DE2261941B2 - Gewinnung eines im wesentlichen eisenfreien Aluminiumchlorids aus einem eisenchloridhaltigen Aluminiumchlorid - Google Patents
Gewinnung eines im wesentlichen eisenfreien Aluminiumchlorids aus einem eisenchloridhaltigen AluminiumchloridInfo
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Description
Bei der technischen Herstellung von wasserfreiem Aluminiumchlorid durch Chlorierung tonerdehaltiger
Rohstoffe bilden sich auch Chloride der im Ausgangsmaterial vorhandenen Metalloxide, wie z. B. FeCb, TiCU
und SiCl4. Während nun die beiden zuletzt genannten
Chloride aufgrund ihres beträchtlich höheren Dampfdruckes leicht von AlCl3 durch fraktionierte Kondensation
abgetrennt werden können, trifft dies nicht für das Eisenchlorid zu. Es wird somit bei der Chlorierung stets
ein mit Eisenchlorid verunreinigtes Aluminiumchlorid gewonnen.
Zur technischen Herstellung von AICI3 wird auch von
Bayer-Tonerde als Ausgangsmaterial ausgegangen. Der Eisenoxidgehalt von Bayer-Tonerde ist zwar gegenüber
dem ursprünglichen Rohstoff (Bauxit) stark herabgesetzt, bei der Chlorierung fällt aber ein stark gelb
gefärbtes AICI3 mit dem gleichen Prozentsatz an Eisenchlorid wie in der Bayer-Tonerde an.
Zur technischen Gewinnung eines rein-weißen Aluminiumchlorids mit geringem Eisengehalt werden
heute ausschließlich Verfahren angewandt welche von reinem metallischen Aluminium ausgehen. Diese Verfahren
sind unzweckmäßig, da zur Erzeugung von reinem AiCl3 zuerst Aluminium hergestellt werden muß,
um dann daraus das gewünschte Chlorid zu gewinnen, und so hat es nicht an Bemühungen gefehlt, eisenfreies
Aluminiumchlorid unter Vermeidung dieses Umweges direkt aus Rohaluminiumchlorid herzustellen.
Es ist bekannt den Fe-Gehalt eines Aluminiumchlorids
durch ein dreistufiges Verfahren herabzusetzen. Hierbei wird das in gasförmigen Zustand versetzte
Aluminiumchlorid in einer ersten Stufe über erhitzte Eisenspäne, die das Eisen(-III)-Chlorid zu einem
niederer Wertigkeit (Eisen(-II)-Ch!orid) reduzieren, und in einer zweiten Stufe über erhitzte Aluminiumspäne
zur weiteren Reduktion des verbleibenden Eisenchlorids unter Erhöhung des Anteiles an metallischem Eisen
im Gasstrom und schließlich in einer dritten Stufe unter anfänglicher Zumischung von trockenem Wasserstoff
nochmals über Aluminiumspäne geleitet. Dieses in der Mitte des vorigen Jahrhunderts erstmals beschriebene
Verfahren war nicht zur industriellen Herstellung eisenfreien Aluminiumchlorids sondern in Labormaßstab
zu wissenschaftlichen Zwecken bestimmt.
Für eine über einen Labormaßstab hinausgehende Herstellung eisenfreien Aluminiumchlorids ist die
Reinigung durch Sublimation aus einer Doppelsalzschmelze bekannt Ferner soll die Extraktion des FeCl3
mit Hilfe von TiCU zu einem AlCl3 mit 0,2% FeCl3
führen. Auch gehört es zum Stand der Technik, die Trennung durch fraktionierte Kondensation bzw.
Destillation herbeizuführen. Diese Verfahren haben, sei es wegen technischer Schwierigkeiten, sei es hinsichtlich
der Wirtschaftlichkeit keine technische Bedeutung erlangt
Auch das folgende Raffinationsverfahren hat sich in der Technik nicht durchsetzen können. Es beruht auf
folgendem Prinzip: das Eisenchlorid im Rohaluminiumchlorid wird mit einem Metall, z. B. Al, Fe, Pb oder
Zink reduziert, wobei das leicht flüchtige FeCl3 in schwer flüchtiges FeCU bzw. Fe-Metall überführt wird.
Letztere bleiben bei der anschließenden Sublimation im Rückstand, während ein mehr oder weniger reines AiCi3
als Sublimat gewonnen wird.
