NO125885B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av vannfritt aluminiumfluorid.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av vannfritt aluminiumfluorid ved fluidisering i flere trinn.

Det har lenge vært kjent å behandle

fluidiserte pulverformete faste stoffer med gasser i de mest forskjelligartede apparater og i forskjellige antall trinn og i forskjellige ikke katalytiske prosesser, spesielt in-nenfor kjemien og metallurgien. Felles for disse kjente flertrinns fremgangsmåter er imidlertid at de alle arbeider med tette fluidiserte slag i alle trinn. Når behandlingen herunder finner sted ved mer eller mindre forhøyet temperatur, og spesielt når det foregår en kjemisk reaksjon, blir dog ut-byttet, spesielt den termiske virkning ofte mindre enn ønskelig. På den annen side krever 'behandlingen ofte en temmelig stor effekt som forbrukes i de apparater som be-sørger sirkuleringen av gasser og pulvere.

Foreliggende oppfinnelse går derimot

ut på å kunne gjennomføre slike 'behandlinger med betraktelig forbedret virknings-grad, både når det gjelder utbytte og varme. Samtidig som oppfinnelsen sikrer at behandlingen kan foretas helt kontinuerlig og automatisk, gjør den det mulig å bruke meget mindre effekt for sirkuleringen av gasser og pulvere. Dessuten fører oppfinnelsen til en økning av produksjonsevnen for apparatene.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er av den art hvor pulverformet aluminiumoksyd i motstrøm bringes i berøring med en gass som inneholder fluorhydrogensyre, og det særegne består i at friskt vandig aluminumhydroksyd, i et fotfbehand-lingsområde bringes i berøring med den varme gass som inneholder, men dog er fattig på fluorhydrogensyre og som kommer fra reaksjonsområdet, og under sådanne forhold at det i det minste delvis foregår en avvanning av det vandige aluminiumhydroksyd til aluminiumoksyd og delvis fluor-isering av dette aluminiumoksyd, og at dette aluminiumoksyd deretter, i reaksjonsområdet bringes til å reagere med for-varmet gass som inneholder fluorhydrogensyre, og at det varme aluminiumfluorid som derved oppnås, i etterbehandlings- eller gjenvinnings-området, bringes i berøring med gass, som inneholder frisk fluorhydrogensyre for å f or-varme denne og å kjøle aluminiumfluoridet, hvoretter den gassformede, forvarmede fluorhydrogensyrt skilles i det vesentlige fullstendig fra det aluminiumfluorid som er dannet, og føres til reaksjonsområdet.

Herunder blir hensiktsmessig det for-behandlede pulverformete material som er skilt Ira det gassf ormede miljø, før det fø-res inn i hovedfluoreringsbmrådet, under-kastet en avvanning ved å suspenderes i en strøm av gass med temperatur mellom 400 og 1000° C i en tid fra en brøkdel av et sekund og opptil en øvre grense av omtrent ti sekunder.

Berøringstiden mellom pulveret og gassen kan være kort i forbehandlings- og gjenvinnings-områdene, f. eks. av størrel-sesordenen noen sekunder, men lang i reaksjonsområdet, f. eks. av størrelsesorden noen timer, men de absolutte verdier for disse berøringstider avhenger selvsagt av arten av behandlinng som utføres, spesielt av reaksjonshastigheten, når det er en kjemisk innvirkning av gassen på pulveret.

Det kan herunder benyttes to eller flere forskjellige gasser eller damper for på-virkning, eventuelt hver for seg av samme pulver. Når således f. eks. oppvarmingsgas-ser, f. eks. forbrenningsgass, varm luft e. 1. tjener til å oppvarme et pulver som forøv-rig blir 'behandlet med en annen gass for å fremkalle en kjemisk reaksjon, virker disse oppvarmningsgasser hver for seg på pulveret i områder som er adskilt Æra dem hvor pulveret kommer i berøring med reaksjons-gassene.

