NO140888B - Partikler av vannfritt aluminiumklorid hvilke er frittloepende og har saerlig gode haandteringsegenskaper - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår partikler av vannfritt aluminiumklorid hvilke er frittløpende og har særlig gode håndteringsegenskaper, karakterisert ved at de har en gjennomsnittlig størrelse mindre enn 40 mesh og er agglomerater av fast sammenbundne, mindre,.konvekst sfæriske partikler, slik at overflaten er uten brudd-dannede plane partier og spisst fremstikkende vinkler. Foretrukne utførelsesformer er presisert i patentkravene.

Aluminiumkloridpartiklene ifølge oppfinnelsen kan fremstilles ut fra en hovedsakelig forurensningsfri gass-strøm inneholdende aluminiumklorid, klor, fosgen og karbonmonoksyd er-holdt ved' klorering av alumina, ved direkte desublimering av det gassformige aluminiumklorid i et selvfornyende hvirvelskikt av aluminiumkloridpartikler hvilket holdes ved en temperatur under størkningstemperaturen for aluminiumklorid under de anvendte forhold.

Ved fremstillingen av produktet ifølge oppfinnelsen

kan det i utgangspunktet anvendes aluminiumklorid- fremstillings prosesser hvor alumina fremstilt ved Bayer-prosessen brukes som et utgangsmateriale, som på grunn av behandlingen med kaustisk soda normalt er forurenset med natriumforbindelser, for eksempel Na20(som fører til dannelse av natriumaluminiumklorid og andre natriumbaserte forurensninger under kloreringen.

Denne fremstilling av produktet ifølge oppfinnelsen

kan særlig fordelaktig utføres, under oppnåelse av et aluminiumklorid av høy renhet, ved selektiv fraskillelse av kondenserbare og andre forurensninger fra det varme, gassformige produkt som

erholdes ved klorerlng av natriumforurenset alumina,

såsom alumina fra Bayer-prosessen som praktisk talt ikke inneholder jern-, silisium- og titanforurensninger, ved ned-settelse av temperaturen til under kloreringsreaksjonens temperatur, og over kondenseringstemperaturen for aluminiumklorid under de anvendte forhold, og deretter utvinning av det rene aluminiumklorid ved direkte desublimering fra det gassformige materiale. Ved en mer spesiell fremgangsmåte tilveiebringes et hovedsakelig forurensningsfritt aluminiumklorid i gassform i en gassformig bærer ved at man først kjøler det nevnte gassformige materiale til et første, på forhånd bestemt temperatur-område under kloreringstemperaturen og godt over kondenseringstemperaturen for aluminiumklorid under de anvendte forhold, hvorved en utvalgt del av de kondenserbare bestanddeler innbefattende natriumaluminiumklorid utkondenseres, og medførte faste og væskeformige partikler og de nevnte kondenserte flyktige bestanddeler innbefattende natriumholdige reaksjonsprodukter fraskilles, fortrinnsvis fulgt av en annen nedkjøling av det gjenværende gassformige materiale til et annet og lavere, på forhånd bestemt tempe-raturområde over kondenseringstemperaturen for aluminiumklorid ved de anvendte forhold, hvorved man selektivt kondenserer ut de gjenværende kondenserbare stoffer utenom aluminiumklorid, hvoretter man i dette annet trinn fraskiller eventuelle rester av medførte partikler og ytterligere utkondenserte bestanddeler, slik at det erholdes en kjølt restgass omfattende klor, fosgen og karbonmonoksyd og inneholdende hovedsakelig forurensningsfritt gassformig aluminiumklorid som en kondenserbar bestanddel, og utvinner dette aluminiumklorid som det ønskede partikkelfor-

mige produkt ved direkte desublimering i et selvfornyende hvirvelskikt av partikkelformig aluminiumklorid som holdes ved en på forhånd bestemt temperatur vesentlig lavere enn størkningstempe-raturen for aluminiumklorid ved de anvendte forhold.

Det partikkelformige produkt ifølge oppfinnelsen kan herved på effektiv og økonomisk tilfredsstillende måte oppnåes med de ønskede partikkelstørrelser og i sin særegne form med høy renhet i teknisk målestokk, hvilket produkt er meget godt egnet til bruk ved fremstilling av aluminium-metall ved elektrolyse.

De faste, meget rene aluminiumkloridpartikler ifølge oppfinnelsen har en særegen struktur med en foldet ("lobular") overflate uten brudd-dannede plane partier og spisst fremstikkende vinkler. Partiklenes særegne struktur vil bli nærmere forklart nedenfor i forbindelse med tegningen. Fig. 1 viser skjematisk en egnet sammensetning av et apparat som kan anvendes ved fremstilling av aluminiumklorid-produktet ifølge, oppfinnelsen. Den illustrerer et apparat som kan brukes ved fremstilling av produktet ifølge oppfinnelsen ut fra det gassformige produkt som erholdes ved klorering av natriumforurenset alumina.

