DE1814580B2 - Verfahren zum Herstellen von Aluminium - Google Patents

Description

Viele Jahre wurde das Bayer-Hall-Verfahren allgemein zum Herstellen von elementarem Aluminium angewandt. Bei diesem Verfahren wird Bauxit mit konzentriertem Natriumhydroxid vermischt und das so erhaltene Gemisch bei hoher Temperatur und Druck mehrere Stunden gekocht. Das in dem Bauxit enthaltene Aluminium löst sich während des Kochens auf und bildet eine Flüssigkeit, die dann von dem Schlamm abdekantiert, filtriert, gekühlt und verdünnt wird. Nach langem (wenigstens 48stündigem) kontinuier-

liehen Rühren der verdünnten Lösung fällt etwa 50% des in der Lösung enthaltenen Aluminiums als Aluminiumhydroxid aus. Dieses wird dann bei etwa 1200°C calciniert und elektrisch mit Hilfe von Kohleelektioden und geschmolzenem Kryolit reduziert.

Dieses Verfahren weist eine Reihe beträchtlicher Nachteile auf. Erstens muß der verwendete Bauxit einen äußerst geringen Siliciumdioxidgehalt (nicht über etwa 5 Gewichtsprozent) aufweisen, da das Siliciumdioxid mit Aluminiumoxid und Natriumhydroxid unter Bildung von Natriumaluminiumsilicat reagiert, welches sich in Form steinharter Klumpen in der Vorrichtung ablagert. Zweitens entstehen hierbei große Verluste an Aluminiumoxid und Natriumhydroxid und es muß ein großes Flüssigkeitsvolumen pro Einheit

gewonnenenes Aluminium gehandhabt werden. Außerdem besteht bei dem Bayer-Hall-Verfahren ein äußerst großer Energiebedarf, weil die verdünnten Lösungen nicht nur eingedampft werden müssen, sondern auch sonst ein äußerst großer Bedarf an elektrischer Energie besteht.

Wegen dieser Nachteile wurden bereits viele Versuche unternommen, um Aluminium anderweitig herzustellen. In diesem Zusammenhang sind eine Vielzahl

von Patenten ader andere Veröffentlichungen herausgegeben worden.

Es ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei welchem Ton in Gegenwart von Kohlenstoff bei erhöhter Temperatur chloriert, das wasserfreie (unreine) Aluminiumchlorid gereinigt und elektrisch zu elementarem Aluminium und freiem gasförmigem Chlor reduziert wird. Dieses Verfahren besaß zeitweise beträchtliche wirtschaftliche Zukunft, scheiterte aber an einigen beträchtlichen Nachteilen. Diese Nachteile bestanden in der Bildung von äußerst schlechtem, verunreinigtem Aluminium bei nur geringer Kostenersparnis, da auch bei diesem Verfahren ein äußerst großer Bedarf an elektrischer Energie bestand. Außerdem erwiesen sich die Kosten zur Entfernung des Eisens aus dem Aluminiumchlorid als Hindernis.

Die Erfindung besitzt insofern eine Beziehung zu dem obigen vergeblichen Versuch, als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine teilweise Chlorierung des tonerdehaltigen Ausgangsmaterials erfolgt. Die Erfindung unterscheidet sich jedoch grundsätzlich und vollständig von den bekannten Verfahren zum Herstellen von Aluminium und schafft erstn¹ ;lig ein technisch ausführbares nicht elektrolytisches Verfahren zum Herstellen von hochwertigem Aluminium. Die Erfindung wird in einem cyclischen Zweistufenverfahren ausgeführt; in derersten Stufe dieses Verfahrens wird Aluminiumoxid mit Manganchlorid unter reduzierenden Bedingungen in Gegenwart von Kohlenstoff zu Aluminiumtrichlorid und Mangan umgesetzt; in der zweiten Stufe wird das Aluminiumtrichlorid mit dem Mangan bei einer zur Reduktion des Aluminiumtrichlorids zu Aluminium ausreichenden Temperatur umgesetzt und das bei dieser Stufe gebildete Manganchlorid in die erste Stufe rückgeführt.

Die Erfindung schafft also ein neues nicht elektrolytisches Verfahren zum Herstellen von Aluminium.

Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden Beschreibung und des in der Zeichnung dargestellten Fließschemas des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter erläutert.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird zunächst allgemein an Hand des Fließschemas und dann an Hand von Verfahrenseinzelheiten erläutert.

