DE1533050C - Verbessertes Verfahren zur Gewinnung von Aluminium durch Subhalogeniddestillfttion - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aluminium- treiben, kann man ein erhebliches Maß an Energie subhalögenid-Destillationsverfahren zur Gewinnung sparen und die problematische Gaszirkulationsvon Aluminium aus alüminiumhaltigem Metall. Bei vorrichtung ausschalten. Es wurde ferner der Vordiesem Verfahren wird das aluminiumhaltige Metall schlag gemacht, einen Teil oder die ganze Menge zur Umwandlung von Aluminium in gasförmiges 5 des gasförmigen Aluminiumtrichlorids in einem Ge-Aluminiummonohalogenid bei hoher Temperatur misch aus geschmolzenem Salz, ζ. Β. einem Gemisch mit gasförmigem Aluminiumtrihalogenid (Aluminium- aus Aluminiumtrichlorid und Natriumchlorid, absortrichlorid, Aluminiumtribromid oder einem Gemisch bieren zu lassen und das Gemisch anschließend in aus Aluminiumtrichlorid und Aluminiumtribromid) einen Verdampfer zu pumpen, wo kontinuierlich gasbehandelt. Das gasförmige Aluminiummonohalo- io förmiges Aluminiumtrichlorid ausgeschieden wird, genid wird anschließend durch Kühlung zersetzt, Das ausgeschiedene Aluminiumtrichloridgas wird wobei gereinigtes Aluminiummetall und Aluminium- über einen Gaserhitzer dem Konverter zugeleitet, trihalogenid gewonnen werden. Die Erfindung betrifft während das entstehende, magere Salzgemisch in das im besonderen den Umlauf von Aluminiumtrihalo- Absorptionsgefäß zurückgeleitet wird. Permanente genid vom Zersetzer, in dem Aluminiummonohalo- 15 oder nicht kondensierbare Verunreinigungsgase, z·. B. genid in Aluminiummetall und Aluminiumtrichlorid Wasserstoff und Methan, werden vorzugsweise aus zersetzt wird, zurück zum Konverter, in dem AIu- dem Absorptionsgefäß abgeleitet, miniummonohälogenid durch Berührung des alu- Obwohl auch vorgeschlagen worden ist,· die bei miniumhaltigen Metalls mit Aluminiumtrihalogenid der Zersetzung von gasförmigem Aluminiummonobei Temperaturen über 1000° C erzeugt wird. Die ao halogenid entstehende Wärme zur Nachverdampfung Reaktion im Konverter verläuft endotherm unter von Aluminiumtrihalogenid aus dem festen bzw. dem einer nur teilweisen Umwandlung von Aluminium- ftüssigkeitsabsorbierten Zustand auszunutzen, ist es trihalogenid zu Aluminiummonohalogenid, ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, verbesserte

Wenn der aus dem Konverter kommende Gasstrom Methoden und Vorrichtungen zu schaffen, mit denen

zur Kühlung durch einen Kondensator geleitet wird, 35 man in möglichst praktischer Weise und unter un-

erfolgt die umgekehrte, exotherme Reaktion, wobei gewöhnlich sparsamer Wärmeausnutzung einen neu

Aluminiummetall — und zwar vorzugsweise in ge- gebildeten Alummiumtrihalogenidgasstrom erzielen

schmolzener Form — sowie ein aus dem Konverter kann. Durch die vorliegende Erfindung sollen ferner

austretender Strom von gasförmigem Aluminium- im besonderen Probleme der Wärmeübertragung ver-

trihalogenid gebildet werden, welch letzterer mengen-· 30 mieden werden, die bei Verdampfung von AIu-

' mäßig im wesentlichen dem in den Konverter ein- miniumtrichlorid aus einer festen Masse auftreten

tretenden Strom von gasförmigem Aluminiumtrihalo- können,

genid entspricht. Wie am Beispiel des Aluminiummonochlorids er-

Es wurden verschiedene Vorschläge zur Zurück- läutert, ist die Erfindung auf das Ziel gerichtet, die führung des Aluminiumtrihalogenids aus dem Zer- 35 bei der Zersetzung von Aluminiummonochlorid entsetzer in den Konverter gemacht. stehende Wärme zur Nachverdampfung von AIu-

Bei dem Verfahren ist es notwendig, für jede aus miniumtrichlorid aus einem geschmolzenen Salzkörnigem, alüminiumhaltigem Metall gewonnene gemisch auszunutzen, von dem gasförmiges Alu-Tonne Aluminium etwa 5 bis 10 Tonnen gasförmiges miniumtrichlorid aus dem Zersetzer absorbiert wor-Aluminiumtrihalogenid bei einem etwas über dem 40 den ist, wobei das nachverdampfte Aluminium-Luftdruck liegenden Druck in eine Umsetzungszone trichlorid bei einem Druck, der wesentlich über dem durch ein aus dem körnigen Metall bestehendes, Druck am Austrittsende des Zersetzers liegt, und bei tiefes Bett zu leiten. erhöhter Temperatur, z. B. über 500° C, vorzugs-

Es ist eine große Menge Energie nötig, um das weise jedoch 700° C und darüber, abgeschieden

gasförmige Aluminiumtrihalogenid (Aluminiumtri- 45 wird. Bei dieser Arbeitsweise wird die Wärme be-

chlorid oder Aluminiumtribromid) mit der erf order- sonders hinsichtlich der' Funktion des Gaserhitzers

liehen Geschwindigkeit durch das Bett aus körnigem bei der Erhöhung der Gastemperatur auf einen für

Metall zu treiben. Es wurde bereits vorgeschlagen, den Konverter besonders geeigneten Wert (etwa

zur Leitung von gasförmigem Aluminiumtrihalogenid 1200° C oder darüber) besonders wirtschaftlich aus-

durch das Metallbett mechanische Zirkulations- 50 genutzt. Gleichzeitig werden die Schwierigkeiten der

Vorrichtungen zu verwenden. Das heiße, gasförmige mechanischen Gaszirkulation vermieden, da der ge-

Aluminiumtrihalogenid ist jedoch sehr ätzend und samte mechanische Transport durch Pumpen von

greift die sich bewegenden Teile von mechanischen geschmolzenen Salzgemischen erfolgt, deren Mani-

Zirkulationsvorrichtungen an. pulation vom Standpunkt der nötigen Einrichtungen

Beim Subhalogenidverfahren werden bei der Küh- 55 und deren Instandhaltung aus gesehen wesentlich

lung von aluminiummonohalogenidhaltigem Gas, die einfacher ist.

zur Absetzung von Aluminiummetall in einer Kon- Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die densationszone durchgeführt wird, große Mengen bei der Zersetzung von Aluminiummonohalogenid Wärmeenergie vergeudet. Eines der Ziele der vor- entstehende Wärme auf eine geeignete Flüssigkeit liegenden Erfindung ist es, einen Teil dieser Wärme- δο übertragen, vorzugsweise auf ein Gemisch aus Aluenergie aus der Kondensationszone abzufangen und miniumtrihalogenid und einem anderen in dem Abdiese Energie dazu zu verwenden, das Aluminium- sorptionsgefäß verwendeten Salz bzw. mehreren antrihalogenid durch die Umsetzungszone zu treiben, deren Salzen. Das reiche, geschmolzene Salzgemisch in welcher ein Teil des Aluminiumtrihalogenids zu wird nach dem Absorptionsvorgang einem Bereich Aluminiummonohalogenid umgewandelt wird. 65 zugeführt und anschließend von diesem wieder ab-

Durch die Maßnahme, den Dampfstrom mit Hilfe geleitet, in dem es mit der erhitzten Flüssigkeit der

der aus dem Kondensator gewonnenen Wärme durch Zersetzungsphase in ein Wärmeaustauschverhältnis den Konverter und durch den Kondensator selbst zu tritt. Durch Übertragung der Wärme dieser Flüssig-

keit wird Aluminiumtrihalogenid aus dem Salzgemisch verdampft, so daß das in das Absorptionsgefäß zurückgeleitete Salzgemisch kein Aluminiumtrihalogenid enthält

Ein besonderes Merkmal besteht darin, daß die Erfindung ein zweites Stadium der Wärmeübertragung vorsieht. Der Strom des von dem Verdampfungsbereich in das Absorptionsgefäß zurückfließenden Salzes steht nämlich mit der aus dem Absorptions-

»Kondensatsammler« bzw. Verdampfungsbehälter ein Wärmeaustauschverhältnis hergestellt, während die übrigen Schritte im Wärmeübertragungsvorgang einschließlich des Wärmeaustausches zwischen dem 5 aus dem Absorptionsgefäß zurückfließenden und dem in das Absorptionsgefäß vorwärts fließenden Strom aus geschmolzenem Salz sowie der Schritt der zusätzlichen Erhitzung durch Abkühlung des Abzugsgases aus dem Zersetzer an dem sich durch das Ab-

gefäß nach vorn fließenden, mit Aluminiumtrihalo- io sorptionsgefäß bewegenden Salzstrom vorgenommen genid angereicherten Schmelze in einem Wärme-. werden. Weitere Merkmale des Verfahrens einaustauschverhältnis. schließlich der Kühlungsphasen der Salzschmelze,

Es ist ein weiteres, mitbestimmendes Merkmal des der Drucksteuerungsvorgänge sowie der zusätzlichen Verfahrens, daß die Wärmeübertragung von dem Wärmeübertragungsschritte zur Erzielung einer ungasförmigen, aus dem Zersetzer ausgeschiedenen 15 gewöhnlich hohen Temperatur in dem nachverdampf-Aluminiumtrihalogenid in einer Weise erfolgt, die ten gasförmigen Aluminiumtrihalogenid sind nachdie Rückgewinnung dieser Wärme zur Verwendung stehend beschrieben.

im Verdampfungsstadium erlaubt. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich

Ein weiterer, besonderer Aspekt der vorliegenden aus der Beschreibung des in der Zeichnung dar-Erfindung befaßt sich mit der Zersetzung von Alu- »o gestellten Ausfühnmgsbeispiels. In der Zeichnung ist miniummonohalogenid, die in einer Weise erfolgt, F i g. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungs-

daß die bei einer solchen Reaktion entstehende gemäßen Aluminiummonohalogenid-Reinigungs-Wärme durch das abströmende, geschmolzene Salz- systems,

gemisch, z. B. wie nachstehend beschrieben, aus dem F i g. 1-A ein Vertikalschnitt durch ein abgeändef-

Zersetzer entfernt wird. Das aus dem Zersetzer strö- 35 tes Ausführungsbeispiel eines Kondensatsammlers, mende, geschmolzene Salz kann mit dem von und Fig. I-B ein Querschnitt auf der Linie l-B, \-B

zu dem»Absorptionsgefäß zirkulierenden Salzgemisch von Fig. 1-A,

vereinigt werden. Stark erhitztes, geschmolzenes Salz F i g. 2 eine *ehematische Darstellung der wesent-

aus. dem Zersetzer wird mit dem von dem Absorp- liehen Elemente eines weiteren erfindungsgemäßen tionsgefäß vorwärts strömenden, mit Aluminium- 30 Systems,

trichlorid angereicherten Strom in Berührung ge- F i g. 3 eine schematische Darstellung eines wei-

bracht und mit diesem vermischt. Diese Berührung teren erfindungsgemäßen Systems, das eine Abkanh zur direkten Verdampfung von Aluminium- änderung des in Fig. 2 gezeigten Systems darstellt, trihalogenid in einem Kondensatsammler erfolgen. Fig. 4 eine ähnliche schematische Darstellung