Fig. 2a, 2b og 2c er bilder tatt gjennom mikroskop

ved forstørrelser på henholdsvis 30, 200 og 500, og illustrerer den særegne struktur av et aluminiumkloridprodukt ifølge oppfinnelsen.

Fig. 3a, 3b og 3c er bilder tatt gjennom mikroskop ved forstørrelser på henholdsvis 30, 200 og 500, og illustrerer et relativt småpartiklet produkt ifølge oppfinnelsen.

Den ønskede temperatur for det fluidserte skikt under desublimeringen av aluminiumklorid ligger i området 30-100°C, hensiktsmessig mellom 60 og 90°C, fortrinnsvis 50-70°C. Uttryk-ket "desublimering" refererer seg i det foreliggende til den di: dannelse av fast aluminiumklorid fra den gassformige fase uten noen merkbar dannelse av en mellomliggende væskeformig fase.

Desublimeringen av aluminiumkloridet kan utføres ved undertrykk, f.eks. ned til ca. 0,1 ata, såvel som ved overtrykk opp til det trykk ved hvilket aluminiumklorid ville kondensere til en væske under omgivelsesbetingelser når hensyn taes til partial-trykket av aluminiumkloridet under nevnte betingelser. Et foretrukket trykk er ca. 1,5 ato.

Ved fremstillingen av aluminiumkloridpartiklene ifølge oppfinnelsen kan man bruke hvilken som helst relativt ren. gassformig bærer inneholdende gassformig aluminiumklorid. Fortrinm vis blir et gassformig produkt av den type som erholdes ved klo: ring av natriumforurenset alumina i nærvær av karbon og fra hvilket medførte partikler av faste og væskeformige stoffer og kondenserbare flyktige bestanddeler eller forurensninger som kondenserer ved en høyere temperatur enn den øvre kondensasjons-temperatur for aluminiumklorid under de tilsvarende betingelser, er blitt fjernet på forhånd, anvendt som det relativt rene utgangsmateriale.

Det aluminiumkloridholdige utgangsmateriale, som hensiktsmessig kan være det varme, gassformige produkt som erholdes ved klorering av natriumforurenset alumina, kan også inneholde klor, fosgen og karbonmonoksyd og karbondioksyd, og blir med en temperatur på 150-250°C bragt i direkte kontakt med hvirvelskiktet av fluidiserte faste partikler av aluminiumklorid under direkte desublimering av aluminiumklorid på partiklene, hvorved hvirvelskiktet blir selvfornyende, samtidig som det fremstilles aluminiumkloridpartikler med den ønskede størrelse og struktur, og som er frittflytende og har gode håndteringsegenskaper. Dette aluminiumklorid har fortrinnsvis en gjennomsnittlig partikkelstørrelse i området 40-350 mesh, overveiende 100-350 mesh. Den her beskrevne kondensering eller desublimering i hvirvelskiktet fører til et tilfredsstillende fint, fast aluminiumkloridprodukt ved lavt kjøleenergibehov, og produktet er, spesielt på grunn av sin partikkelstørrelse, form og renhet, meget godt egnet til direkte anvendelse for elektrolytisk fremstilling av aluminium.

Den gjenværende, gassformige*blanding etter den direkte desublimering av aluminiumkloridet, hvilken normalt vil bestå hovedsakelig av karbonmonoksyd og karbondioksyd sammen med små mengder av hydrogenklorid, karbontetraklorid, fosgen og klor,

kan utvinnes som avgass fra det fluidiserte skikt, og en del av gassen kan med fordel resirkuleres som fluidiseringsgass for skiktet av aluminiumklorid-partikler. Alternativt kan hvilken som helst passende, hovedsakelig tørr og ikke-reaktiv gass, såsom nitrogen, metan, luft, karbondioksyd og/eller karbonmonoksyd brukes som fluidiseringsgass.

Anvendelsen av markert lave desublimerings- eller kon-denseringstemperaturer sammenliknet med størkningstemperaturen for aluminiumklorid, f.eks. henholdsvis 30-100°C mot 180°C, og den agitering som finner sted i det fluidiserte skikt av partikler av aluminiumklorid, resulterer overraskende i oppnåelse av et foretrukket område av partikkelstørrelser sammenliknet med det som ,fåes ved desublimering ved vesentlig høyere temperaturer i nærheten av størkningstemperaturen for aluminiumklorid under de anvendte forhold, samt oppnåelse av partikler med den nevnte særegne struktur. Da denne struktur og partikkelstørrelse bidrar til å gjøre produktet lett håndterbart, f.eks. ved anvendelse av aluminiumkloridet til elektrolytisk fremstilling av aluminium, er bruken av desublimeringstemperaturer godt under den nevnte øvre grense meget fordelaktig. Bråkjølingen av det gassformige aluminiumklorid i hvirvelskiktet fra en temperatur på ca. 150-250°C til under 100°C, fortrinnsvis til ca. 60°C,

i ett enkelt trinn gir helt uventet frittflytende partikler med den ønskede størrelse og form.

