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Verfahren und Apparat zum Aufschließen von Ton. Die technische Verarbeitung
von weitverbreiteten Rohstoffen, wie Ton, Kaolin mit Halogenen zum Zwecke der Gewinnung
von metallischem Aluminium unter gleichzeitiger zielbewußter Darstellung von Silicium,
ist bisher unbekannt. Nach dem Patent a67867 ist zwar ein Verfahren bekannt, nach
welchem natürliche Doppelsilikate, wie Orthoklas, Muscovit, Leucit, Sod@al-ith und
Gesteine der Feldspatgruppe, gegebenenfalls im Gemenge mit Reduktionsmitteln durch
einen Strom von im Ü.berschuß angewandtem Halogengas geröstet und dadurch aufgeschlossen
werden, wobei die Chloride usw. derAlkalien, des Aluminiums, Siliciums, Titans und
anderer Basen gewonnen werden. Dieses Verfahren hat aber hauptsächlich die Aufschließung
von Doppelsilikaten mit Hinblick auf die Gewinnung des löslichen -Alkal,iclrlorids,
.insbesondere der löslichen Kaliverbindungen, zum Zwecke. Die zielbewußte -Gewinnurig
von metallischem Aluminium und Silicium wird durch dieses Zerfahren nicht angestrebt.
Bei dem vorliegenden Verfahren handelt es sich aber um im wesentlichen alkalifreie
Silikate. Dadurch wird die Gewinnung von .Aluminium und Silicium zum Hauptzweck,
ganz abgesehen davon, daß die technische Gesamtausführung von der des bekannten
Verfahrens abweicht, wodurch mit einem erheblich- geringeren Aufwand von Chlor der
Aufschluß in einer von Feuchtigkeit freien Atmosphäre erfolgt.
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Bei der Behandlung der siliciumhaltigen Rohstoffe, wie Ton, hatte
nian stets mit dem bisher unüberwindlichen Widerstand zu kämpfen gehabt, den das
im Rohstoff vorhandene Silicium der Ausziehurig .des herzustellenden Metalles entgegensetzt,
trotzdem es sachlich nicht unbekannt war, daß Siliciumtetrachlorid mit Aluminium
bei langsamdauerndem Erhitzen in Silicium und Aluminiumchtorid übergeführt werden
kann (vgl. Gmelin-Krauts Handbuch der anorganischen Chemie, 7. Aufl., Band III,
Seite 196, wo gesagt wird, daß nach stunden- bzw. tagelangem Erhitzen von Silsciumtetrachlorid
mit Magnesium, Aluminium, Beryllium und Zink sich Silicium und Metallchlorid bilden).
Die Herstellung von Silicium aber innerhalb des zur Abspaltung von Aluminium ausgeführten
Verfahrens im regelrechten Arbeitsgange in mehr oder weniger mechanischer Weise
derart zu bewirken, daß die Ausbeute an Aluminium im Kreisprozesse .immer wieder
durch die bei Spaltung des Siliciumchlorides erhaltenen Aluminiumbestandteile unterstützt
wird, ist bisher un'b'ekannt.
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De`r Erfindung gemäß werden das sich bei Einwirkung von Chlor o.,dgl.
in Gegenwart eines Reduktionsmittels, -wie, Kohlenstoff, in einer von Feuchtigkeit
freien Atmosphäre bildende Aluminiumchlorid und S,iliciumtetrachlorid in an sich
bekannter Weise auf -Grund ihrer verschiedenen Verfiüchtigungsgrade durch Kondensation
bei entsprechend bemessenen Kühlungstemperaturen voneinander getrennt
und
hierauf wechselweise in eine Schmelze von metallischem Aluminium eingeführt, in
welcher <las Aluminiumchlorid wiederholt gereinigt und das Siliciumchlorid systematisch
durch Austauschwirkung zerlegt wird, so daß sich Silicium bildet und neue 1Iengen
von Aluminiumchlorid entstehen.
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Man hat auch früher die größere Affinität des Chlors zum Aluminium
als zum Eisen zu benutzen versucht, um das ,Aluminiumchlorid vom verunreinigenden
Eisenchlorid zu trennen. So erreicht z. B. das Verfahren nach C a s t -n e r (vgl.
die amerikanische Patentschrift 4o9668 bzw. die deutsche Patentschrift 527;0) die
Abtrennung vom verunreinigenden Eisenchlorid aus Doppelchlorid von Aluminium aus
Alkalien auf die Weise, daß es zum geschmolzenen Doppelchlorid so viel metallisches
Aluminium hinzufügt, daß das an Eisen gebundene Chlor sich unter dem ,Aluminiummetall
zu Aluminiumchlorid umsetzt. Die geschinolzeiien Doppelchloride werden dann von
dein entstandenen, mit Aluminium verunreinigten Eisenmetall abgelassen und sind
dann im wesentlichen frei von Eisenchlorid.