Bei dem vorliegenden Verfahren wird das den Kon- 35 eines weiteren vereinfachten Systems, das eine weitere densatsammler verlassende Salzgemisch in zwei ge- Modifizierung von F i g. 2 darstellt, trennte Ströme geteilt, die zum Zersetzer bzw. zum
Absorptionsgefäß zurückgeleitet werden. Das weitere
Stadium der Wärmeübertragung spielt sich zweckmäßigerweise zwischen dem zweiten Teilstrom des 40
Rückstroms und der sich vorwärts bewegenden, mit
Aluminiumtrihalogenid angereicherten Salzschmelze
ab, die daher beim Einströmen in den Kondensatsammler eine hohe Temperatur aufweist. Gleichzeitig kann man bei entsprechender Stromteilung 45
einen weiteren Teilstrom des aluminiumtrihalogenidfreien Salzgemisches nach dem zweiten Wärmeaustauschstadium von dem vom Absorptionsgefäß
zurückströmenden Teilstrom ableiten. Dieser abgeleitete "Strom wird anschließend ebenfalls zum Zer- so alle Gaskanäle bzw. -rohre strichliert eingezeichnet, setzer geführt, wobei von dem Aluminiumtrihalo- während ähnliche Kanäle bzw. Rohre für Flüssiggenidgasstrom, der sich von dem Zersetzer zum Ab- keiten in kontinuierlichen Linien eingezeichnet sind, sorptionsgefäß bewegt, Wärme auf diesen abge- In dem Subhalogenid-Destillationssystem von

leiteten Strom übertragen wird. Auf diese Weise läßt Fig. 1 ist ein Konverter 1 angeordnet, der körniges, sich ein weiteres Stadium der Wärmeübertragung 55 aluminiumhaltiges Metall, z. B. eine Aluminiumeinschalten und das in den Zersetzer strömende ge- legierung aus der karbothermischen Reduktion von schmolzene Salz auf einer verhältnismäßig hohen Bauxit, aufnimmt. Von dem Konverter wird ein stark Temperatur halten. erhitzter, im wesentlichen aus Aluminiummono-

Gemäß einer anderen Durchführungsart des Ver- halogenid und Aluminiumtrihalogenid bestehender f ahrens kann der durch den Zersetzer fließende Strom 60 Gasstrom zu einem Zersetzer 2 geleitet. Im Zersetzer von geschmolzenem Salz von dem Salzschmelzekreis- wird der Aluminiummonohalogenidgehalt des Gaslauf isoliert werden, der sowohl das Absorptions- Stroms durch Kühlung zersetzt, wobei sich metalstadium als auch das Verdampfungsstadium umfaßt. lisches Aluminium und ein Strom von gasförmigem Bei dieser Verfahrensweise wird zwischen dem vom Aluminiumtrihalogenid bildet. Der Aluminiumtri-Zersetzer abfließenden geschmolzenen Salz und dem 65 halogenidstrom wird anschließend durch einen aus dem Absorptionsgefäß kommenden, angereicher- Wärmeaustauscher bzw. Kühler 3 geleitet, in dem er ten, geschmolzenen Salz zweckmäßigerweise un- weiter abgekühlt wird, und wird danach zu einem mittelbar vor dem Eintritt des letzteren in einen Absorptionsbehälter 4 geführt, in dem der AIu-

Fig. 5 ein Horizontalschnitt durch einen abgeänderten Zersetzer, der sich zur Verwendung in den Systemen der F i g. 1 bis 4 eignet,

Fig. 6 ein Vertikalschnitt auf der Linie VI'-VI' von F i g. 5,

F i g. 7 ein Horizontalschnitt durch einen weiteren modifizierten Zersetzer, der sich, zur Verwendung in den Systemen der.Fig. 1 bis 4 eignet, --

F i g. 8 ein Vertikalschnitt auf der Linie νΠΓ-νΠΓ von Fig. 7,

F i g. 9 ein teilweiser Vertikalschnitt ähnlich dem von F i g. 8, jedoch auf der Linie DC'-DC' von F i g. 7.

Zur einfacheren Darstellung sind in der Zeichnung

miniumtrihalogenidgehalt des Gases von einem aus Aluminiumtrichlorid und Natriumchlorid (wenn der Gasstrom aus Aluminiumtrichlorid besteht) bestehenden, geschmolzenen Salzgemisch absorbiert wird. Das geschmolzene Salz wird durch Zirkulation in einer Kühlvorrichtung abgekühlt.

Vom Absorptionsbehälter 4 wird das mit absorbiertem Aluminiumtrihalogenid angereicherte, geschmolzene Salzgemisch durch einen Wärmeausaus dem Schnellverdampfer 9 gelangt ebenfalls über die Leitung 25 in den Zersetzer. Das geschmolzene Salzgemisch wird von Pumpen 22 P und 24 P durch die Leitungen 22, 24 gepumpt.

Im Zersetzer wird das geschmolzene Salzgemisch durch Absorption der bei der Zersetzung von AIuminiummonohalogenid frei werdenden Wärmeenergie auf eine hohe Temperatur erhitzt. Nach Verlassen des Zersetzers wird das eine über dem Schmelzpunkt

tauscher 6 zu einem Kondensatsammler 7 (Konden- ao von Aluminium (660° C) liegende Temperatur aufsatsammler A) geleitet, wo das gasförmige Alu- weisende Salz durch eine Leitung 26 in den Hauptminiumtrihalogenid aus der Schmelze verdampft kondensatsammler 7 geleitet. Das System ist vorzugswird. Dieses Gas strömt anschließend durch eine weise so angeordnet, daß das Salzgemisch im Kon-Heizvorrichtung 8 und strömt schließlich in den densatsammler 7 (Kondensatsammler A) einen Druck Konverter 1 zurück, wo es mit dem Aluminium der 15 beibehält, der über dem im Zersetzer 2 herrschenden Metallcharge reagiert. Das System enthält ferner zur Druck liegt. Obwohl die Leitung 26 zu diesem Zweck Aufnahme eines Teils des geschmolzenen Salzes aus mit einer Pumpe versehen sein kann, erzielt man den dem Kondensatsammler 7 einen weiteren, zweck- Druckanstieg zweckmäßigerweise durch Anordnung mäßigerweise kleineren Schnellverdampfer 9 (Kon- des Zersetzers 2 in geeigneter Höhe über dem Kondensatsammler B) sowie einen Hilfsverdampfer 10, ao densatsammler 7, so daß sich ein Flüssigkeitsgefälle der getrennt beheizt und beim Anlaufen des Arbeits- ergibt.

Kondensiertes, geschmolzenes Aluminium wird vom unteren Ende des Zersetzers durch eine Leitung 27 abgezogen.

Die Zufuhr von geschmolzenem Salz zum -Hilfsverdampfer 10 erfolgt zweckmäßigerweise vom Kondensatsammler 7 . über eine Leitung 28 und eine Pumpe 28 P, die nur bei Verwendung des Verdampfers 10, z. B. beim Inbetriebsetzen der Anlage, beoberen Ende des Gaskühlers 3 durch eine Leitung 30 tätigt wirdrZur Ausgleichung des Flüssigkeitsstandes

13 in den Absorptionsbehälter 4, der mit einem Rohr'· kann zweckmäßigerweise zwischen dem Verdampfer

14 zum Ableiten der nicht absorbierbaren Gase, 10 und dem Kondensatsammler 7 eine Rückleitung z. B. Wasserstoff und Methan, ausgestattet ist. 29 angeordnet sein. Das ausgeschiedene Aluminium-

Die Kreisströmung des geschmolzenen Salzes zwi- trichloridgas verläßt den Verdampfer 10 über eine sehen dem Absorptionsbehälter 4 und der Kühl- 35 Leitung 30, die in die Leitung 19 mündet, so daß das vorrichtung 5 erfolgt durch eine mit einer Umwälz- Gas in die Heizvorrichtung 8 befördert und von dort pumpe 15P versehene Leitung 15 und eine Rück- in den Konverter 1 geleitet wird. Es ist ferner eine leitung 16. Das angereicherte Salzgemisch bewegt sich Ausweichleitung für Gas vorgesehen, die von der von dem Absorptionsbehälter 4 durch eine Leitung Leitung 19 zur Leitung 12 führt, die die Gas-17 (in der es durch eine Pumpe 17 P weitergetrieben 40 entladungsleitung des Zersetzers 2 darstellt. Diese wird), durch den Wärmeaustauscher 6 und schließ- Ausweichleitung besteht aus einer Leitung 31 mit

Vorgangs verwendet wird.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, strömt das aluminiummonohalogenidhaltige Gas aus dem Konverter 1 durch eine Leitung 11 in den unteren Teil des Zersetzers 2, und der resultierende Aluminiumtrihalogenidgasstrom bewegt sich durch eine Leitung 12 zu dem Wärmeaustauscher bzw. Gaskühler 3. Das gasförmige Aluminiumtrichlorid strömt von dem

lieh durch eine Leitung 18 zu dem Kondensatsammler?. Die Leitung 18 weist vorzugsweise ein Druckminderungsventil 18 V auf, welches ein Entflammen bzw. Kochen des geschmolzenen Salzgemisches im Wärmeaustauscher 6 anstatt im Kondensatsammler 7 verhindert. Der Gasstrom bewegt sich vom Kondensatsammler 7 durch eine Leitung 19 zur Heizvorrichtung 8, von. wo er durch eine

einem normalerweise geschlossenen Ventil 31V, das nur dann geöffnet wird, wenn der Destillationsvorgang zum Stillstand gebracht werden soll.

Durch den Druckabfall der Salzschmelze beim Eintritt in den Schnellverdampfer 9 -durch die Leitung 22 wird gewöhnlich im' Verdampfer eine bestimmte Menge gasförmiges Aluminiumtrichlorid ausgeschieden. Dieses Gas wird zweckmäßig über

g g

weitere Leitung 19' in das untere Ende des Kon- 50 eine Leitung 32 in die Gasleitung 12 befördert,
verters 1 zurückströmt. Der Zersetzer 2 ist so eingerichtet, daß die Zer-"Der Rückfluß des Salzgemisches- aus dem Ver- Setzung von Aluminiummonohalogenid durch Abdampfer 7 in den Wärmeaustauscher 6 erfolgt über gäbe von Wärme an eine Flüssigkeit erfolgt, die aneine Leitung 20. Vom Wärmeaustauscher 6 wird das schließend weiterzirkuliert wird und die Wärme für Salzgemisch durch eine Leitung 21 in den Absorp- 55 das Nachverdampfungsstadium, z.B. im Kondensattsonsbehälter 4 geleitet. Gemäß Fig. 1 kann das sammler A, abgibt.

Salzgemisch auf zwei Wegen in den Zersetzer 2 ge- Der Zersetzer 2 besteht also im wesentlichen aus

leitet werden. Ein Weg führt vom Kondensat- einem aufrechten Behälter, in den von oben durch

sammler 7 durch die Leitung 22 zum Schnell- die Leitung 25 geschmolzenes Salz eingeführt wird

verdampfer 9, von dem das geschmolzene Salz durch 60 und der das vom Konverter 1 einströmende, stark

eine weitere Leitung 23 direkt in den Zersetzer 2 ge- erhitzte, Aluminiummonochlorid enthaltende Gas

leitet wird. Ein zweiter Rückstrom von geschmolze- durch die Leitung 11 aufnimmt. Dieses Gas steigt im

nem Salz wird in eine Leitung 24 abgeleitet, die vom Zersetzerbehälter nach oben.

