NO833504L - Fremgangsmaate til fremstilling av renset aluminium-monoklorid ut fra aluminiumoksyd, bauxit og leire, og paafoelgende fremstilling av aluminiummetall - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse er først og fremst anvendbar på materialer

så som bauxitter, leirematerialer og blandinger derav, i hvilke hovedforurensningene består av jern og titan i forskjelli-

ge mineralformer.

En meget betydelig forskningsinnsats og en mengde littera-tur angår forsøk på å fremstille et relativt jernfritt aluminiumklorid ut fra slike råmaterialer som bauxitter og leirematerialer. Ingen av de foreslåtte prosesser er blitt vist å være økonomisk tilfredsstillende.

Dette problem kan best beskrives ved de følgende henvis-ninger: Landsberg "Chlorination Kinetics of Aluminum Bearing Minerals: Metallurgical Transactions B, Volume 6B, juni 1975;

s. 207-208."

"Mens Foley og Tittle viste at jern kunne fjernes fra pre-redusert bauxitt ved klorering for fremstilling av aluminiumoksyd av ildfast type, viser fig. 2 at et betydelig tap av aluminiumoksyd følger den hurtige begyn-nelsesklorering av jern under reduserende betingelser, Selv om dette tap kan tolereres, er det gjenværende jerninnhold for høyt for produksjon av aluminiumoksyd eller aluminiumklorid av cellekvalitet."

US-patent nr. 3 842 163, A.S. Russell et al., med tittelen "Production of Aluminum Chloride", overdradd til Aluminum Company of America, angir i linjer 45-58: "Reduksjonen av aluminiumholdige materialer med klor i nærvær av reduserende karbon i en eller annen form for fremstilling av aluminiumklorid er stort sett en gam-

mel og velkjent reaksjon, og en av de foreslåtte metoder som er nevnt ovenfor, anvendte bauxitt som det aluminium-oksydholdige materiale. Bauxitt inneholder imidlertid normalt mange forurensninger innbefattende jernoksyd, silisiumdioksyd og titandioksyd. Da disse forurensninger lett reagerer med klor i nærvær av karbon under dannelse av klorider av titan, jern og silisium, må det

vanlige gassformige aluminiumklorid-reaksjonsprodukt underkastes møysommelige og kostbare etterrensningsfor-holdsregler hvis disse kloridforurensninger skal fra-skilles for oppnåelse av selv bare et rimelig rent alu-miniumprodukt."

The United States Department of the Interior, Information Circular 1412 av Robert L. de Beauchamp oppsummerer proble-met med fremstilling av AlCl^fra forskjellige materialer på s.6, hvor det siste avsnitt angir følgende: "De råmaterialer som kan anvendes for fremstillingen av AlCl^/ innbefatter bauxitt, leire, leirskifer, anortositt, kullaske og mange andre aluminiumholdige materialer. Bauxitt eller leire er de mest logiske valg på grunn av deres høyere A^O^-innhold og de store forekomster av disse materialer. Jern er den forurensning som er mest skadelig for prosessen, da det bruker opp klor og er vanskelig å fjerne fra produktet."

Kanadisk patent nr. 56 9 830 (Groth) beskrev i 1939 en fremgangsmåte til klorering av aluminiumholdige materialer ved behandling av dehydratiserte og knuste råmaterialer med aluminiumklorid-damp ved 600-900°C, fjerning av varme reaksjonsgas-ser inneholdende jernklorid og titanklorid, behandling av re-siduet med klor og et reduksjonsmiddel, samt prosessering av den utvunnede aluminiumkloriddamp inneholdende silisiumklorid og karbonmonoksyd ved temperaturer over 800°C med aluminiumoksyd eller aluminiumholdige materialer som var fri for jern og titan. De gasser som utvinnes fra kloreringsprosessen, ok-syderes for omdannelse av i det minste kloridene av jern og titan til deres oksyder før kondensering. På grunn av oksyda-sjonstrinnet blir klorider av materialene derfor ikke utvunnet i en gjenanvendelig form. Videre kan dampblandingen som utvinnes, ikke fortynnes med CO med sikte på at oksydasjons-trinnet kan utføres.

Groth angir i spalte 1, linjer 28-32:

"Det er sant at titan ved prosessering mellom 900°C-1150°C fjerner fra det opprinnelige materiale sammen med jernet i form av titantetraklorid, men bare i små mengder med mindre et stort overskudd av aluminiumklorid anvendes."

I US-patent nr. 4 277 446 tyrWeston i det første kloreringstrinn til anvendelse av overskudd av aluminiumklorid inneholdende FeCl^ som utvinnes fra kretsen og returneres for klorering av Fe202- Spalte 8, linjer 30-34 angir: "(b) Overskudd av AlCl^som anvendes, utvinnes ved lave kostnader som et urent AlCl^ inneholdende FeC^

og returneres til kloreringstrinn nummer 1 uten noen skadelige effekter på kloreringen av de inneholdte jern-og titan-mineraler."