Ved omsorgsfullt valg og regulering av temperaturen ved desublimeringen og ved å bruke et hvirvelskikt av aluminiumklorid-partikler i kondenseringssonen oppnår man partikler med den nevnte særegne struktur og overflate, og det er videre blitt funnet at partikkelstørrelsen av det faste aluminiumklorid kan reguleres etter ønske. Ved relativt lave temperaturer innenfor det angitte område på ca. 30-100°C vil den gjennomsnittlige partikkelstørrelse i det desublimerte produkt generelt være mindre ehh det som oppnåes ved anvendelse av relativt høye temperaturer innenfor det nevnte området. Avhengig av den valgte temperatur kan aluminiumklorid-partiklene utvinnes med den foretrukne gjennomsnittlige par-tikkelstørrelse i området 40-350 mesh, overveiende 100-350 mesh. Temperaturer lavere enn ca. 30°C i hvirvelskikt gir i alminnelighet dårligere økonomi og er uønsket på grunn av de økte kjølekost-nader og de større mengder titantetraklorid som utkondenserer (når titan er til stede) sammen med en øket mengde aluminiumklorid-støv, mens temperaturer over ca. 100°C under de forutsatte drifts-betingelser resulterer i en relativt høy grad av ufullstendig desublimering av gassformig aluminiumklorid og uønsket tap derav i avgassen, i betraktning av at en del av avgassen uttaes, normalt kontinuerlig, fra systemet for utvasking av skadelige og/eller giftige bestanddeler.

Selv ved en relativt lav temperatur på ca. 90°C sammenliknet med størkningstemperaturen for aluminiumklorid, som er ca. 100°C ved 1 ata og ca. 150°C ved ca. 0,5 ata, vil en viss mengde av det gassformige aluminiumklorid ikke desublimere, ford damptrykkbetingelsene i hvirvelskiktet gjør at en del vil forbli i gasstilstand. Hvis trykket er ca. 0,5 atm., er damptrykket for A1C13 1 mm ved 100°C, 0,32 mm ved 90°C og 0,004 mm ved 60°C, hvilket bekrefter ønskeligheten av å bruke kondenseringstempera-turer tilsvarende den nedre del av det angitte område 30-100°C, spesielt når relativt lave trykk anvendes. Nærvær av andre flyktige eller gassformige materialer blandet med aluminiumkloridet kan naturligvis i noen grad innvirke på aluminiumkloridets par-tialtrykk i systemet og således kondenseringstemperaturen.

Notmalt vil bæreren for det gassformige aluminiumklorid som skal kondenseres i hvirvelskiktet, være det gassformige produkt fra en kloreringsreaksjon av den ovennevnte type, men bæreren kan dog være en gass fra en annen type kloreringsreaksjon, eller den kan være en aluminiumkloridholdig gass fra en hvilken som helst kilde, sålenge bæreren er hovedsakelig fri for uønskede forurensninger som ville motvirke den tilsiktede desublimering.

Som illustrert på fig. 1 blir et gassformig produkt inneholdende aluminiumklorid fra et kloreringsapparat 1 først ledet gjennom et renseapparat (en spesielt hensiktsmessig type herav vil bli beskrevet senere), hvor medførte partikler og kondenserbare, flyktige bestanddeler som kondenserer ved en temperatur høyere enn den øvre størkningstemperatur for aluminiumklorid under de anvendte forhold, fjernes. Restgassen som vil ha en temperatur som er tilstrekkelig høy til å hindre kondensasjon av aluminiumklorid under de anvendte forhold, føres via ledning 16 til et hvirvelskikt av aluminiumklorid-partikler i et kammer 4. Kammeret 4 er forsynt med et fordelingsinnløp 12 for fluidiseringsgass som tilføres via ledning 11. En skilleanordning 21, hensiktsmessig et gjennomtrengelig filtermateriale 23, og et utløp 29 for restgass ved kammerets øvre ende forbundet med en ledning 22 og et utløp 24 for aluminiumklorid ved den nedre ende av en skråtstillet perforert fordelingsplate 25 for fluidiseringsgass med hull 20 anordnet nær kammerets bunn, slik at tyngre partikler føres mot utløpet for uttak av kondensert aluminiumklorid i form av faste partikler, utgjør en del av ut-styret. Anordnet i de øvre deler av det fluidiserte skikt er det: på tegningen antydet en varmeveksler i form av rør 26 med finner til kjøling av innholdet i hvirvelskiktet og til å holde temperaturen i skiktet innenfor de fastsatte grenser. Den rensede avgass som kommer fra renseapparatet (f.eks. skilleanordningen 10) med gassformig aluminiumklorid tilføres det fluidiserte skikt på et sted i avstand fra kjølefinnene og fra andre kontaktflater.