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Im vorliegenden Verfahren handelt es sich aber nicht um die Reinigung
eines Doppelchlorides aus Natrium- bzw. Ka1,ziumchlorid und Aluminiumchlorid, sondern
um Aluminiumchlorid allein, das auf Grund des unterschiedlichen Verflüchtigungsgrades
von Siliciumtetrachlorid getrennt wird und das in ganz neuer Weise dadurch gereinigt
wird, daß es ;in gasförmigen Zustande geschmolzenes Aluminiummetall von unten nach
oben durchstreicht und dabei die `'erunreinigungen, insbesondere das Eisenchlorid
als 1lctali an (las geschmolzene Aluminium abgibt.
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Die so gereinigten Aluminiumchloridmengen werden dann der Elektrolyse
unterworfen.
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Die zur Ausführung des vorliegenden neuen Verfahrens erfindungsgemäß
eingerichtete Apparatanlage ist derart getroffen, daß die sich in erster Instanz
bildenden Verbrennungsgase zur Heizung verschiedener, der Ofenfeuerung entfernt
liegender Apparate ausgenutzt und das sich in letzter Instanz stets frisch bildende
Chlorgas selbsttätig dem Chlorierofen zugeführt wird, was an sich ebenfalls nicht
neu ist, während die Zuführung des gereinigten Aluiiiäniumchlorids in das elektrolytische
, Bad selbst durch mechanisch gesteuerte Mittel derart geregelt wird, daß das Bad
stets .in gesättigtem Zustande verbleibt.
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Bei dem Erfindungsgegenstand handelt es sich daher um eine zur technischen
Ausütung bestimmte und geeignete Vereinigung bekannter und neuer Maßnahmen in Amvendung
auf und in Anpassung an den bestimmten Ausgangsstoff Ton. Die Erfindung soll nun
an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, in welcher Abb. i in mehr oder weniger
schematischer Weise eine zur Ausführung dieses Verfahrens dienende Apparatanlage
veranschaulicht. Abb. 2 stellt,den Chlorierofen im senkrechten Schnitt, Abb. 3 ,in'
wagerechten Schnitt nach Linie 3-3 der Abb. 2 (gesehen Zn der durch Pfeile angedeuteten
Richtung) dar. "Abb. 4. zeigt den Elektrolysierbehälter im wagerechten Schnitt,
Abb. 5 im senkrechten Schnitt nach Linie 5-5 der A.bb. 4 und in der durch Pfeile
angedeuteten. Richtung gesehen; Abb. 6 zeigt den Elektrplysierbehälter in größerem
Maßstab im Schnitt nach 6-6 der .Abb. 4 und in der durch Pfeile angegebenen Richtung
gesehen; Abb. 7 ist ein Horizontalschnitt des zweiten Ofens. und A bb.8 zeigt denselben
teilweise im Schnitt nach Linie 8-8 der A:bb. 7 in der durch Pfeile angedeuteten
Richtung gesehen.
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,Der in Abb. i mit 9 bezeichnete Chlorierungsofen ist, wie aus Abb.
2 und 3 erkennbar. ein Ofen der geschlossenen Art. Es ist für denselben eine Koksbettung
io vorgesehen: hier hinein reichen eine Mehrzahl von Elektroden i i-i i durch das
Gehäuse finit kreisförmigem Querschnitt, wie in --NU). 3 gezeigt. Jede dieser Kohlenelektroden
i i ist in einem Ton- oder Terrakottarohr angeordnet, welches seinerseits in dem
Gehäuse aus Chaniotteziea i eingebaut ist. Für jede der Kohlenelektroden ist ein
elektrischer Leiter 14 vorgesehen, der röhrenförmig und mit der Elektrode bei 15
verbunden ist; er wird durch ein bei i7 gedichtetes Verbindungsstück 16 gehalten.