Wärmeaustauscher 6 zum Absorptionsbehälter 4 Der innere Aufbau des Zersetzers 2 ist für das

führt. Diese Leitung führt zum oberen Ende des 65 Funktionieren des Systems in keiner Weise ent

Gaskühlers 3. Das Salzgemisch sickert durch den Kühler und dringt anschließend über eine weitere Leitung 25 in den Zersetzer ein. Das Salzgemisch

scheidend. Zum Zwecke der Erläuterung ist in Fig. 1 das übliche Turmfüllmaterial 40 gezeigt, durch das das geschmolzene Salz nach unten sickert und

"Wärme aus dem aufsteigenden Gas absorbiert, wobei durch Abgabe der erforderlichen Wärme die Zersetzungsreaktion erfolgt. Dabei wird geschmolzenes Aluminium ausgeschieden, welches mit der Salzschmelze absinkt und sich im Becken 41 im Boden des Behälters sammelt, von wo es durch das Rohr 27 abgeleitet wird. Das geschmolzene Salz bildet über dem Metall 41 eine getrennte Schicht 42 und wird durch das Rohr 26 abgeleitet.

Der Gaskühler 3 dient hauptsächlich zur Übertragung von Wärme von dem den Zersetzer durch die Leitung 12 verlassenden Aluminiumtrichloridgas auf einen aus geschmolzenem Salz bestehenden Strom. Diese Wärme wird schließlich in Verbindung mit der Nachverdampfung von Aluminiumtrichlorid ausgewertet. Obwohl auch andere Wärmeaustauschbzw. Wärmeübertragungseinrichtungen verwendet werden können, ist es günstig, eine Einrichtung ähnlich dem Gaskühler 3 von F i g. 1 zu verwenden, der einen Turm mit Füllmaterial 44 darstellt, durch weichen das Gas in entgegengesetzter Richtung zu dem aus der Leitung 24 nach unten fließenden, geschmolzenen Salz aufwärts strömt. Im Ausführungsbeispiel von F i g. 1 wird das erhitzte, geschmolzene Salz in einem Schmelzbad 45 gesammelt und bildet einen Teil des durch die Leitung 25 dem Zersetzer 2 zugeführten Materials.

Im Absorptionsbehälter 4 wird das Aluminiumtrichloridgas von dem geschmolzenen Salzgemisch bei-niedriger Temperatur absorbiert. Fig. 1 zeigt einen geeigneten Absorptionsbehälter, der im wesentlichen aus einem waagerechten Gefäß besteht, das mit dem geschmolzenen Salzgemisch 46 teilweise gefüllt und mit Leitblechen zur Lenkung des Gasstroms . versehen ist. Das geschmolzene Salzgemisch wird mittels Spritzeinrichtungen 47, 48 mit dem Gas in ausgedehnte Oberflächenberührung gebracht. Es empfiehlt sich, die Kühlvorrichtung 5 zur Regelung der Temperatur des Salzgemisches zu verwenden.

Es kann auch ein konventioneller Wärmeaustauscher 6 verwendet werden, der z. B. eine Reihe von Röhren 50 enthält, durch welche ein Salzstrom von der Leitung 17 zur Leitung 18 in entgegengesetzter Richtung zu einem weiteren Salzstrom fließt, der sich außerhalb der Röhren von der Leitung 20 zur Leitung 21 bewegt.

Die Ausscheidung von Aluminiumtrichloridgas im Kondensatsammler A erfolgt in einer Schnellverdampfung, bei der das Gas dennoch bei einem Druck ausgeschieden wird, der wesentlich höher über dem Druck des den Zersetzer verlassenden Gases ist und vorzugsweise sogar den Druck des den Konverter verlassenden Gases übersteigt. Der Kondensatsammler 7 kann also ungefähr bis zur Hälfte mit geschmolzenem Salz 51 gefüllt werden. Er besitzt eine Einrichtung 52 zur Zufuhr von stark erhitztem, geschmolzenem Salz aus dem Abflußrohr 26 des Zersetzers. Bei der Mischung dieser stark erhitzten Schmelze mit dem vom Absorptionsbehälter über die Leitung 18 kommenden, mit Aluminiumtrichlorid angereicherten Salzgemisch erfolgt eine schnelle Ausscheidung von Aluminiumtrichloridgas, welches durch die Leitung 19 entweicht. Das angereicherte, . geschmolzene Salzgemisch aus der Leitung 18 wird in den unteren Teil des Kondensatsammlers geleitet, da es leichter ist als die durch die Leitung 20 abfließende, magere Salzschmelze. Die Einrichtung 52 zur Zufuhr von erhitztem, geschmolzenem Salz aus dem Zersetzer besteht zweckmäßigerweise aus einem bis unter die Oberfläche der Schmelze 51 reichenden Rohr, so daß für das ausgeschiedene Gas ein Druckgefälle geschaffen wird.

Als Hilfsverdampfer 10 kann man einen direkt beheizten, röhrenartigen Kessel verwenden. Der Verdampfer wird jedoch zweckmäßigerweise durch elek- . irische Widerstandsheizung mit in der Salzschmelze 57 angeordneten Elektroden 55 beheizt.

ίο Gemäß der Darstellung von Fig.l besteht der erfindungsgemäße Prozeß im wesentlichen in der Vorwärtsbewegung des aluminiummonochloridhaltigen Gases, welches im Zersetzer 2 gekühlt und zersetzt wird. Der nun hauptsächlich aus Aluminiumtrichlorid bestehende Gasstrom wird weitergeleitet und erreicht schließlich den Absorptionsbehälter 4, wo er von dem geschmolzenen Salzgemisch 46 absorbiert wird. Nach dem Absorptionsstadium wird die mit Aluminiumtrichlorid angereicherte SaIzschmelze zum Kondensatsammler 7 weitergeleitet, wo sie sich mit der stark erhitzten, durch die Leitung 26 vom Zersetzer abgezogenen Salzschmelze vermischt. Durch den entsprechenden, großen Temperaturanstieg wird Aluminiumtrichloridgas aus dem anger.

reicherten Salz herausgekocht und dient zur Speisurig des Konverters über die Heizvorrichtung 8. Das Gas weist einen Druck auf, der so weit über dem in der Leitung 12 herrschenden Druck liegt, daß der erforderliche Druckabfall in der Heizvorrichtung 8,

dem Konverter'! und dem Zersetzer 2 ausgeglichen wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß bei der praktischen Anwendung des Aluminiumsubhalogenid-Destillationsverfahrens und bei allen normalerweise auftretenden Betriebsbedingungen, unter denen das aus dem Konverter austretende Gas eine Temperatur von 1200 bis 1500° C oder mehr aufweist, und eine etwa 25°/oige Umwandlung zu Aluminiummonohalogenid erfolgt, gewöhnlich die bei der Zersetzung von Aluminiummonohalogenid frei werdende Wärme für die Nachverdampfung des aus dem Zersetzer austretenden Aluminiumhalogehidgases mehr als ausreichend ist. . ■ -

Da,s im Gaskühler 3 ablaufende Wärmeübertragungsstadium stellt ein:weiteres bedeuttmgsvolles Merkmal des gesamten Destillatiönsprozesses dar. Es wird nämlich zumindest ein Teil der in den Zersetzer gespeisten und im Wärmeaustauscher 6 gekühlten Salzschmelze durch Berührung mit dem aus dem Zersetzer austretenden Gas erhitzt. Dieser Vorgang erleichtert nicht nur dadurch die anschließende Absorption, daß das Gas vor dem Eintritt in den Absorptionsbehälter 4 gekühlt wird, sondern er erhält auch die Temperatur des in den Zersetzer eintretenden kühlenden Salzgcmisches. Es wurde herausgefunden, daß der Zersetzer bei einer ziemlich hohen Eintrittstemperatur der Salzschmelze wirksam arbeitet, da sich unter dieser Bedingung die Temperatur der heißen, durch die Leitung 26 in den Kondensatsammler A fließenden Schmelze stark erhöht. Durch die Zusammenwirkung des Wärmeaustauschers 6 und des Gaskühlers 3 werden also besonders große Wärmemengen für die Verdampfungsphase im Kondensatsammler A gebildet, wodurch im letzteren Aluminiumtrichloridgas bei ungewöhnlich hohen Temperaturen, z. B. über 600° C und vorzugsweise 700' C oder mehr, ausgeschieden wird. Die auf Grund dieser zusammenwirkenden Wärmeübertra-

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gungsstufen zustande kommende Temperatur des und auf seine Betriebstemperatur gebracht, worauf

neugebildeten Aluminiumtrichloridgasstromes erhöht der Hilfsverdampfer 10 in Betrieb gesetzt wird, um

sich oft um einige hundert Grad C. Zumindest ein einen Strom von Aluminiumtrichloridgas durch die

Großteil dieser Temperatur wird im Kreislauf durch Heizvorrichtung 8 und den Konverter 1 zu erzeugen.

den Wärmeaustauscher 6 zurückgeführt. 5 Dann werden die verschiedenen Pumpen 15 P, 17P,

Ein beträchtlicher Teil (vielfach die Hälfte oder 22P, 24 P, 28 P in Betrieb gesetzt und so eingestellt,

mehr) des den Kondensatsämmler A über die Lei- daß das System in der oben beschriebenen Weise zu

tung 20 verlassenden, geschmolzenen Salzgemisches arbeiten beginnt. Nach Erreichen der gewünschten

wird auf direktem Weg über die Leitung 22 (Fig. 1) maximalen Strömungsgeschwindigkeit des Alumi-

zur Eintrittsöffnung des Zersetzers für die Schmelze io niumtrichlorids vom Kondensatsammler A durch die

gepumpt, wobei nur der verbleibende Teil der Salz- Leitung 19 kann die Wärmezufuhr in den Hilfsver-

schmelze durch den Wärmeaustauscher 6 fließt. In dämpfer 10 eingestellt und die Pumpe 28 P abge-

ähnlicher Weise stellt die in den Zersetzer über die schaltet werden.

Leitung 20 und den Gaskühler 3 zurückströmende Mit Bezugnahme auf die in den nachfolgenden Salzschmelze gewöhnlich nur einen geringen Teil der 15 Beispielen enthaltenen Angaben über günstige Tem-Gesamtmenge der in den Zersetzer über die Leitung peraturen und andere Bedingungen wird verständ-25 eintretenden Schmelze dar. Es wird also tatsäch- lieh, daß die Pumpen und die anderen Einrichtunlich ein Großteil der restlichen, in der den Konden- gen des Systems so gesteuert bzw. eingestellt wersatsammler A verlassenden Salzschmelze enthaltenen den, daß die ausgewählten Bedingungen erreicht Wärme durch einfache Rückleitung der Salzschmelze 20 werden. Man kann z. B. annehmen, daß der Konunmittelbar zum Zersetzer zurückgeführt. Ein bedeu- verter dem Zersetzer Gas bei einer Temperatur von tender Vorteil wird jedoch durch die weitere Wärme- 1200 bis 1250° C zuführt, welches 50 Molprozent rückgewinnung während der im Gaskühler 3 und im AlCl und 50 Molprozent AlCl₃ enthält und das im Wärmeaustauscher 6 ablaufenden Verfahrensschritte Kondensatsammler A nachverdampfte Aluminiumtrierzielt, die auf diese Weise grundlegend zur Erzeu- 25 chloridgas bei einer Temperatur im Bereich von 600 gung der hohen Temperaturen des im Kondensat- bis 700° C hergestellt werden soll. Die Pumpe 15P sammler A ausgeschiedenen Gases beiträgt, die weit wird in Betrieb gesetzt, so daß die Kühlvorrichtung 5 übe/ der durch einfache Rückführung der Kühl- für die Schmelze die bei der Absorption von Alumiscftmelze in den Zersetzer erzielbaren Temperatur niumtrichlowdgas im Absorptionsbehälter 4 frei ge-.liegen. ' 30 wordene Warme wirksam entfernt und das geschmol-