En resirkuleringsledning 27 for gass forbinder ledning 22 med innløpet 12 for fluidiseringsgass, slik at en del av gassen kan resirkuleres og brukes som fluidiseringsgass. For dette formål er det innsatt en kompressor eller pumpe 19 i ledning 22. Alternativt kan gass fra en uavhengig kilde brukes som fliidise-ringsgass og tilføres via ledning 28, eventuelt i tillegg til resirkulert restgass tilført via ledning 27. Når resirkule-ringsledningen 27 anvendes for tilførsel av fluidiseringsgass for systemet, vil gassen selvsagt inneholde hovedsakelig karbondioksyd og karbonmonoksyd og kanskje restmengder eller spor av ureagert klor, hydrogenklorid, fosgen eller karbontetraklorid, idet gassen representerer det endelige avgassresiduum fra klo-reringsreaksjonen. En del av denne avgassen fjernes via ledning 40 og vaskes, hvorved skadelige bestanddeler elimineres.

Når en uavhengig kilde for fluidiseringsgass anvendes, uttaes normalt den nevnte avgass i sin helhet via ledning 40.

Denne avgass som uttaes fra det lukkede system via ledning 40, inneholdende overveiende klor, hydrogenklorid og fosgen som skadelige eller giftige bestanddeler, må renses før gassen kan slippes til atmosfæren. Avgassen kan således vaskes fri for slike bestanddeler med lut, f.eks. natriumhydroksyd eller med natriumkarbonat etc, på vanlig måte, hvoretter den slippes ut i det fri. Gassen kan brennes i en ovn med hydrogen (eller en hydrogenforbindelse, såsom metan), hvorved det dannes hydrogenklorid fra klor og. fosgen, hvoretter den således behandlede gass vaskes før den slippes til atmosfæren, eller man kan bruke en hvilken som helst konvensjonell måte til å fjerne disse skadelige og giftige bestanddeler fra avgassen.

Innløpet 30 for gassen inneholdende gassformig aluminiumklorid er forsynt med midler til å holde temperaturen i den innkommende gass passende høy, f.eks. midler som vist skjematisk ved 31, f.eks. elektriske motstandselementer, eller man kan bruke varmeisolerende materiale såsom kvarts, alumina, grafitt, asbest eller lignende ved innløpet for å hindre for tidlig kjøling og kondensering til væske eller fast stoff av det gassformige aluminiumklorid, idet slik kondensasjon kunne tette til innløpet elle påvirke den ønskede kondensasjon eller desublimering på en uhelc måte. Midler til å regulere temperaturen i den innkommende gass vil således virke til å hindre varmetap ved tilførselen av den aluminiumklorid-holdige gass til hvirvelskiktet.

På grunn av nødvendigheten av å unngå for tidlig kondensering av det gassformige aluminiumklorid på andre steder enn i selve hvirvelskiktet, reaksjonsforholdene tatt i betraktning, er det ønskelig å la innløpet 30 rage godt inn i hvirvelskiktet og slik at det ender i avstand fra alle kontaktflater innbefattet veggene i reaksjonskammeret og kjøleanordningen 26. Den innkom-

mende kloridholdige gass kommer derfor inn i kammeret 4 på

en slik måte at den straks kommer i kontakt med partiklene i hvirvelskiktet, og aluminiumkloridet vil kondensere før det har noen sjanse til å komme i kontakt med apparaturens vegger og liknende. På det tidspunkt da blandingen av restgass og fluidiseringsgass strømmer ut fra toppen av hvirvelskiktet, er aluminiumkloridet i tilstrekkelig grad endret til fast fase og har bygget opp faste partikler som unngår å bli ført med av den ut-strømmende gassblanding og er tunge og harde nok til å gå inn i hvirvelskiktet som faste partikler uten å avsettes på kammerveggene eller kjøleflåtene.

Betingelsene eller forholdene på det sted hvor konden-seringen finner sted, bør være slik at aluminiumkloridets damp-trykk er akkurat lavt nok til at aluminiumkloridet desublimerer til fast form uten at rester av klorid avsettes som fast stoff eller væske på overflaten av filtermaterialet 2 3 i skilleanordningen 21.