Der röhrenförmige Leiter wird durch einen, vermittels des Rücklaufrohres i9 eingeführten
Wasserstrom gekühlt. Der gebräuchliche isolierte elektrische Leiter 2o kann, wie
gezeigt, mit dem Ende des Rohres i4 verbunden sein, so daß bei dieser Entfernung
von dem Ofengehäuse der Leiter und seine Isolierung durch die Hitze nicht schädlich
heeinflußt werden. Eine Reinigungstür 21 und eine zweckmäßig finit einem Rohr ausgefütterte
Beobachtungsöffnung 22 sind vorteilhaft ebenfalls vorgesehen. Die Beschickung wird,in
den Chlorierofen mit Hilfe einer Förderschnecke oder -schraube 23, die an dein unteren
Ende des Einfülltrichters 24 angeordnet .ist, in den Kanal 25 eingeführt, durch
welchen sie auf die bereits erwähnte Koksbettung auffällt.
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Das Koksbett, auf welchem die Beschickung 26 liegt, ist vorzugsweise
so angeordnet, daß der in der Mitte befindliche Koks von herumgelagertem Ton umgeben
:ist, wie bei 27 ge-
zeigt ist. Die Beschickung mag irgendwelcher Ton sein;
jedoch hat es sich gezeigt, daß die höheren Tonsorten, wie Kaolin, von der
Formel Al, (Si0,)" dessen Feuchtigkeit ausgetriel en ist, besonders wünschenswert
sind. Es
ist erwünscht, ein reduzierendes Material einzuführen,
und dieses kann geschehen, indem man mit der Beschickung zunächst Kohle mischt.
Es ist zu bemerken, daß der Ofen nur den Auslaß.28 hat, und daß das ganze System
geschlossen ist. Ein Graphitrohr 29 reicht durch das Scliamottegehäuse des Ofens
hindurch und endigt .inmitten der Koksbettung. :Dieses Rohr 29 wird durch das Rohr
30 (Abb. r) aus dem Vorratsbehälter 31 mit Chlor gespeist; die Verbindung
wird durch ein venti132 geregelt, so @daß das Chlorgas, welches dem Graphitrohr
richtig zugeführt wird, gemeinsam mit :dem ;den Elektroden zugeführten elektrischen
Strom, unter unmittelbarer Einwirkung der Hitze, -den Zerfall des Kaolins unter
Bildung von tMumi@nitimchl-orid und Siliciumtetrachlorid bewirkt. Durch die Verbindung
von Kohlenstoff und aus dem Kaolin frei gewordenem Sauerstog enstelit Kohlenoxyd.
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Die Reaktion ist hierbei folgende: Al, (SiO4)2+ I2C+24Cl -4
Al Clzl -f- 3 S'CI4+ 12 CO. Die so gebildeten drei Gase streichen durch die
Ausl-aßöffnung 28, wie aus Abb. r ersichtlich, nach dem Kondensator 33. Dieser Kondensator
hat die Gestalt einer doppelten, geschlossenen Kammer, welche mit der Abtßilung
34 und .der Abteilung 35 versehen ist, die durch eine Scheidelv and. 36 voneinander
getrennt sind. Für die, betreffenden Abteilungen des Kondensators ,ist eine geeignete
Kühlung vorgesehen. Beispielsweise ist die Abteilung 34 mit einem System von Kühlrohren
37 versehen, welche durch die Decke und von derselben aus abwärts reichen und welche
über den ganzen Rauar dieser besonderen Abteilung verteilt sind, um eine vollständige
Temperaturregelung zu erzielen. Die Rohre 37 sind an ihrem oberen Ende, außerhalb
der Kammer, mit Hilfe des Topfrohres 38 verbunden, und die Zirkulation wind in der
gewünschten Weise gesichert. Bei dieser besonderen Kondensationseinrichtung ist
das Rohrsystem mit einer Kaltwasserzuleitung verbunden; das Ergebnis ist, da die
erwähnten drei Gase ,in und durch die Abteilung 34 gehen, daß das Aluminiumcliloridgas;das
bei einer höheren Temperatur kondensiert als das Sil-iciumtetrachlorid, sich als
weißes Pulver auf den Rohren 37, 37 absetzt. Es mag hier erwähnt werden, daß es
möglich ist, daß bei der Tätigkeit in dem Chlorierungsofen sich zufälligerweise
einige andere Siliciumchloride bilden mögen, wie etwa Hexachloriid (Si, Cl,;). Es
hat sich aber gezeigt, daß :die Bedingungen derartig sind, daß nur -das SiLiciumtetrachlorid
einen beträchtlichen Teil .darstellt.