Ein geeignetes tonerdehaltiges Material (z. B. in der Zeichnung als Rohton bezeichnet) wird in einem Ofen 10 getrocknet. Der getrocknete Ton wird mit Koks vermischt und in einen Gebläseofen 12 bei 14 eingeführt. Manganchlorid wird in den Ofen 12 bei 16 und Sauerstoff zur Begünstigung der Reaktion bei 18 eingeführt. Nach Beendigung der Reaktion im Ofen 12 werden Aluminiumtrichlorid und Kohlenmonoxid gasförmig bei 20 abgezogen, während elementares Mangan in flüssigem Zustand bei 22 entfernt wird.

Das flüssige Mangan wird bei 26 in den Rekator 24 eingeführt. Das gasförmige Gemisch aus Aluminiumtrichlorid und Kohlenmonoxid wird bei 28 komprimiert und das Aluminiumtrichlorid als Flüssigkeit oder Festsubstanz in einem Kondensor 30 kondensiert, während das Kohlenmonoxid gasförmig bei 32 abgezogen wird. Das flüssige oder feste Aluminiumtrichlorid wird bei 36 in eine Heizvorrichtung 34 eingebracht, in welcher es verdampft und bei 38 in einen Reaktor 24 eingeleitet wird.

Das gasförmige Aluminiumtrichlorid wird unter solchen reduzierenden Bedingungen durch flüssiges Mangan in einen Reaktor 24 geleitet, daß möglichst viel Aluminium in elementares Aluminium umgewandelt wird. Führt man die Reduktion in dem Reaktor 24 bei entsprechend hoher Temperatur aus, so kann man das Manganchlorid als Gas bei 40 und das Aluminium als Flüssigkeit bei 42 abziehen, Das Manganchlorid wird dann in dem Kondensor 44 kondensiert und als Flüssigkeit von gewünschter Temperatur bei 16 in den Ofen 12 eingeführt.

An Stelle des Rohtons kann jedes beliebige andere tonerdehaltige Material bei dem erfindungsgemällen

»ο Verfahren angewendet werden, obwohl allgemein Alumosilicate sowie Rohton, Schieferton oder Bauxit insbesondere bevorzugt werden. (Das tonerdehaltige Material wird im folgenden allgemein als Ton bezeichnet.)

Da die Anwensenheit von merklichen Mengen Feuchtigkeit in dem Gebläseofen 12 unzweckmäßig ist, wird der Ton in dem Ofen 10 auf einen entsprechend niedrigen Feuchtigkeitsgehalt, vorzugsweise von weniger als 0,1 Gewichtsprozent Wasser, getrocknet. Die Verweilzeit und Temperatur in dem Ofen 10 hängt von der Are des Ausgangsmateriais ab; gewöhnlich wild das Material bei einer Tempi:.utur von etwa 200 bis 1200 C getrocknet, bis der Feuchtigkeitsgehalt entsprechend gesunken ist. Der Ton wird gewöhnlich in Form von Körnern mit einem Durchmesser von etwa \,Z bis 15,2 cm angewandt.

Der Ton wird vor dem Einbringen in den Gebläseofcn 12 praktisch homogen mit Koks oder anderem praktisch wasserfreiem kohlenstoffhaltigem Material

(z. B. Kohle, Holzkohle usw.) von etwa derselben Größe vermischt. Unter »praktisch wasserstoff freiem kohlenstoffhtaligem Material« sind dabei Stoffe mit einem Gehalt von nicht mehr als 5 Gewichtsprozent Wasserstoff zu verstehen. Der Wasserstoffgehalt des kohlenstoffhaltigen Materials beträgt vorzugsweise nicht mehr als etwa 1 Volumprozent des Materials. Der Koks dient nicht nur als Hauptenergiequelle in dem Ofen 12, sondern begünstigt die Reduktion der Tonerde und der Manganverbindungen. Das Gemisch aus Ton und Koks wird so in den Gebläseofen 12 eingefüllt, daß dieser praktisch vollständig ausgefüllt wird.

Der Gebläseofen 12 ist in an sich bekannter Weise konstruiert. Die Konstruktion des Ofens 12 bildet daher keinen Teil der Erfindung; es läßt sich für den vorliegenden Zweck vielmehr jeder beliebige herkömmliche Gebläseofen verwenden, welcher unter den angewandten Reaktionsbedingungen beständig ist.