Den særegne natur av det produkt ifølge oppfinnelsen som erholdes ved den ovenfor beskrevne direkte desublimering av aluminiumklorid, er illustrert på fig. 2 og 3. Som best vist på fig. 2a (30 gangers forstørrelse), har aluminiumklorid-partiklene en sfæroidal form med generelt foldet, krumlinjet ytre kontur, og er karakterisert ved et markert fravær av plane, ytre partier og spisse, fremstikkende vinkler som normalt karakteri-serer bruddflater eller liknende. Som det vil sees av fig. 2b og 2c består aluminiumklorid-partiklene av agglomererte, sammen-kittede eller på annen måte sammenbundne, mindre partikler av heller sterkt varierende størrelser, men med generelt rundaktig utseende. På grunn av denne sammensatte struktur har partiklenes ytre overflater samtidig som de har en krumlinjet kontur, en generelt foldet (lobulær) og blæreaktig karakter og visse markerte, lokale avvik fra den sfæroidale form.

Fig. 3a viser (30 gangers forstørrelse) et langt finere aluminiumklorid-produkt ifølge oppfinnelsen. Som det vil fremgå av fig. 3b og 3c, har partiklene her en markert mer foldet karakter. Det vil imidlertid også sees at partiklene igjen viser en generelt foldet, krumlinjet ytre kontur og er karakterisert ved et markert fravær av plane, ytre partier og spisse, fremstikkende vinkler og er sammensatt av agglomererte eller på annen måte forbundne, mindre partikler av sterkt varierende dimensjoner,

men med en rundaktig og foldet form.

Aluminiumklorid-partiklene ifølge oppfinnelsen med generelt krumlinjet kontur har avrundede fliker eller lapper som ofte gir et blæreaktig og/eller knudret utseende.

Det vil nå være klart for fagmannen at den særegne struktur som dette produkt oppviser, gjør det vesentlig for-skjellig fra konvensjonelt fremstilt aluminiumklorid. Det nye materialet oppviser markerte fordeler når det gjelder håndtering og flyte-egenskaper, og oppfinnelsen gjør dessuten knusing og maling unødvendig, slik at faren for forurensning fra den anvendte apparatur elimineres, og sist, men ikke minst, unngår man å utsette aluminiumklorid-produktet for luftens innvirkning med den risiko som da foreligger for forurensning med vann.

Det nye produkt i henhold til oppfinnelsen har fortrinnsvis en liter-vekt innen området 1200-1680 g(for en partik-kelstørrelse innen området 40-350 mesh). Prøver av det produkt som er vist på fig. 3, er blitt funnet å ha en rasvinkel innen området 35-41°, gjennomsnittlig 38°, målt i tørr nitrogenatmosfære i henhold til International Standards Organization Method ISO/PC 4 7 (Secretariat 247) 424. På grunn av at det på fig. 2 viste produkt er mer kuleliknende, vil man normalt finne lavere rasvinklt Det skal imidlertid bemerkes at rasvinkel-verdier avhenger i stor grad av hvilken målemetode som brukes, og det er liten eller ingen standardisering når det gjelder denne måleteknikk generelt,

og nødvendigheten av å holde produktet i forurensningsfrie omgivelser kompliserer målingen i nærværende tilfelle.

Den endelige utvinning av aluminiumkloridet fra den rensede avgass, som også kan inneholde klor, fosgen, karbonmonoksyd og karbondioksyd, skjer i ett trinn ved direkte desublimering i et hvirvelskikt 17 av aluminiumklorid som holdes ved en temperatur vesentlig lavere enn størkningstemperaturen for aluminiumklorid, idet hvirvelskiktet herved blir selv-fornyende samtidig som aluminiumklorid i fast form, frittløpende og av høy renhet, dannes. Dette aluminiumklorid-produkt vil normalt ha en renhet på minst 99,5%, og et fast aluminiumklorid med renhet høyere enn 99,8% er godt oppnåelig på økonomisk tilfredsstillende måte ved produksjon i stor målestokk.

Produktet ifølge oppfinnelsen kan fremstilles ved den beskrevne fremgangsmåte i stor målestokk og til en rimelig pris, og det kan oppnåes et aluminiumklorid som er hovedsakelig uten natrium-, jern-, silisium- og titan-forurensninger, og som har et samlet innhold av ikke-flyktige stoffer, innbefattende bundet oksygen, på mindre enn 0,3%, fortrinnsvis mindre enn 0,2% og helst mindre enn 0,03%. Dette faste, rene produkt har videre fortrinnsvis en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 40-350 mesh (U.S. Sieve Series), overveiende 100-350 mesh,

som er særlig godt egnet til øyeblikkelig bruk i elektrolyse-celler for fremstilling av rent aluminiummetall.

Den endelige utkondensering av aluminiumklorid ut-

føres fortrinnsvis i fullstendig fravær av fuktighet, slik at det rene, faste aluminiumklorid som erholdes, inneholder i alt mindre enn 0,5 vekt% fritt vann og reaksjonsprodukter av vann og aluminiumklorid. Videre utføres utkondenseringen fortrinnsvis i fravær av gass inneholdende fritt hydrogen, gass inneholdende fritt oksygen og ikke-flyktige forurensninger under omgivelsesbetingelser, slik at det faste aluminiumklorid som erholdes ved utkondenseringen, inneholder i alt mindre enn 0,3 vekt%, gjerne mindre enn 0,1 vekt%, bundet oksygen og ikke-flyktige forurensninger.