Ein wesentlicher Nachteil dieses letzteren Verfahrens beruht darauf, daß es sich um eine heterogene Reaktion
handelt In den zähflüssigen Salzschmelzen ist die Diffusion des Eisensalzes außerordentlich träge und
infolgedessen der Kontakt mit dem zur Reduktion dienenden Metall ungenügend. Im Falle der Verwendung
von metallischem Aluminium oder Zink als Reduktionsmittel, in Fällen also, in denen die Reduktion
des FeCl3 bis zur Metallstufe angestrebt wird, kommt die
Umsetzung bereits zum Stillstand, nachdem diese Metalle sich mit einer hauchdünnen Schicht metallisehen
Eisens überzogen haben. Hieraus ergibt sich, daß zu einer möglichst weitgehenden Überführung selbst
kleiner im Rohaluminiumchlorid vorhandener Mengen an FeCl3 in die Metallform ein unverhältnismäßig
großer Überschuß an Reduktionsmetall angewandt werden muß.
Ferner besteht die Gefahr einer Passivierung der Oberfläche des Reduktionsmetalls durch oxidierende
Einflüsse, die auch in den Fällen auftritt, in denen das Reduktionsmetall auf dampfförmiges Rohaluminiumchlorid
zur Einwirkung gebracht wird. So sind die mit Hilfe der genannten Reduktionsmethoden erreichbaren
Reinheitsgrade unbefriedigend, da beispielsweise bei einer Reduktion einer Rohchloridschmelze mit Al-Pulver
immer noch ein Fe-Gehalt von 0,3% im raffinierten
es Produkt enthalten ist.
Hiervon geht die Erfindung aus, die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Gewinnung eines im wesentlichen
eisenfreien Aluminiumchlorids zu schaffen, bei
dem als Verfahrensmittel die Verwendung von Reduktionsmetallen in heterogener Phase und/oder mehrerer
Verfahrensschritte vermieden sind. Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man
verunreinigtem Aluminiumchloriddampf das Eisenchlorid reduzierenden Wasserstoff zusetzt und das durch
Reduktion bei einer Temperatur von mindestens 600° C entstandene Eisen aus dem Gemisch entfernt
Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet es auf einfache und direkte Weise, ein praktisch eisenfreies
AICI3 zu erzeugen, und es kann zur industriellen Herstellung von sehr reinem AICI3 verwendet werden.
Das im Rohchlorid vorhandene FeCl3 wird bis zur
Metallstufe reduziert und kann somit vom leicht flüchtigen AICI3 abgetrennt werden. Ein besonderer
Vorteil dieser Arbeitsweise besteht darin, daß der als Reduktionsmittel dienende Wasserstoff in homogener
Mischung mit dem Salzdampf zur Reaktion gebracht wird. Die Schwierigkeiten, welche bei den meisten
obengenannten Reinigungsverfahren infolge des heterogenen Reaktionsablaufes auftreten, entfallen, so daß
ein wesentlich günstigerer Trennungseffekt erreicht wird.
