchen Leitungen schneller störende Ablagerungsmengen anfallen als in anderen, kann es empfehlenswert sein, eine oder mehrere Leitungen fortlaufend- zu spülen, andere dagegen nur beim-Auftreten-eines störenden Druckabfalls. In manchen Leitungen kann jederzeit die von Fall zu Fall-vorzunehmende.Spülung ausreichen. - ^:

Die als Waschflüssigkeit benutzte. Salzschmelze besteht vorzugsweise aus einer Mischung von Aluminiumtrihalogenid und wenigstens einem Alkalihalogenid und/oder einem Erdalkalihalogenid. Vorgezogen werden die als binäre oder ternäre Gemische bekannten losen chemischen Komplexverbindungen. Vorzugsweise enthält die Salzmischung, nur ein einziges Halogenidradikal_r und dieses Radikal ist- vorzugsweise dasselbe wie das des Aluminiumhalogenide, das bei dem Prozeß verwendet wird. Wenn im Prozeß Aluminiumtrichlorid als. Umwandlungsmittel benutzt wird, besteht die Salzschmelze aus Aluminiumtrichlorid, Alkalichlorid und/oder Erdalkalichlorid; Aluminiumtrichlorid und Natriumchlorid bilden die bevorzugte binäre Mischung. Unter den in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Betriebsbedingungen ist das am besten verwendbare Salz eine Mischung aus äquimolaren Anteilen von Aluminiumtrichlorid und Natriumchlorid. . ..·■".-."..."

Die Salzmischung muß so zusammengesetzt sein, daß sie unter den in der zu spülenden Leitung herrschenden Temperaturbedingungen flüssig ist, und auch der Dampfdruck der Salzmischung soll etwa so hoch sein wie der in der zu spülenden Leitung. Als sehr brauchbar hat sich, für den Einsatz bei einer Temperatur der Salzschmelze von 700° C und einem Druck von einer Atmosphäre eine Mischung von etwa 65 bis 70 Gewichtsprozent Aluminiumtrichlorid mit 35 bis 30 Gewichtsprozent Natriumchlorid erwiesen. ■

Gemäß F i g. 4 besitzt der Konverter 101 einen Schachtteil 102 für eine Charge aus verunreinigtem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Sie wird durch eine Öffnung 103 eingebracht, die so gut wie möglich gegen die. Atmosphäre abgeschlossen wird. Das verunreinigte Aluminium, wird in solcher Weise

eingeführt, daß nur eine möglichst geringe Luftmenge mitgeführt wird, es ist jedoch schwierig zu verhindern, daß eine gewisse geringe Menge adsorbierter oder sonstwie mitgeführter Feuchte mit der festen Charge hereingebracht wird.

Durch das untere Ende des Schachtes 102 kann erhitztes, gasförmiges Aluminiumtrichlorid eingeblasen und die Rückstände, denen das Aluminium entzogen ist, können entfernt werden. Die Gase passieren die Metallfüllung im Schacht 102 und treten als Gemisch aus Aluminiummonochlorid und Aluminiumtrichlorid heraus. Die Erhitzung des Metalls im Schacht 102 kann in beliebiger Weise vorgenommen werden, z. B. durch einen oder mehrere elektrische Widerstandserhitzer 104 und/oder dadurch, daß ein Strom durch die Charge aus festem Material in dem Schacht geleitet wird, der von (nicht dargestellten) Elektroden ausgeht, die in an sich bekannter Weise durch die Wand des Schachts 102 eingeführt werden.

Die Gase treten aus dem oberen Teil des Konverters aus und gelangen in eine vertikal abwärts gerichtete Leitung 105. In dieser Leitung können Klumpenbildung und Verstopfung auftreten, weil Feststoffe wie Aluminiumoxyd, Aluminiumkarbid u. dgl. sich an den Wänden zu sammeln pflegen, dort anhaften und schließlich so starke Ablagerungen bilden, daß die Leitung 105 verengt und sogar völlig verschlossen wird.

Solche Verschlüsse werden durch die Erfindung verhindert; an den Wänden der Leitung 105 haftende Stoffe werden entfernt, und die Ablagerungen werden durch die Spülwirkung eines Films aus schmelzflüssigem Salz oder geschmolzenem Aluminium verhindert. Dazu ist eine um den Eingang in die Leitung 105 herum führende ringförmige Mulde 106 vorgesehen. In diese Mulde wird durch einen schrägliegenden Durchlaß 107 geschmolzenes Aluminium beliebiger Herkunft eingeleitet, beispielsweise aus dem in der Zeichnung nicht dargestellten Aluminiummonochloridzersetzer. Mit geeigneten Einrichtungen, z. B. mit einer Kolbenpumpe, kann die Aluminiumschmelze an den Durchlaß 107 herangebracht werden; diese Einzelheiten bilden nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Das geschmolzene Aluminium fließt über die ringförmige Wand 108 der Mulde 106 und von dort abwärts entlang den Wänden der Leitung 105, wie durch 109 angedeutet; dabei werden Feststoffe, die sich an diesen Wänden absetzen wollen, mitgenommen oder abgelöst, so daß die Feststoffe mit dem Strom der Aluminiumschmelze nach unten in den Zersetzer weggeführt werden, in dem die unerwünschten Feststoffe von dem geschmolzenen Aluminium abgetrennt werden können.