Dessuten kan oppvarmningsgassene og reaksj onsgassene virke sammen på pulveret i et eller flere felles fluidiseringsområder. I forfcehandlingsområdet i fortynnet miljø foregår således fremføringen av friskt pulver ved hjelp av den eller de gasser som kommer fra reaksjonsområdet med tett miljø som disse gasser tidligere har passert. Omvendt fører gassen eller gassene i gjen-vinningsområdet med seg det pulver som allerede har vært i berøring med gass i ett eller flere foregående områder.

Forbehandlingsområdet, som går foran hovedfluidiseringsområdet, og gjenvin-ningsområdet som følger etter dette, vil følgelig fullstendiggjøre reaksjonen og/ eller varmeoverføringen mellom pulveret og gassen.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan med fordel anvendes for et stort antall behandlinger i industrien, hvorav det som eksempler kan nevnes: behandling av metalloksyder eller andre metallforbin-delser f. eks. A120.5, CaO, MgO, CO.,Na2, UO,, Ti03 osv., med halogensyrer som HC1, HF osv. hydrogenering, svovelrøsting, avvanning, forskjellige tørkninger osv.

Eksempelvis kan nevnes kontinuerlig fremstilling av vannfritt aluminiumfluorid ad tørr vei i flere trinn, ved behandling i motstrøm av et pulverformet material som i det vesentlige består av aluminiumhydroksyd, med gass som inneholder fluorhydrogensyre, hvor det med det pulverformete material, i frisk tilstand og i gassformet miljø med lite HF-innhold dannes en lett og fortynnet suspensjon som beveges gjennom minst ett langstrakt forbehand-lingsområde hvor det pulverformete material underkastes en avvanning som er i det minste delvis og en begynnende fluorering, hvoretter det forbehandlete material føres til et område hvor det skilles fra det gassformete miljø og hvorfra materialet, adskilt fra gassen, føres til et hoved-fluorerings-område hvor det gjennomstrømmes av en fluoreringsgass med stort HF-innhold og med liten hastighet som opprettholder et tett og hvirvlende fluidisert lag, hvoretter det fra dette område tas ut ett tett fluor-holdig material som føres til et varmegjen-vinningsområde hvor materialet beveger seg som en suspensjon i frisk gass med stort HF-innhold som føres ann i et område for å skille det fullstendig fluorerte material fra det gassformete miljø, hvoretter gassen forvarmes og føres til fluoreringsområdet, mens den gass som er brukt ved hoved-fluoreringen torukes til å danne et gassformet forbehandlingsmiljø med litet HF-innhold idet det i dette område opprettholdes et trykk som er mindre enn atmosfære-trykket.

Et apparat for utførelse av den fremgangsmåte som nettopp er beskrevet om-fatter, i kombinasjon, minst tre kammere eller tre grupper av kammere forsynt med anordninger for fluidisering av et pulver ved hjelp av en gass, anordninger for å skille pulveret fra gassen, anbragt mellom utgangen fra et kammer og inngangen til det neste, samt anordninger for å bringe pulveret og gassen til å strømme i disse kammere.

Det første av disse kammere, eller den første gruppe som brukes for forbehand-ling, består fortrinnsvis av ett eller flere rørformete legemer med meget stort forhold mellom lengde og diameter. Disse legemer er forsynt med innsugings- eller blåseapparater som gjør det mulig at alt pulver føres med avgassen. De rørformete legemer kan være loddrette, skrå eller vannrette, idet den loddrette stilling på opptil 45° er å foretrekke av konstruktive grunner.

Ved utgangen av dette eller disse rør-formete legemer er det anordnet separatorer, f. eks. sykloner hvis pulver-kretsløp er forbundet med det etterfølgende kammer, reaksjonskammeret. Reaksjonskiam-meret eller -kamrene som i alminnelighet er innrettet for et mer langvarig opphold av pulveret, består av en kasse eller et sy-lindrisk legeme med stort horisontalt tverr-snitt. De er hvert forsynt med en bunn eller en horisontal skillevegg som er gjen-nomhullet slik at gassen kan passere. Et innløp for gass er anordnet under og et utløp over disse gjennomhullete bunner. En eller flere innganger og utganger for pulveret er anordnet over den gjennomhullete bunn. Pulver-inngangene ligger i omtrent samme høyde som utgangene, eller endog i samme høyde, men med store av-stander, fortrinnsvis omtrent lik den stør-ste dimensjon for kassen eller diameteren for det sylindriske legeme. Omvendt kan inngangene ligge i vesentlig forskjellig høyde i forhold til utgangene, f. eks. i nær-heten av den perforerte plate, mens utgangene ligger godt over denne opp i det fluidiserte lag.