Es ist bereits bekannt, Aluminiumtrihalogenid zur
Gewinnung von Aluminium derart einzusetzen, daß bei Temperaturen im Bereich von 1000 bis 14000C das
metallische Aluminium infolge einer Oxidationsreaktion aus Metallgranulaten herausgelöst und in Form des
Monohalogenids abdestilliert wird. Bei diesem Vorgang bilden sich infolge von Nebenreaktionen zwischen
eindringender Feuchtigkeit und den Kohleelektroden im Reaktionsraum auch gasförmige Verunreinigungen
in Form von H2, Methan und Kohlenwasserstoffen. Diese Verunreinigungen werden aus einem Nebenstrom
des gebildeten Trihalogenids abgetrennt, indem man letzteres verfestigt Das feste Trihalogenid wird dann in
fein verteilter Form wieder mit dem für die Al-Herauslösung benötigten AICI3 vereinigt, wobei zweckmäßig
Temperaturen zwischen 600 bis 8000C eingehalten werden, um eine sofortige Verdampfung des festen
Trihalogenids sicherzustellen. Eisenfreies AICI3 läßt sich
auf diese Weise nicht gewinnen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dahingehend vorteilhaft ausgestaltet daß das Gemisch aus Salzdampf
und Wasserstoff durch einen Reaktionsraum geleitet wird, in dem sich das Eisen infolge einer als
Wandreaktion ablaufenden Umsetzung mit dem Wasserstoff direkt auf der Wand niederschlägt Hierdurch
wird mit einem einfachen Mittel das Eisen aus dem Gasstrom entfernt Es ist auch möglich, die Trennung
des reduzierten Eisens gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe eines Magnetfeldes allein
oder durch eine Verbindung einer Wandreaktion mit einem Magnetfeld vorzunehmen. Die Wirkung dieser
Verfahrensmittel wird dadurch erhöht, daß der Reaktionsraum auf einer Temperatur zwischen 600 und
9000C gehalten wird. Wirtschaftlich optimal ist das Verfahren gemäß der Erfindung betreibbar, wenn das
Gemisch kontinuierlich durch einen Reaktionsraum, der auch ein das Eisen abscheidendes Magnetfeld aufweisen
kann, geleitet wird, wobei für einen vollständigen Eisenaustrag der Reaktionsraum eine möglichst große
Oberfläche aufzuweisen hat. Besonders gute Abscheideergebnisse werden gemäß der Erfindung erzielt, wenn
das Gemisch durch einen mit Füllkörpern versehenen Reaktionsraum geleitet wird, wobei die Füllkörpersäule
zweckmäßigerweise direkt am Reaktionsraumeingang
hporinnt
Die nachstehenden Versuchsreihen erläutern das Verfahren gemäß der Erfindung und definieren dessen
bevorzugten Arbeitsbereich.
Alle Versuchsreihen gehen von folgendem aus: Bei den Versuchen ist das H^Rohaluminiumchloriddampf-Gemisch durch ein Quarzrohr als Reaktionsraum
(0 40 mm, Länge 600 mm), welches in einem elektrisch beheizbaren Röhrenofen angeordnet war, geleitet und
das gereinigte AlCl3 außerhalb des Quarzrohres aufgefangen worden.
Die drei ersten Versuchsreihen (I—III) wurden alle
mit dem gleichen Rohprodukt und der gleichen Menge H2 durchgeführt nämlich:
AlQ3 mit 0,12% Fe2O3ZAl2O3
H2 26 l/h
Was die Reihen unterscheidet, ist die Zusammensetzung des dampfförmigen Reaktionsgemisches (Chloride/Ha)
ca. 80/20 (VoUVoI.) ca. 65/35 (VoUVoI.)
ca. 40/60 (VoUVoI.)
Tabelle 1
% Fe2O1/Al2Oj im gereinigten AlCl 1 (Kondensat)
Reakt Temperatur | Reihe I | Reihe II | Reihe III |
AlCl ,/H, | (VoUVoI.) | ||
80/20 | 65/35 | 40/60 | |
35
500 |
0,048 | ||
600 | 0,010 | 0,0023 | |
700 | 0,008 | 0,002 | 0,0003 |
800 | 0,005 | 0,001 | 0,0001 |
40 900 | 0,0002 | 0,0001 |
Diese Resultate zeigen den Einfluß der Temperatur und der Zusammensetzung des dampfförmigen Reaktionsgemischs auf die Reinheit des erhaltenen Produkts.
Diese beiden Parameter können daher entsprechend den gewünschten Resultaten ausgewählt werden. Es
zeigt sich, daß für eine gegebene Zusammensetzung des Reaktionsgemische die Reinheit des erhaltenen Endproduktes mit der Reaktionstemperatur ansteigt. Ferner
wird deutlich, daß bei vorgegebener Temperatur das wasserstoffreichste Gemisch am schnellsten zum
reinsten Endprodukt führt.