Som et resultat av de kaskade-førte rense- og desubli-meringstrinn oppnåes et meget rent og frittflytende produkt av faste aluminiumklorid-partikler med i alt mindre enn ca. 0,3 vekt% bundet oksygen og ikke-flyktige forurensninger, dvs. et produkt som er i det vesentlige uten natrium-, jern-, silisium- og titan-forurensninger, og som fortrinnsvis også har en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på ca. 40-350 mesh.

Det vises igjen til fig. 1, som skjematisk viser som eksempler visse for tiden foretrukne apparatkomponenter som er egnet til bruk ved utførelsen av ovenstående fremgangsmåte til fremstilling av produktet ifølge oppfinnelsen. Varmeveksler-kjøleanordningen 5 kan hensiktsmessig være en rørvarmeveksler, hvor kjølemidlet kan være et væskeformig Dowtherm-kjølemiddel (Dow Chemical Co.-produkt). Alternativt kan den første kjøling av det varme gassprodukt utføres ved tilførsel av en tørr,inert gass eller faste aluminiumklorid-partikler til direkte kontakt med det varme, gassformige produkt, eller på annen egnet måte.

Skilleanordningen 7 i det første trinn kan hensiktsmessig være et vertikalt filterkammer som på i og for seg kjent måte omfatter et utløp 7a ved den øvre ende for uttak av det gjenværende, kjølte gassprodukt fra første trinn, og glatte tette yttervegger 7b, som nedentil ender i en samletrakt 7c for uttak av det utskilte kondensat. Skilleanordningen omfatter dessuten et antall gjennomtrengelige filterorganer 13, som hensiktsmessig er av sten eller polert, keramisk materiale.

Filterorganene 13 og deres omgivelser holdes ved en tilstrekkelig høy temperatur, eksempelvis ca. 200-500°C, til at utkondensering av de gjenværende, flyktige stoffer i avgassen hindres eller i alle fall blir minst mulig.

Mens driften av det beskrevne system normalt vil bevirke en ytterligere reduksjon i avgassens temperatur, kan denne temperaturnedsettelse suppleres ved at man fører avgas-

sen gjennom en varmeveksler 9 i et annet trinn, hvor temperaturen bringes til det ønskede, forut bestemte nivå på ca. 150-250°C.

Dette ytterligere kjølte gassprodukt blir så ført til en skilleanordning 10 i det annet trinn, hvor det ytterligere kjølte natriumaluminiumklorid-aluminiumklorid-kompleks sammen med eventuelle rester av medførte eller oppløste, faste partikler såsom karbonovertrukket alumina og karbonstøv og væsker såsom aluminiumoksyklorid og/eller aluminiumhydroksyklorid fraskilles kontinuerlig som ytterligere forurensninger fra det gjenværende og nå ytterligere kjølte gassprodukt inneholdende aluminiumklorid

Temperaturen i den gassformige blanding i skilleanordningen 10 i det annet trinn er tilstrekkelig lav til å sikre utkondensering av hovedsakelig resten av de kondenserbare bestanddeler og spesielt natriumaluminiumklorid og/eller natriumaluminiumklorid-aluminiumklorid-kompleks, f.eks. ca. 150-250°C, men aluminiumklorid vil praktisk talt ikke kondensere, da temperaturen fremdeles er over kondensasjonstemperaturen. for aluminiumklorid under de anvendte forhold. Gassproduktet fra det annet separa-sjonstrinn vil således bestå hovedsakelig av gassformig aluminiumklorid av høy renhet, praktisk talt uten forurensninger såsom natriumaluminiumklorid, aluminiumoksyklorid, aluminiumhydroksyklorid, alumina og karbon.

Skilleordningen 10 i det annet trinn kan hensiktsmessig være et gjennomtrengelig filtermateriale såsom et stenfilter 15 av den type som ble anvendt i skilleanordningen 7 i det første trinn.

Den ovenfor nevnte restgass inneholdende aluminiumklorid føres til hvirvelskiktkammeret på et sted i avstand fra kontaktflater i kammeret, hvorved man unngår uønsket eller for tidlig utkondensering av gassformig aluminiumklorid til flytende eller fast fase ved innløpet og andre kontaktflater, idet slik kondensasjon kunne resultere i tiltetting av innløpet og iso-lering av varmeveksleroverflaten, fordi det faste aluminiumklorid er hårdt og abrasjonsfast. Temperaturen, damptrykket og desublimeringsstedet må avpasses slik at man unngår for tidlig og skadelig utkondensering av gassformig aluminiumklorid andre steder enn som ovenfor beskrevet, slik at tiltetting av innløp og avsetninger på kalde overflater i kammeret unngåes.