Obwohl der Vorgang im Kondensatsammler B in zene Salzgemisch im Absorptionsbehälter auf der geeinigen Fällen möglicherweise unnötig ist, ist er da- wünschten Temperatur, d. h. auf etwa 200° C, hält. durch nützlich, daß er in Zusammenwirkung mit Die Pumpe 17P wird betätigt, um das geschmolzene anderen Teilen des Systems die Verdampfung bzw. Salz im Absorptionsbehälter auf einem im wesentdas Kochen der Salzschmelze im Zersetzer verhindert. 35 liehen gleichbleibenden Stand zu halten, d. h., daß die Dieses Kochen der Salzschmelze könnte ohne den Geschwindigkeit, mit der angereichertes Salz entfernt Kondensatsammler B dann eintreten, wenn diese er- wird, der Summe der Geschwindigkeit, mit der das hitzte, zurückfließende Schmelze einem Druckabfall magere Salz über die Leitung 21 zurückströmt, und vom Druck im Kondensatsammler A auf den niedri- der Geschwindigkeit, mit der Aluminiumtrichloridgas geren Druck im Zersetzer ausgesetzt wird. Dieser 40 im Absorptionsbehälter 4 absorbiert wird, entspricht, zusätzliche Kondensatsammler bzw. Schnellverdamp- Die Pumpe 17 P dient ferner dem wichtigen Zweck, fer 9 stellt also eine Sicherungseinrichtung dar, da dem Wärmeaustauscher 6 geschmolzenes Salz bei er die Ableitung jener — wenn auch geringen — einem angemessenen erhöhten Druck, beispielsweise Gasmenge ermöglicht, die auf Grund des Druck- einigen Atmosphären, zuzuführen, während das abfalls der Salzschmelze auf den Zersetzerdruck aus- 45 durch die Leitung 11- in den Zer-setzei^ eintretende geschieden wird. Obwohl dadurch ein kleiner Lei- Gas einen Druck von etwa einer Atmosphäre aufstungsverlust eintritt, da sich die in den Absorptions- weist, und der Druck in dem an den Zersetzer anbehälter geleitete Gasmenge um dieses Gas ver- schließenden Gassystem einschließlich des Absorpgrößert, ist es wichtig, eine Verdampfung im Zer- tionsbehälters unter Umständen weniger als 1 Atmosetzer zu verhindern, da diese den erwünschten Gas- 5° Sphäre beträgt. Nach Inbetriebnahme ist die Leistung flüssigkeitskontakt störend beeinflussen würde. der Pumpe 28P anfänglich so groß -wie die der

Der allgemeine, in Fig. 1 dargestellte Verfahren- Pumpe 17P. Das Druckminderventil 18V ist so einvorgang wird aus der vorstehenden Beschreibung und gestellt, daß es eine nennenswerte Verdampfung von Erläuterung verständlich. In der Praxis ist das In- Aluminiumtrichlorid aus der durch die Leitung 17 in betriebsetzen und die Steuerung des Aluminium- 55 den Wärmeaustauscher 6 gelangenden, angereichertrichlorid-Rückführungssystems recht einfach. Am· ten'Salzschmelze verhindert, während zugleich im Beginn des Destillationsvorganges werden z. B. die Kondensatsammler 7 ein erhöhter Druck, beispiels-Kondensatsammler 7, 9, der Wärmeaustauscher 6, weise von 1,5 Atmosphären, aufrechterhalten wird, der Absorptionsbehälter 4, die Kühlvorrichtung 5 für Die Pumpen 22P, 24P sind so eingestellt, daß sie die Salzschmelze, der Hilfsverdampfer 10 und die 60 zur Erzielung der gewünschten Temperaturverhält-Verbindungsleitungen bis zum erwünschten Stand mit nisse der in den Zersetzer einströmenden und den geschmolzenem Salz, ζ. B. einem Gemisch aus Alu- Zersetzer verlassenden Schmelze und der im Konminiumtrichlorid und Natriumchlorid, zu Anteilen densatsammler A befindlichen Schmelze die Gegefüllt, die zwischen den endgültig im Gleichgewichts- schwindigkeit des Salzgemischstromes in den Leitunzustand in dem Absorptionsbehälter bzw. im Kon- 65 gen 22, 24 sowie den Temperaturunterschied im densatsammler A erreichten Werten liegen. Der Kon- Wärmeaustauscher 6 zur Bewirkung der Verdampverter 1 und die Heizvorrichtung 8 werden vor- hing im Kondensatsammler A steuern. Der Wärmegewännt, ULT Konverter wird anschließend chargiert austauscher 6 dient unter anderem dem Zweck, die

11 12

Temperatur der sich in dem Kondensatsammier A 108, der mit einer U-förmigen Röhre verbunden ist, bewegenden, angereicherten Schmelze durch Entzug die ihrerseits einen aufrechten Teil 109 und einen geeines Teils der Wärme der zurückfließenden Schmelze neigten Teil 110 aufweist. Der aufrechte Teil 109 (ursprünglich vom Zersetzer ausgehend) zu erhöhen. steht mit dem Behälter 108 über die Durchlässe 111, Die Pumpen 22P, 24P steuern den Rückfluß der 5 112 für Gas- bzw. Salzschmelze in Verbindung. Schmelze in den Zersetzer und sind so eingestellt, Heiße, magere Salzschmelze aus dem Zersetzer tritt daß sie die überschüssige Schmelze, die nicht für die durch die Leitung 26 und eine Einlaßöffnung 114 in Rückführung zum Absorptionsbehälter 4 erforderlich den geneigten Teil 110 ein. Die öffnung kann unter ist, ableiten. Der Gaskühler 3 dient unter anderem dem danebenliegenden Salzspiegel angeordnet sein, dem Zweck, die Temperatur der in den Zersetzer 2 io sofern in der Leitung 26 keine Klappe vorgesehen ist. zurückströmenden Salzschmelze durch Entzug von. Am oberen Ende des geneigten Teils 110 entweicht Wärme aus dem vom Zersetzer austretenden Gas zu stark erhitztes Aluminiumtrichloridgas durch eine erhöhen. Vorausgesetzt, daß der Gaskühler 3 und der Austrittsöffnung 115 in die Leitung 19. Die heiße Zersetzer 2 so gebaut sind, daß die Wärmeübertra- Schmelze aus dem Zersetzer fließt also im Teil 110 gung auf die Salzströme gut funktioniert, wird die 15 nach unten in den aufrechten Teil 109, von dem sie Pumpe 22 P so eingestellt, daß sich die aus dem Zer- durch den Durchlaß 112 in den zylindrischen Besetzer austretende heiße Schmelze auf einer ge- halter 108 weiterströmt, wo sie sich mit· der angewünschten Temperatur, beispielsweise 750 bis 850° C, reicherten Schmelze aus dem Wärmeaustauscher 6 hält, wobei die Pumpe 24 P so eingestellt ist, daß sie vermischt. Die angereicherte Salzschmelze wird durch zur Erzielung dieses Ergebnisses beiträgt. Bemerkt ao die Leitung 18 zu einer unter der Mittellinie des Beman z. B., daß der Kondensatsammler A abkühlt, hälters 108 angeordneten Eintrittsöffnung 116 beförwird die Pumpe 24P neu eingestellt, um den Strom dert. Das Kochen bzw. die Entflammung erfolgt also durch den Gaskühler 3 zu vermehren. Da sich bei im Behälter 108, so daß Aluminiumtrichloridgas in einer Zunahme des Stromes durch den Zersetzer 2 Blasen durch die Salzschmelze nach oben steigt unddie/Temperatur der dem Kondensatsammler A durch 35 durch den Durchlaß 111 in den oberen Teil 117 des die Leitung 26 zugeführten, heißen Schmelze verrin- aufrechten Teils 109 eintritt.· Da man auf diese Weise gert, sollte die Pumpe 22P ebenfalls nachgestellt im Teil 117 einen verhältnismäßig hohen Druck erwerden,•'wodurch die Vergrößerung des Salzstromes zeugen kann, bewegen sich nun die Gasblasen, wie in der Leitung 24 durch eine Verminderung des bei 118 gezeigt„.Tn Gegenströmung zu der stark erdurch die Leitung 22 strömenden geschmolzenen 30 hitzten·*Salzschmelze am geneigten Teil 110 nach Salzes kompensiert wird. Diese Veränderungen füh- oben. Dabei wird Wärme aus der Salzschmelze zuren zu einem Ansteigen des Anteils an magerer Salz- rückgewonnen, so daß das Gas im wesentlichen bei schmelze, die aus dem Kondensatsammler 7 über die Maximaltemperatur durch die Austrittsöffnung 115 Leitung 20 durch den Wärmeaustauscher 6 fließt. In entweicht. Vermischte, magere Salzschmelze wird am der Folge wird die durch die Leitung 18 strömende 35 Boden des Behälters 108 durch eine Austrittsöffnung Salzschmelze heißer, und die Temperatur im Konden- 120 abgezogen und durch die Leitung 20, wie in satsammler 7 erhöht sich. F i g. 1 gezeigt, zum Wärmeaustauscher 6 geleitet.

Obwohl die durch den Kondensatsammler B strö- Die Anlage ist mit feuerfestem Isoliermaterial

mende Salzschmelze etwas abgekühlt wird, weisen die ausgekleidet. In der U-Röhre sind feuerfeste Leit-Ströme in den Leitungen 22 und 23 sowie der ia den 40 bleche 122, 123 angeordnet, die die Vermischung Zersetzer 2 durch die Leitung 25 eintretende Gesamt- der Flüssigkeit mit dem Gas hemmen und die Gegenstrom vermutlich ziemlich gleiche Temperaturen auf, strömung in der zweckmäßigerweise einen ovalen z. B. eine Temperatur von 600 bis 650⁰C oder sogar Querschnitt (Fig. 1-B) aufweisenden U-Röhre aufannähernd 700° C. Das in. den Gaskühler eintretende rechterhalten.

Gas und die den Gaskühler verlassende Schmelze 45 Die folgenden Abmessungen, sind fur eine" Anlage weisen im allgemeinen die gleiche oder eine etwas geeignet, die 9080 kg/h AlCl₃ verarbeitet: Innerer niedrigere Temperatur auf. Durchmesser des Behälters 108 = 1,68 m und innere

Der Wärmeaustauscher 6 kann aus zwei Teilen Höhe dieses Behälters 5,33 m. Die Eintrittsöffnung bestehen, wobei die Leitung 22 zur Rückführung von 116 für die angereicherte Salzschmelze ist. in einer geschmojzenem Salz zum Zersetzer mageres Salz aus 50 Höhe von etwa 1,8 m vom Boden des Behälters andern zwischen den beiden Teilen liegenden Raum ab- geordnet, und der Flüssigkeitsspiegel 125 wird in leitet. Eine weitere Abänderung besteht in der Ver- einer Höhe von etwa 3,70 m über dem Boden des Bewendung einer Gegenströmungsanordnung zwischen hälters gehalten. Der geneigte Teil 110 der U-förmider aus dem Zersetzer 2 fließenden heißen Salz- gen Röhre ist etwa 9,1 m lang, und die Achse dieses schmelze und dem ausgeschiedenen Aluminiumtri- 55 Teils steht in einem Winkel von etwa 30° zur Horichloridgas im Kondensatsammler A. Eine solche An- zontalen. Die Abmessungen für die maximale Höhe Ordnung ist in Fig. 1-A gezeigt. Sie bietet den beson- und Breite der U-Röhre, d. h. des Teils 110, betragen deren Vorteil, daß der Gasstrom beim Austreten eine etwa 2,1 bzw. 1,2 m.