In einer zweiten Gruppe von Versuchen (Reihen IV und V) ist das Rohprodukt bedeutend reicher an Eisen
als in der ersten Gruppe (Reihen I—III):
(s. Tabellen 2 und 3)
H2 26 l/h
Konstantes Volumenverhältnis des dampfförmigen Reaktionsgemischs:Chloride/H2 = 60/40 (VoUVoI.)
deutlich unterscheiden, liegt der einzige Unterschied in
der Verfahrensführung darin, daß in der Reihe V der
einer 200 mm langen Füllkörpersäule,
5 | IV | Kondensat nach | 22 61 941 | Versuchsreihe V | 6 | Färbung des | |
% Fe2(VAl2O1 | Reinigung | % Fe3CyAl2O1 | Kondensats | ||||
rabelle 2 | 0,022 | ||||||
Versuchsreihe | ROh-AlCl1 | Roh-Aia, | |||||
Orentemp. 0C | 0,037 | Färbung des | rein | ||||
1,74 | Kondensats | 1,49 | Kondensate nach | weiß | |||
0,049 | Reinigung | rein | |||||
1,50 | 1,79 | 0,0001 | weiß | ||||
700 | 0,081 | leicht | rein | ||||
1,30 | grau | 1,43 | 0,0001 | weiß | |||
800 | deutlich | rein | |||||
1,44 | grau | 1,62 | 0,0001 | weiß | |||
900 | stark | ||||||
grau | 0,0001 | ||||||
1000 | stark | ||||||
grau | |||||||
bestehend aus Quarzscheiben (0 ca. 5 mm), ausgefüllt
war. Sämtliche übrigen Versuchsbedingungen sind mit Versuchsreihe IV identisch.
Diese überraschende Feststeilung führte zur Formulierung folgender Hypothese, die auch durch andere
Versuche bestätigt wurde:
Die Umsetzung (d. h. Reduktion von FeCl3 zu Fe)
kann nach zwei voneinander verschiedenen Reaktionstypen, nämlich:
a) als Wandreaktion
(d. h. in Kontakt mit einer Oberfläche)
b) als homogene Gasreaktion
(d. h. innerhalb der Gasphase)
ablaufen.
In den ersten Versuchsreihen I—III war der Fe-Gehalt df s Ausgangsproduktes gering, so daß sich
der größte Teil des Eisenchlorids nach der Reaktion mit Wasserstoff in reduziertem Zustand als Eisen in Form
eines haftenden Filmes auf den Wänden des Reaktionsraumes niedergeschlagen hat
Bei der Versuchsreihe IV hingegen kann festgestellt werden, daß der Fe-Gehalt des gereinigten kondensierten Produktes (AlCl3) mit der Reaktionstemperatur
zunimmt, währenddem in der letzten Versuchsreihe V das Produkt bei beliebiger Reaktionstemperatur zwischen 700 und 10000C sehr rein ist Dies erklärt sich aus
den folgenden Überlegungen: Mit Zunahme der Temperatur gewinnt die »Gasreaktion« gegenüber der
»Wandreaktion« zunehmend an Gewicht Bei hohem Fe-Gehalt im Ausgangsprodukt wird somit das Reaktionsprodukt in steigendem Maß in der Gasphase
gehalten und gelangt kaum noch durch eine »Wandreaktion« zur Abscheidung. Hier fällt also ein Teil des
reduzierten Eisens in Form eines im Gasraum extrem fein verteilten Metalles an, das nicht ohne weiteres vom
AlCl3-Dampf abgetrennt und somit gemeinsam mit den AlCl3 zur Kondensation gelangt. (Reihe IV). Derartige
Produkte sind mehr oder weniger stark grau gefärbt. In diesem Falle sind besondere Maßnahmen zur Abtrennung der im Salzdampf suspendierten Eisenteilchen
erforderlich, wie z. B. Filtration oder magnetische Abscheidung.
Versuchsreihe V dagegen zeigt, daß die Reinigung sehr wirksam abläuft, wenn sie als »Wandreaktion«
erfolgt. Zu diesem Zweck muß im Reaktionsraum für eine möglichst große Festkörperoberfläche, ζ. B. in
Form von Füllkörpern gesorgt sein.
Wie auch bei der Versuchsreihe IV die Färbung der bei verschiedenen Temperaturen gewonnenen Kondensate zeigt, spielt die »Homogenreaktion« bei niederen
Temperaturen (unterhalb 700° C) neben der »Wandreaktion« kaum eine Rolle. Die Homogenreaktion tritt
aber bei höheren Temperaturen immer mehr in den
im Endprodukt zeigen, daß sich die Umsetzung im
von der Gefäßwand in den Gasraum verlagert.