EKSEMPEL I

Karbonimpregnerte eller karbonovertrukne, porøse aluminapartikler ble klorert ved forhøyet temperatur, og den resulterende, gassformige reaksjonsblanding behandlet med sikte på å fjerne medførte partikler av faste stoffer og væsker on kondenserbare, flyktige forurensninger som kondenserer ved en høyere temperatur enn kondensasjonstemperaturen for aluminiumklorid under de anvendte forhold, hvorved det oppnåes et relativt rent, gassformig produkt inneholdende hovedsakelig bare aluminiumklorid, karbondioksyd og karbonoksyd, med spor av andre forurensninger, eksempelvis klor, hydrogenklorid, fosgen, karbontetraklorid og liknende.

Dette relativt rene gassprodukt tilførtes ved ca. 200°C kondenseringskammeret 4 som er vist på tegningen, via det varmeisolerte innløp 30 i en mengde på ca. 25 m pr. time. Kondenseringskammeret 4 inneholdt i gjennomsnitt et skikt av faste partikler av relativt rent aluminiumklorid på 41 kg med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på ca. 40 til under 100 mesh, hvilket skikt ble holdt i fluidisert tilstand ved tilførsel av fluidiseringsgass (dvs. tørr luft) via ledning 28 gjennom for-delingsinnløpet 20.

Varmeveksleren 26 ble kjølt ved tilførsel av vann ved ca. 20°C gjennom kjølerørene, hvorved gassen, som ble tilført med en gjennomsnittlig temperatur på 200°C gjennom mateledningen 16, ble bråkjølt til ca. 60°C på aluminiumklorid-partiklene i hvirvelskiktet.

Det bråkjølte, gassformige aluminiumklorid syntes å danne faste kimpartikler som bygget seg opp til større partikler og/eller avsatte seg på andre faste aluminiumklorid-partikler som allerede var til stede i skiktet. Etterhvert som partiklene r

/

</>

vokste, ble de stadig fjernet fra skiktet via utløpet 16

med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse som angitt ovenfor. Under de spesifiserte betingelser fikk man ingen betydelig eller besværlig avsetning av kondensert aluminiumklorid i det varmeisolerte innløp eller på andre kontaktflater i kammeret, dvs. innbefattende kammerveggene og kjøleflåtene.

Avgassen fra hvirvelskiktet i kondenseringskammeret 4 ble ført gjennom filteranordningen 21, og det fraskilte, faste aluminiumklorid og støv ble returnert direkte til hvirvelskiktet. Avgassen inneholder primært karbondioksyd, karbonoksyd og luft med spor av ureagert klor, hydrogenklorid, fosgen, karbontetraklorid og liknende.

Aluminiumklorid-produktet, som ble utvunnet i mengder på 32,7 kg pr. time via utløpet 24, var et relativt finpartiklet," fast produkt av generelt foldet og rundaktig utseende og med et totalinnhold av forurensninger av bundet oksygen på mindre enn 0,3 vekt%, et lavt innhold av adsorbert karbondioksyd og fosgen (spor-mengder), en gjennomsnittlig partikkelstørrelse som følger:

og en liter-vekt på 1200-1680 g.

EKSEMPEL II

Avgass fra kloreringen av karbonovertrukket natriumforurenset alumina ledes ved ca. 700°C gjennom kjøleledningen 5 for indirekte varmeveksling med "Dowtherm"-kjølemiddel, hvorved gassen kjøles til ca. 250°C. Gassen inneholder dampformig aluminiumklorid såvel som karbondioksyd og karbonmonoksyd, samt medfø støv av karbon og karbonovertrukket alumina og restmengder av forurensninger som skriver seg fra utgangsmaterialet. Gassen inneholder i alt mindre enn 0,3 vekt% fritt oksygen og i alt mindre enn 0,5 vekt% fritt vann og bundet vann i form av reaksjonsprodukter mellom vann og aluminiumklorid.

Den til 250°C nedkjølte avgass blir så separert fra medført støv og væskeformige partikler og derved kondenserte, flyktige stoffer i skilleanordningen 7 i det første trinn. Det fraskilte støv og væskeformige partikler og kondenserte, flyktige bestanddeler innbefattet natriumaluminiumklorid-aluminiumklorid-eutektikum, hvor natriuminnholdet skriver seg fra forurensninger i alumina-utgangsmaterialet, såvel som aluminiumoksyklorid, aluminiumhydroksyklorid, alumina og karbon, og spor av klor, hydrogenklorid og fosgen, og alle disse bestanddeler utvinnes kontinuerlig mer eller mindre i form av en delvis oppløst masse. De kondenserte, flyktige bestanddeler er de som kondenserer ut som et resultat av kjølingen av det gassformige produkt fra kloreringstemperaturen til 250°C.

