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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von wasserfreiem Aluminiumchlorid
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem
Aluminiumchlorid in Form eines weißen Pulvers, das frei fließt und insbesondere
zur Verwendung in der Industrie und im Laboratorium geeignet ist.
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Gemäß der Erfindung soll das Aluminiumchlorid unter Einwirkung von
Hitze sublimiert und das Sublimat in einer Kühlkammer so kondensiert werden, daß
ein Erstarren an den Wänden der Kammer vermieden wird'. In weiterer Entwicklung
der Erfindung soll die Sublimation und die Kondensation mit der Erzeugung des Chlorids
selbst verbunden werden. In diesem Fall soll für die Reaktion zwischen dem in fester
Form vorliegenden Aluminium und dem Chlor erfolgen, ohne daß das Aluminium im wesentlichen
Ausmaß schmilzt, und das Chlorid soll im gebildeten sublimierten Zustand erhalten
werden, bis es die Kühlkammer erreicht und, kondensiert. Es ist für die wirksame
Durchführung des Verfahrens wesentlich, daß das Aluminium so rein als möglich zur
Verwendung kommt, z. B. mit einem Reinheitsgrad von. 9995 %, da das handelsübliche
Metall erhebliche Anteile anderer Metallbeimischungen, insbesondere von Eisen und
Graphit, enthält, welche das. Herstellungsverfahren stören würden.
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Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens soll das Chlorid durch
eine oder mehrere Düsen in der Weise durchgedrückt werden, daß ein oder mehrere
Dampfströme von hoher Geschwindigkeit erzeugt werden. Der oder die Ströme sollen
auf den Mittelpunkt der geräumigen Kammeer gerichtet sein, deren. Wandungen z. B.
durch Einbringen in kaltes Wasser gekühlt werden mögen, und die so geformt sein
sollen, daß 'das feine pulverförmige Aluminiumchlorid, das sich in der Kammer bildet
und am Boden absetzt, aus einer Öffnung am Grund der Kammer in einen geeigneten
Aufnahmebehälter
abfließen kann. Der letztere ist gegen das Eindringen von Feuchtigkeit sowohl in
flüssiger als auch in Dampfform zu schützen und hat eine Abzugsöffnung für Abfall--
gase;-Der Aufnahmebehälter soll in gleicher Weise, . einer Entleerungsvorrichtung
ausgestattet' sein, durch die das Aluminiumchlorid durch natürlichen Fluß in den
Behälter übertreten kann, ohne daß es der Feuchtigkeit der Raumluft ausgesetzt wird.
Der nach unten gerichtete Fluß des Pulvers. soll durch geeignete Anordnungen. gefördert
werden, durch die der Kammer und dem Behälter eine leichte Schwingung erteilt wird.
Andererseits kann man den Behälter vorzugsweise so ausbilden, daß in ihm das Aluminiumchlorid
sogleich transportiert werden kann. In beiden Fällen sind Mittel vorzusehen, um
die Behälter schnell anzubringen und zu entfernen und durch die das Eintreten von
Feuchtigkeit während des Füllvorganges vermieden wird. Wenn das Verfahren mit der
Hei#stellung des Chlorids selbst verbunden ist, soll das Aluminium vorteilhaft in
Form eines oder mehrerer massiver Stäbe Verwendung finden, die vorzugsweise :in
senkrechter Richtung angeordnet sind und nicht allein. dazu dienen, um das erforderliche
Metall einzuführen, sondern gleichzeitig die scharfe Reaktionshitze aus der Reaktionszone
abzuleiten und auf diese Weise wesentlich dazu beizutragen, das Schmelzen des Metalles
zu verhindern. Diese Metallstäbe können aus der Vorrichtung herausragen und durch
geeignete Mittel, z. B. Luft oder Wasser, gekühlt werden, um die Wärmeabfuhr zu
begünstigen. Das Chlor soll in der Nähe des unteren Endes des Stabes zugeleitet
werden und die Vorrichtung zwischen dem oberen Ende des Stabes und dessen Umgebung
bis zu der Düse oder den Strahlen hin aufgeheizt werden, um das Chlorid in sublimiertem
Zustand zu erhalten. Das sublimierte Chlorid soll äuf seinem Wege zur Düse über
heißes Aluminium geführt werden, das eine große Oberfläche aufweist, d. h. also
z. B. über Aluminiumfolie oder Drehspäne, um jegliches freies Chlor auszuschalten.
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Um die Reaktion einzuleiten, sind getrennte Heizvorrichtungen vorzusehen,
die in der Gegend des unteren, Endes des Stabes ,zur Wirkung kommen.