Die in dem Ofen 12 stattfindende Gesamtreaktion entspricht der folgenden Formelgleichung:

Al₂O₃ f 3 MnCl₂ +3C ^3 Mn+ 2AlCI₃! +3CO;

Die obige Gesamtreaktion umfaßt, jedoch tatsächlich eine Reihe von Einzelreaktionen, von denen einig« im folgenden aufgeführt sind:

MnCU + O₂ ->

2 AI₂O, \- 6 Cl₂

2 MnO"₂ + 3 C -> 2 Mn +

2 C + C₂ -> 2 CO '

CO + O ~>CO₂i

MnO₂ + Cl₂'

^ 4 AICl₃1 + 3 O₂ f

2 COf + CO₂I

Zur Umwandlung des Aluminiumtrioxids in Alu miniumtrichlorid und des Manganchlorids in elemen tares Mangan gemäß den obigen Gleichungen wird dii Umsetzung in dem Ofen 12 bei einer Temperatur voi etwa 190" C im Oberteil des Ofens bis etwa 14(K) C am Boden des Ofens ausgeführt. Die entsprechendt

Temperatur wird aufrechterhalten, indem man einen wird das gasförmige Aliiminiumtrichlorid durch da

Überschuß von etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent Koks flüssige Mangan im Reaktor 24 geleitet, wie in de

gegenüber der bei den Reaktionen stöchiomctrisch Zeichnung angedeutet. Das Gewichtsverhältnis de

benötigten Menge anwendet. Der Sauerstoff kann auf Aluminiiimtrichlorids zu Mangan in dem Reaktor 2·

etwa 200 bis 1000"C und vorzugsweise auf etwa 900 C 5 beträgt etwa 1.65:1.

vorerhitzt und als reines Gas in einer zur Aufrecht- Bei der bevorzugten Ausführungsform der firfin erhaltung der Verbrennung und Aufrcchterhaltung der dung besteht das aus dem Ofen 12 abgezogene u;u Reaktionstemperatur erforderlichen Menge zugeführt in den Reaktor 24 eingebrachte Mangan hauptsächlich werden. Die benötigte Menge schwankt sclbstverständ- aus elementarem Mangan mit weniger als 10% Verlieh je nach der Art des angewandten Systems; die io unreinigungen. Hieraus ergibt sich, daß das Verfahren jeweils benötigte Menge läßt sich jedoch von einem noch durchführbar ist, wenn auch in weniger wirt-Fachmann ohne weiteres ermitteln. schaftlichem Maßstab, wenn das in den Reaktor 24

Das Manganchlorid kann in den Ofen 12 in stöchio- eingebrachte Mangan nur einen Teil der zur Umsetmetrischer Menge und in beliebiger Form, d. h. als zung mit dem Aluminiumtrichlorid eingebrachten Gas, Flüssigkeit oder Festsubstanz, zugegeben werden. 15 manganhaltigen Reaktions-Masse darstellt. Da die Beim Zugeben als Gas wird dieses in den Ofen 12 primäre Funktion der in dem Reaktor 24 stattfindeneingebracht, nachdem es den Reaktor 24 gasförmig den Umsetzung in der Umwandlung von Aluminiumbei 40 verlassen hat; gewöhnlich ist es jedoch zweck- trichlorid in elementares Aluminium und nicht nur in mäßig, das den Reaktor 24 verlassende Manganchlorid einer Chlorierung des Mangans besteht, so besteht eine (wie bei 44) zu kondensieren und das Manganchlorid 20 praktische untere Grenze für die in dieser Reaktionsais Flüsisgkeit in den Reaktor 12 zuzugeben. Die Masse vorhandenen Manganmenge. Diese untere Temperatur des Manganchlorids beim Einbringen in Grenze beträgt 5 Gewichtsprozent und vorzugsweise den Ofen 12 beträgt etwa 650 bis 1190 C. 50 Gewichtsprozent Mangan.

Die in den Ofen 12 eingeführte Tonmenge soll etwas Mit »mehr als geringen Mengen« einer Substanz

größer als die für die obige Reaktion erforderliche 25 sind wenigstens etwa 5 Gewichtsprozent dieser Sub-

stöchiometrische Menge sein, um eine entsprechende stanz in dem diese Subtsanz enthaltenden Material zu

Schlackenbildung in dem Ofen zu gewährleisten. Der verstehen.