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Da die Temperatur, welche durch die Zirkulation des reinen kalten
Wassers in den Kühlrohren 37, 37 zur Kondensation von Siliciumtetrachlorid nicht
genügend niedrig ist, geht dieses Gas mit dem Kohlenoxyd nach Fier nächsten Abteilung
35 des Kondensators. Es wird also die erste K ondensatorabteilung 34 die Kondensation
des Alumi:niumchlori-ds Lesorgen; das weiße, auf den Rohren abgesetzte Pulver, in
-welches dieses umgewandelt ist, wird von diesen Rohren mit Hilfe von Schabern 39,
39 entfernt, die durch auf der Außenseite des. Kondensators über geeignete Rollen
41, 41 geführte Treibschnüre 4o auf und ab gezogen werden. Das Pulver fällt auf
das Transportband 42, dessen oberer Teil in der Richtung :des Pfeiles 43 bewegt
wird, und gelangt auf diese Weise an das Ende der Kondensatorabteilung und durch
den an dieser Stelle angeordneten, durch Schieber 46 geregelten Auslaß. 44 nach
dem Behälter 45. Dieser Behälter ist durch ein Rohr 47 mit einem Behälter 48 für
Druckluft verbunden, der von dem Luftverdichter 49 gespeist wird. Es ist wichtig,
wie vorhin angedeutet, daß das System geschlossen ist, und daß verschiedene Funktionen
desselbenunter Druck ausgeführt werden, was gerade für das Aluminiumchloric1 vonWichtigkeit
ist, da dieses äußerst zerfließlich ist und vor Feuchtigkeit bewahrt werden muß,
um Zersetzung und die. Bildung von Chlorwasserstoffsäure zu -vermeiden. Ist Glas
System geschlossen, so können diese Unzuträglichkeiten nicht eintreten; dieser Abschluß
bewirkt, daß diese flüchtige Substanz in ihrem ursprünglichen Zustand erhalten bleibt.
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Die Kondensatorkammer 35 ist mit ei!-cm System von Kühlrohren 5o,
ähnlich den Rohren 37, ,ausgestattet. Diese Rohre besitzen das gemeinsame obere
Leitungsrohr 51 und sind mit den Schabern 52, 52 versehen, die an den über den Rollen
54, 54 bewegten Treibschnüren 53, 53 hängen. Die Kühlrohre 50 werden mit einer Gefriermischung
von Eis, Wasser und Salz, anstatt mit reinem kalten Wässer gespeist; in der Kondensatorabteilung
35 ist daher die Temperatur bedeutend niedriger .als die Temperatur ,in der Kondensatorabteilung
34. Die niedrigere Temperatur genügt zur Kondensation des Siliciumtetrachlorids,
welches als eine farblose Flüssigkeit herabkommt, ausgenommen, wenn dieselbe durch
Verunreinigungen mißfarbig geworden sein sollte. Dieses flüssige Siliciumtetrachlorid
fließt auf dem schrägen Boden des Kondensatorbehälters 35 abwärts und gelangt durch
den, durch Schieber 56 beci:nflußten Auslaß 55 nach dem Behälter 57. Die Kampier
35 ist wie die Kammer 34 mit Schabern versehen, da es immerhin möglich ist, daß
das Aluminiumchlorid auf dem Wege durch die Ab-`,eilung 34 nicht völlig kondensiert
ist und so
auf den Rohren 5o der Kammer 35 weiterkondensieren kann;
es ,ist daher wünschenswert, zeitweise die Schaber 52 in Tätigkeit zu setzen, um
diese Kondensate zu entfernen. Die Schaber 39 der anderen Abteilung sind während
der ganzen Zeit, in welcher das Svstem arbeitet, in Tätigkeit. Die Kammer 35 ist
ebenfalls mit einem Transportband 58 versehen.
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Das Kohlenoxyd entweicht aus der Kondensatorabteilung 35 durch Rohr
59 und A-'entil 6o zu einer geschlossenen Gaspumpe 6i, von wo es mit 'Hilfe eines
Rohres 63 nach einem Wäscher oder Skrubber 62 gelangt; dieser Wäscher stellt einen
Behälter mit Kalkwasser dar, der ein - Auslaßrohr 63' besitzt. Die Pumpe 61 kann
an irgendeinem geeigneten Punkt in der Apparatenreihe angeordnet sein. Das Auslaßrohr
63' ist m-it einem Ventil 6:1 ausgestattet und führt nach einem atts7iehbaren, z.