Temperatur aufweist, die wesentlich höher, z. B. um In manchen Fällen kann das System auch ohne

50 bis 75° C, als die mit dem gewöhnlichen Konden- 60 den Gaskühler 3 bzw. ohne eine diesem entsprechende satsammler des Mischtypus erzielbare Temperatur Anlage betrieben werden. Eine abgeänderte Anordist. Die Austrittstemperatur ist ferner auch höher als nung dieser Art ist in F i g. 4 dargestellt. Wenn es die der mageren Schmelze, die durch die Leitung 20 nicht nötig ist, daß das ausgeschiedene, durch die aus dem Kondensatsammler austritt. Daraus ergibt Leitung 19 fließende Aluminiumtrichloridgas die sich eine zusätzliche Wärmerückgewinnung von bei- 65 höchstmögliche Temperatur erreicht, kann der spielsweise etwa 0,1 kWh/0,454 kg Aluminium. Wärmeübertragungsvorgang im Gaskühler ausge-

Der Gegenströmungsbehälter7'von Fig. 1-A und schaltet werden. Er kann ebenso in Fällen ausge-1-B umfaßt einen senkrechten zylindrischen Behälter schaltet werden, in denen die Umsetzung von Alu-

miniumtrihalogenid zu AIuminrummonohalogenid im Konverter 1 besonders hoch ist, da dabei durch die Zersetzung von Aluminiummonohalogenid eine größere Wärmemenge frei wird. Obwohl der Verdampfungs- bzw. Entflammungsvorgang mit direkt in den Zersetzer eingebauten Vorrichtungen durchgeführt werden könnte, wird im System von F i g. 1 vorzugsweise durch Anordnung der Zersetzerkammer über dem Kondensatsammler bzw. durch eine entsprechende Pumpanlage ein Druckanstieg der heißen Salzschmelze erzielt.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen Abänderungen des erfindungsgemäßen Systems, in denen die gleichen oder ähnlich funktionierende Teile mit den in F i g. 1 verwendeten Bezugszeichen versehen sind. Während im System von Fi g. 1 die magere Salzschmelze aus dem Zersetzer 2 mit der. angereicherten, vom Absorptionsbehälter 4 in den Kondensatsammler A strömenden Salzschmelze vermischt wird, sind gemäß F i g. 2, 3 und 4 Vorgänge vorgesehen, bei denen die Salzschmelze oder eine andere wärmeübertragende Flüssigkeit vom Zersetzer durch einen Wärmeaustauscher zirkuliert wird, um die angereicherte Salzschmelze aus dem Absorptionsbehälter ohne eine solche Vermischung zti erhitzen. In diesem Fall erfolgt bei der Zirkulation des geschmolzenen Salzes durch den Zer-. setzer vorteilhafterweise weder eine Verdampfung von Aluminiumtrichloridgas aus dem im Zersetzer befindlichen Salz noch eine Kondensation von Gas in'· dieses Salz. Bei den Betriebsbedingungen des Zer-, setzers 2 im System von Fig. 1 kann unter Umstän-' den etwas Aluminiumtrichlorid aus der Salzschmelze verdampfen. Diese geringfügige Vermehrung des Gases in den Leitungen 12, 13 wird jedoch im Absorptionsbehälter abgefangen.

Bei dem System von Fi g. 2 kann der Vorgang mit Ausnahme der zuletzt genannten Erscheinungen bezüglich des Zersct7.crs 2. des Gaskühlcrs (Schmelzeerhitzer) 3 und Absorptionsbehähcis 4 im allgemeinen wie beschrieben ablaufen.'Der Einfachheit halber sind in F i g. 2 (ebenso wie in F i g. 3 und 4) der Konverter, die Gasheizvorrichtung sowie der in F i g. 1 gezeigte Hilfsverdanipfer 10 nicht dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß diese Einrichtungen mit den geeigneten Verbindimgsleitungen zum Hauptkondensatsammler in der in Fig. 1 beschriebenen Weise verwendet werden können. Im allgemeinen ist die Funktion der Hauptteile von Fig. 2 dieselbe wie jene der Hauptteile von Fig. 1. Aluminiummonochloridhalüges Gas strömt also durch die Leitung 11 in den Zersetzer 2, wo bei der Reaktion reines, geschmolzenes Aluminium, das durch die Leitung 27 abgeschieden wird, sowie ein Strom von Aluminiumtrichloridgas entsteht, der sich durch die Leitung 12, den Gaskühler 3 und die Leitung 13 zum Absorptionsbehiiltcr 4 bewegt, wo er durch Absorption im geschmolzenen Salzgemisch kondensiert wird, wenn er durch die Kühlvorrichtung 5 auf der gewünschten Temperatur gehalten wird. Die Kühlvorrichtung von F i g. 2. nämlich Schmelzckühler 5, ist mit der gleichen Pumpeinrichtung 157* und den gleichen Leitungsverbindungen 15, 16 wie die Kühlvorrichtung von Fig. 1 versehen.

Das geschmolzene, mit dem absorbierten Aluminiumtrichlorid angereicherte Salz wird von der Pumpe 17 P durch die Leitung 17 sowie durch eine Seite des Wärmeaustauschers 6 — hier Wärmeaustauscher A — gepumpt und verläßt den letzteren durch die Leitung ISa. Der Kreislauf der wärmeentziehenden Salzschmelze durch den Zersetzer 2 umfaßt eine Abflußleitung 26 a, die zu einem zweiten Wärmeaustauscher 60 führt, von wo die Schmelze durch eine weitere Leitung 62, einen Schmelzekühler 61 und eine Leitung 63 zum Zersetzer zurückfließt. Der Strom wird in diesem Kreislauf durch eine Pumpe 62P in der Leitung 62 angetrieben. Um den Wärmegehalt des stark erhitzten, aus dem Zersetzer ίο strömenden geschmolzenen Salzes auszuwerten, wird die durch die Leitung 18a fließende angereicherte Schmelze vom Absorptionsbehälter in den Wärmeaustauscher 60 geleitet, wo sie mit der zuerst erwähnten Schmelze in ein Wärmeaustauschverhältnis tritt. Anschließend fließt die Schmelze zum Kondensatsammler 7σ weiter. In der Leitung 64 ist vorzugsweise ein Druckminderventil 64 V angeordnet, das demselben Zweck wie das Ventil 18 V von F i g. 1 dient. Nach dem Eintritt der angereicherten Schmelze ao in den Kondensatsammler la kocht bzw. entflammt die Schmelze, die durch die Wärmeübertragung im Austauscher 60 eine sehr hohe Temperatur aufweist und deren Druck im Vergleich zum Wärmeaustauscher 60 herabgesetzt ist, und bildet in der Leitung. 19 einen Aluminiumtrichloridgasstrom, der eine große Temperatur aufweist und zu der Gasheizvorrichtung und dem Konverter zurückströmt. Das Ventil 64 V ist natürlich so eingestellt, daß die Druckminderung, die zur Entbindung des Gasstromes bei dem gewünschten^Druck erforderlich ist, in ausreichendem \Jaß aufrechterhalten wird.

Der Rückfluß des mageren Salzes vom Kondcnsatsamm!er7« zum Wärmeaustauscher 6 erfolgt durch eine aus zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten 20«. 20 Λ bestellende Leitung. Im Wärmeaustauscher 6 überträgt diese magere Schmelze Wärme auf die vorwärts fließende angereicherte Salzschmelze ,die durch die Leitung 17 eintritt. Das magere Salz kehrt anschließend durch die Leitung 21 in den Absorptionsbehälter 4 zurück.

Mit dem System von Fig. 2 erzielt man dann besonders günstige Ergebnisse, wenn es einen Gaskühler3 enthält, der zur Wärmeübertragung von dem Abzugsgas des Zersetzers auf einen zusätzlichen Schmel/.strom dient, welcher in den Wärmeaustauscher 6 geleitet wird, um doFt zur -Erhöhung der Temperatur des aus dem Absorptionsbehälter 4 kommenden, angereicherten Schmelzstroms beizutragen. Der Kreislauf der Salzschmelze durch den Gaskühler 3 umfaßt die mit der Pumpe 24 Γ versehene Leitung 24. die von der Rückleitung 21 für die magere Salzschmelze zum Gaskühler 3" führt. Vom Gaskiihler 3 bewegt sich die erhitzte Schmelze durch die Leitung 65 zur Heizseite des Wärmcaustauschers 6. Die zusätzliche, vom Gaskiihler 3 abgeleitete Wärme wird also zur Erhöhung der Temperatur der angereicherten Salzschmelze vor ihrer endgültigen Erhitzung im Wärmeaustauscher 60 verwendet.

So Anordnung und Arbeitsweise des Systems nach Fi u. 2 gelten im wesentlichen auch für Fig. 3. Bei diesem System sind Vorkehrungen zur Erhitzung des entbundenen Aluminiumtrihalocenidgases auf eine äußerst hohe Temperatur getroffen. Der Kreislauf der Salzschmelze oder einer entsprechenden wärmeübertragenden Flüssigkeit durch den Zersetzer 2 ist so angelegt, daß die durch eine Leitung 66 strömende, erhitzte Salzschmelze aus dem Zersetzer durch einen

weiteren Wärmeaustauscher 68 strömt und anschließend durch eine Leitung 70 zum Wärmeaustauscher 60 weiterfließt, wo die Hauptwärmeübertragung auf den angereicherten Salzstrom zur Verdampfung von Aluminiumtrichloridgas aus dem Salz in den Kondensatsammler la erfolgt. Der Rückströmungskreislauf der Schmelze von dem Wärmeaustauscher 60 zum Zersetzer 2 entspricht dem in Verbindung mit F i g. 2 beschriebenen Kreislauf.

Das im Kondensatsammler Ta entbundene Aluminiumtrichloridgas strömt zur weiteren Erhitzung durch die Leitung 19 a zum Wärmeaustauscher 68, so daß die Gaszufuhr zur Leitung 19 b bei sehr hoher Temperatur erfolgt. Die Leitung 19 b führt zur Gasheizvorrichtung und zum Konverter des Aluminiumreinigungssystems. Der Wärmeaustauscher 68, d. h. Wärmeaustauscher C, kann jede geeignete Konstruktion aufweisen. Ebenso wie der Wärmeaustauscher 60 kann er z. B. dem Wärmeaustauscher 6 ähnlich sein, oder er kann als Gegenströmungs-Gasflüssigkeitskontakteinrichtung der in Verbindung mit F i g. 1 für den Gaskühkr 3 beschriebenen Art ausgebildet sein, wenn z. B. durch zusätzliche Pump- und Ventileinrichtungen (nicht dargestellt) angemessene Vorkehrungen getroffen werden, um in der Einrichtung 68 den gewünschten Druck aufrechtzuerhalten und vorausgesetzt, daß sich das geschmolzene SaIzgemiscli*oder eine andere zur Verwendung kommende Flüssigkeit daz-u eignet, der hohen Temperatur des Alurhiniumtrihalogenidgases ausgesetzt zu werden.