Ton soll in einem wenigstens 15 gewichtsprozentigen D.v in dem Reaktor 24stattfindendeGesamtreaktion

stöchiometrischcn Überschuß gegenüber der für die entspricht allgemein der folgenden Gleichung:

gewünschten Reaktionen erforderlichen Aluminium- 30

oxidmenge vorliegen. 2 AICI₃ t 3 Mn -> 2 Al t 3 MnCI₂I

Die Umsetzung in dem Ofen 12 wird zweckmäßigerweise in Abwesenheit von Wasserstoff und Wasser Das Manganchlorid wird also als Gas ausgetrieben, ausgeführt. Wasserstoff würde sich nämlich mit dem während das elementare Aluminium als Flüssigkeit abSauerstoff in dem Ofen zu Wasser verbinden, welches 35 gezogen wird. Hierzu muß der Reaktor 24 bei einer dann mit dem Aluminiumtrichlorid unter Bildung von Temperatur über etwa 1190'C betrieben werden, was Aluminiumoxid und Chlorwasserstoff reagiert. Letz- etwa dem Siedepunkt des Manganchlorids entspricht, terer ist aber in dem System äußerst unerwünscht. Bei dieser Ausführungsform wird das Manganchlorid Die Anwensenheit von Wasser führt natürlich zu vorzugsweise (wie bei 44) zu einer Flüssigkeit kondendemselben unerwünschten Ergebnis. 40 siert und in den Ofen 12 rückgeführt. Wahlweise kann

Der Ofen 12 wird kontinuierlich mit einem Koks- der Reaktor 24 bei einer Temperatur unter etwa Ton-Gemisch betrieben, wobei das Manganchlorid 1190 C betrieben werden, bei welcher das Mangan- und der Sauerstoff periodisch nach Bedarf zugegeben chlorid als Flüssigkeit vorliegt. Da das Aluminium bei werden. In bestimmten Abständen und sobald die dieser Temperatur dann ebenfalls als Flüssigkeit vor-Menge des elementaren Mangans abstechbare Mengen 45 liegt, scheidet sich das spezifisch schwerere Manganerreicht, wird das geschmolzene Mangan am Boden chlorid am Boden des Reaktors ab und das Aluminium des Ofens abgestochen und bei 26 in den Reaktor 24 läßt sich hiervon leicht abdekantieren. Hieraus ergibt eingebracht. sich, daß es zweckmäßiger ist. bei einer Temperatur

Das gasförmige Aluminiumtrichlorid und Kohlen- über 1190 C zu arbeiten, bei welcher das .'langan-

monoxid aus dem Reaktor 12 werden durch Korn- 5° chlorid leicht am Kopf des Reaktors 24 als Gas ab-

pression und Kondensation voneinander getrennt. gezogen werden kann.

Durch Anwendung eines Überdrucks von etwa 1.4 bis Bei der Ausführungsform, bei welcher das Mangan-10.5 kg/cm² (in dem Kompressor 28) läßt sich das chlorid den Reaktor 24 in Gasform verläßt, ergibt sich gasförmige Gemisch in flüssiges Aluminiumtrichlorid die obere Begrenzung der Reaktionstemperatur in dem in dem Kondensator 30 und gasförmiges Kohlenmon- 55 Reaktor 24 aus praktischen Gesichtspunkten hinsichtoxid trennen. Zur Erzielung bester Ergebnisse soll das lieh der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, obwohl Gemisch in dem Kondensor 30 nur bis zur Verflüs- Temperaturen über etwa 1900"C, dem Siedepunkt des sigungstemperatur gekühlt werden. Gegebenenfalls Mangans, nicht angewandt werden. Bei der bevorzugkann das Aluminiumtrichlorid weiter bis zur Erstar- ten Ausführungsform der Erfindung liegt die Temperung gekühlt werden: dieses ist jedoch für die nach- ^6o ratur des Reaktors 24 zwischen etwa 1260 und etwa folgende Handhabung nicht wirtschaftlich, so daß 1400 C; bereits die zuerst genannte Temperatur liegt man vorzugsweise nur bis zur Verflüssigung des AIu- über dem Schmelzpunkt des Manganchlorids und miniumchlorids abkühlt. über dem Schmelzpunkt des Aluminiums (etwa 660" C).

Da das Aluminiumchlorid mit dem flüssigen Man- Zwar läßt sich die Umsetzung auch mit festem gekörngan in dem Reaktor 24 in innige Berührung gebracht ⁶5 tem Mangan ausführen, indem man das Aluminiumwerden soll, wird das flüssige Aluininiumtrichlorid trichlorid mit den Körnern unter etwa 1260'C in \orerhitzt und bei 34 bei einer Temperatur von wenig- Berührung bringt; man muß aber auf jeden Fall bei stens etwa 900 bis 1300 C verdampft; anschließend wenigstens über 900^CC (vorzugsweise über lOOOCl

7 8

arbeiten, da die Reduktion des Aluminiiimtrichlorids Möglichkeit der Reduktion des Chlorids durch Kollerst bei 900 C beginnt. IciistolT stellt das Mangan somit einen idealen Stofl