B. glockenartig ausgebildeten Gas-1-ehälter 65, so daß das Kohlenoxvd unter Druck
gehalten werden kann, um durch ein Rohr 66 eine ganze Anzahl von Brennern 67, 68
und 69 zu speisen, die, wie später beschrieben, zu Heizungszwecken benutzt werden
können.
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Nenn in dem Chlorierungsofen noch Chloride gebildet werden, welche
bei anderen Temperaturen kondensieren, wie es der Fall ist, wenn ,in dem Ton Eisen
oder Titan vorhanden ist, oder wenn andere Materialien bzw. Erze benutzt werden,
kann der Kondensator derart eingerichtet und angeordnet sein, daß diese Chloride
von den Aluminium- und Siliciumchloriden und auch voneinander durch Vergrößerung
der Zahl der Kondensationsräume getrennt werden, die auf den verschiedenen, zur
getrennten Ablagerung der Stoffe erforderlichen Temperaturen gehalten werden.
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Unter dem Behälter 45, in welchem <las Aluminiumchloridpulver sich
befindet, ist einer der Brenner 67 angeordnet, und der Behälter ist zweckmäßig mit
einer geeigneten Feuerungswand umgeben, so daß er auf einen hohen Hitzegrad erhitzt
werden kann. Bei geschlossenem Schieber 46 kann das in dem Behälter 45 befindliche
Material von dem Behälter 48 aus unter hohen Druck gesetzt werden, und durch die
gemeinschaftliche Wirkung dieses Druckes und der aus dem Kohlenoxvdbrenner herrührenden
Hitze schmilzt das Alttminiumehlorid, worauf es für die weiter zu beschreibende
Behandlung viel haltbarer und viel leichter zu handhaben .ist.
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Von dem Behältcr45 führt ein Rohr 70 zu einem Ventil 71, welches
(furch ein Rohr 72 in einen Ofen, vorteilhaft des Bodenhauser Dreiphasentypus, mündet.
Dieser Ofen ist in seinen Einzelheiten durch Abb. 7 und 8 veranschaulicht und besitzt
ein schweres Außengehäuse 73, welches mit einem runden Boden 74 in einen entsprechend
geformten Unterbau 75 eingebaut ist. Die Anordnung ist derart, (iaß der Ofen, sobald
die Verbindungsrohre zeitweise gelöst sind, gekippt werden kann, um das geschmolzene
Metall ablaufen zu lassen. Das Ofenfutter besitzt eine geschlossene Aushöhlung 76
für das geschmolzene Metall, «-elche zwischen röhrenförmigen Wänden 77, 7 7 liegt,
in denen die magnetische Stromeinrichtung und die primären Spulen 78 und 7 9 angeordnet
sind. Die Einzelheiten dieses Ofens, ausgenommen gewisse 'Neuerungen in Verbindung
mit anderen Teilen des Systems, gehören nicht zutn Gegenstand dieser Erfin-(lung;
es w=ird jedoch darauf Bezug genommen, weil es ein Ofentypus ist, der zum Gebrauck
als ein Teil des Systems gut geeignet ist. Unter der .Annahme, daß das später noch
zu erwähnende Ventil 8o geschlossen sei, wird bei geöffnetem Ventil 71 das flüssige
Aluminiumchlorid in den Arbeitsraum des Rodenhauser Ofens geleitet, un=i zwar aus
folgenden Gründen: Bei der ersten Kondensation des Alumi,niumchlorides in der Kondensatorabteilung
34 sind leicht Unreinlichkeiten, vornehmlich Eisen-y chlorid, vorhanden, wenn nicht
mehr als zwei Korn(lensatorabteilungen für angemessen verschiedene Temperaturen
torgesehen sind, und es ist der Zweck bei dem jetzt beschriebenen Teil des Verfahrens,
dieses Eisen zu beseitigen und die Gewinnung von reinem Aluminiumchlorid zu sichern.