In den Systemen von F i g. 2 und 3 wird die bei der Zersetzung von Aluminiummonochlorid im Zersetzer 2 frei werdende Wärme hauptsächlich durch den Wärmeaustauscher B auf das angereicherte geschmolzene Salz übertragen. Durch den Wärmeaustauscher A wird weitere Wärme zur Erhöhung der Temperatur des angereicherten Salzes zurückgewonnen, während im Gaskühler 3 beim Erhitzen der 5chmelze weitere Wärme gewonnen wird, die im Wärmeaustauscher A auspowertet wird. Eine wirksame temperaturmäßige Steuerung der Vorgänge im Kondensatsammler kann durch Einstellung des durch die Leitung 24 fließenden Stromes mittels der Pumpe 24P erfolgen. Während die erhitzte Salzschmelze aus dem Zersetzer 2 eine Temperatur von 850° C aufweist, kann sich bei Betrieb des Systems von F i g. 2 in der Leitung 19 ein Aluminiumtrichloridgasstrom von etwa.700'C bilden. Im System von Fig. 3 erreicht das durch die Leitung 19 b strömende Gas jedoch ejne Temperatur von etwa 840 C.

Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes System, das im allgemeinen dem System von Fig. 2 ähnlich ist. Hier strömt das Aluminiumtrichloridgas vom Zersetzer 2 durcli eine Leitung 72 unmittelbar in den Absorptionsbehälter 4. Der Gaskühler bzw. Schmelzeerhitzer ist weggelassen. Ebenso kann im Kreislauf der Schmelze oder einer anderen wärmeübertragenen Flüssigkeit durch den Zersetzer 2 der Schmelzekühler B von Fig. 2 und 3 wegfallen. Der Kreislauf der Schmelze durch den Zersetzer umfaßt also eine Leitung 26a, die erhitzte Schmelze zum Wärmeaustauscher 60 befördert, von wo der Strom durch eine mit einer Pumpe 73 P versehene Leitung 73 zum Zersetzer zurückkehrt.

Die vom Wärmeaustauscher 6 zum Kondensatsammler Ta vorwärts fließende angereicherte Salzschmelze bewegt sich durch die Leitung 74, die uärmeaufnehmendc Seite des Wärmeaustauschers 60 und die Leitung 64. Es empfiehlt sich, in der Leitung 74 ein Druckminderventil 74 V sowie in der Leitung 64 ein Druckminderventil 64 V, wie in der Zeichnung dargestellt, anzuordnen, um eine nennenswerte Entflammung der angereicherten Salzschmelze im Wärmeaustauscher 60 auf Grund der dort erzielten hohen Temperaturen zu verhindern. Ebenso kann man in der Leitung 18a von Fig. 2 und 3 ein zusätzliches, nicht dargestelltes Druckminderventil anordnen. Die

ίο vom Kondensatsammler 7a zurückfließende magere Salzschmelze bewegt sich durch eine Leitung 20 c zum Wärmeaustauscher 6 und anschließend durch die Leitung 21 zurück zum Absorptionsbehälter 4.

Die Arbeitsweise des Systems von Fig. 4 entspricht im wesentlichen der in Verbindung mit F i g. 2 beschriebenen Arbeitsweise. Der zirkulierende Strom der Salzschmelze (oder einer entsprechenden Flüssigkeit), der sich durch den Kreislauf bewegt, ist in ähnlicher Weise von dem des Absorptionsbehälters gegetrennt. In diesem Fall wird die gesamte Wärme der Zersetzung, die zur Erzeugung von eine hohe Temperatur aufweisendem Aluminiumtrichloridgas verwendet wird, durch den Wärmeaustauscher B abgegeben. Dabei dient jedoch der Wärmeaustauscher A' (wie bei F i g. 1, 2 und 3) dem wichtigen Zweck, zur Erzielung einer hohen Teihperatur im Kondensatsammler beizutragen. Das System ist insofern vereinfacht, als der Gaskühler (Schmelzeerhitzer) wegfällt, kann aber dementsprechend auch bestimmte Funktio'nen'(einschließlich besonders zweckmäßiger Steuerung bzw. Regulierung), die im Zusammenhang mit Fig. 1 erklärt wurden, nicht ausüben. Da der Schmelzekühler61 (Fig. 2) ebenfalls wegfällt, sollte der Schmelzekühler A für eine verhältnismäßig große Kühlleistung eingerichtet sein.

Wie oben erwähnt, können statt dem in F i g. 1 dargestellten Zersetzer auch Spritzzersetzer verwendet werden. F i g. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, in der Aluminiummonohalogenidgas durch Kontakt mit verspritztem bzw. versprühtem geschmolzenem Aluminium zersetzt wird. Nach der flächenhaften schematischen Darstellung von Fig. 5 tritt aluminiummonochloridhaltiges Gas d^urch die öffnung 80 ein und strömt durch Kam-

mern81, wo es mit flüssigem Aluminium in Berührung kommt, welches durch zwei rotierende Schraubenelemente 83, 84 von einem Schmelzbad 82 (F i g. 6) des Metalls nach oben gespritzt wird. Die Kammern 81 stehen miteinander (für die Flüssigkeit und das Gas) über Durchtrittsstellen 85 in ,Verbindung. Gasförmiges Aluminiumtrichlorid strömt durch eine öffnung 86 aus, die an dem der öffnung 80 iiegenüberliegendene Ende der Kammernreihe an?eordnet ist. Ein Kühlbehälter 87 steht mit den Kamniern 81 durch einen unter dem Metallspiegel (Fig. 6) angeordneten Durchlaß sowie durch dem Druckausgleich dienende Entlüftungslöcher 89 in Verbindung.

Im Kühlbehälter 87 ist das Metall von einer Schicht aus geschmolzenem Salz überdeckt. Die Schmelze strömt durch eine öffnung 91 ein, die am selben Ende wie die öffnung 86 angeordnet ist, bewegt sich vorteilhafterweise durch den Behälter 87, wobei sie mit dem Gas in eine Wärmeaustauschberührung kommt, und strömt schließlich durch eine öffnung 92 aus.

Der in Fig. 7, 8 und 9 dargestellte Zersetzer besitzt eine Reihe von Kammern 81, Spritzelemente 83,

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84, Öffnungen 80, 86 und Durchtrittsstellen 85. Die Salzschmelze wird durch Öffnungen 95, die neben den Gasöffnungen 80, 86 angeordnet sind, direkt in die Kammern 81 geleitet. Das geschmolzene Salz strömt also durch die Spritzkammern des Zersetzers und wird dabei mit dem geschmolzenen Aluminium gründlich vermischt. In jeder Zone wird ein Gemisch von Salzschmelze und Metall zur Kühlung und Zersetzung des gasförmigen Aluminiummonochlorids verspritzt. Zur Ableitung der Salzschmelze und des Aluminiummetalls sind abgeschlossene Behälter 96, 97 vorgesehen. Die Behälter 96, 97 stehen miteinander durch eine Durchtrittsöffnung 98 und mit dem aus Salzschmelze und Metall bestehenden Schmelzbad 99 in den Kammern 81 durch Kanäle in Verbindung. In den Behältern 96, 97 sammelt sich die Schmelze in· einer Schicht 102 über dem Gemisch und wird durch eine Austrittsöffnung 103 in dem Behälter 97 kontinuierlich abgeschieden. Das Aluminium sammelt sich in einer Bodenschicht 104 in einem vertieften Teil des Behälters 96 und wird durch eine Austrittsöffnung 105 abgezogen. Die Behälter 96, 97 haben druckausgleichende Entlüftungslöcher 106, 107, durch welche sie mit den danebenliegenden Spritzkammern 81 verbunden sind.

Zur Verwendung für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich Salzschmelzezusammensetzungen, die aus einem gewöhnlichen Aluminiumhalogenid urid einem oder mehreren anderen Metallhalogeniden bestehen, -deren Anteile so gewählt sind, daß sie sich im geschmolzenen Zustand stabil verhalten und das gewöhnliche Aluminiumhalogenid unter angemessenen Bedingungen absorbieren und wieder freigeben. Eine besonders geeignete Schmelze besteht aus AIuminiumtrichlorid und Natriumchlorid. Weitere Beispiele von Metallhalogeniden, die sich in Verbindung mit Aluminiumhalogenid als nützlich erweisen, sind jene der Alkalimetalle und Erdalkalien (einschließlich Magnesium), welche entsprechend als Chlorid oder Bromid ausgewählt werden. Andere Schmelzezusammensetzungen sind ein Aluminium-Kaliumchlorid-Gemisch und ein temäres Gemisch aus Aluminium-, Kalium- und Natriumchloriden. Zur Vermischung mit Aluminiumhalogenid verwendet man vorzugsweise ein- Halogenid oder mehrere Halogenide der Alkalimetalle (z. B. Na, K, Li), die die Eigenschaft besitzen, ein geschmolzenes Salzgemisch zu bilden, das leichter als Aluminium ist. Ein geschmolzenes Gemisch aus Aluminiumtribromid und Bariumbromid ist beispielsweise eine Schmelze, die ein höheres spezifisches Gewicht als geschmolzenes Aluminium besitzt und sich in bestimmten, in den Zeichnungen dargestelten Zersetzern unter dem Aluminium sammeln würde. Im allgemeinen besteht ein geeignetes Salzgemisch im wesentlichen aus Aluminiumtrihalogenid und einem anderen Metallhalogenid, welches im geschmolzenen Zustand imstande ist, in der Gasphase eine entsprechende Menge Aluminiumtrihalogenid zu absorbieren.

Obwohl die Wärmeübertragungsflüssigkeit Aluminiumtrihalogenidgas weder absorbiert noch freigibt

ίο und sich nicht mit der Salzschmelze des Absorptionsbehälterkreislaufs vermischt, eignen sich die obigen Salzgemische dennoch. Man kann jedoch auch andere Zusammensetzungen, die kein Aluminiumtrihalogenid enthalten, verwenden. In solchen Fällen können viele geschmolzene Salze bzw. Salzgemische oder andere Materialien verwendet werden, die bei den benötigten Temperaturen flüssig sind und sich zu den Materialien, mit denen sie in Berührung treten müssen, inert verhalten.

Spezifische Beispiele für das auf die Reinigung von Aluminiummonochlorid angewendete, erfindungsgemäße Verfahren werden nachstehend unter Bezugnahme auf F i g. 1 bis 4 beschrieben.

Bei diesen Beispielen bestehen die Salzschmelzen aus Gemischen von Aluminiumtrichlorid und Natriumchlorid. Die Zusammensetzungen der Salz- und Gasgemische sind in Molprozent der Bestandteile angegeben. In allen Fällen wird die Zersetzungsreaktion so durchgeführt, daß die erhitzte Salzschmelze

•30 den Zerset2er2 bei einer Temperatur verläßt, die weit über dem Schmelzpunkt von reinem Aluminium liegt. Um leichter Vergleiche anstellen zu können, beziehen sich alle Beispiele auf die Erzeugung von einer Tonne reinem Aluminiummetall pro Stunde.

Das Aluminium wird in geschmolzenem Zustand bei atmosphärischem Druck durch das Rohr 27 abgezogen. Die Zusammensetzungen der Gasströme vom Konverter zum Absorptionsbehälter sind unter Nichtbeachtung ihres Verunreinigungsgehaltes an Permanentgasen (z. B. Wasserstoff und Methan) angegeben, von denen vorausgesetzt ist, daß sie mit einer Geschwindigkeit von etwa 2832 l/h (bei 200⁰C, bei Beispiel V bei 475° C) durch die Leitung 14. abgeleitet werden.