Das aus dem Reaktor 24 abgezogene flüssige AIu- zur Ausfiihrungdcserfindungsgemüßcn Verfahrens dar.

minium weist eine sehr gute Qualität auf und läßt sich Der Reaktionsmechanismus der Reduktion des AIu-

zum nachfolgenden Gebrauch in Harren gießen. 5 miniumtrichlorids durch Mangan verläuft vermutlich

Der Reaktor 24 kann aus einem übergroßen wie folgt: Bei den in dem Reaktor 24 angewandten

Schmelztiegel oder einem Zylinderofeii bestehen, wcl- Temperaturen dissoziiert das Aluminiiimtrichlorid ge-

cher >-iitcr den Reaktionsbedingungen beständig ist maß folgender Gleichung:

und aus einem geeigneten schwersehmcl/baren Mate- AICI --* AICI '■ ~) C\

rial besteht. Die spezielle Konstruktion des Reaktors io ^s '" ' '

24 stellt keinen Teil der Erfindung dar. Da der Zylin- Da Mangan eine stabile Chlorverbindung (MnCI₂) bei

derofen 24 diskontinuierlich und der Ofen 12 konti- den in dem Reaktor 24 angewandten Temperaturen

innerlich betrieben wird, können selbstverständlich bildet, reagiert es mit dem auf Grund der obigen Dis-

mchrere Reaktoren 24 pro Ofen 12, je nach der Art soziation gebildeten Chlor, wodurch das Gleichge-

und Größe des letzteren angeordnet werden. 15 wicht der obigen Reaktionsgleichung in Richtung der

Die Reaktion in dem Reaktor 24 soll ausgeführt Bildung von AICI verschoben wird. Das AICl

werden, bis die Umsetzung zwischen dem Mangan ist jedoch bei diesen Temperaturen unbeständig und

und dem Alumiriiumchlorid beendet ist. Die Bcendi- reagiert mit dem Mangan wie folgt:

gung dieser Reaktion läßt sich ohne weiteres fest- , .,„, . .. ., „. . ..

.11 1 " r ι η ι -·« L ■ ^n 2 AlCI Mn -> MnCL -f- 2 A

stellen, wenn das am Kopf des Reaktors 24 bei 40 20 ²

austretende Manganchlorid kein Kondensat mehr hil- Der Hauptvorteil der Erfindung beruht also in

det und stattdessen schwere weiße dichte Wolken (von einem vollständigen Zweistufenverfahren, bei welchem

Aluminiumtrichlorid) auftreten. Die Reaktion kann das Manganchlorid aus der zweiten Stufe in die erste

dann abgebrochen und die Stoffe können aus dem Stufe der Reaktion rückgeführt wird. Ein zweiter

Reaktor 24 entfernt werden. 25 Gesichtspunkt der Erfindung beruht auf der Verwen-

Die beträchtlichen Vorteile des oben beschriebenen dung von Mangan zum Reduzieren von Aluminium-Verfahrens liegen auf der Hand. Das zum Reduzieren chloric! zu elementarem Aluminium in äußerst wirkdes Aluminiumtrichlorids zu elementarem Aluminium samer Weise. Es ist also ein weiterer Gesichtspunkt der verwendete Mangan wird bei dem Verfahren in Man- Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Alumiganehiorid umgewandelt, das dann in einfacher Weise 30 nium durch Reduktion von Aluminiumtrichlorid mit in die erste Reaktionsstufe rückgeführt werden kann. Mangan in der bereits beschriebenen Weise zu schaffen. In dieser Stufe dient der Chlorgehalt des Mangan- Zur Ausführung dieses Teils der Erfindung kann man. chlorids zur Bildung des in der zweiten Reaktionsstufe falls man nicht den vorteilhaftesten Weg eines vollverwendeten Aluminiumtrichlorids. wobei sich gleich- ständigen cyclischen Verfahrensanwenden will, ein bc-/eitig elementares Mangan bildet, das in der zweiten 35 liebig hergestelltes Aluminiumtrichlorid unabhängig Stufe wiederum zum Reduzieren des Aluminiumtri- mit Mangan unter den in Zusammenhang mit dem thlorids verwendet wird. Der Wirkungsgrad dieses Reaktor 24 beschriebenen Bedingungen umsetzen. Verfahrens ist also sehr hoch; da außerdem keine Die Erfindung wird nun an Hand des vorliegenden teure elektrische Energie wie bei dem bekannten Bayer- Ausführungsbeispiels weiter erläutert: Ilall-Verfahren erforderlich ist. werden die Herste!- 4° . I iingskosten von hochwertigen Aluminium auf äußerst Beispiel -infache Weise beträchtlich verringert. Weißer Ton wurde in einen Rotationstrockenofen