Hierfür wird der Bodenhauser Ofen zunächst mit -Aluminium beschickt, und (las geschmolzene
Aluminiumchlorid wird in .dieses Ba(1 von geschmolzenem Aluminium nahe am Boden
desselben eingeführt; das Aluminiumchlorid wird infolge der Druckentlastung und
der Hitze des Bades unmittelbar in ein Gas verwandelt und gelangt durch das geschmolzene
Aluminium nach oben. Infolge,der größeren Affinität des Chlors zum Aluminium als
zum Eisen oller zur anderen Verunreinigung des Materials verläßt das Chlor das Eisen
und verbindet sich mit der entsprechenden Menge Aluminium. Das gereinigteAlutniniumchlorid
verläßt dann dasAlttminiumbad und durch das Rohr 81 den Ofen. Dieses Rohr 81 verzweigt
sich in die Rohre 82 und 83, die mit den A'entilen@8d. bzw. 85 versehen sind. Wenn
das gereinigte Aluminiumchlorid weiter zu reinigen ist, wird Ventil 84 geschlossen
und Ventil 85 geöffnet, so daß das Aluminiu.mchloridgas durch das Rohr 83 zurück
nach der Kondensatorabteilung 34. zur weiteren Kondensation gelangt, um dann abermals
in dem Bodenhauser Ofen, wie beschriehen, gereinigt zu werden, und dieser Prozeß
kann wiederholt werden, bis der erforderliche Reinheitsgrad erreicht ist. Nun wird
das
Ventil 85 geschlossen und das Ventil 84 geöffnet, und
das jetzt im wesentlichen reine Aluminiumchlorid wird in einen Endkondensator 84'
eingeführt. Dieser Kondensator ist von der gleichen Einrichtung wie die Kondensatorabteilung
34, und das kondensierte Aluminiumchlorid gelangt in Form eines weißen Pulvers in
den Behälter 86. In diesem Behälter 86 wird das Aluminiumchlorid unter Anwendung
d es aus dem Druckbehälter 48 führenden Rohres 87 unter Druck gesetzt, umgeben mit
Feuerwänden auch der durch den Brenner 69 entwickelten Hitze unterworfen. Das so
abermals geschmolzene reine Aluminiumchlorid wird alsdann durch ein mit Ventil go
ausgestattetes Rohr 89 nach dein Sammelbehälter 88 gedrückt und unter diesem von
dem Behälter 86 übermittelten Druck gehalten, wobei es durch eine Kohlenoxydflamme
vorn Brenner 68 erhitzt gehalten wird.
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Aus diesem Vorratsbehälter 88 wird das flüssige Aluin,ini@umchlori@d.
durch ein Ventil 9i und ein Verteilungsrohr 92 zu dem Elektrolysierbehälter geführt,
der ebenfalls dicht ist, so daß .das Aluminiumchlorid in seiner flüssigen Beschaffenheit
erhalten werden kann. Der durch Abb. 4, 5 und 6 in seinen Einzelheiten veranschaulichte
Elektrolvsierbehälter besteht aus einem Graphitherd 93 mit umgebenden Chamottewänden
94, 94 mit Magnesitfutter 95, 95; dieser ganze Behälter wird durch umgebende
Platten 96 zusammengehalten. Auf entgegengesetzten Seiten des Behälters befinden
sich Einlaßöffnungen 97, 97, welche mit Hilfe von Deckeln 98, 98 geschlossen werden;
eine Ablaßöffnung 99 ist etwas über dem Boden .des Behälters zu dem hier beschriebenen
Zweck vorgesehen und kann durch Pflock: Zoo geschlossen wenden. Ein Chlorablaf ioi
ist angeordnet, und, wie aus Abb. i erkennbar, ist dieser Auslaß durch ein Rohr
io2 mit Ventil 103 mit einem Chlorkompressor 104 verbunden, welcher weiter
durch das Rohr 105 mit einem Chlorkühler io6 in Verbindung steht; diese beiden Teile
sind nur schematisch gezeigt. Der Kühler io6 ist in geeigneter Weise durch ein Rohr
107 mit dem bereits erwähnten Behälter 31 für flÜssiges Chlor verbunden,
und das Verbindungsrohr 107 ,ist mit einem Ventil io8 versehen.