Im Gegensatz hierzu werden bei der Versuchsreihe V (mit Füllkörpersäule) bei sämtlichen Temperaturen rein
weiße Produkte erhalten. Die Reaktion vollzieht sich in diesem Fall an der Festkörperoberfläche. Auf diese
Weise wird das gesamte bei der Umsetzung entstehende metallische Eisen — zum überwiegenden Teil — an der
Füllkörperoberfläche und — zum geringeren Teil — von der Gefäßwand zurückgehalten, so daß ein
praktisch eisenfreies AlCl3 gewonnen wird.
Falls die Umsetzung in der Gasphase, d. h. Homogenreaktion
unerwünscht ist, kann sie somit vollständig zugunsten der »Wandreaktion« unterdrückt werden,
wenn man innerhalb der Reaktionszone für eine möglichst große Festkörperoberfläche sorgt Aus den
Ergebnissen ist zu schließen, daß die Unterdrückung der Umsetzung in der Gasphase eine Funktion der Größe
der Festkörperoberfläche ist
Die als Füllkörper verwendeten Quarzscherben weisen eine im Verhältnis zu ihrer Masse relativ geringe
Oberfläche auf. In der Praxis wird man vorzugsweise einen geeigneten Füllkörper mit optimaler Oberflächenausbildung
verwenden. Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, erhält man bei Einhaltung der durch die
besonderen technologischen Verhältnisse der Umsetzung bedingten apparativen Erfordernisse (große
Festkörperoberfläche im Reaktionsraum) außerordentlieh hohe Reinheitsgrade.
Bei Anwendung der gleichen Bedingungen wie für die Versuchsreihe V, d. h. mit einem mit einer Füllkörpersäule
versehenen Reaktionsraum, hat man auch Versuche ausgehend von einem sehr unreinen Rohprodukt
(24.2% Fe2O3ZAI2O3) gemacht Sogar in diesem Fall
hat man ein sehr reines Kondensatprodukt erhalten, das nur 0,0001 % Fe2OyAl2O3 enthielt
Das Verfahren ist somit nicht nur zur Feinstreinigung von technischem AlCl3 mit geringem FeCl3-Gehalt
geeignet, sondern kann auch mit Erfolg zur Abtrennung größerer Mengen FeCl3 von AlCl3 angewandt werden.
Bei den Versuchen der Reihe V sind zwischen 5 und 10 g Rohaluminiumchlorid pro Minute durchgesetzt
worden bei einem Durchmesser des rohrförmigen Reaktionsraumes von nur 40 mm. Somit können mit
relativ kleinen apparativen Einheiten große Rohaluminiumchloridmengen gereinigt werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Gewinnung eines im wesentlichen eisenfreien Aluminiumchloride aus einem
eisenchloridhaltigen Aluminiumchlorid, bei dem man das Aluminiumchlorid verdampft, dadurch gekennzeichnet,
daß man dem verunreinigten Aluminiumchlorid-Dampf das Eisenchlorid reduzierenden
Wasserstoff zusetzt und das durch Reduktion bei einer Temperatur von mindestens 6000C
entstandene Eisen aus dem Gemisch entfernt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-
zeichnet, daß man das Gemisch einem so starken Magnetfeld aussetzt, daß das reduzierte Eisen
ausgetragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur des
Reaktionsraumes zwischen 600 und 900° C hält
4. Verfahi-en nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man das Gemisch durch einen mit
Füllkörpern versehenen Reaktionsraum leitet
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH76272A CH561663A5 (de) | 1972-01-19 | 1972-01-19 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2261941A1 DE2261941A1 (de) | 1973-08-02 |
DE2261941B2 true DE2261941B2 (de) | 1978-09-07 |
DE2261941C3 DE2261941C3 (de) | 1979-06-21 |
Family
ID=4194574
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19722261941 Expired DE2261941C3 (de) | 1972-01-19 | 1972-12-18 | Gewinnung eines im wesentlichen eisenfreien Aluminiumchlorids aus einem eisenchloridhaltigen Aluminium-Chlorid |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH561663A5 (de) |
DE (1) | DE2261941C3 (de) |
-
1972
- 1972-01-19 CH CH76272A patent/CH561663A5/xx not_active IP Right Cessation
- 1972-12-18 DE DE19722261941 patent/DE2261941C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2261941C3 (de) | 1979-06-21 |
CH561663A5 (de) | 1975-05-15 |
DE2261941A1 (de) | 1973-08-02 |
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