Die Ausführbarkeit des erfindungsgemäßen Ver- mit einer Länge von 45,70 m und einem Außendurch-

'ahrens ließ sich keineswegs vorhersehen und wider- messer von 2.45 m am Ausgang sowie einem Durch-

-pricht allen geläufigen Vorstellungen über die ange- 45 messer von 1.50 m am Eingang eingebracht. Der Roh-

•vandtcn Reaktionsmechanismen. Bei dem erfindungs- ton wies die folgende chemische Zusammensetzung,

gemäßen Verfahren reduziert das Mangan einerseits bezogen auf Gewichtsprozent, auf:

das Aluminiumtrichlorid zu elementarem Aluminium Bestandteile Gewichtsprozent und wird andererseits aus dem Chlorid mit Hilfe von

Kohlenstoff in die elementare Form überführt. Da der 5o £igU₃ ^,u

i achmann allgemein annimmt, daß das Reduzieren ¹^ ■

eines in einer Verbindung enthaltenden Elements nur ^a '

mit einem elektronegativeren Element möglich ist. μ²γ? ?'θ

i.Tgibt sich hieraus die Folgerung, daß Aluminiumtri- ^ "'

ehlorid nicht mit Mangan zu elementarem Aluminium 55 Verschiedene Stoffe

reduziert werden kann, da es elektropositiver als AIu- (MnO TiC, CuO. V O usw.)

minium ist. Die Bezeichnung »elektropositiv« und

"clektronegativ« bezieht sich im vorliegenden Zusam- Dieser Ton hatte die folgende ursprüngliche Zu-

menhang auf die Stellung eines Elements gegenüber sammensetzung in Gewichtsprozent:

iinem anderen Element im Periodensystem. Diejenigen 6° Bestandteile Gewichtsprozent

blcmcnte, die sich in rechts von einem bestimmten _{Anorganische Ox}ide 72,0

Ucment stehenden Gruppen bef.nden smd also elek- Freie Feuchtigkeit 20,0

tropositiv und diejenigen Elemente, die sich in links Kristall wasser und Carbonate 8,0

ion einem bestimmten Element befindlichen Gruppen

befinden, sind elektronegativ. Tatsächlich übt aber ⁶5 Die Arbeitstemperatur des Ofens betrug etwa 860'C Jas Mangan die gewünschte Funktion aus und redu- am Tonausgang und etwa I2O^CC am Eingang. Die Eiert das Aluminiumtrichlorid. Auf Grund der niedri- Verweilzeit des Tons in dem Ofen betrug etwa 4 Stunden Kosten und leichten Erhältlichkeit sowie der den. so düß der endgültige Feuchtigkeitsgehalt (ein-

1

schließlich freier Feuchtigkeit und Kristallwasser) des calcinierten Tons weniger als etwa 0,1 Gewichtsprozent

^bei!^ug· ... _ , ,

Der calcinierte Ton wurde homogen mit Koks im

Verhältnis von etwa 1,4 Gewichtsleilen Koks zu I Gewichtsteil Ton vermischt. Die Teilchengröße des Tons beim Vermischen mit dem Koks war wie folgt: Durchmesser/cm

Durchmesser, cm Gewichtsprozent

5 bis 10 80

2,5 bis 5 10

1,3 bis 2,5 5

unter 1,3 5

TlT Λ ^{bestand aus} Bewohnhchem »5

blh Koks von großer Dichte, wöbe. etwa 85% der Koksteilchen e.ne Große zw.schen etwa ΙΖΪ IiT^lTZr ^ ¹SmT^{6 W} _h ^aSSerSl0ffgehalt des Koks lag unter etwa 0 01 Gewichtsprozent.

Der Koks wurde mit dem Ton homogen im Verhält- ao nis von etwa 1,4 Gewichtsteilen Koks zu I Gewichtsteil Ton vermischt und so in den Gebläseofen einge-

ausiefüluVar" " "' * ^V°'^{Umpr0Zent deS} °^fens ?.s GebSofen wurde ein üblicher, in der Stahl- ,5

Ädt-^nd^^{mit fo}— —

.. Die Gföße des Gasabzugs wurde um etwa V₅

30

etwa 194 C kondensiert, wobei das Aluminiumtri chloric! veülüssigt und von den übrigen Gasbestand· ^teilen abgetrennt wird. Nach dieser Verflüssigung wire das flüssige Aluminii.mtrichlorid verdampft und aul etwa 1200 C vorerhitzt