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Die aus Abb. 5 und 6 ersichtlichen Anoden iog bestehen aus Graphitblöcken,
von welchen jeder durch drei Halter iio gesichert ist, die in einem Chamotteverschlußdeckel
i i i geführt sind. Jede Anode ist mit einer Fassung i 12 ausgestattet, welche mit
einem losen Kragen 113 in Verbindung steht, der mit Hilfe von Mutterschrauben 114
auf von einem Stopfbüchsendeckel 116 nach aufwärts gerichteten Bolzenstäben 115
auf und ab bewegt wenden kann. Durch diese Anordnung können die Anodenhalter senkrecht
eingestellt werden. Kupferne Stabbündel 118, 118 verbinden die oberen Enden der
Anodenhalter i io, und auf diese Weise wird der Strom nach dem Bade geführt, während
der Graphitherd als Kathode wirkt. Der mittlere jeder drei einen Satz bildender
Anodenhalter ist nach Art bekannter Hohlelektroden achsial durchgebohrt, wie bei
iig gezeigt, und diese Bohrung ist mit den Verteilungsdurchgängen 120, 120 in dem
entsprechenden Graphitblock verbunden. Jede dieser Bohrungen ist mit Hilfe eines
Rohres 121 mit dem obenerwähnten Zuleitungsrohr 92 in Verbindung, und in jedem Rohr
121 ist ein Ventil 122 angeordnet, welches durch einen Daumen 123 betätigt wird,
der auf einer rotierenden Z`'elle 124 angeordnet ist. Bei Tätigkeit dieser Wellen
12.a_ und bei geöffnetem Ventil 9i für den Durchgang von flüssigem Alumiriuinchlorid
wird eine pro Zeiteinheit ständig bleibende Zufuhr des letzteren durch die Durchgangswege
119 und in denElektrolysierbehälter ermöglicht. Natürlich kann die Zufuhr
des Aluininitimchlorides auch auf anderem Wege als durch die Bohrungen in den Anoden
erreicht werden.
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Das flüssige Aluminiumchlorid wird auf einer Temperatur von etwa 2oo°
C und unter einem Druck von ungefähr 211!.. Atm. gehalten. Die Warmhaltung -des
so erhitzten Materials aus dem Vorratsbehälter 88 erfolgt durch heißes öl, welches
in einer das Zuführungsrohr 92 umgebenden Leitung 125 enthalten ist, oder mit Hilfe
anderer, beispielsweise elektrischer Heizmittel, so daß das Aluminiumchlorid in
das Elektroly siergefäß bei der geeigneten Temperatur eintritt. Der Elektrolyt selbst
besteht in Lekannter Weise aus einem Bad von geschmolzenem Chlornatrium hoher Temperatur,
die durch die Antvenduiig des Stromes aufrechterhalten wird, und das Aluminiumchloridwird
durch die oben beschriebene Einrichtung in seiner Zuführungsmenge derart geregelt,
d.aß das Bad stets in gesättigtem Zustand bleibt. In dem Elektrolysierbehälter wird
.das Aluminium von dem Chlor getrennt, und Chlornatrium bleibt zurück. InfcIge des
Unterschiedes in dem spezifischen Gewicht zwischen dem so erhaltenen reinen Aluminium
und dem geschmolzenen Natriumchlorid kann das geschmolzene Aluminium ganz einfach
durch Entfernung des Stopfens ioo ab und zu abgelassen werden, und man erreicht
so den ersten Zweck des Verfahrens, nämlich die Gewinnung ,des Aluminiums in seinem
elementaren Zustande aus Ton. Wie vorhin bemerkt, befindet sich die Ablaßöffnung
99 etwas oberhalb des Gefäßbodens, so daß eine Schicht von geschmolzenem Aluminium
auf der unteren Elektr,)d-e stets zurückgehalten wird. Da bei diesem .'erfahren
Natrium-
Chlorid immer zurückbleibt, kann der Elektrolyt unbegrenzt
weiterarbeiten. Das frei gemachte Chlor wird nach dem Chlorkompressor io4, dann
nach dem Kühler und dann in den Vorratsbehälter geführt, von wo es wieder zur Speisung
des Chlorierofens 9, wie bereits beschrieben ist, l:enutzt wird. Der Widerstand
des Bades erzeugt die zur Aufrechterhaltung der geeigneten Temperatur während des
ganzen Vorganges nötige Hitze; eine äußere Heizquelle mag jedoch gewünschtenfalls
vorgesehen sein, namentlich für den Beginn der Arbeit des Apparates.
