DE2850176A1

DE2850176A1 - Verfahren zur kontinuierlichen entwaesserung und kalzination von aluminiumfluorid-hydrat zur herstellung von aluminium-fluorid hoher reinheit

Info

Publication number: DE2850176A1
Application number: DE19782850176
Authority: DE
Inventors: Arankathu Skaria; Reiner Stark
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1978-10-09
Filing date: 1978-11-18
Publication date: 1980-04-10
Also published as: JPS5551719A; US4248849A; AU5124179A; ZA795387B; AU521283B2; DE2850176B2; BR7906477A; CH638163A5; ES484655A1

Description

SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, 3965 Chippis

Verfahren zur kontinuierlichen Entwässerung und Kalzination von Aluminiumfluorid-Hydrat zur Herstellung von Aluminiumfluorid hoher Reinheit

9. Oktober 1978
FPA-Sg/Ri -1304-

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Verfahren zur kontinuierlichen Entwässerung und Kalzination von Aluminiumfluorid-Hydrat zur Herstellung von Aluminiumfluorid hoher Reinheit.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Zweistufenverfahren, zur vollständigen Entwässerung und anschliessender Kalzinierung von Aluminiumfluorid-Hydraten (z.B. "AlF₃.3 H2O) , um ein besonders reines Produkt mit einer hohen Ausbeute zu erhalten, insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Zweistufenverfahren, bei welchem die zweite Stufe die abschliessende Entwässerung des Semihydrates (A120.0.5h20) und dessen Kalzination umfasst.

Bei der Kristallisation von AlF., aus wässrigen Lösungen werden Hydrate dieses Fluorides, unter anderem das Aluminiumfluoridtrihydrat, erhalten.

Die Entwässerung dieser Hydrate ist deshalb problematisch, da während des Erhitzens des Hydrates auf die Kalzinationstemperatur von 550 - 600°C, in Kontakt mit den Wasserdämpfen eine Hydrolysereaktion abläuft, wobei unter HF-Abspaltung Al_O_ entsteht.

2 AlF₃ + 3 H₂O--*-Al₃O₃ + 6 HF

Wird Aluminiumfluoridhydrat in einem direkt beheizten, ausgemauerten Drehrohrofen im Gegenstrom kalziniert, so entsteht ein kalziniertes Produkt mit einem A1F_-Gehalt von nur 86 max. 92%, wobei der Rest im wesentlichen Al O. ist. Um ein kalziniertes Aluminiumfluorid zu erhalten, das unter weitgehendem Eliminieren der Hydrolysereaktion kalziniert wird, beschreibt die DE-PS 1 166 754 ein Verfahren zur Kalzination derAlF-^-Hydrate in der Wirbelschicht. Dieses Verfahren ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung des Hydrates auf die jeweiligen Kalzinationstemperaturen in weniger als 1 Sek. bis zu wenigen Sekunden erfolgt. Dadurch wird das Hydratwasser schnell abgespalten und schnell abgeführt, um Rückhydrolysereaktionen zu vermeiden. Dieses Verfahren führt im grosstechni-

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if·

sehen Einsatz zu einem kalzinierten AlF von2T96%, und stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber der Direktkalzination dar.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach DE-PS 1 166 754 zur kontinuierlichen Kalzination von AlF -Hydraten ist in der AT-PS 28 533 beschrieben. Die hier beschriebene Apparatur funktioniert im kleineren Masstab zufriedenstellend, erweist sich aber vor allem dann, wenn sie für grössere Anlagekapazitäten ausgelegt werden soll, als relativ kompliziert, nicht immer leicht zu beherrschen und überwachungs- und wartungsintensiv. Es bestand daher das dringende Bedürfnis, eine technisch einfachere Lösung zu finden.

Für die Kalzination des A1F_.-Trihydrats zum Halbhydrat beschreibt deshalb die CH-PS 580 033 schon eine Vorrichtung, die grosstechnisch AlF₃~Hydrate in einem Tellertrockner bei Kalzinationstemperaturen von 190-200 C zum AlF^-Semihydrat kalziniert. Auch mit dieser KaIzinationstemperatur, in Verbindung mit der Endkalzination im Wirbelkalzinator, entsteht ein kalziniertes AlF- mit einem AlF..-Gehalt S. 96%, wobei die Endkalzinationstemperatur des AlF., innert weniger Sekunden nachteiligerweise erreicht werden muss.

Wie aus dem Stand der Technik zu entnehmen ist, resultieren aus der vollständigen Entwässerung der AlF -Hydraten Probleme, die man mittels relativ komplexen Verfahren und/oder Vorrichtungen zu lösen versucht hat.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zu vereinfachen, und ohne Verminderung der Ausbeute sowie Preisgabe der hohen Reinheit des Produktes gleichzeitig die Zuverlässigkeit der Operation zu steigern.

Das Erfindungsverfahren ist ein zweistufiges Verfahren zur vollständigen Entwässerung und Kalzinierung von AlF-.-Hydraten und ist durch die Kombination folgender Verfahrensschritte gekennzeichnet ,

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a) dass das Aluminiumfluoridhydrat in einer ersten Stufe bis zum Aluminiumfluorid-Semihydrat, A1F-.O.5H2O, nach an sich bekannten Verfahren entwässert und

b) dass das Aluminiumfluorid-Semihydrat in einer zweiten Stufe mittels Behandlung in einem indirekt beheizten, horizontalen Drehofen von restlichem Kristallwasser befreit und anschliessend bei cä. 500 600⁰C kalziniert wird.