Reaksjonskammeret kan ha større horisontaltverrsnitt enn vertikal-tverr-snitt, idet den bane pulveret følger i kammeret da er stort sett horisontal. Det kan imidlertid også ha større høyde enn bredde og da er pulverbanen stort sett vertikal.

På grunn av tilstedeværelsen av minst ett fluidiseringsområde, gjenvinningsom-rådet, etter hovedfluidiseringen, kan den eller de gasser som kommer inn i det sist-nevnte være mer eller mindre ladet med støv av behandlet material. For å oppnå at gassen passerer under gode forhold gjennom laget av fluidisert pulver utføres, i henhold til oppfinnelsen, hullene i den perforerte bunn med en diameter som fortrinnsvis ligger mellom 0,1 og 3 mm. På den annen side holdes avstanden mellom to nab'0-hull mellom en, og tyve ganger hull-diameteren. Tykkelsen av selve den gjennomhullete bunn er fortrinnsvis 0,1—10 mm. For en bunn som er 1 mm tykk, er hullene fortrinnsvis 0,7—1,5 mm i diameter og avstanden mellom dem er 7—15 mm.

Gjenvinningskammeret eller gruppen av kammere kan, eventuelt, være av samme type som forbehandlings- eller reak-sjonskamrene. Dets gass-kretsløp er forbundet med reaksjonskammeret.

For bedre å beskrive oppfinnelsen skal det nå, som eksempel, beskrives en spe-siell utførelsesform, tilpasset fremstillingen av vannfritt aluminiumfluorid ved behandling av pulverformet aluminiumoksyd med gassformet fluorvannstoff. Fig. 1 viser skjematisk forbehandlings-kammere. Fig. 2 viser skjematisk reaksjons- og gjenvinningskamrene.

I fig. 1 er det vist en trakt 1 som til-føres material gjennom et roterende fil-ter, deretter en fordeler 2 hvorfra aluminiumoksydet faller ned i skruetransportø-ren 3. Denne fører aluminiumoksydet inn nederst i et rør 4 som her utgjør ett av forbehandlingskamrene og virker håde som avvanner og sekundær-reaktor. Dette rør 4 gjennomstrømmes nedenfra og oppover av en strøm av varm gass med lite innhold av HF, som kommer inn gjennom ledningen 8, fra separatorer 16—16' (fig. 2) anordnet over reaksjonskammeret 13. Disse gasser fører aluminiumoksydet med seg oppover i røret 4 samtidig som det blir delvis avvannet, mens det fluorvannstoff som er tilstede reagerer slik at det dannes de første porsjoner av A1F,

Det fluidiserte miljø i fortynnet tilstand i avvanneren 4 kommer frem til se-paratorene 5—5'—5'.' hvorfra pulveret faller ned i pulver-fooksen 6 mens gassene som er blitt berøvet sitt fluorvannstoff går til et vanlig renseanlegg som ikke er vist.

Gjennom ledningen 7 kommer aluminiumoksydet, som er delvis awannet og fluorert, inn nederst i røret 10 som utgjør det annet forbehandlingskammer. Det fø-res med av en strøm av varm luft som kommer fra en ovn eller generator 9. Også her er det et fluidisert miljø i fortynnet tilstand som gjennomløper kammeret 10 nedenfra og oppover. Kammeret 10 virker bare som avvanner.

Etter separering i anordningen 11—11', går gassen til en skorsten, mens pulveret gjennom en ledning 12 føres ned til det tredje forbehandlingskammer som utgjø-res av røret 15. Dette ligger over reaksjonskammeret 13 og gjennomstrømmes følgelig av gass som er berøvet HF og som fører med seg pulveret oppover samtidig som den både avvanner og fluorerer pulveret.