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Das nun während dieses Verfahrens abgespaltene Siliciumchlorid, welches
in flüssigem Zustand in dem Behälter 57 gesammelt wurde, befindet sich irn Rohr
iah, welches durch das bereits erwähnte Ventil So beherrscht wird. Für die Zerlegung
dieses Siliciumchlorids wird das Ventil 71 geschlossen und das Ventil 8o
geöffnet, so daß das Silicininchlorid in das bereits erwähnte Bad des geschmolzenen
Aluminiums im Rodenhauser Ofen 74 eintreten kann, falls es nicht in einer besonderen
Aluminiumschmelze behandelt «-erden soll. Sobald das Siliciumchlorid mit dem geschmolzenen
Aluminium zusammenkommt, wird es gasförmig und steigt durch das geschmolzene Aluminium
in die Höhe, und die chemische Wirkung beginnt auf Grund der größeren Affinität
des Chlors zum Aluminium, anstatt zum Silicium, sofort. Das Aluminium ersetzt hierbei
das Silicium des Chlorides, und freies Silicium und Aluminiumcliloridgas wenden
gebildet. Das freie Silicium wird aus dem Rodenhauser Ofen durch den Ablaß 127 abgelassen,
und das Alumnniumchloridgas wird entweder abermals zu dem Kondensatorbehälter 34,
falls es weiter gereinigt werden soll, oder aber, falls es genügend rein ist, in
Kondensator 8q.' übergeführt und von da wieder nach dem Elektrolysierbehälter zur
weiteren Zerlegung.
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Der Rodenhauser Ofen hat also in diesem Verfahren die zweifache Funktion,
nämlich erstens die Reinigung des Aluminiumchlorids vor seiner Zerlegung durch Beseitigung
des Eisens oder anderer Unreinlichkeiten mit Hilfe von Aluminium, in welchem Fall
die Unreinlichkeiten aus dem Ofen entfernt werden und eine neue Beschickung von
reinem Alumib@iuni vorgesehen wird, und zweitens die Abspaltung des Siliciums aus
dem Siliciumchlorid durch Aluminium und die sich daraus ergebende GewinnungvonSilicium
einerseits undvon neuen Mengen von Aluminiumclilori:d für weitere Bearbeitung des
letzteren anderseits. Klan sieht demnach, daß das Verfahren eine in jeder Hinsicht
ununterbrochene Arbeitsweise gewährt, und daß das in dem Elektrolysierbehälter stetig
sich bildende Chlor immer wieder dein Chlorierungsofen zugeführt,während alsKohlenoxyd
(las durch den aus dem Ton in Freiheit gesetzten Sauerstoff und den eingeführten
Koks gebildet wird, für die Speisung aller Brenner benutzt wird. Es ist wichtig,
daß das System, wie beschrieben, ein geschlossenes ist, uni die Feuchtigkeit auszuschließen
und die wirksamen Chloride, besonders das Aluminiumchlorid, zu schützen.
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Bei der Ausführung des vorliegenden Verfahrens ist ferner die bereits
erläuterte Maßnahme wichtig, die Speisung des Elektrolysierbehälters mit geschmolzenem
Aluminiumchlorid derart zu bewirken, daß das elektrolytische Rad stets gesättigt
erhalten wird und so ein Natriumalum.iniumdoppelclilorid als . Behandlungsmaterial
dem elektrischen Strom darbietet.
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Es wird dein Sachverständigen einleuchten e1 "ein, daß sich dieses
-\"erfahren keinesfalls auf die Benutzung der besonders angeführten 1\littel beschränkt.
Zum Beispiel kann man an Stelle von geschmolzenem Aluminium, zur Aufschließung des
Siliciumchlorides geschinoizenes Zink verwenden und gewünschtenfalls :such einen
abweichenden Elektrolyten bemitzen.
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Für die Beschickung des Chlorierungsofens ist es zweckmäßig, kalzinierten
Ton und Kleikikoks in den richtigen Verhältnissen vor der Einbringung in den Ofen
zu mischen, und die Mischung von oben her, durch die Decke, hineingelangen zu lassen.
Man kann auch ein tiefes Feuer benutzen und den Betrieb bei Weißglut ausführen.
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Es ':ist ferner auch möglich, len Ton mit Chlor in abweichender Weise
zu behandeln, in-(lern man ohne Schwierigkeit auch Chlorverbindungen benutzen kann.
Zum Beispiel kann man Kohlenstofftetrachlorid (welches man dadurch herstellen kann,
(laß Chlor durch gliihenden Koks geleitet wird) anwenden und -fieses farblose, leicht
flüssige 'Material in den Chlorierungsofen mit dem Ton und der Kohle gleichzeitig
einführen, oder in die bereits im Ofen enthaltene Mischung von Ton und Kohle einleiten,
oder .trockenes Chlorwasserstoffgas selbst kann ebenfalls benutzt werden.
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Das Aluminium, «-elches in (-lern elektrolytischen Bade schwerer ist,
setzt sich am Boden desselben, und die Aluminiumteilchen., die sich über dein Boden
bilden, vereinigen sich vielfach zii größeren Massen.