Der Reaktor für die Reduktion von Aluminiiimtrichlorid wird mit geschmolzenem Mangan beschickt welches den Gebläseofen mit einer Temperatur vor ^{etwa 1400}C verläßt und in den Reaktor mit cinci ^Tcl"P^{eratur v}«n etwa I34O"C eingebracht wird. Da; gasförmige Aluminiumtrichlorid wird durch diese; geschmolzene Mangan in dem Reaktor durchgcleitet

^{Der Reakt}°r für die Reduktion für Aluminiiimtri· chlorid besteht aus einem 6,10 m hohen, mit schwerschmelzbarer Auskleidung versehenen Schmelztiegel, dessen Innendurchmesser etwa 1,20 m beträ·: De. Reaktor wird mit etwa 3300 I geschmolzenem Mangan ^beschickt »^nd d« gasförmige Aluminiumtnchkfrid wird durch dieses geschmolzene Mangan in cinei Menee von etwa ms _m3w κ · · ^e }· ' .V von ?6 i ϊ ΐΐ ί r '' T™ ^Übmlruck etwa V200" C durchoeleUet ^EmganS^stemP^{er;iU)r vor}

^D« ****««* Aluminiumtrichlorid reagiert .«in, AL? ^g"^chmolze"^e ^-ngan unte,

durchls

^ ₁Se aHi:

durch das Aluminiumoxid gebildete zusatzliehe Gasmenge anzupassen. Der Ofen wurde mit einer Vorrichtung zum Einbringen von flüssigem Manganch.orid fn der Nähe

herabglelzt

-,m
Stunden

α r> 1

^{Dies wird mit HiIfe einer}

Der Gebläseoftn war während des gesamten Betriebs etwa zu 85 bis 90% gefüllt.

Der in den Geblaseofen eingeblasene Sauerstoff ist praktisch feuchtigkeits- und wasserstofffrei, weist einen Minimalsauerstoffgehalt von 90 Gewichtsprozent auf und wird vor dem Einblasen in den Gebläseofen auf etwa 900° C vorerhitzt. Der Sauerstoff wird in den Gebläseofen etwa 1,20 m über die Oberfläche des flüssigen Mangans mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,4 kg Sauerstoff pro kg Ton einblasen.

Z'i?uÄmmiut *ΐΐ T' ^AIuminiumi!
~ I kennt 2,^lummium _A ^{tr chlond v}en<nre.n,gt («.

Wolken) Um eL" Ver ^" ^ ^diS^ten *

rids mSd^lAlumS""'"'^"^, nium^chlond ei E^IU.^mmo"^ochlorld

werden 3Γabziehen! r ^ "

anderen noch Md ^ 'ü
leitet SSd _afs TeH dirA

vemeX _so£ld dL ^,l ΐ «^
achTet wird ^A"'feten weißer Wolken

Der Geblseofen wird kontinuierlich betrieben und in gleicher Weise wie übliche Gebläseöfen periodisch abgestochen, um geschmolzenes Mangan am Boden lu entfernen. Aluminiumtrichlorid und andere Gase entweichen in den am oberen Ende des Ofens befindliehen Abzug. Der Ofen wird etwa 48 Stunden ab Zugäbe des Manganchlorids bis zum Abstich des geschmolzenen Mangans aus dem Ofen betrieben.

Die in den Abzug entweichenden Gase verlassen den Ofen mit einer Temperatur von etwa 190°C und in einer Menge vor. etwa 5620 l/kg Ton. Die Zusammen-Setzung dieses Gases in Volumprozent beträgt etwa 7% Aluminiumtrichlorid, 70% Kohlenmonoxid, 10% Kohlendioxid, 10% Stickstoff und 3% verschiedene andere Bestandteile. Diese Gase werden auf einen überdruck von etwa 5,6 kg/cm^ komprimiert und bei

₅o In SbteTnTck JfühT"

Wenn die Uin^t₇,,n„ ;„ α _o 1 „ - ,

wird das MssK αΕΙΓ, R T "η % Γ

abgezogen und _zi ! " ν ? ^des.^Re^^kt<i

gegossen^Dfe AhSnS h ^Vc™™^dmZ ^m *

miniumtrich orfd bcSZ ^h Γ Τ

Die ErfXn^chaK f Gewichtsprozent
|_iches Verffi zum H T u ^{eS Und}, ^Wlrlschafl"

Aluminium _Bei diesem v"'L ™ f™^™

Mengen an elektrisch^ ^^erfahre

HauptenergiequeHe Iu₈ Κ

stoffhaWgenT L·f Ofi
besteht Ferner wurden if

HandhabunTund En

von großen Volumen
wesentlich vertgen.