Gassen blir skilt fra pulveret i anordningen 16—16' hvorfra aluminiumoksydet gjennom ledningen 17 kommer inn i ho-vedfluidiseringskammeret 13, midt i fluidi-seringslaget. Her foregår det vesentlige av reaksjonen mellom HF og aluminiumoksydet.

Reaktoren 13 er forsynt med en plate 14 av monelmetall, forsynt med hull med

1 mm diameter og en avstand innbyrdes

på 15 mm. De gasser som inneholder HF og som skal reagere, kommer inn gjennom ledningen 22 og går gjennom platen 14 nedenfra og oppover og fluidiserer pulveret. Det aluminiumfluorid som frembringes ved reaksjonen, forlater reaktoren gjennom utgangen 18 og føres til nederst i gjenvinningskammeret 20. Dette er et rør som ved 19 mottar frisk gass som kommer fra en HF-generator. Disse gasser fører med seg det varme fluorid-pulver hvis disponible varme derved gjenvinnes. De igjen-oppvarmete gasser, som skilles ut i anordningen 21—21', går gjennom ledningen 22 til reaktoren 13 slik som angitt oven-for, mens det pulverformete fluorid strøm-mer gjennom røret 23 bil en lagertoeholder.

Strømmen av gass oppnås ved sug ved hjelp av vifter som ikke er vist på tegnin-gen. Følgen er at hele anlegget står under

et svakt undertrykk hvorved ethvert ma-terialtap unngås.

Det har vist seg at rustfritt stål er det

material som egner seg best ror oppbygging

av hoveddelene av anlegget.

For en produksjon på 20 tonn vannfritt aluminiumfluorid med 92 pst. A1F3 pr.

døgn, toenyttes et anlegg med følgende ho-veddata:

Fremstilling utført under de forskjellige forhold som er angitt nedenfor har gitt meget gode resultater med ytelser over 95%:

Varigheten av berøringen mellom gassen og det faste stoff var i alminnelighet

1—3 sek. i kamrene 4, 10, 15, 13 og 20. Varigheten av berøringen mellom det faste

stoff (pulver) og gassen var 1—3 sek. i

kamrene 4, 10, 15 og 20, men 4—6 timer i

reaktoren 13.

Som eksempel skal det nå angis den

granulometriske sammensetning av et

aluminiumfluorid-pulver som er oppnådd

ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen:

Pul verene hadde spesifikk vekt på 1,6—

1,85 etter størst mulig sammenpakning.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av

vannfritt aluminiumfluorid ved fluidisering i flere trinn, hvor pulverformet aluminiumoksyd i motstrøm bringes i berøring med en gass som inneholder fluorhydrogensyre,karakterisert ved ved at friskt vandig aluminiumhydroksyd, i et forbe-handlingsområde (4, 10, 15) bringes i be-røring med den varme gass som inneholder, men dog er fattig på fluorhydrogen- syre og som kommer fra reaksjonsområdet (13), og under sådanne forhold at det i det minste delvis foregår en avvanning av det vandige aluminiumhydroksyd til aluminiumoksyd og delvis fluorering av dette aluminiumoksyd, og at dette aluminiumoksyd deretter, i reaksjonsområdet (13) bringes til å reagere med for-varmet gass som inneholder fluorhydrogensyre, og at det varme aluminiumfluorid som derved oppnås, i etterbehandlings- eller gjenvinnings-området (20), bringes i berøring med gass som inneholder frisk fluorhydrogensyre for å f or-varme denne og å kjøle aluminiumfluoridet, hvoretter den gassformede, for-varmede fluorhydrogensyre skilles i det vesentlige fullstendig fra det aluminiumfluorid som er dannet, og føres til reaksjonsområdet (13).

2. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1, karakterisert ved at det forbe-handlede pulverformede material som er skilt fra det gassformede miljø, før det fø-res inn i hovedfluoriseringsområdet, underkastes en avvanning ved å suspenderes i en strøm av varm gass ved temperatur mellom 400 og 1000°C i en tid fra en brøkdel av et sekund og opptil en øvre grense av omtrent ti sekunder.