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Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung in kleinen
Abmaßen ist-in der Zeichnung schematisch wiedergegeben.
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Die dargestellte Vorrichtung besteht aus einem senkrechten Rohr i,
in dem ein Aluminiumstab :2 mit geringem Spiel aufgehängt ist und das eine Zutrittsöffnung
3 für den Eintritt des Gases am unteren Ende sowie ein waagerecht verlaufendes Abzweigrohr
q. oberhalb des oberen Endes des Stabes aufweist, das in ein zweites senkrechtes
Rohr 5 einmündet. Dieses Rohr 5 endet an seinem unteren Ende in einer birnenartigen
Kammer 6 und weist eine Düse 7 auf, die nu einem Teil 8 vorgesehen ist, der sich
ein wenig oberhalb der Verbindung zwischen Rohr 5 und Kammer 6 befindet. Die Kammer
ist in einen Wasserbehälter 9 eingetaucht, ihr unteres Ende mündet in einen
flaschenähnlichen Behälter io und ist durch. einen Stopfen i i abgedichtet; der
in gleicher Weise ein Gasaustrittsrohr 12 aufnimmt. Als Heizung sind elektrische
Widerstandswindungen 13, z. B. aus Chromnickeld:raht, vorgesehen, die sich über
die gesamte Länge der Vorrichtung von einem Punkt 1:4 kurz unter dem oberen Ende
des Stabes 2 bis zur Verbindung mit der Kammer 6 erstrecken. Ähnliche Windungen
15 sind am unteren Teil des ersten senkrechten Rohres 1 vorgesehen, um das Metall
beim Anlaufen der Reaktion aufzuheizen. Soweit Verbindungen vorgesehen sind, wie
z. B. die Trennstelle 16 im waagerecht verlaufenden Abzweigrohr 4., durch die ein
Auseinandernehmen der Vorrichtung möglich sein soll, sind die Heizwindungen entsprechend
zu unterteilen.
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Um jedesgeschmolzeneAluminium aufzufangen, ist ein poröser, schwer
schmelzender Stoff 17 unterhalb des oder der Stäbe vorgesehen, der vorzugsweise,
wie in der Zeichnung dargestellt, so angebracht ist, daß das eintretende Chlor durch
den schwer schmelzenden. Stoff hindurchtritt und schnell mit dem darin befindlichen
Metall in Reaktion geht, so daß eine Anhäufung von geschmolzenem Metall vermieden
wird. Der poröse, schwer schmelzende Stoff mag z. B. aus rohem, unglasiertem Feuerstein
oder aus Asbest bestehen, der so gewählt wird, daß das geschmolzene. Metall zurückgehalten
wird und eine Berührung zwischen dem geschmolzenen Metall und den Umfassungswänden
des Reaktionsrohres i vermieden wird. Unbeheizte Rohrenden innerhalb der Sublimationszone
sind mit einem schwer schmelzenden, nicht reagierenden Werkstoff, wie z. B. Asbest
oder Glaswolle, gefüllt, um die Bildung von festem Aluminiumchlorid in diesen Teilen
zu verhindern. Dies gilt insbesondere für den Teil, wo der Aluminiumstab oder die
-stäbe aus dem Apparat herausragen, um die Wärmeabfuhr zu erleichtern. Wie in d@erZeichnung
dargestellt, sollen die oberen Enden der beiden Rohre i und 5 oberhalb des waagerecht
verlaufenden Zweiges mit Asbestscheiben 18 bzw. ig gefüllt sein. Die Scheiben 18
`werden von einerScheibe2ö auf einemAluminiümstab 2i gehalten, an dem der Stab 2
aufgehängt ist und der aus der Vorrichtung - durch einen Kork oder .einen anderen
Stopfen 22 so herausragt, daß die Wärmeabfuhr unterstützt wird, während die Scheiben
ig von einer Scheibe 23 getragen werden, die auf einem kurzen Aluminiumbolzen aufgebracht
ist, der seinerseits durch einen Kork oder einen anderen Stopfen 24. gehalten wird.
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In gleicher Weise ist eine Füllung 25 aus Asbest oder Glaswolle im
Reaktionsrohr i oberhalb des Stabes :2 und eine entsprechende Füllung 26 im zweiten
senkrechten Rohr 5 oberhalb der Düse 7 vorgesehen, um zu verhindern, daß diese durch
Fremdstoffe verstopft werden, die durch den Dampfstrom mitgerissen werden könnten.
Das Verbindungsrohr zwischen dem Reaktionsrohr und der Kondensationskammer soll
zum Teil mit reinem Aluminium in Form von Granalien, Drehspänen,
Gaze
oder Folie gefüllt sein, um jedes überschüssige Chlor zu binden, das, soweit es
nicht gebunden würde, mit dem Aluminiumchloridpulver wandern würde. Hierdurch würde
dieses seine frei fließende Eigenschaft verlieren. Eine derartige Aluminiumfüllung
ist in Form einer Folienrolle 27 im oberen Teil des Rohres 5 dargestellt.
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Da es praktisch von größter Bedeutung ist, die Gegenwart von Wasser
auszuschließen, empfiehlt es sich, die Gesamtvorrichtung mit trockener Luft oder
Stickstoff auszuwaschen, bevor Chlor zugegeben wird, und die Reaktion beginnt. Soweit
es wünschenswert ist, die Reaktion zu bremsen, kann man das Chlor mit trockenem
Stickstoff verdünnen, obwohl dies in der Regel nicht nötig ist. Nach. der Reaktion
wird die Chlorzufuhr abgestellt, und die Vorrichtung wiederum mit Stickstoff ausgewaschen,
wobei sie sich abkühlen kann. Für die Zubereitung geringer Mengen, bei denen absolute
Reinheit und eine einfache Konstruktion bevorzugt werden, soll die Vorrichtung aus
einem hitzebeständigen Glas hergestellt werden. Wahlweise soll der Apparat ganz
oder zum Teil aus Kohlenstoff, hitzebeständigem, keramischem Werkstoff oder gesinterter
Kieselsäure hergestellt werden, wobei sich diese Stoffe insbesondere für den Bau
der Reaktionskammer empfehlen. Mit Rücksicht auf die außerordentlich hohen Temperaturen
in der Reaktionszone, die zwischen Rotglut und leuchtenderWeißglut liegen, soll
man die Wandung der Reaktionskammer unterhalb der Sicherheitsgrenze für wärmebeständiges
Glas halten. Andererseits empfiehlt es sich, schwer schmelzbare Werkstoffe vorzusehen.,
die einen größeren Sicherheitsfaktor bieten und es gestatten., das Verfahren schnell
durchzuführen.
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So kann man, z. B. in einer einfachen Glasvorrichtung der in der Zeichnung
dargestellten Form einen einzigenAluminiumstab verwenden und eine einzige, nach
unten gerichtete Düse vorsehen. Der Aluminiumstab 2 möge 33 mm und das Rohr 1 einen
lichten Durchmesser von 36 mm aufweisen. Die Düse 7 möge 2 mm Durchmesser haben,
und die Kondensationskammer möge 144 mm Durch: messer in ihrem breitesten Teil haben.
Die Rohre 4 und 5, die den Reaktionsraum mit der Düse verbinden, haben in diesem
Beispiel 24 mm Durchmesser.
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Es versteht sich, daß gewisse Teile einer derartigen Vorrichtung ohne
Schwierigkeiten durch ihre großindustriellen Äquivalente ersetzt werden können.,
um den Durchsatz zu erhöhen und die Begrenzungen zu überwinden, die beim Arbeiten
mit einer Glasvorrichtung gesetzt sind. So kann man beim Arbeiten mit höheren Durchsätzen
eine ,größere Anzahl von Aluminiumstäben verwenden, die parallel in einer einzigen
Reaktionskammer untergebracht sind, und man kann in gleicher Weise mehrere Düsen
7 vorsehen, durch welche das erzeugte Chlorid hindurch-tritt, während Sicherheit
dafür zu schaffen ist, daß der Dampf in geeigneten Strömen oder Strahlen in die
Kondensationskammer übertritt.
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Das hach dem vorstehend beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung
hergestellte Aluminiumchlorid ist weiß und hat einen Reinheitsgrad, der gleich oder
größer ist als der des verwendeten Aluminiums. Es liegt in Pulverform ,von verhältnismäßig
kleinen Einzelteilchen vor, so daß es mühelos fließt, wenn ihm eine leichte Bewegung
oder Schwingung erteilt wird. Das Erzeugnis nach der Erfindung sst in hohem Maße
für Friedel-Crafts-Reaktionen u. dgl. geeignet, weil es eine hohe Reinheit aufweist
und in fein verteilter Form vorliegt, so daß derartige Reaktionen unter gut überwachbaren
Bedingungen durchgeführt werden können und auf diese Weise zu im wesentlichen gleichmäßigen
Ergebnissen führen.