Durch die Angaben über den Materialfluß an verschiedenen Stellen in den Kreisläufen des Gases und der Salzschmelze sind diese Stellen — um die Beispielsbeschreibung und die Tabellenaufstellung der Beispiele kurz zu halten — in Fig. 1 bis 4 durch besondere in Übereinstimmung mit der folgenden Indexliste in Klammern angegebene -Bezugsziffern gekennzeichnet:

Tabelle 1 — Index

Stelle
Ziffer

Beschreibung

201
202
203
204
205
206
207
211
212

Gas in den Zersetzer 2, Leitung 11

Gas aus dem Zersetzer 2, Leitung 12

Gas in den Gaskühler 3, Leitung 12

Gas in den Absorptionsbehälter 4, Leitungen 13 bzw. 72 Gas aus dem Kondensatsammler 7 bzw. Ta, Leitungen 19 bzw. 19a Gas aus dem Wärmeaustauscher 68, Leitung 19 b

Gas aus dem Kondensatsammler 9, Leitung

Schmelze aus dem Zersetzer 2, Leitungen 26, 26 a bzw. 66 Schmelze aus dem Wärmeaustauscher 68, Leitung 70

Tabelle 1 (Fortsetzung

Stelle
Ziffer

Beschreibung

214 215 216

217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 -213

Schmelze (angereichert) in dem Kondensatsammler 7 bzw. 7 a, Leitungen 18 bzw. 64 Schmelze in den Zersetzer 2, Leitungen 63 bzw. 73 Schmelze (mager) in den Wärmeaustauscher 6, Leitungen 20, 20 b bzw. 20 c Schmelze (angereichert) in den Wärmeaustauscher 6, Leitung 17 Schmelze (mager) aus dem Wärmeaustauscher 6, Leitung 21 Schmelze (angereichert) aus dem Wärmeaustauscher 6, Leitungen 18, 18 a bzw. 74 Schmelze (angereichert) in den Wärmeaustauscher 60, Leitungen 18 a bzw. 74 Schmelze (mager) in den Absorptionsbehälter 4, Leitung 21 Schmelze (aus der Kühlvorrichtung) in den Absorptionsbehälter 4, Leitung 16 Schmelze (in die Kühlvorrichtung) aus dem Absorptionsbehälter 4, Leitung 15 Schmelze (angereichert) aus dem Absorptionsbehälter 4, Leitung 17 Schmelze in den Kondensatsammler 9, Leitung 22 Schmelze aus dem Kondensatsammler 9, Leitung 23

Schmelze in den Gaskühler 3, Leitung 24

Schmelze aus dem Gaskühler 3, Leitung

Schmelze aus dem Wärmeaustauscher 60, Leitungen 62 bzw. 73 Schmelze (mager) aus dem Kondensatsammler 7 bzw. 7 a, Leitungen 20,. 20 a bzw. 20 c

'· Beispiell

Dieses Beispiel bezieht sich auf das oben für Fig. 1 beschriebene Verfahren, bei dem das durch die Leitung 11 einströmende Gas zu 50,4 Molprozent aus AlCl₃ und zu 49,6 Molprozent aus AlCl besteht. Hinter dem Zersetzer 2 sind die Gasströme an den Stellen 202, 203, 204 und 205 als zu 100% aus AlCl₃ bestehend zu betrachten, was auch für alle anderen, nachstehend angeführten Beispiele gilt. Der Druck des Gases beträgt beim Eintritt in den Zersetzer 2 1 Atmosphäre, in die Kühlvorrichtung 3 0,5 Atmosphären und beim Eintritt in den Absorptionsbehälter 4 0,3 Atmosphären. Nach der Verdampfung im Kondensatsammler tritt AlCl₃-GaS durch die Leitung 19 bei einem Druck von 1,5 Atmosphären und mit einer Temperatur von 65O⁰C aus. Der Druck der in den Absorptionsbehälter 4 (Stellen 221 bis 224) fließenden Salzschmelze sowie der Druck der aus dem letzteren fließenden Schmelze beträgt 0,3 Atmosphären (und 0,5 Atmosphären beim Eintritt in den Kondensatsammler 9). In den Leitungen, die in den bzw. aus dem Kondensatsammler 7 (Stellen 213, 214, 216) führen, beträgt der Druck 1,5 Atmosphären. Der Druck der den Zersetzer verlassenden Schmelze steigt von 1 Atmosphäre im Zersetzer auf den gewünschten Wert von 1,5 Atmosphären im Kondensatsammler. Der Druck der angereicherten Schmelze beträgt beim Eintritt von der Pumpe 17 P in den Wärmeaustauscher 6 5 Atmosphären (217), beim Austritt 4 Atmosphären (219) und wird, wie oben erwähnt, durch das Druckminderventil 18 V auf 1,5 Atmosphären (214) gesenkt.

Die heiße Schmelze aus dem Zersetzer (211) setzt sich aus 50,4 Molprozent AlCl₃ und 49,6 Molprozent NaCl zusammen. In der angereicherten Schmelze (Stellen 214, 217, 219, 222, 223 und 224) betragen die entsprechenden Molprozentwerte 62,0 bzw. 38,0 und in der mageren Schmelze (213, 216, 218, 221, 225 und 227) 52,1 bzw. 47,9. Die Temperaturen und "Durchflußgeschwindigkeiten erreichen die in den nachstehenden ^Tabellen angegebenen Werte. Der Vorgang nach-F¹ ig. 1 besitzt den weiteren Vorteil, daß ein Wärmeaustausch bei den Höchsttemperaturen im allgemeinen nicht erforderlich ist.

B e i s ρ i e 1 II '

Außer den nachstehenden Angaben gelten hier wieder die Bedingungen sowie der Vorgang von Beispiel I. Im vorliegenden Fall wird AlCl₃-GaS durch die Leitung 19 bei 600⁰C und einem Druck von 1,5 Atmosphären abgeschieden. Die Pumpe 17 P befördert die angereicherte Salzschmelze unter Umständen bei etwas weniger als 5 Atmosphären (217), wobei sich der Druck der übrigen Salzschmelze und des Gases wie oben angegeben verhält. An der Stelle 211 betragen die Molprozentanteile von AlCl_3?und NaCl

in den Salzströmen 48,2 bis 51,8, wobei sich an den unter Beispiel I angegebenen Stellen die Werte 65,0 bis 35,0 für die angereicherte Salzschmelze und 52,7 bis 47,3 für die magere Salzschmelze ergeben. Die übrigen Werte sind aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich.

Beispiel III

Für dieses Beispiel gelten der Vorgang und die Bedingungen wie für das Verfahren von F i g. 1 beschrieben. Hier wird jedoch, wie in F i g. 1-A gezeigt, eine Gegenströmungsanordnung der heißen Salzschmelze und des sich ausscheidenden Gases im Kondensatsammler verwendet, so daß AlCl₃-GaS bei einer hohen Temperatur, nämlich 75O⁰C bei 1,5 Atmosphären, die weit über der Temperatur der mageren Salzschmelze beim Ausströmen durch die Leitung 20 (hier 68O⁰C) liegt, in die Leitung 19 entweicht.

Das bei einer Temperatur von 125O⁰C einströmende Konvertergas (Leitung 11) enthält annähernd 50 Molprozent AlCl₃ und ebensoviel AlCl. Der Druck der Gas- bzw. Salzströme beträgt an den Stellen 201, 203, 204, 211, 218, 221 bis 224 und 227

21 22

etwa 1 Atmosphäre, an den Stellen 205, 213, 214, Gases sowie des vom Zersetzer 2 zum Absorptions- 216, 225 1,5 Atmosphären und an den Stellen 217 behälter 4 strömenden Gases verhalten sich wie in und 219 etwa 6,7 Atmosphären. Die Molprozent- Beispielen III und IV. Beim vorliegenden Vorgang anteile an AlCI₃ und NaCl in den Schmelzströmen wird jedoch in der Leitung 19 AlCl₃-GaS bei 700° C betragen bei 211, 49,5 bis 50,5, wobei an den für 5 und 1,5 Atmosphären erzeugt. Die Druckwerte in Beispiel I angegebenen Stellen die Werte für die an- dem Kreislauf der Salzschmelze, der den Wärmeausgereicherte Salzschmelze 62,0 bis 38,0 und für die tauscher 6, den Absorptionsbehälter 4 und den Gasmagere Salzschmelze 53,0 bis 47,0 betragen. Die kühler 3 umfaßt, verhalten sich ebenfalls wie die in übrigen Werte gehen aus der nachstehenden Tabelle den Beispielen III und IV für die entsprechenden hervor. io Stellen angegebenen Werte, außer daß die angerei

cherte Salzschmelze bei 13 Atmosphären in den

Beispiel IV Wärmeaustauscher 6 gepumpt wird und den Wärme

austauscher 60 bei 9 Atmosphären verläßt, während

Hier treffen wieder die für Fig. 1 angegebenen ihr Druck beim Eintritt in den Kondensatsammler7a Bedingungen zu. Das Verfahren wird jedoch hier »5 nur noch 1,5 Atmosphären beträgt. Die Zusammenohne die Gegenströmung im Kondensatsammler Setzungen der angereicherten Salzschmelze (an den durchgeführt, jedoch so eingerichtet, daß AO₃-GaS Stellen 214, 219, 222 bis 224) und der mageren SaIzbei 700^cC und 1,5 Atmosphären in die Leitung 19 schmelze (an den Stellen 213, 216, 218, 221, 227 und abgegeben wird. Die Molzusammensetzungen' des 228) sind dieselben wie bei Beispiel IV. Für die an-Aluminiumtrichlorids und des für die Zufuhr ver- »o deren Werte gelten die in den nachstehenden Tabelwendeten Aluminiummonochloridgases, die anderen len angeführten Ziffern. Gase und Schmelzen sowie die Druckbedingungen

verhalten sich wie für Beispiel III angegeben, außer Beispiel VII

daß die Ströme der mageren Salzschmelze zu

52,6 Molprozent aus AlCl₃ und zu 47,4 Molprozent »5 Der Vorgang ist derselbe wie in Fig. 3 und umaus NaCl bestehen und der Druck der Schmelze an· faßt die weitere Wärmeaus'tauschphase in der Eindcn Stellen 217 und 219 etwa 7.5 Atmosphären be- richtung 68 zwischen der aus dem Zersetzer 2 ströträgt. Die übrigen Werte verhalten sich wie in den menden, heißen Salzschmelze und dem im Kondenngthstehenden Tabellen angegeben. satsammlei~7a ausgeschiedenen Gas, so daß das

•30 durch die ±.eitung 19 b abgeleitete und der Gasheiz-

Be is pi el V vorrichtung und dem Konverter zugeführte AlCL₁-

Gas eine sehr hohe Temperatur aufweisen kann,

Bei diesem Beispiel (s. Fig. 1) wird der Gasküh- nämlich 840°C bei 1,5 Atmosphären. Die Zusamler 3 nicht verwendet. Dieser wird entweder weg- mensetzungen und Druckwerte der Gas- und Salzgelassen oder einfach durch Nichtbetrieb der Pumpe 35 ströme an allen anderen Stellen sind dieselben wie 24P ausgeschaltet. Unter diesen Umständen erzielt »^{n de}" entsprechenden Stellen beim Vorgang von man dennoch eine hohe Temperatur des AlCl₃-Gases Beispiel VI. Die Werte für Temperatur und Durchin der Zufuhrleitung 19 zum Konverter, nämlich flußgeschwindigkeit der Gase und des flüssigen Salzes' 690^cC bei 1,5 Atmosphären, wenn der Konverter verhalten sich wie in den nachstellenden Tabellen auf eine höhere Umsetzung eingestellt ist und in die 40 angegeben. Leitung 11 Gas bei einer Temperatur von 1300 C

abgibt, das 28,3 Molprozent AlCl₃ und 71,5 Molpro- Beispiel VIII

zent AICl enthält. Der Druck im Gas- und im SaIz-

schmelzcstrom erreicht im allgemeinen die für die Der Vorgang und die Verfahrensbedingungen