Denne masse kan utgjøre så meget som 17 vekt% av det gjennomsnittlige innhold i kloreringsskiktet, og ca. 12 vekt%

av denne masse vil bestå av natrium-forurensninger beregnet som ^£0, dvs. i form av en eutektisk blanding av natriumaluminiumklorid-aluminiumklorid.

Restgassen som forlater skilleanordningen 7 i det før-

ste trinn, blir så kjølt videre til ca. 200°C og tilført skilleanordningen 10 i det annet trinn, hvor det gjenværende innhold av natriumaluminiumklorid-aluminiumklorid-kompleks, aluminiumoksyklorid og aluminiumhydroksyklorid og eventuelle restmengder av alumina og karbohstøv og eventuelle spor. av klor, hydrogenklorid og fosgen, som kondenserer mer eller mindre i form av en tåke, fjernes. Disse ytterligere forurensninger i gassen, innbefattende de kondenserbare stoffer som har en høyere kondensasjonstempera-

tur enn aluminiumklorid under de anvendte forhold, fjernes hensiktsmessig på dette punkt, hvorved man får et relativt rent gassprodukt i ledning 16 inneholdende hovedsakelig bare aluminiumklorid, karbondioksyd og karbonmonoksyd samt spor av andre forurensninger, eksempelvis klor, hydrogenklorid, fosgen, karbontetraklorid og liknende, hvorfra aluminiumkloridet lett utvinnes.

Dette relativt rene gassprodukt ledes ved ca. 200°C til kammeret 4 inneholdende et fluidisert skikt 17 av faste partikler av relativt rent aluminiumklorid med en gjennomsnittlig partik-kelstørrelse på 48 til 325 mesh (se nedenfor) som holdes i fluidisert tilstand ved tilførsel av fluidiseringsgass gjennom for-delingsinnløpet 20.

Skiktet 17 kjøles ved hjelp av vann gjennom kjøle-

rørene 26 som rager ned i hvirvelskiktet, slik at den innstrømmen-de gass hurtig kjøles til ca. 60°C i hvirvelskiktet av partikler av relativt rent aluminiumklorid.

Skjønt det til nå ikke er helt klarlagt, ser det ut

til at det bråkjølte, gassformige aluminiumklorid danner faste

/

kirapartikler som bygger seg opp til større partikler og/eller avsettes på andre faste aluminiumkloridpartikler som allerede er til stede i skiktet. Etterhvert som aluminiumkloridpartiklene vokser, uttaes de stadig fra skiktet via utløpet 24, med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse som angitt nedenfor. Den gjennomsnittlige oppholdstid for aluminiumkloridet i kondenser-skiktet er ca. 2,5 timer.

Avgassen fra det fluidiserte skikt 17 ledes gjennom filteranordningen 21, som sørger for å returnere de medførte, faste partikler av aluminiumklorid og støv direkte til hvirvelskiktet 17.

Aluminiumklorid-produktet som utvinnes via utløpet 24, er et forholdsvis, finpartiklet og frittflytende, meget rent desublimeringsprodukt, som hovedsakelig er uten natrium- jern-, silisium- og titan-forurensninger, og som har et samlet innhold av bundet oksygen og ikke-flyktige forurensninger på ca. 0,3 vekt%, et lavt innhold av adsorbert karbondioksyd og fosgen (spor-mengder), en gjennomsnittlig partikkelstørrelse som følger:

og en liter-vekt på 1200-1680 g. Produktet er meget godt egnet til bruk uten videre behandling for fremstilling av metallisk aluminium ved elektrolyse av aluminiumklorid.

Analyse av to representative prøver viste følgende sammensetning, hvor metallet er angitt som klorider:

Ikke-flyktige stoffer (hovedsakelig oksyder) - mindre enn 0,035% Resten: AlCl^

Claims (4)

1- Partikler av vannfritt aluminiumklorid, hvilke partikler er frittløpende og har særlig gode håndteringsegenskaper, karakterisert ved at de har en gjennomsnittlig størrelse mindre enn 40 mesh og er agglomerater av fast sammenbundne, mindre konvekst sfæriske partikler, slik at overflaten er uten brudd-dannede plane partier og spisst fremstikkende vinkler.

2. Partikler ifølge krav 1, karakterisert ved at litervekten er 1200-1680 g.

3. Partikler ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at de har en gjennomsnittlig partikkel-størrelse i området 40-350 mesh.

4. Partikler ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at de består av aluminiumklorid med en renhet på minst 99,8% og et samlet innhold av bundet oksygen og ikke-flyktige forurensninger på mindre enn 0,2 vekt%.