Det er følgelig et primært formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny og billig fremgangsmåte til fremstilling av aluminiummetall og aluminium-silisium-lege-ringer som er hovedsakelig fri for jern, titan og spor-forurensninger som normalt forekommer i økonomisk anvendbare råmaterialer, så som bauxitter, bauxittiske leirematerialer, leire og blandinger derav.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en ny og billig fremgangsmåte for fremstilling av hovedsakelig rent aluminiummetall ut fra bauxitter, bauxittiske leirematerialer og leire, hvor jern og titan og sporfor-urensninger allerede er blitt fjernet fra råmaterialene før massekloreringstrinnet for fremstilling av aluminiummonoklorid. Aluminiummonokloridet, AlCl, er et nødvendig produksjonstrinn for den påfølgende fremstilling av rent aluminiummetall.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en ny og billig fremgangsmåte for fremstilling av aluminiummetall ut fra hovedsakelig rent aluminiumoksyd av den art som fremstilles ved Bayer-Hall-prosessen.

Foretrukne trekk i fremgangsmåten er:<?>

(a) Kalsinering av utgangsmaterialet for fjerning av fritt og kjemisk bundet vann og, når slike mineraler som kaolinitt er til stede, for å bryte den kjemiske binding mellom Al-^O^/ Si02 og H20, hvorved vannet avdrives som vanndamp og amorft A^O^ og amorft Si02dannes, hvilke produkter forholder seg forskjellig ved kloreringsbehandling. (b) I det minste ett første kloreringstrinn i hvilket i det minste ett kloreringsmiddel velges fra gruppen bestående av Cl2, C0C12, CC14, HC1, SiCl4, A1C13og AlCl, og fortrinns vis i nærvær av reduksjonsmiddel valgt fra gruppen bestående av C, CO og CH og i temperaturområdet fra ca. 750°C til 1600°C, hvorved i det minste jernet kloreres differensielt. Når hovedsakelig rent aluminiumoksyd utgjør utgangsmaterialet i prosessen, sløyfes dette trinn og det trinn som er beskrevet under (c) .

(c) Etter ovennevnte i det minste ett første kloreringstrinn foretrekker jeg å deretter heve temperaturen av de gjenværende faste stoffer inneholdende den rensede Al202_Si02-blanding til en temperatur i temperaturområdet fra ca. 1150

til ca. 1600°C, fortrinnsvis 1200-1500°C, for å fjerne ikke-flyktige klorider som kan være dannet ved den lavere temperatur som eventuelt er anvendt i et foregående trinn som faller under uttrykket "i det minste ett kloreringstrinn". Dette er et valgfritt trinn i prosessen. (d) I det minste et massekloreringstrinn som involverer masseklorering av aluminiumoksydet som inneholdes i utgangsmaterialet, idet det i begynnelsen fortrinnsvis anvendes klor,CCl^eller COCI2i kombinasjon med et reduksjonsmiddel som fortrinnsvis velges fra gruppen bestående av karbon og karbonmonoksyd.

Etter den første masseklorering av aluminiumoksydet frem-stiller jeg deretter AlCl^, som jeg foretrekker å returnere enten i sin helhet eller delvis til dette massekloreringstrinn som i det minste en del av kloreringsmidlet.

Alternativt kan jeg anvende AICI3som det samlede kloreringsmiddel i dette massekloreringstrinn og fortrinnsvis i det minste AlCl^i kombinasjon med kloreringsmiddel valgt fra gruppen bestående av Cl2/C0C12 og CCl4.

Hvis det AlCl-j som produseres i et påfølgende behandlings-trinn kan disponeres på en mer økonomisk måte ved et sådant middel som et kommersielt produkt, kan mitt kloreringsmiddel fortrinnsvis velges fra gruppen bestående av C^/ C0C12og CCl^. Utførelsen av dette massekloreringstrinn skjer under reduserende betingelser.

Det foretrukne temperaturområdet i dette trinn er ca. 1200-ca. 1500°C. I dette temperaturområde dannes aluminiummonoklorid, som i den påfølgende behandling danner grunnlaget for fremstilling av rent aluminiummetall. (e) Den gasstrøm som dannes i det kloreringstrinn som er beskrevet under (d), vil inneholde hovedmengder av AlCl og CO2og mindre mengder av C^-radikal som rest fra kloreringsmidlet, med mindre mengder av silisiumklorid når slike materialer som bauxitter og leire behandles. Gasstrømmen føres gjennom i det minste ett sjikt av reduksjonsmiddel valgt fra gruppen bestående av trekull e.l. og avgasset koks i det foretrukne temperaturområde fra ca. 1200til 1600°C for omdannelse av C02til CO. (f) Den gasstrøm som erholdes etter reduksjonsmiddelbe-handlingen i (e), inneholder hovedmengder av AlCl og CO, og mindre mengder av Cl2~radikal og eventuelt silisiumklorid.

Den kan også inneholde Cl2~radikalet som komplekse karbonklorider, så som CCl^.

Denne gasstrøm ledes gjennom et bad av smeltet aluminium

i et temperaturområde på fortrinnsvis ca. 1200-1600°C, hvor Cl2~radikalet omdannes til AlCl, mens silisiumklorid, hvis det er til stede, omdannes til silisiummetall og AlCl, hvilket gir en gasstrøm inneholdende AlCl og CO som er hovedsakelig fri for Cl2~radikal, C02, jern- og silisiumklorid. Med tilstedeværelse av slike komplekse karbonklorider som CCl^, kan karbontetra-kloridet ennvidere reagere med aluminiummetallet under dannelse av AlCl, hvorved karbon blir tilbake i det smeltede aluminiumbad. I et påfølgende rensetrinn kan dette restkarbon frafUtre-res under anvendelse av vanlig kjente midler. (g) Den gasstrøm som dannes i (f), underkastes et kondensasjonstrinn, fortrinnsvis i temperaturområdet fra ca. 6 70 til 1050°C, for fremstilling av aluminiummetall i den smeltede tilstand, eller alternativt under 660°C for fremstilling av aluminiummetall i fast form.

Nedenfor defineres forskjellige uttrykk som anvendes ved beskrivelsen av oppfinnelsen:

Kalsinering :■ Også kjent som dehydratisering - betyr i

det foreliggende følgende:

(a) Fjerning av fritt vann som vanndamp.

(b) Nedbrytning av krystallisasjonsvannets binding i aluminium-oksydmineraler med en kjemisk sammensetning tilsvarende Al20.j*xH20, hvor en høy prosentandel krystallisasjonsvann avdrives som vanndamp. (c) Nedbrytning av den eller de kjemiske bindinger i komplekse aluminiummineraler så som kaolinitt, A^O^ ' 2SiC>2 • 2H20, hvor H20 avdrives som vanndamp og Al203og Si02omdannes til amorft Al203og amorft SiQ2. For oppnåelse av tilfredsstillende kalsinering av bauxitter og leire kan et temperaturområde på 625-ca.1500°C anvendes. Det vil forstås at effektiviteten av kalsineringstrinnet først og fremst er en funksjon av tid, og at det økonomiske optimum lett kan bestemmes av fagmannen.

I dette trinn av prosessen anvendes konvensjonelt utstyr som er velkjent på området, bestående av utstyr så som horisontale roterovner, radikale sjaktovner og reaktorer med fluidi-serte faste stoffer, med hjelpeutstyr så som gassvaskere og støvoppsamlingsenheter.

Leire:- Hermed menes generelt materialer som inneholder lite eller intet av A1203*xH20-mineraler, og den viktigste aluminiummineral-bestanddel er vesentlig kaolinitt.

Jern og titan: Den vanlige praksis i aluminiumindustrien er å angi Fe- og Ti-analyser som Fe203og Ti02. De jern- og titanmineraler som inneholdes i aluminiumholdige materialer, varierer betydelig og er sjelden bare i form av Fe203og Ti02. Det viktigste jernmineral i Arkansas-bauxitt er sideritt, FeC03, og den vanligst forekommende form for titan er ilmenitt, FeOTi02. Når det her angis prosenter av Fe203 og Ti02, menes de kjemiske analyser av Fe og Ti omregnet til henholdsvis Fe203og Ti02.

Karbon: Enhver form for karbon som kan anvendes i angjeldende trinn i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen som et reduksjonsmiddel for metalloksyder i det råmateriale som anvendes i den her beskrevne fremgangsmåte, og som ikke vil innføre ytterligere forurensninger som kan ha en betydelig skadevirkning på det endelige ønskede produkt.

Eksempler på sådant karbon er trekull o.l., avgasset kull (koks) og avgasset petroleumskoks. Den type koks som anvendes bør nøye utvelges med henblikk på å unngå innføring av relativt store mengder av forurensninger som kan ha en betydelig skadevirkning i prosessen for fremstilling av rent aluminiummonoklorid.

Avgassing: Det dreier seg her om faste brennstoffer,

så som kull eller petroleumskoks, hvor angjeldende materiale er oppvarmet til en tilstrekkelig høy temperatur til at hovedsakelig alt inneholdt vann avdrives som vanndamp og eventuelt fritt hydrogen som måtte foreligge i råmaterialet.

Nøytrale betingelser: Betingelser ved hvilke det foreligger akkurat tilstrekkelig fritt oksygen til at reaksjonens behov tilfredsstilles.

Cl2-radikal: Dette betyr i det foreliggende fritt Cl2, klor som er bundet i slike karbonkomplekser som CCl^eller blandinger derav og C0C12.

Oksyderende betingelser: Slike betingelser foreligger når det er overskudd på fritt oksygen i forhold til reaksjonens behov og fritt oksygen er til stede ved slutten av angjeldende trinn.

Reduserende betingelser: Slike betingelser foreligger når det er overskudd på CO, H2eller CH-radikal i forhold til reaksjonens behov.

Nøytrale til reduserende betingelser: Betingelser hvor det ikke foreligger fritt oksygen, CO, H2eller CH-radikal i gasstrømmen, til betingelser hvor CO, H2eller CH-radikal foreligger i gasstrømmen.

Sultemengder eller mindre mengder av kloreringsmiddel: Med dette uttrykk menes i det foreliggende i prinsippet små mengder kloreringsmiddel som tilsettes kretsen enten som supplement til et hovedkloreringsmiddel eller alternativt alene for normal klorering av forurensninger som foreligger i bauxitter og leire, med unntagelse av silisiumdioksyd.

Aluminiumtriklorid: AlCl^ eller Al2Clg eller blandinger derav.

Det vises nå til tegningene, hvor det vil sees at fig. 1 viser et foretrukket flytskjema vedrørende oppfinnelsen for fremstilling av en renset AlCl-gasstrøm som inneholder hovedmengder av AlCl og CO, og som er hovedsakelig fri for CO2/silisiumklorid og C^-radikal.

Fig. 2 viser et foretrukket flytskjema vedrørende oppfinnelsen, hvor det gassformige produkt som fremstilles i henhold til fig. 1, behandles for fremstilling av aluminiummetall og aluminium-silisium-legeringsmetall.

Det utstyr som anvendes for behandling av de faste stoffer

i henhold til fig. 1 og 2, er konvensjonelt, så som virvelsjikts-reaktorer, sjaktovner og horisontale roterovner, og er av denne grunn ikke vist på tegningsfigurene. Likeledes er behandlingen av gassene og kondensasjonen ved regulert temperatur, eller kondensasjon og fraksjonert destillasjon for oppnåelse av sepa-rasjon av de forskjellige produkter, velkjent i slike indust-rier som produksjonen av titanoksydpigment fra rutil eller ilmenitt under anvendelse av kloreringsprosessen, og utstyret er derfor ikke vist.

Opprettholdelse av regulerte temperaturer i det smeltede bad av aluminiummetall på fig. 2 er velkjent for en fagmann,

og utstyret er derfor ikke vist.

De faste stoffer som er angitt ved 10 på fig. 1, produsert ved forbehandlingstrinn som er beskrevet i det foreliggende, eller Bayer-prosessen, er hovedsakelig rent aluminiumoksyd eller AI2O2 og Si02som er praktisk talt fritt for jern og andre forurensninger.

De kloreringsmidler som anvendes i massekloreringstrinnet velges, som vist ved 11, fortrinnsvis fra gruppen bestående av AlCl^f c^- 2' cocl2°^CC14 * De reduksjonsmidler som anvendes, velges fortrinnsvis fra gruppen bestående av trekull, avgasset koks og CO.

Temperaturområdet er fra ca. 1200 til ca. 1600°C.

I dette temperaturområdet vil AlCl^nedbrytes som følger:

A1C13+ temp. 1200-1600°C AlCl + Cl2

Klor og overskudd av karbon reagerer med det inneholdte A1203 som følger: 2A1203+ 3C + 2C124AIC1 + 3C02

Ved anvendelse av nøye regulerte mengder av klorradikal vil det produkt av faste stoffer som ved 13 er angitt som produkt for dette trinn, i det vesentlige være Si02med mindre mengder av uklorert A1203-Dette produkt vil normalt være av-fall, som vist ved 15.

Bestanddelene i den gasstrøm som er vist ved 12, i hvilken kloreringstrinnet brukte lite eller intet overskudd av karbon for reduksjon av hele innholdet av Al203, vil inneholde hovedmengder av AlCl og C02med mindre spormengder av silisiumklorid, CO og Cl2~radikal sammen med medførte faste stoffer av A1203 og Si02-

Som vist ved 16 foretrekker jeg å fjerne hovedmengden av de medførte faste stoffer ved hjelp av mekaniske midler så som sykloner og dråpefangere, hvilke er velkjente for fagmannen.

Som vist ved 17 føres gasstrømmen gjennom et karbonsjikt, fortrinnsvis avgasset koks eller trekull i temperaturområdet fra ca. 1200 til ca. 1600°C, for omdannelse av hovedsakelig he-le innholdet av C02i gasstrømmen til CO. Den kjemiske reaksjon er som følger: C02+ C + 2C0.

Dette er et viktig trinn i fremgangsmåten, da C02som er til stede under dannelsen av aluminiummetall, som vist på fig. 2 ved 23 kan forårsake oksydasjon av aluminiummetallet under av-givelse av det ene oksygenatom.

Som vist ved 19 ledes gasstrømmen gjennom et smeltet bad av aluminiummetall, fortrinnsvis i temperaturområdet fra ca. 1200 til 1600°C. Et eventuelt innhold av silisiumklorid i gass-strømmen reagerer som følger:

4A1 + SiCl4-*■ 4A1C1 + Si.

Det således fremstilte silisium vil bli tilbake i aluminiumme-tallbadet og avtappes sammen med aluminiummetall for fremstilling av aluminium-silisium-legering.

Den mindre mengde av fritt klor som kan være til stede i gasstrømmen, reagerer som følger: 2A1 + Cl2-<»>• 2A1C1.

Den gasstrøm som uttas fra det smeltede aluminiumbad som vist ved 21, vil således hovedsakelig være AlCl og CO, og er i det vesentlige fri for C02, Cl2~radikaler, jern og silisium.

Ved 14 vil den gasstrøm som produseres i det masseklore ringstrinn som er vist ved 11, idet det anvendes overskudd av karbon for å redusere hele innholdet av A^O^, inneholde hovedmengder av AlCl og CO, med mindre til spor-mengder av silisiumklorid og Cl2~radikal sammen med medførte faste stoffer. Den kan også inneholde mindre mengder av CO2•

Ved behandling av den gasstrøm som er vist ved 14, foretrekker jeg å fjerne hovedmengden av de inneholdte faste stoffer ved hjelp av mekaniske midler vist ved 18.

Som ved den behandling av gasstrømmen som er vist ved 12, er det foretrukne steg i dette kloreringstrinn før fremstillingen av aluminiummetall, fjerningen av eventuelt innhold av silisiumklorid eller C^-radikal ved at gasstrømmen føres gjennom et smeltet bad av aluminiummetall, som vist ved 21.

Fig. 2: Som vist ved 22 er utgangsmaterialet for det trinn i hvilket rent aluminiummetall fremstilles, i det vesentlige AlCl og CO.

Temperaturen av den gasstrøm som er vist ved 21, er fortrinnsvis i temperaturområdet fra ca. 1250 til 1525°C.

Denne gasstrøm føres til den aluminiummetall-kondensasjons-enhet som er vist ved 23, i hvilken temperaturen reduseres til innenfor temperaturområdet 670-ca. 1050°C. Med dette tempera-turfall finner den følgende reaksjon sted: 3A1C1 + temp. 6 70-1050°C ■* A1C13+ 2A1.

Som det vil sees av denne reaksjonen, utvinnes to tredje-deler av det aluminium som inneholdes i aluminiummonokloridet, som aluminiummetall. Om det ønskes, og hele mengden av det produserte AlCl^sirkuleres til det kloreringstrinn som er vist ved 11, vil - etter hvert som kretsene kommer i metallurgisk balanse - hele innholdet av aluminium i det produserte AlCl som er vist ved 12 eller 14, bli utvunnet som et aluminium-silisium-legering som vist ved 19 og rent aluminiummetall som vist ved 30.

Etter det kondensasjonstrinn som er vist ved 23, vil gass-strømmen inneholde i det vesentlige rent AlCl^ og CO som vist ved 24.

AlCl-j blir fortrinnsvis utkondensert (ikke vist) ved en temperatur lavere enn 183°C.

Hele mengden av AlCl^ kan sirkuleres til det tidligere beskrevne første kloreringstrinn som er vist ved 10, eller alter- ternativt anvendes i forskjellige påkrevede mengder i et eller flere forutgående kloreringstrinn som beskrevet i eksemplene. CO-bestanddelen i gasstrømmen kan, foruten en del som kan sirkuleres til det første kloreringstrinn for fremstilling av det produkt som er vist ved 10, sirkuleres til hvilket som helst av de foregående trinn innbefattende kalsineringstrinnet.

Som vist ved 27 er det produserte aluminiummetall i smeltet tilstand i temperaturområdet fra 6 70 til ca. 1050°C og i fast form under 660°C.

En del av det smeltede aluminiummetall som dannes i konden-sasjonstrinnet 23, kan sirkuleres til det smeltede aluminiumbad 19 for erstatning av det smeltede aluminium-silisium-metall som fjernes i de tilfeller hvor det rensede faste materiale 10 inneholder Si02fog hvor den gasstrøm som strømmer inn i det smeltede bad av aluminium 19, inneholder Cl2-radikal og således danner AlCl. Dette er vist ved 28.

Som vist ved 29 kan små mengder av medførte faste stoffer, så som A^O^, Si02 og karbon, fjernes på konvensjonell måte, så som ved avskumning og filtrering, for fremstilling av et renset aluminiummetall som vist ved 30.

EKSEMPLER PÅ OPPFINNELSEN VED FJERNING AV

JERN OG ANDRE FORURENSNINGER FRA BAUXITTER

OG LEIRMATERIALER FØR MASSEKLORERINGEN AV

DET INNEHOLDTE ALUMINIUMOKSYD

I de følgende eksempler for fremstilling av et aluminiumoksyd-silisiumdioksyd-produkt som er hovedsakelig fritt for jern, og deretter aluminiumklorid som er hovedsakelig fritt for jern, og til slutt et et hovedsakelig jernfritt aluminiummetall ut fra aluminiumkloridet, illustrerer eksemplene 1, 2 og 3 tre forskjellige fremgangsmåter for den avsluttende fremstilling av aluminiummetall som er hovedsakelig jernfritt.

I eksempel 1 utføres det første kloreringstrinn som en totrinns differensiell klorering under anvendelse av SiCl^i det første trinn og AlCl^i det annet trinn for differensiell klorering av jernet og titanet.

I eksempel 2 utføres det første kloreringstrinn som en enkelt-trinns differensiell klorering under anvendelse av i det minste ett kloreringsmiddel valgt fra gruppen bestående av HC1, Cl2/ C0C12og CC14og i det minste ett kloreringsmiddel valgt fra gruppen bestående av AlCl^/AlCl og SiCl^ for differensiell klorering av i det minste jernet.

I eksempel 3 utføres det første kloreringstrinn som en enkelttrinns differensiell klorering under anvendelse av i det minste ett kloreringsmiddel valgt fra gruppen bestående av C12fHC1, C0C12, CC14, A1C13, AlCl, SiCl4 for differensiell klorering av i det minste jernet.

De følgende eksempler på oppfinnelsen ble utført på en prøve av kaolinitti.sk leire fra en forekomst beliggende i den sørøstre del av USA.

Prøven ble først sjeidet magnetisk i en Colburne-labora-torieenhet med høy magnetisk intensitet, tørket til ca. 5 % fritt vann, knust, ført gjennom valseverk og siktet ved 10 mesh og 100 mesh for fremstilling av et produkt som hovedsakelig be-stod av størrelser mellom 10 og 100 mesh (US standard). Dette produkt ble kalsinert ved 700-750°C og ble etter kalsinerin-gen anvendt som utgangsmateriale i de følgende eksempler med mindre annet er angitt.

Den kjemiske analyse av det kalsinerte produkt var som følger:

Samtlige eksempler ble utført i en 6,3 cm yirvelsjiktreaktor under anvendelse av satsvise charger på 250 g.

Det totale gassvolum som ble anvendt i samtlige forsøk, ble holdt tilnærmet konstant ved 5,0 liter pr. minutt beregnet ved 21,1°C, og innstilt på nevnte 5,0 liter med CO.

EKSEMPEL 1

Betingelsene i dette eksempel var som følger:

Temperatur i trinn en og to 1010°C.

CO i begge trinn regulert til et samlet gassvolum på

5,0 liter/min.

Trinn 1 - SiCl40,7 g/min. i 20 min.

Trinn 2 - AlCl^4,9 g/min. i 40 min.

De følgende resultater ble oppnådd:

I trinn 1 utgjorde silisiumtetrakloridet bare ca. 2,0 %

av gasstrømmen og klorerte dif f erensielt 98,35 % av F^O^

og 82,1 % av Ti©2• Alt SiCl^kunne kjemisk sett gjøres rede for i reaksjonene med Fe20.j og Ti02, hvilket betyr at det ikke er behov for resirkulering av eventuelt overskudd av kloreringsmiddel slik som ifølge US-patent nr. 4 277 446.

Dette var et overraskende resultat i en 20 minutters differensiell klorering.

De involverte kjemiske reaksjoner er som følger:

Ved anvendelse av betydelig høyere konsentrasjoner av SiCl4 kunne resultatene ikke reproduseres. Det synes ikke å være noen logisk forklaring på dette fullstendig uventede fenomen.

Maksimal-konsentrasjonen av SiCl^i gasstrømmen for oppnåelse av optimale resultater er ca. 10 %.

Det vil bemerkes at kloreringsgasstrømmen i trinn 1 var reduserende med tilstedeværelse av et overskudd av CO. Like forhold foretrekkes i trinnet omfattende differensiell jernklorering. Når det imidlertid anvendes et eller flere kloreringsmidler valgt fra gruppen bestående av SiCl4, AlCl^/AlCl, Cl2/ C0C12, HC1 og CC14og midler for differensiell klorering av jern, kan det anvendes en gasstrøm som varierer fra nøytral til reduserende.

I prosessens trinn 2 viser sluttproduktet 99,05 % av det nevnte Fe203og 90,25 % av titandioksydet differensielt klorert.

Ikke bare tilfredsstiller dette produkt særdeles høye Fe202~spesifikasjoner for ildfaste materialer av høyeste kva-litet, men det vil dessuten, etter masseklorering av det inneholdte A^O-j og dif f erensial-temperatur-kondensering av AlCl-j, gi aluminiummetall av akseptabel renhet.

EKSEMPEL 2

I dette eksempel var betingelsene som følger:

Temperatur i kloreringstrinnet 913°C.

Anvendte reagenser: 1,5 g/min HC1 og

1,0 g/min. SiCl4og tilsatt CO slik at gasstrømmen blir ca. 5,0 liter/ min.

Behandlingstid: 25 minutter.

Etter de nevnte 25 minutters behandling av det faste utgangsmateriale viste det faste restprodukt ifølge analyse 0,016 % Fe202- Denne analyse viser at 98,7 % av det Fe20.j som forelå i utgangsmaterialet, var klorert under dannelse av et hovedsakelig jernfritt aluminiumoksyd-silisiumdioksyd-produkt.

Dette var et overraskende resultat ved anvendelse av de minimale "sulte"-mengder av HC1 og SiCl^og den korte varighet av behandlingen for differensiell klorering. Aluminiumoksyd-silisiumdioksyd-produktet utmerker seg ved sitt lave jerninnhold og ved at det gir opphav til hovedsakelig jernfritt aluminium-kloridprodukt som er egnet for fremstilling av aluminiummetall.

EKSEMPEL 3

I dette eksempel var betingelsene som følger:

Temperatur i kloreringstrinnet 985°C.

Anvendte reagenser: 1,06 g/min. CI2og tilsetning av CO

slik at det erholdtes en gasstrøm på ca. 5,0 liter/min.

Behandlingstid: 20 minutter.

Etter de nevnte 20 minutters behandling av det faste utgangsmateriale viste det faste restprodukt ifølge analyse 0,022 % Fe203- Denne analyse viser at 98,3 % av det Fe20^som forelå i utgangsmaterialet, var klorert under dannelse av et hovedsakelig jernfritt aluminiumoksyd-silisiumdioksyd-produkt.

Dette var et fremragende resultat ved anvendelse av de minimale mengder av CI2og den korte varighet av behandlingen for differensiell klorering. Aluminiumoksyd-silisiumdioksyd-produktet utmerker seg ved sitt lave jerninnhold og ved anvendelse i den senere fremstilling av aluminiumklorid, idet det fremstilte aluminiumklorid vil være hovedsakelig jernfritt og egnet for fremstilling av aluminiummetall.

EKSEMPEL 4

I dette eksempel ble klorering utført under anvendelse av det samme agglomererte og kalsinerte utgangsmateriale som i eksempler 1, 2 og 3, idet utgangsmaterialets partikkelstørrelser var mellom 18 mesh og 100 mesh, og hvor det første kloreringstrinn over 99 % av det inneholdte F^O^ ble dif f erensielt klorert, og i massekloreringstrinnet ble ca. 90 % av det inneholdte A^O^i det kalsinerte utgangsmateriale omdannet til aluminiumklorid ved en temperatur på 1200-1210°C.

I det første trinn for differensiell jernklorering ble

0,4 g/min. CI2tilsatt CO-gasstrømmen. Den samlede gasstrøm var 4,5 liter/min. beregnet for 21,1°C. Temperaturen var 1100°C, og tidsrommet 30 minutter.

Produktet fra dette første trinn for differensiell klorering inneholdt ifølge analyse 0,006 % Fe20^, hvilket resulterte i at 99,5 % av det opprinnelige jern i utgangsmaterialet ble differensielt klorert.

I det annet trinn for masseklorering av det inneholdte AI2O2ble de følgende betingelser anvendt:

Temperatur : 1200-1210°C

Tid : 90 minutter

Cl2: første 60 min. 4,6 7 g/min.

siste 30 min. 4,8 g/min.

Trekull : 25 g til det opprinnelige sjikt:

ved 60 min. 20 g trekull til sjiktet.

KA1C1. tilsatt

4

som katalysator: 1,7 g/min.; CO tilsatt gasstrømmen til 5,0 liter/min. beregnet for 21,1°C. 92 % av aluminiumoksydet i det opprinnelige, kalsinerte utgangsmateriale ble omdannet til aluminiumklorid.

Ved anvendelse av et agglomerert produkt kan man velge å blande slike utgangsmaterialer som kaolinitti.sk leire eller bauxittjsk leire med bauxitter eller kaolinittisk leire eller bauxittisk leire med aluminiumoksyd fra Bayer-prosessen, for regulering av A^O^-innholdet i de agglomerater som fremstilles.

Oppfinnelsen er blitt beskrevet ved hjelp av visse foretrukne utførelsesformer. Fagfolk på området vil imidlertid finne at oppfinnelsen kan bringes til utførelse på andre måter enn de beskrevne.

Claims (12)

1. De prosesstrinn for fremstilling av aluminiummetall ut fra gruppen av materialer bestående av aluminiumoksyd, bauxitter, bauxittiske leirer, leirer og blandinger derav, hvilke materialer inneholder i det minste A^C^ -mineraler i gruppen bestående av A^O^ xH^ O og A^O^ • 2SiC>2 • 21^0 og nevnte A^O^-mineraler inneholder kjemisk bundet H2 O, som omfatter: de nevnte materialer underkastes kalsinering i temperaturområdet fra ca. 625°C til 1500°C for fremstilling av et kalsinert produkt som er hovedsakelig fritt for nevnte kjemisk bundne 1^ 0; det nevnte kalsinerte produkt underkastes deretter i det minste et massekloreringstrinn i nærvær av kloreringsmiddel inneholdende i det minste C^-radikal og valgt fra gruppen bestående av Cl2/ C0C12/ CCI4 og AlCl^ og reduksjonsmiddel valgt fra gruppen bestående av C og CO og i temperaturområdet fra ca. 1200°C til 1600°C for fremstilling av en gass-strøm i hvilken det nevnte A^O^ er omdannet til gassformig AlCl og nevnte gasstrøm inneholder nevnte AlCl og i det minsteCO2 og Cl2 -radikal; den nevnte gasstrøm ledes deretter gjennom i det minste ett sjikt valgt fra gruppen bestående av trekull/ aktiV sJcull og avgasset koks og i temperaturområdet fra ca. 1200°C til 1600°C for omdannelse av C02 til CO for fremstilling av en første modifisert gasstrøm inneholdende i det minste nevnte AlCl og nevnte CO; den nevnte første modifiserte gass-strøm ledes deretter gjennom smeltet aluminiummetall i temperaturområdet fra ca. 1200°C til 1600°C for omdannelse av i det minste en del av det nevnte kloreringsmiddel-C^Tadikal til AlCl for fremstilling av en andre modifisert gasstrøm inneholdende i det minste det nevnte AlCl og CO; temperaturen av den nevnte andre modifiserte gasstrøm senkes deretter til innenfor temperaturområdet fra ca, 6 70°C til 1050°C for fremstilling av smeltet aluminiummetall og en tredje modifisert gasstrøm inneholdende i det minste AlCl^ og nevnte CO.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, i hvilken den nevnte andre modifiserte gasstrøm inneholdende AlCl og CO senkes til under 660°C for fremstilling av det nevnte aluminiummetall som et fast stoff. *

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, i hvilken det nevnte massekloreringstrinn utføres i nærvær av katalysator og kata-lysatoren velges fra gruppen bestående av NaAlCl^ , KA1C14 , NaCl og KC1.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, i hvilken man før nevnte kalsinering bearbeider de nevnte materialer for fremstilling av partikler i området fra ca. 10 til 100 mesh.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, i hvilken i det minste en del av den nevnte tredje modifiserte gasstrøm inneholdende AlClj og CO sirkuleres til det nevnte massekloreringstrinn.

6. De prosesstrinn for fremstilling av aluminiummetall fra gruppen av materialer bestående av bauxitter, bauxittiske leirer, leirer og blandinger derav, hvilke materialer inneholder i det minste jernmineraler og i det minste Al2 0.j -mineraler i gruppen bestående av A^O^ -xI^O og A1203 • 2Si02 • 2H20 og nevnte Al2 02 -mineraler inneholder kjemisk bundet H2 0, som omfatter: de nevnte materialer underkastes kalsinering i temperaturområdet fra ca. 6 25°C til 1500°C for fremstilling av et kalsinert produkt som er hovedsakelig fritt for nevnte kjemisk bundne H2 0; det nevnte kalsinerte produkt underkastes deretter i det minste ett første kloreringstrinn i nærvær av kloreringsmiddel valgt fra gruppen bestående av Cl2 , C0C12 , CC14 , HCl, AlCl- jr AlCl og SiCl4 og i en reduserende til nøytral første kloreringsgasstrøm og i temperaturområdet fra ca. 750°C til 1500°C for fremstilling av et fast A^O^ -SiO^ produkt som er hovedsakelig fritt for nevnte jern; det nevnte A^O^-SiO^ produkt underkastes deretter i det minste et massekloreringstrinn i nærvær av kloreringsmiddel valgt fra gruppen bestående av Cl2 , C0C12 , CC14 og A1C13 og reduksjonsmiddel valgt fra gruppen bestående av C og CO og i temperaturområdet fra ca. 1200°C til 1600°C for fremstilling av i det minste en andre klorerings-gasstrøm hvori det nevnte A^O^ er omdannet til gassformig AlCl og nevnte gasstrøm inneholder det nevnte AlCl og i det minste C02 , Cl2 -radikal og silisiumklorid; den nevnte gass-,strøm ledes deretter gjennom i det minste ett sjikt valgt fra gruppen bestående av trekull/aktiv_^ kull og avgasset koks og i temperaturområdet fra ca. 1200°C til 1600°C for omdannelse av nevnte CC>2 til CO og for fremstilling av en første modifisert gasstrøm inneholdende i det minste nevnte AlCl, C^-radikal og silisiumklorid og nevnte CO; den nevnte gasstrøm ledes deretter gjennom smeltet aluminiummetall i temperaturområdet fra ca. 1200°C til 1600°C for omdannelse av i det minste en del av det nevnte kloreringsmiddel-C^-radikal til AlCl og nevnte silisiumklorid til silisium og AlCl for fremstilling av en andre modifisert gasstrøm inneholdende i det minste AlCl og CO, idet nevnte silisium blir tilbake i det nevnte smeltede aluminiummetall; temperaturen av den nevnte andre modifiserte gasstrøm senkes deretter til innenfor temperaturområdet fra ca. 670°C til ca. 1050°C for fremstilling av smeltet aluminiummetall og en tredje modifisert gasstrøm inneholdende i det minste AlC^ og nevnte CO.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, i hvilken den nevnte andre modifiserte gasstrøm inneholdende AlCl og CO senkes til under 660°C for fremstilling av det nevnte aluminiummetall som et fast stoff.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6, i hvilken det nevnte massekloreringstrinn utføres i nærvær av katalysator og kata-lysatoren velges fra gruppen bestående av NaAlCl^ , KAlCl^ , NaCl og KC1.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6, i hvilken man før nevnte kalsinering bearbeider de nevnte materialer for fremstilling av partikler i området fra ca. 10 til 100 mesh.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 6, i hvilken i det minste en del av den nevnte tredje modifiserte gasstrø m inneholdende AlCl-j og CO sirkuleres til det nevnte massekloreringstrinn.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 6, i hvilken den nevnte reduserende til nøytrale første kloreringsgasstrøm er reduserende .

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, i hvilken de nevnte reduserende forhold tilveiebringes ved tilstedeværelse av et overskudd av CO.