Beispiele III und IV angegebenen Werte (einschließ- 45 sind die von Fig. 4,.bei der der.Gaskähler und der lieh 1 Atmosphäre bei 207 und 226) mit Ausnahme Schmelzkühler Π von Fig. 2 bzw. 3 wegfallen. Das des Druckes der Salzschmelze bei 217 und 219, der AlCl₃-GaS wird bei 700 C und 1 Atmosphäre eretwa 3.5 Atmosphären beträgt. Die Zusammen- zeugt und durch die Leitung 19 dem Konverter zusetzung der Salzschmelze an der Stelle 211 ist eben- geführt. Die Gaszusammensetzungen (einschließlich falls dieselbe. Die Molprozentsätze von AICL₁ und 50 des aus dem Konverter bei 201 ausströmenden alu-NaCI betragen jedoch für die angereicherte Salz- miniummonochloridhaltigen Gases) und die Drucksclimelze 57,0 bis 43,0 und für die. magere Salz- werte für die Gas- und Salzströme sind dieselben wie schmelze 53,0 bis 47.0. Die letztere wird beim Ver- bei Beispielen VI und VII, außer daß der Druck der lassen des Kondensatsammlcrs 9 (bei 226) etwas in den Wärmeaustauscher 6 mit 13 Atmosphären magerer (52,0 bis 48.0), was auch für die obigen Bei- 55 (Stelle 217) eintretenden angereicherten Salzschmelze spiele zutrifft. Die übrigen Werte verhalten sich wie beim Eintritt in den Wärmeaustauscher 60 (Stelle in den nachstehenden Tabellen angegeben. 220) auf 4.7 Atmosphären fällt. Die Zusammen

setzungen der im abgeschlossenen Kreislauf zirku-

Beispiel VI liercnden Salzschmelze, der angereicherten sowie der

60 mageren Salzschmelze sind ebenfalls dieselben wie

Hier erfolgt der Vorgang wie in Fig. 2 dargestellt bei Beispielen VI und VII.

mit einem geschlossenen wärmeübertragenden Um- Die folgenden Tabellen enthalten die Temperatu-

lauf der Schmelze durch den Zersetzer 2 und den ren (in C) und die Durchflußgeschwindigkeiten (in Wärmeaustauscher (B) 60 bei annähernd atmosphä- Tonnen pro Stunde) von verschiedenen, in Beispierischem Druck (211, 229, 215) und gleichbleibender 65 len I bis VIII angeführten Gas- und Salzströmen an Zusammensetzung, z. B. 49,5 Molprozent AlCL₁ und den jeweiligen, mit den Bezugsziffern von Tabelle 1 50.5 Molprozent NaCl. Die Zusammensetzung und (die auch in Fig. 1 bis 4 erscheinen) bezeichneten der Druck des vom Kondensator ausströmenden Stellen.

Tabelle 2 (Fig. 1)

	Beispiel I	Geschwin	Beispiel II	Geschwin	Beispiel III	Geschwin	Beispiel IV	Geschwin	Beispiel V	Geschwin
		digkeit		digkeit	(Fig. .1 -A)	digkeit		digkeit		digkeit
Stelle 7iff«r	Tempe	t/h	Tempe	t/h	Tempe	t/h	Tempe	t/h	Tempe	t/h
	ratur	11	ratur	11	ratur	- 11	ratur	11	ratur	6,5
	0C	14,5	0C	15	0C	13,5	0C	11,1	0C	8,4
201	1250	14,5	1250	15	1250	14,8	1250	14,6	1300
202	650	92,3	600	37,4	670	48	670	48	670	40,6
203	650	137,5	600	73,9	670	92,5	670	94,8		121,4
211	750	57,9	850	48,3	850	50	850	52,8	850	76,4
213	650	57,9	600	48,3	680	50	700	52,8	680	76,4
216	650	55,2	600	46,5	680	54,5	700	56,8	680	86,3
218	350	40,7	400	31,5	236	39,7	238	42,2	490	76,4
219	519	241	417	275	607	240	630	241	643	67
221	350	241	400	275	236	240	238	241	490	67
222 '	150	55,2	150	46,5	150	54,5	150	56,8	350	86,3
223	200	79,6	200	25,6	200	42,5	200	42	475	45
224	200	79,6	200	25,6	200	41,2	200	38,5	475	43,5
225	650	17,2 ·	600	16,8	680	10,3	700	10,6	680
226	650	600	670	670	660
227	350	400	236	238

	Beispiel VI (Fig. 2) Temperatur ' Geschwindigkeit °C ι t/h	11 10 10	Tabelle	3	700 840	11 10 10	Beisi (F Temperatur 0C	>iel VIII ig. 4) Geschwindigkeit • t/h
- Stelle Ziffer	1250 670 370	10	Beis] ·. (F Temperatur °C		850 812 700 ;	10 10	1250 670	11 10
201 202 204	. 700	55,5 29,7	1250 670 370	aiel VII -' 'S1 3) Geschwindigkeit t/h	792 660 670 »	55,5 55,5 29,7	700	10
205 206	850 700	39,7 : 55.5 43,2		258 650 I 258	39,7 55,5 43,2	850 700	55,5 29,7
211 212 213	792 660 670	43,2 39,7 29,7	150 ' 200 200	43,2 39,7 29,7	792 660	39,7 55,5
214 215 216	258 650 258	161 161 39.7	258 603 685	162 162 39,7	250 · " 536	29,7 39,7
218 219 221	150 200 200	13,5 13,5 55.5		13,5 13,5 55,5	150 200 · 200	250 250 '' 39,7
222 223 224	258 603 723		600	55,5 .
227 228 229

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Aluminium durch Subhalogeniddestillation, bei welcher ein Strom von gasförmigem Aluminiumtrihalogenid in einer Umwandlungszone mit einem aluminiumhaltigen Metall zur Erzeugung von gasförmigem Aluminiummonohalogenid bei erhöhter Temperatur zum Reagieren gebracht wird, welches sich durch Berührung mit einem Strom eines flüssigen Kühlmittels in einer Zersetzungszone zersetzt, wobei Aluminiummetall sowie ein Strom von

gasförmigem Aluminiumtrihalogenid frei werden, welch letzteres von einem geschmolzenen, aluminiumtrihalogenidhaltigen Salzgemisch in einer Absorptionszone absorbiert wird, wobei mit Aluminiumtrihalogenid angereichertes, geschmolzenes Salzgemisch kontinuierlich von der Absorptionszone zu einer Verdampfungszone befördert wird, in welcher gasförmiges Aluminiumtrihalogenid zur Rückleitung in die Umwandlungszonc kontinuierlich ausgeschieden und das geschmolzene Salzgemisch kontinuierlich in die Absorp-

009 621/176

tionszone zurückgeleitet wird, gekennzeichnet durch kontinuierliche Erhitzung des vorwärts strömenden, mit Aluminiumtrihalogenid angereicherten Salzgemisches entweder in der Verdampfungszone (7, 10) oder vor dem Eintritt in diese Zone durch das von der Zersetzungszone (2) hergeleitete, erhitzte, flüssige Kühlmittel zum Zweck der kontinuierlichen Ausscheidung von gasförmigem Aluminiumtrihalogenid in der Verdampfungszone bei einem für die Beförderung des gasförmigen Aluminiumtrihalogenids durch die Umwandlungs- (1) und die Zersetzungszone zur Absorptionszone (4) ausreichendem Druck.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Salzgemisch von der Absorptionszone (4) zur Verdampfungszone (7, 10) durch eine erste Wärmeaustauschzone (6) befördert wird, in der das vorwärts strömende, geschmolzene Salzgemisch durch Wärmeaustausch mit dem von der Verdampfungszone in die Absorptionszone zurückkehrenden, geschmolzenen Salzgemisch erhitzt wird, sowie in eine zweite Wärmeaustauschzone, in welcher das vorwärts strömende, mit Aluminiumtrihalogenid angereicherte, geschmolzene Salzgemisch durch das von der Zersetzungszone (2) zurückkehrende, flüssige Kühlmittel erhitzt wird.

'•*3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Zersetzungszone (2) 30 · verwendete, flüssige Kühlmittel ein geschmolzenes Salzgemisch ist, das die gleichen Bestandteile wie das geschmolzene Salzgemisch in der Absorptionszone (4) enthält, und daß das geschmolzene Salzgemisch von der Verdampfungszone (7, 10) in die Zersetzungszone (2) befördert wird, wo es durch Kühlung und Zersetzung von Aluminiummonohalogenid Wärme aufnimmt und zur Vermischung mit dem von der Absorptionszone kommenden, mit Aluminiumtrihalogenid angereicherten Salzgemisch in stark erhitztem Zustand in die Verdampfungszone zurückgeleitet wird, und daß die Verdampfungszone somit die zweite Wärmeaustauschzone darstellt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Salzgemisch aus der Absorptionszone (4) unter erhöhtem Druck zumindest durch eine Wärmeaustauschzone bewegt wird und vor dem Eintritt in die Verdampfungszone (7, 10) einer Druckminderung unterzogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Weiterleitung in die Zersetzungszone (2) bestimmtes, geschmolzenes. Salzgemisch von dem zum Absorptionsbehälter (4) zurückkehrenden, geschmolzenen Salzgemisch abgeleitet wird, nachdem das letztere die erste Wärmeaustauschzone (6) durchströmt hat.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Salzgemisch auf seinem Weg zur Zersetzungszone (2) in einer Gaskühlungszone (3) in unmittelbare Wärmeaustauschberührung mit von der Zersetzungszone zur Absofptionszone (4) strömendem, gasförmigem Aluminiumtrihalogenid gebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des von der ersten Wärmeaustauschzone (6) in die Absorptionszone (4) zurückströmenden Salzgemisches in die Gaskühlungszone (3) bewegt wird, in der es mit von der Zersetzungszone (2) zur Absorptionszone strömendem, gasförmigem Aluminiumtrihalogenid in unmittelbare Wärmeaustauschberührung gebracht wird, und daß dieser Teil des Salzgemisches aus dem Gaskühler zu dem in die Absorptionszone zurückkehrendem Salzgemisch an einem Punkt zurückgeleitet wird, der zwischen der Verdampfungszone (7, 10) und dem Eingang zum ersten Wärmeaustauscher liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Zersetzungszone (2) zurückströmende, flüssige Kühlmittel vor dem Eintritt in'die zweite Wärmeaustauschzone (7) eine dritte Wärmeaustauschzone (68) durchläuft und in der dritten Wärmeaustauschzone mit von der Verdampfungszone (7, 10) zur Umwandlungszone (1) strömendem, gasförmigem Aluminiumtrihalogenid in Wärmeaustauschberührung steht.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Kühlmittel aus der Zersetzungszone (2) von dem mit Aluminiumtrihalogenid angereicherten Salzgemisch in der zweiten Wärmeaustauschzone isoliert und von der zweiten Wärmeaustauschzone zur Zersetzungszone transportiert wird und daß das mit Aluminiumtrihalogenid angereicherte, aus der Absorptionszone (4) kommende Salzgemisch unter erhöhtem Druck durch die erste Wärmeaustauschzone (6) geleitet, zwischen dieser Wärmeaustauschzone und der zweiten Wärme austauschzone einer teilweisen Druckminderung unterzogen und auf seinem Weg von der zweiten Wärmeaustauschzone zur Verdampfungszone (7, 10) einer weiteren Druckminderung ausgesetzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen