JPS60501900A - 水和アルミナからの無水塩化アルミニウムの製造 - Google Patents
水和アルミナからの無水塩化アルミニウムの製造Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
水利アルミナからの無水塩化アルミニウムの製造本発明は塩素化されたアルミニ
ウム生成物の形成に関する。
背景技術
無水の塩化アルミニウムが約700〜750℃の低温度で電解的に還元されてホ
ール(Hall)技術のアルミナの還元よりも少いエネルギー消費でアルミニウ
ム及び塩素を生成することは〃)って周知であった。長い間アルミニウムの電解
製造に剥した塩化アルミニウムを製造する多数の方法が記載ざitできている。
成る方法例えば米国特許第4,039,647号及び第4,039,648号に
記載されたものは溶融状態の還元条件下のバイヤー(Bay−er)法から誘導
された酸化アルミニウム物質の直接塩素化を含む。他の塩素化方法は米国特許第
4,264,5.69号に開示され罠工うなガス状還元剤例えは−酸化炭素又は
米国特許第4.284,607号に記載された如き固体の炭素還元剤例えば部分
的にか焼されたコークスを用いるバイヤー法のアルミナの塩素化を含む。し力・
しすべての場合のアルミナの主な源はバイヤー法のアルミナであった。バイヤー
法においてボーキサイトは加熱濃水酸化ナトリウム溶液と混合されてアルミfを
溶着しそしてそれをボーキサイト(シリカ、酸化鉄及びチタニア)の他の主な成
分〔「不純物」)から分離する。溶解されたアルミナは次にアルミナ三水和物α
At203・3H20として結晶化される。
アルミナ三水和物は水酸化ナトリウム中で形by、すれるのでそれは著しい量の
ソーダ(通常04〜06%:本明細曹中のすべての)ξ−セントは他に述べない
限り重量%である)を含む。この高いソーダの水準は又生成物であるアルミナへ
随伴σれる。生成したアルミナ中の高いソーダの水準は無水A z−C/−3を
生成する流動床塩素化法の操業に関するその効果′2−まために望ましくない。
ソーダはそれが塩素化されるのに従って貴重な塩素を消費L5そしてソーダの塩
素化の生成物(NaC1及びNaAtC44)はaTJjh床に蓄積し方法の操
業に悪影響葡及はし−t+−,て床の鴨浄化にしばしばコストの尚い休業を必要
とする。高いンーダ含不量のアルミナは又ソーブ塩素化生成物からのA I C
t3及びp直押した未反応の原物7Jj(アルミナ及び/又はコークス)の分離
工程において困難を生じさせる。
他の塩素化法は比較的高い純度のアルミナの塩素化について記載されてき罠。ア
ルミナは代表的Vこは塩化アルミニウム六水和物(Atct3・6H20汀Ac
J)のか焼から製造される。例えば本出願の一受入へ譲渡された2個の出願にお
いてアルミニウム状の物質の酸浸出から誘導されるA CH例えは粘土は部分的
に〃・焼されて低い水準のソーダ′(il−刹しか焼に活性な生成物を生成する
。ACHは酸中で形成されるのでぞのか焼から生成されるアルミナは低い水準の
ソーダ普通0.02 %以下を有する。
たとえこのアルミナ源が無水のA/’C13の塩素化及び製造に全く満足しうる
ものであってもアルミニウム状の原材料の酸浸出はボーキサイトのか性浸出に比
べてエネルギー及び資本全必装にし勝ちである。それ故バイヤー法′7.1経済
性及び酸浸出法のアルミナにおりる低いソーダの水準を組合わせた無水A t
CL3 ’/)製法をMすることは有利であろう。
発明の開示
本発明は
(a) 固体の水利アルミナと濃塩酸とを反応させて少くとも一部の水利アルミ
ナを固体の塩化ブルミニウム六水和物へ転換し;
(b) 転換力・ら固体の生成物を回収し該生成物は塩化アルミニウム六水和物
と未反応の水第1」アルミナとの混−8′物又は塩化アルミニウム六水和物L#
)主としてなり;(cj 工程(b)の固体の生成物を部分的にか焼して低い含
七英の水及びHC4i南する酸化アルミニウム及びオキシ塩化アルミニウムの無
定形の混合物を生成させ;そして(d) 還元剤の存在下工程(c、)の混合物
ケ塩素化して無水の塩flZアルミニウム全形成させる
こと↓りなる水利アルミナを無水の塩化アルミニウムに転換する方法である。
好ましい態様において水利アルミナの源はバイヤー法からの生成物である。
発明全実施するための形態
本方法において転換されるべき原材料は水利アルミナマ゛ある。
任意の形の水利アルミナが原材料として適しておりそれはアルミナ−水和物及び
アルミナ三水和物(rATH」)を包む。実際には最も普通の原材料は上述′7
−+1バイヤーアルミプ」である。
(簡単のため本明細喪の残シでは原材料はATHであると考えられよう。し力・
し本発明の方法はすべての他の水第1」アルミブーへ等しく応用されうろことは
理解さrl fう。)本発明の第一の工程の主な反応は下記の反応式1式%
(1)
に↓す濃塩酸との反応によるATHのA CHへの転換である。
この反応について塩酸の濃度は好t l、<+′i15〜35チ好ましく620
〜30チの範囲内の酸であろう。濃す酸溶液が加えられるのでそ【Lニジ多い追
加の水は存在しない。反応が進むに従い又は追加のATHが方法に加えられるの
に従い追加の漆い酸及び/又はガス状のHCtが加えられ−て方法はバッチ又は
連続式の操業のイロ」れかとして行われよう。もし酸涙朋か約15係より遥かに
低く減少す;bならば反応遠回は著しく減少しヤして水利塩化アルミニウムの沈
でんけ妨けらilよう。
転換反応は水和アルミナ及び主な部分の七の言才fryこ不純物酸化物の両者を
反応的に溶解するととVCより削分的hカ・焼生成物に関するA、 CH前駆物
質を形成するように働くと思われる。
溶解されたアルミニウム状の物質は次に塩酸の塙素砕分と結合して酸濃度の一定
範囲内で固体として自然発生的に沈でんするACHを形成する、一方との酸濃度
で不純物酸化物が酸中に実質的に溶解して残シそれ数次の固体/液体の分離法は
不純な溶液から高純度A Cf(を分離する。し力・1.もし酸の濃度が約30
〜35%を遥かに超えて一ヒ昇するならば原材料中に存在する不純物が又著しい
量でACHとともに沈でんしよう。
酸転侯反応は普通閉鎖さt1罠容器中で40〜12’0℃の温臓範囲で操業され
る。閉鎖さt″Lだ容器は任意のガス状の塩素物質の排出を妨はヤしてHC/A
び水の回収及び再イ14環に助ける。反応は普通常圧条件下で行われるが反応中
発生したHatttび水の蒸気圧による閉頭した谷器圏に小さい圧力の積別が存
在しよう。
転換Vことり好ましい温度は70〜80℃の範]月内にあるがその好ましい範囲
は加熱された濃い酸の1d蝕にkJする抵抗の度合が異ること(こより反応容器
が構成される特別な材料に応じて変化しうる。反応i4合物中の瑣初の固体%ば
5〜40%の範囲内である。好ましい範囲は10〜20%である。反応の終りで
スラリーは12〜60φの範囲内の固体のゴイ1東金・閂゛し好ましい鼠1d2
5〜50%である
反応は普通A T i−1のA、 CHへの児全な転換を行うのに操采されよう
。実際の反応時間は反応の温圧、反応さ壮るべき物置の知:及び咳の濃度に依存
するが晋週15〜1や0分の祁囲内にあるだろう。この転換中A T Htr、
f、醒甲で屑駈しそしてA、 CHはに中に不溶でありそして反bc6酷の底に
沈でんすゐ固体の粒子として形成する。ATH甲に存在する不純′−aは又畝中
に浴ノイさ肛るがもし酸の濃度が過剰でないならば者しいmで沈でんしない。
転換反応の光了佐沈でんしたAOH’(それは若干の不反応のA T Hを言む
たろう)ば連富の同体/液体の板前により岐浴液から分離される。次にそれは少
くとも1回(好ましくは以画)茜いm1度(ボq35%)のHCt浴敢により洗
って残りの痕跡量の反応gを隊く。水又は布釈敗による洗滌は避けなければなら
外い。それはAOHはこの履体に浴解するからである。その理由のため又A、
CHの粒子の任意の再浴解會最小にするため出来る限り洗滌酸の温度を旨くし仕
つことが望ましい。
分離した叡i7J: r託億的な理由のため好ましくは伝侠工程中の再使用のた
めに再循環される。それか若干の不純物を含むので好1しくは又少くとも一部の
再循環流全処理してこれらの不純物ACH(−f:して任意の未転換ATH)の
回収及び洗滌の次に生成物は生成物全部分的にか焼(即ち実質的に脱水)するの
に充分な時間として200〜1000℃の範囲内杆1しくに500〜850℃の
範囲内そして最も好1しくに600〜750℃の範囲内の温度でか焼される。時
間は約30〜240分代表的には約120分であろう。か焼器著1−い簀1」合
の八CH及び任意の未転換ATHは活性のアルミニウム状物質及び塩酸・水の蒸
気流に熱的に分解ざt5る。遊離されたI」Ctは有利にはA T HのACH
への転換の再使用のため回収される。
ACHは一般式
%式%]
(2)
にニジ分解し一方ATHの未転換部分は反応式熱+At203 ・3H20Cf
〕→At203 ・xH2OCs ’] +(3−x)H2O[t+f’l
(:31に従って分解する。
ACH分解反応(2)はATHが本発明で好まれているように充分に転換ざV−
るとき関係のある唯一の反応である。A T Hが部分的にのみ転換されるとき
反r6(21及び(3)の両@はか焼器に生する。任意の未転換ATHとともに
ACHは残存の水素含有量(即ち式(2)及び(3)中のX)を減少σせるのに
充分すい1及び温度で加熱され一方固体生奴物中に残存の塩素(Jli’lJち
式(2)中のy)全出来る限り高い水準に魯もヤL7て次の塩素化への高い活性
の生成物を生成させる。低い残存の水素含有量の必要性は式1式%(41
に:る残存水素との反応によって塩素化段階中の塩素から塩化水素への損失全最
小にさせる。各1 kgの結合した残存水素当り約35kfの塩素が塩化水素へ
転換されることは水素及び塩素の結合比から計算されよう。従ってか焼されて生
成物中の水素力水準は方法の経爵上の実行可能性をきめるのに重要である。高い
残存の塩素の水準は次の塩素化工程における賞重な塩素の消費を減少させるのに
働く。A CHの部分的lか焼は又アルミニウム酸化物及びオキシ塩化物の混合
物と思われるACH製造から主な割合の水及びi−i c t−2除去しよう。
充分に又は部分的に転換されたATHの最適なか焼温変はCI/Hの最高のモル
比をもたらす温度である。か焼され罠生成物中の残存の水素の水準は力・焼温度
の関数である。次の塩素化の1こめの許容しうる原料を製造するために力)暁?
FA ’には前述の如<350〜1000℃の範囲内でなければならない。
さらに塩素の水準は予想される工うVこか焼温叶の上昇とともに減少するが又4
50〜700℃の温度範囲では残存塩素の徐々の減少のみがありそして約750
℃以上では塩素の水準は急激に低下して750〜1000℃の温度範囲で低い水
準になる事実残存水素に対する残存塩素のモル比を計算することによシ500〜
850℃好ましくに600〜750℃(C1/Hのモル比が1に近ヂ〈)のか焼
の最適な温度範囲があることが分った。
従ってこれらのか・暁温度の範囲は次の塩素化法の工程における塩素の利用に関
して生成物を最適にする。350℃′7.1最低は実際の反応速度を反映してい
るが一方1000℃の最高より高いと塩素は随伴して次の塩素化工程に参加する
よりも急速に放出さす・る。
ATH転換転換へのACH生底物にか焼用の多重炉床の炉に加えられヤの揚台そ
れは上方のガス流と向流的[Fを通過する。
粒子は炉の頂部床に加えられセして炉床から炉床へ徐々に落下し同時に乾燥且分
解される。操業中中心のシャフトが徐々に回転しセして各炉床上の物質が集めら
れて放出点に行く。炉力)ら放出されたアルミナは冷却されヤして最終生成物の
貯蔵所へ送られる。
又ACHに二段階の分解器/力・焼型中で力l熱σれうる。分解器は200〜4
00℃で操業される間接的に加熱される流動床反応器である。間接的に燃#、さ
れた分解器の排出ガスは清浄にされ冷却されそして酸の回収に送らt″lる。約
25%のこの冷却されたガス金再循環してACH床の流動を保つブロウワーによ
り分解器へ送らねる。か焼型け450〜1000℃で操業する直接燃焼される流
動床反応器又は多重炉床ロースタ−である。
約90%のACH分解が分解器中で生じ残りの分解けか焼型中で生ずる。両者か
らのガス流は次に酸回収域へ送られる。
又ACHに間接的に加熱さrl−るフラッシュか焼型又はロータリーキルン中で
力・焼されよう。ACH分解方法の目的は効率的なHClfiス処理及び再循環
を行わしめるとともにアルミナ全分解しそして冷却することKある。
本発明により充分に転偽σ賃罠又は部分的に転換さr+、罠八THの熱分解の次
Vこ象・公的に力・焼された生成物を家元的塩素化に着すへての酸化物不純物に
この還元的塩素化工程中に塩素化されて七れらの各々の塩化物全生成ざぜる。従
ってき820に塩素化g r+、てNaC1,NaktC14、及びN a 3
A I C16となろう。部分的にか、暁さtlだ生成物ノ中の不純物の水準
は合計の塩素の損失及び最低の塩素化温度葡さめる。最低の操業用塩素fヒ占度
は塩素化蒸気圧の成分が不純物が導入され6′/)と臣Iじ遠回で蒸気と17で
供給不純物を除去するに光分な程高くそrし故不純物が反応ト中に蓄積されない
@度である。ソーダから誘導さt1π不純物を除去するのに高いソーダの水草は
高い温度を必要とすそ、のでこれは不純物の水準特に供縮生成物申のソーダの水
準の関数である。
しかしこれは又単に次の塩素化温度を調節するととにより操業者をしてATH原
材原材料中具ってソーダ不純物の水準につめて相殺せしめる。アルミニウム状生
成物中のソーダの水準が代表的に約0.005 ppmである光分に転換さt′
lπATH医ついて最低の操業上の塩素化温度は約440℃であるが一方未転換
のATH(アルミニウム状生成物中のソーダの水準が代表的に04チである)に
ついては温度は約160℃である。部分的に転換さυ罠ATHけ中間の最低の操
業上の温度を肩し例えば50係転換されたATHVi典型的に部分的にか焼され
た生成物中に約015チのソーダヶ有しセして最低操業温度537℃を有する。
実際の操業温度は塩素化反応の速度論及び熱バランスにエリきめらILる。しか
し塩素化器への供給住成物中のソーダの水準が低ければ低いほど可能な操業温度
は低くlることは明ら刀・である。これは無水のAtct3を製造するのに実質
的な経済上のオ(1点を弔する。それは低い操業温度及び腐蝕性のN a A
7 C14の少量の結果として反応器の腐蝕の減少のためである。さらにエリ少
い還元剤(例えば炭素)が低い温度で反応に要求される。例えば700℃又はそ
れ以下で炭素還元剤の消費は典型的に04陽/ 陽(tb/lb )アルミニウ
ムであり一方900℃で炭素の消費i1:0.67kr/す(tb/lb)アル
ミニウムに近すぐ。
一般VC本発明に工り製造される充分に又は部分的にか暁されたACHに充分に
活性イヒされて塩素化を還元的塩素化に不用であると当業者に周知の実質的に任
意の還元剤の存在下行わしめる。本発明にニジか焼された脱水ACHの塩素化に
不用な還元剤は炭素質物質でありそしてガス状還元剤飢えは一酸化炭素及び製造
ガス(−酸化炭素、二酸化炭素及び水素の混合物)(米国特許第4,264,5
69号参照): C(’)C4、CCl4又はその混合物:及び/又は固体の還
元剤例えば米国特許第4,284,607号の教示による部分的にか焼されたグ
リーンコークヌ、米国特許第4,105,752号の教示により石炭から誘導さ
れた活性化炭素;活性化された光分にか焼したコークス;又は平均に光分にか焼
したコークス金倉む。芹とえアルミニウム状物質の還元的塩素化に光分Kか焼さ
れたコークスを用いることが貧弱な塩素化速度(特に低い塩素化温度でンをもた
らすことが当り者に従来周知であるとしてもそれが本発明にエリ力・焼され7(
ACH・と組合わされるならはそれが用い得られることが分った。各々の還元剤
は弔利さと又若干の不オリ益さケもたらしそれ故特定の還元剤の選択は所望の全
体の方法の状悲に依存しよう。
本発明における塩素化は還元剤、その不純物及びが焼されるべき物質中のソーダ
含有量に応じて約400〜950℃好1]7(は550〜750℃の温度でそし
て約01気圧〜約15気圧好ましくは約1〜5気圧に及ぶ圧力で行われよう。当
業者に工り理解されるように可能ならば塩素化全像い温度で行うのがエネルギ・
−節約の点〃・ら好ましく温度は塩素化されるべき′@質の活性化の水準により
そして存在するソーダ不純物の水準により決定される。本発明の生成物の塩素化
力)ら提供される無水のAtCt3f″iアルミニウム電解槽への原料として用
いられるのに適している。
下記の実施例は本発明の方法’!: NS2明し工う。
酸で浸出された粘土の単一の段階の結晶化がら誘導されたACHlootを担体
ガスと]−で空気を用いロータリーキル/中で700℃で2時間か焼し罠。排出
ガス、水及びHCtを洗面した6At、03生成物は下記の不純物を含んでいた
。
不純物 蓋fppm)
Mり0 001
に20 0.005
Fe203 0.005
Si02 0.005
Ca0 0.03
Nano 0.005
実施例2:コントロール(アルミナ)
バイエルaA TH(Atz03・3H20) l 00 ? k’s施例1に
おけるように部分的にか嚇した。このか焼の生成牧叱1下記の不純物を含んだ。
不純?l 量(ppm)
PzOs 0.003
MyOOOO6
に20 0.005
F e203 0.04
Na20 o、 45
アルミニウム含有鉱の酸浸出からのアルミプ生底物(実施例■)はバイヤー法A
T L((実施例2)に比べて他の不純物と向じ(ソーダの実質的に低い水準
を有することが明らかである。
実施例3:充分に転換されπATH
バイヤー法ArH100rk光分にACHへ転換し2時間650℃でロータリー
ギルン甲でか焼した。このか焼からのアルミナ生成物は下記の主な不純物を含ん
た。
Pz05 0.003
Fetos o、 o o a
Si02 0.005
CaOO,001
Nano O,004
実施91J lと実施例3とのデータを比べて本号法がソーダの水準及びC1/
Hのモル比に関して同様な性質のアルミナ生成物を生成しうろことが明らかにな
った。従って本発明は酸浸出の高いエネルギー及び資本の要求を避は一方でなお
所望の生成物ケ生成させる。
実施例4:ATHの部分的転換
54チ転換され罠ATH100f葡実施例1におけろ様にヵ・焼しそして生成物
は下記の主な不純物を含むことが分った。
Fe2O30,002
S i02 0.0 2
Ca0 0.005
N a20 0.09
実施例2,3及び4の結米會比較すると部分的に転換されたATHからの生成物
中のソーダの水準が未転換のATHの生成物′J))Cれ(実施例2)と充分に
転換さfr罠ATH[実施例3)との中間にあることが明らかである。塩素の水
準は部分的に転換された生成物中のACHの%に比例する。ざらにCL/Hの比
は未転換のATHLy)七れ↓りも塩素の消費に関してさらに好ましい。
実施例5:塩素化に関するコントロール供給材料(実施例1からのアルミニウム
含有生成物80%及び活性化炭素20%)25vを650℃で2.54c1n(
1インチ)の流動床反応器中で塩素化し罠。単位時間当り製造される塩化アルミ
ニウムの量に、cシ測定される塩素化の結果は次の通りである。
A L C13髄の相対
120 0、133
255 0、144
A t c t3製造の平均的な相対速度は約0.138 r/分である。
実施例6:カ・焼した(未転換の)ATHの塩素化供給材料(実施例4からのア
ルミニウム含有生成物80チ及び活性化炭素20%+259i又実施M5の如く
塩素化し、罠。
平均の塩素化速度は又酸で浸出されたアルミニウム含凋材料のそれ工りもやや高
かった+ 0.154 y Atct3/分)。
実施例8:充分に転換されたATHの塩素化供給材料(実施13’!13からの
アルミニウム含有材料物80%及び活性化炭素20チ)25ノを実施91」5の
如く塩素fヒした。結果は平均の塩素化速度が約0.15 f Atct3/分
であることを示した。これは本発明による転換A T Hから部1分的に力)焼
し罠ACHが酸で浸出されたアルミニウム含有材料のそtIよりも良いか又は同
じ塩素化速度を有することを示す。
工業上の応用性
本発明の方法及び得らt′l罠無水の塩化アルミニウム生成物はアルミニウム金
属の工業的製造に適用しうる。生展特フはそυ、からフルミニラムが通常のホー
ル法のアルミニウム製造に・必要なものよりも低いエネルギー利用により製造さ
れうる原相科である。
本発明が前記には詳I〜〈記載されていないが本発明の範囲内に明らかに入る態
様を包含していることは当業者に乙り面ちに明ら力・であろう。従って本発明の
範囲は訪求の範囲によってのみ決定されつる。
国際調査報告
Claims (1)
- 1. (a) 固体の水利アルミナの源と濃塩酸とを反応させて少〈ζも一部の 水利アルミナを固体の塩化アルミニウム六水和物へ転換し: (b) 該転換から固体の生成物を回収し該生成物が塩化アルミニウム六水和物 又は塩化アルミニウム六水和物と禾反応の水利アルミナとの混合物より主として なシ;(C) 工程(b>の前記の固体生成物を部分的にヵ)焼して水及びHC 4’i低い含量で有するアルミニウム酸化物及びオキシ塩化物の無定形混合物を 生成し;そして (d) 還元剤の存在下工程(C)の混合物を塩素化して無水の塩化アルミニウ ム全形成する ことエリなる水利アルミナを無水の塩化アルミニウムへ転換する方法。 2 該水オロアルミテが工程(a)で塩化アルミニウム六水和物へ充分に転換さ れる請求の範囲第1項記載の方法。 3 該水利アルミナがアルミ′す三水和物である請求の範囲第1又は2項記載の 方法。 4、該アルミナ三水和物がバイヤー法の生成物である請求の範囲第3項記載の方 法。 5 工程(a)の該塩酸が約15〜35チの範囲内の濃度を有する請求の範囲第 1又Vi2項記載の方法。 6 該塩酸が約20〜30%の範囲内の濃度を有する請求の範囲第5項記載の方 法。 7 工程(a)の酸の反応が約40〜120℃の範囲内の温度で行われる請求の 範囲第1又は2項記載の方法。 8、前記の部分的なか焼が少くとも二段階で行われ、第一の段階が200〜40 0℃の範囲内の温度でそして第二の段階が450〜1000℃の範囲内の温度で 行われる請求の範囲第1又は2項記載の方法。 9、工程(d)中の該還元剤が戻累含弔物質である請求の範囲第1又は2項記載 の方法。 IO該か焼が残存水素の水準を低下さゼヤして残存塩素の水準を上昇させる工う に行わfLる請求の範囲第1又は2IJ4記載の方法。 11、C1/Hのモル比が1に近つく請求の範囲第10項記載の方法。 12、該塩素化が少くとも約440°〜610℃の温度で行われ。 その最低温度が固体の水和アルミナのソーダ含有量に依存する請求の範囲第1又 Vi2項記載の方法。 13、請求の範囲第1又は2項の方法に工り生成された無水の塩化アルミニウム 。 14N求の範囲第10項の方法vLLり生成された無水の塩化アルミニウム。
Applications Claiming Priority (2)
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