anderem kohlen-

λ i

'■ - Ί

wie dem Baver-Ilall Verfahren, gehen unweigerlich ;illc m den Ausgangsmaterialien in geringer Merge vorhandenen Elemente, die gegebenenfalls anderweitig brauchbar sein können, verloren. Hei dem erfin-Jungsgemäßen Verfahren können dagegen auch die im Ausgangsmaterial in geringer Menge vorhandenen [.Elemente, wie Ke, Ti, V, U, Co. usw. in wirtschafticher Weise gewonnen werden, da große Mengen

verarbeitet werden. Hei dem erfindungsgernäße'i Verfahren entfallt ferner das bisher mit dem Auftreten von größeren Mengen Siliciumdioxid in dem tonerdehaltigcm Rohmaterial verbundene Problem, da die Chlorierung des Tons bei einer ausreichend niedrigen Temperatur (unter 1200 C) ausgeführt wird, bei welcher die Chlorierung von Siliciumdioxid vernachlässigbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Aluminium aus Aluminiumtrichlorid, dadurch gekennzeichnet, daß man Aluminiumtrichlond mit einer manganhaltigen Masse bei einer zur Reduktion des Aluminiumtrichlorids zu flüssigem Aluminium ausreichenden Temperatur umsetzt, wobei das Mangan in der manganhaltigen Masse zumindest zu Beginn der Umsetzung mit dem Aluminiumtrichlorid in einer Konzentration von mindestens 5 Gewichtsprozent vorliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mangankonzentration in der manganhaltigen Masse zumindest zu Beginn der Umsetzung mit dem Aluminiumtrichlorid mindestens 50 Gewichtsprozent beträgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionstemperatur unter dem Siedepunkt, jedoch über dem Schmelzpunkt des anfallenden Manganchlorids hält, so daß das Manganchlorid eine flüssige, praktisch mit dem Aluminium nicht mischbare Schicht bildet, und daß man diese flüssige Manganchloridschicht vom Aluminium abtrennt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionstemperatur über dem Siedepunkt des Manganchlorids hält und das gebildete Manganchlorid dampfförmig vom Aluminium abtrennt.

5. Verfahren zum Herstellen von Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß man

n) Aluminiumoxid mit M- nganchlorid unter reduzierenden Bedingungen in Gegenwart eines praktisch wasserstofffreien, kohlenstoffhaltigen Materials zu Aluminiumtrichlorid und Mangan umsetzt und

b) das Aluminiumtrichlorid mit dem Mangan bei einer zur Reduktion des Aluminiumtrichlorids zu Aluminium ausreichenden Temperatur umsetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das während der Reduktion des Aluminiumtrichlorids gebildete Manganchlorid zur Umsetzung mit dem Aluminiumoxid in Stufe (a) rückgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das während der Reduktion des Aluminiumtrichlorids gebildete Manganchlorid auf einer Temperatur über seinem Siedepunkt gehalten und dampfförmig vom Aluminium abgetrennt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das während der Reduktion des Aluminiumtrichlorids gebildete Manganchlorid auf einer Temperatur unter seinem Siedepunkt, jedoch über seinem Schmelzpunkt gehalten und als flüssige, mit dem Aluminium praktisch nicht mischbare Schicht vom Aluminium abgetrennt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffhaltiges Material Koks, Kohle oder Holzkohle verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxid in Form eines Alumosilicats verwendet wird.

||. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 oder 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß während der Reduktion des Aluminiumchlorids bei einer Temperatur gearbeitet wird, die über dem Schmelzpunkt des Mangans liegt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß während der Reduktion des Aluminiumchlorids bei einer Temperatur von wenigstens etwa 900⁰C gearbeitet wird.

13. Verfahren zum Herstellen von Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) Aluminiumoxid mit Manganchlorid unter reduzierenden üedingungen in Gegenwart von Koks, Kohle oder Holzkohle zu Aluminiumtrichlorid und Mangan in einer ersten Reaktionszone bei Temperaturen zwischen etwa 190 und 1400⁰C umsetzt,

b) das Aluminiumtrichlond dampfförmig in einer zweiten Reaktionszone bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Mangans bis etwa 1400 C in innige Berührung mit flüssigem Mangan biingt und das Aluminiumtrichlorid auf diese Weise mit dem Mangan zu Aluminium unter Bildung von dampfförmigem Manganchlorid umsetzt und

c) das damp/iörmige Manganuhlorid von dem Aluminium abtrennt.