Wie erwähnt, ist es schon bekannt, die Entwässerung der AlF,-Hydrate in zwei Verfahrensschritten durchzuführen: der erste bis zu einem Produkt der approximativen Formel AlF₃. 0.5H2O und der zweite bis zur vollständigen Entwässerung.

Die Entwässerung bis zum AlF,.0.5H2O kann nach einem der bekannten Verfahren durchgeführt werden, z.B. mittels eines Tellertrockners wie in der CH-PS 580 033 beschrieben.

Für die weitere Entwässerung (zweiter Verfahrensschritt) wurde nun überraschenderweise gefunden, dass es möglich ist, Aluminiumf luoridsemihydrat in einer technisch viel einfacher zu betreibenden, indirekt beheizten Drehtrommel, unter weitgehender Vermeidung der unerwünschten Hydrolysereaktion, zu kalzinieren, obwohl die Aufheizung des Produktes mehrere Minuten beträgt. Das dabei erhaltene Produkt hat einen AlF.,-Gehalt von mindestens 96% und ist dem nach dem Wirbelschichtverfahren hergestellten in jeder Hinsicht gleichwertig oder auch besser.

Zur Vermeidung der Hydrolyse müssen die Dämpfe zusammen mit Spülluft aus dem Kalzinationsraum abgesaugt werden, wobei es sich überrraschenderweise gezeigt hat, dass die Geschwindigkeit der Absaugung weitaus nicht so kritisch ist, wie in den bekannten Verfahren. Dadurch ist es möglich, die Spülluft, die sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom zugegeben werden kann, auf ein Minimum zu reduzieren. Der Wassergehalt der Spülluft ist abhängig von der Luftfeuchtigkeit und liegt im Normalfall zwischen 0,5-1%. Wasserkonzentrationen von bis über 40% in der abgesaugten Abluft führen bei dieser Fahrweise

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nicht zur befürchteten Hydrolysereaktion.

Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren erreichten Verfahrensverbesserungen können wie folgt zusammengefasst werden:

Die zur Anwendung gelangende Kalzinationsapparatur eine an sich bekannte indirekt beheizte Drehtrommel - ist ein sehr einfacher, technisch ausgereifter Apparat, der besonders bezüglich Bedienung, Betrieb und Unterhalt für den betreffenden Verwendungszweck eine fortschrittliche Lösung darstellt;

Die Kalzination im Drehrohr ist im Gegensatz zur Fliessbettkalzination unempfindlich gegen Veränderungen des Korngrössenspektrums des zu kalzinierenden Produktes;

Durch Minimieren der Spülluft und Abgasmenge wird

der Produktverlust durch mitgerissene AlF,.-Feinanteile in der Abluft reduziert,

- eine kleinere HF-Umweltbelastung nach dem Abgaswäscher erreicht;

Das Kaiζinationsverfahren führt zu einem Produkt hoher Reinheit (grosser 96% AlF ) bei einem hohen Kalzinationsgrad (kleiner 0,5% Glühverlust).

Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens soll anhand des folgenden Beispiels näher erläutert werden:

Beipiel:

Ein AlF -Hydrat, (AlF . H O) wurde in einem Tellertrockner 3 3 3^·

(CH-PS 580 033) teilweise entwässert bis zum A1F₃-Semihydtrat (AlF_.0,5H2O), bei dem noch ein Restwassergehalt von ca.9.8%

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vorhanden war.

In einer mit Verbrennungsgasen indirekt beheizten Drehtrommel wurden dann kontinuierlich lOOkg/h dieser Aluminiumfluorid-Semihydrat, eingetragen und während des Durchlaufes innerhalb ca. 10 Minuten auf die Kalzinationstemperatur von 550⁰C erhitzt. Die Gesamtverweilzeit des Aluminiumfluorides in der Kalziniertrommel betrug 30 Minuten.

Der Wasserdampfgehalt der im Gegenstrom durch die Kalziniertrommel geführten Spülluft betrug im Abgas 33,5% (Gewicht). Die Abgastemperatur betrug 195 C.

Im kalzinierten Aluminiumfluorid konnte ein AlF_-Gehalt von 98,2% analysiert werden. Der Glühverlust betrug 0,29%.

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Claims

28S01?1 Patentansprüche

1. Verfahren zur vollständigen Entwässerung und anschliessenden Kalzinierung von Aluminiumfluorid-Hydraten, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte /

a) dass das Aluminiumfluoridhydrat in einer ersten Stufe bis zum Aluminiumfluorid-Semihydrat, AlF v.O.5H2O, nach an sich bekannten Verfahren entwässert und

b) dass das Aluminiumfluorid~Semihydrat in einer zweiten Stufe mittels Behandlung in einem indirekt beheizten, horizontalen Drehofen von restlichem Kristallwasser befreit und anschliessend bei ca 500 600°C kalziniert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Aluminiumfluorid-Semihydrats im Drehofen kontinuierlich während bis zu 15 Minuten zur Kalzinationstemperatur gesteigert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalzinationstemperatur in ca. 5-10 Minuten erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtverweilzeit im Drehofen 15 bis 45 Minuten,
bevorzugt 20 bis 30 Minuten beträgt.

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ORIGINAL IMSPiOTBO