Wenn die Wand 108 nicht völlig gleichförmig und eben ist, d. h. wenn die Leitung 105 zum Unterschied von der in F i g. 4 gezeigten geneigten Lage vertikal steht, hat es sich als wünschenswert erwiesen, an einem oder mehreren Niveaus unterhalb des oberen Endes der Leitung 105 Hilfseinrichtungen zum neuerlichen Verteilen des geschmolzenen Aluminiums vorzusehen, so daß es als ein sich bewegender Film einen großen Abschnitt der Wand oder sogar die ganze Wand der Leitung 105 bedeckt.

Diesem Zweck dienen zwei unterschiedliche Arten von Hilfsmitteln, die in der Zeichnung dargestellt sind und die für sich oder miteinander bei jedem speziellen Aufbau benutzt werden können; die Hilfseinrichtungen können je für sich oder miteinander mehrfach hintereinander angeordnet werden, wenn es erforderlich ist, das neuerliche Verteilen des flüssigen Aluminiums an verschiedenen Niveaus längs der Leitung 105 vorzunehmen.

Das obenliegende Verteilungsstück besteht gemäß F i g. 4 aus einem nach innen vorspringenden ringförmigen Element 110, das in der Wand der Leitung 105 befestigt ist und vorzugsweise einen nach oben weisenden Innenflansch 111 besitzt und dadurch eine

ίο ringförmige Mulde 112 zwischen dem Flansch 111 und den Seitenwänden der Leitung 105 entstehen läßt. Die Querschnittsform der Leitung 105 und der Teile 110 und 111 ist ziemlich unwesentlich; das Prinzip kann sowohl bei runden oder ovalen als auch bei rechteckigen und/oder geradlinig begrenzten Leitungen angewendet werden. Auf jeden Fall übersteigt das sich in der Mulde 112 sammelnde schmelzflüssige Aluminium den nach oben weisenden Innenflansch 111 in der dargestellten Weise, wodurch eine gleich-

ao mäßigere Verteilung des geschmolzenen Aluminiums wenigstens über einen Teil der Leitungswände erreicht wird. Die Leitung 105 besteht aus Aluminiumoxydstücken, und die Netzwirkung der Aluminiumschmelze verbessert das Fließen des geschmolzenen Aluminiums über die ganze Wandfläche. Das Element 110 kann aus jedem Werkstoff hergestellt werden, der der herrschenden Temperatur ausgesetzt werden kann und der keine Verunreinigung des flüssigen Aluminiums herbeiführt.

Eine weitere Hilfseinrichtung zum neuerlichen Verteilen der Aluminiumschmelze wird in einem tieferen Abschnitt der Leitung dargestellt; dort ist in die Wände der Leitung 105 ein ringförmiger Schlitz 113 geschnitten, der an seinem äußeren Rand in eine ringförmige Mulde 114 übergeht, in die das Aluminium fließt und die zum neuerlichen Verteilen des geschmolzenen Aluminiums dient. Die Mulde 114 wird von der irmenliegenden Leitung 105 durch einen ringförmigen Wandstreif en 115 getrennt, über den die Aluminiumschmelze fließt, so daß sie innen in der Leitung 105 als nicht unterbrochener Flüssigkeitsfilm abläuft. Unter bestimmten Umständen ist diese Vorrichtung wirkungsvoller als die bei 110 für schrägliegende Leitungen dargestellte Einrichtung.

An Stellen wie dem Konverterausgang, wo sehr hohe Temperaturen auftreten, kann flüssiges Aluminium als Mittel zum Abspülen von festen Ablagerungen von den Leitungswänden benutzt werden. Salzschmelzen können für diesen Zweck sowohl in Bereichen mit niedrigerer Temperatur wie in den Bereichen mit hoher Temperatur verwendet werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Aluminium aus aluminiumhaltigem Material durch Subhalogeniddestillation, wobei das Material mit gasförmigem heißem Aluminiumtrihalogenid zu gasförmigem Aluminiummonohalogenid umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß störende feste Ablagerungen von den Wänden der Leitungen, die von dem Monohalogenidgas durchströmt werden, durch Abspülen der Leitungswände mit einer inerten Schmelze eines Salzes, eines Salzgemisches oder mit flüssigem Aluminium entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Salzmischung verwendet

wird, die aus Aluminiumtrihalogenid und einem Alkalihalogenid und/oder einem Erdalkalihalogenid besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Salzmischung verwendet wird, die aus Aluminiumtrichlorid und Natriumchlorid, vorzugsweise aus etwa äquimolaren Anteilen besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungswände und der

Gasstrom gleichzeitig von einer inerten Schmelze eines Salzes bzw. eines Salzgemisches gewaschen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungswände von der schmelzflüssigen Salumischung fortlaufend
spült werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1130 6Q5.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

60S 730/329 11.66 © Bundesdruckerei Berlin