SE424439B - Forfarande for framstellning av aluminiumklorid genom kondensering av gasformig aluminiumklorid i en fluidiserad bedd av aluminiumklorid - Google Patents

Description

l5 20 25 30 35 40 7800248-2 fiuídíserad bädd av aiuminiumklorid inom ett temperaturomrâde av ungefär 3OïlO00C.

Det är inom området för detta tredje steg som förbättringarna i förfarandet enligt uppfinningen hänför sig till.

I ovannämnda amerikanska patentskrift beskrives en fluidiserad bädd innehållande fluidiserade partiklar av aluminiumklorid, in i vilken ångorna bringas att passera med en icke specificerad hastighet. Ångorna får passera genom den fluidiserade bädden vid en temperatur av ungefär 30-l00°C för åstadkommande av kondensation av ångorna på de fasta aluminiumkloridpartiklarna. över den fluidiserade bädden anordnade filter förhindrar förlusten av partiklar, särskilt mycket fina partiklar, från kondensorn.

Vidare finns det anordningar för avlägsnande av den fasta aluminiumkloriden från ett ställe beläget intill botten av kondensorn. Såsom ovan nämnts anges driftstem- peraturen i kondensorn vara 30-l00°C, företrädesvis ungefär 60-9006, och allra helst inom det smalare omrâdet av 50-70°C. I ovannämnda patentskrift beskrives kondensa- tionstemperaturens inverkan på partikelstorleken, varvid anges, att vid lägre tem- peraturer inom det specificerade omrâdet 30-l00°C är medelpartikelstorleken för den kondenserade produkten vanligtvis mindre. I patentskriften anges vidare, att även inom omrâdet 30-l00°C kommer en viss mängd av den gasformiga aluminiumkloriden icke att desublimera. Följaktligen anges däri att det är önskvärt att använda kondensations- temperaturer, som ligger i det undre området av det angivna intervallet 30-l00°C.

Medan genomförandet av kondensationsprocessen vid det undre omrâdet av inter- vallet, såsom utläres i ovannämnda amerikanska patentskrift, resulterar i en till- fredsställande partikelstorlek liksom ett ekonomiskt attraktivt utbyte av aluminium- klorid, har det visat sig att detta kan leda till icke önskvärd kondensation av sådana biprodukter som exempelvis titantetraklorid. Sedan l97l, då den amerikanska ansökan inlämnades, som lett till ovannämnda amerikanska patent 3.786.135, har fackmannen förvärvat större kunskaper vad beträffar driftsbetingelserna i den fluidiserade bädden under kondensation.

Medan en enkel höjning av temperaturen vid kondensationen skulle kunna eliminera föroreningsproblemet, har det visat sig att andra driftsparametrar, särskilt inlopps- hastigheten, även mâste regleras.

Det är följaktligen ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma -förbättringar i driftsparametern för förfarandet, där en fluidiserad bädd används, för kondensation av aluminiumklorid för erhållande av exempelvis aluminiumklorid (AlCl3) med en renhet och en partikelstorlek, som är lämpliga för efterföljande elektrolytisk reduktion till metalliskt aluminium.

I enlighet med föreliggande uppfinning innebär förbättringarna i förfarandet för framställning av aluminiumklorid i en fluidiserad bädd att gasformig aluminium- klorid bringas att passera in i en fluidiserad bädd av aluminiumkloridpartiklar med en inloppshastighet av l8 m/sek - 90 m/sek.

Uppfinningen skall nedan närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. l är en vertikal tvärsektionsvy av en kondensationsanordning, som 10 15 20 25 30 35 40 7800248-2 drives i en1ighet med uppfinningen, och fig. 2 är en vertika1 tvärsektionsvy, som âskâd1iggör en annan utföringsform av uppfinningen, en1igt vi1ken två f1uidiserade bäddar används.

Med hänvisning nu ti11 fig. 1 inträder a1uminiumk1oridângor, som tidigare underkastats förberedande rening, exempe1vis underkastats de första båda stegen i det reningsförfarande, som beskrives i den ovannämnda amerikanska patentskriften 3.786.135, i kondensationskammaren 18 via 1edningen 6 och in1oppet 30. In1oppet 30 för gasen innehå11ande gasformig a1uminiumk1orid är försett med anordningar för att bibehå11a temperaturen för den inkommande gasen på en hög nivå, såsom exempe1vis mede1st hjä1pupphettningse1ement och/e11er isoieringar, såsom av kvarts, a1uminium- oxid, grafit, asbest, och 1iknande, vid in1oppspartiet därav för att minimera, om icke förhindra, a11tför tidig ky1ning och förvätskning och ste1ning av den gasformiga a1uminiumk1orid, som passerar därigenom, vi1ket sku11e tendera att igensätta in- ioppet för att försämra e11er på annat sätt ogynnsamt påverka den önskade kondensa- tionen e11er desub1imeringsoperationen.

Pâ grund av behovet att undvika a11tför tidig kondensation av den gasformiga a1uminiumk1oriden vid andra stä11en än i den f1uidiserade bädden sjä1v under beaktande av de omgivande betinge1serna, sträcker sig in1oppet 30 företrädesvis väsent1igt in i bädden och s1utar på avstånd från samt1iga ytor därav innefattande kammarväggarna och ky1anordningen 26 be1ägen i kammaren.

De gaser, som införes i kondensationskammaren 18, kondenserar e11er desub1imerar på de i den f1uidiserade bädden 16 ingående f1uidiserade partikiarna. Den f1uidiserade bädden 16 omfattar a1uminiumk1oridpartik1ar med en partike1stor1ek av från 1 pm ti11 500/mn vi1ka fiuidiseras mede1st en f1uidiserande gas, som inträder i kammaren 18 via iedningen 8. Uttrycken "desub1imering" och "desub1imera" hänför sig ti11 den direkt bi1dningen av fast a1uminiumk1orid från den gasformiga fasen utan någon noter- bar biidning av en me11anbe1ägen vätskefas, medan uttrycken "kondensation" och "kondensera" avser att omfatta förändring från den gasformiga fasen ti11 antingen vätskefasen e11er den fasta fasen.

I en1ighet med uppfinningen inträder a1uminiumk1oridångorna, företrädesvis vid en temperatur av ungefär 25000, i bädden med en rekommenderad minsta hastighet av 18 m/sek och upp ti11 90 m/sek. Ehuru icke bunden av någon teori tror man, att denna in1oppshastighet åstadkommer riktig b1andning av de varma ångorna med de ka11a f1uidiserade partik1arna, vi1ket en1igt uppfinningen anses åstadkomma en kondensations- zon i bädden inti11 munstycket.

Denna kondensationszon anses ti11skrivas upptäckten att partike1stor1eken kan åtminstone de1vis reg1eras genom ändringar i in1oppshastigheten. Man tror, att en ökning av hastigheten kan införa a1uminiumk1oridängorna, som har en temperatur av 250°C, djupare in i bädden, vi1ket möj1igtvis sku11e kunna orsaka en uppenbar sänkning av kondensationszonstemperaturen. Dessa antaganden baserade på det observerade faktum l0 l5 20 25 30 35 40 7800248-2 att ökningar i hastigheten (utan någon ändring i bäddtemperaturen) resulterar i en minskning av partikelstorleken.

Den föredragna temperaturen 25000 för införingstemperaturen för aluminiumkloriden har fastställts genom en balansering av åtskilliga faktorer. Lägre temperaturer medför att inloppet 30 kommer att bli igensatt av fast aluminiumklorid. Högre tem- peraturer har den nackdelen att en större värmemängd mäste avlägsnas från den flui- diserade bädden. Högre temperaturer förhindrar även uppnåendet av ändamålet att avlägsna exempelvis natrium-aluminiumklorid medelst i förväg företagna kylningssteg, såsom beskrives i den amerikanska patentskriften 3.786.l35. Icke desto mindre ligger allmänt uppfinningen i användningen av ett hastighetsintervall av l8-90 m/sek utan begränsning vad beträffar införingstemperaturen. Om ett brett omrâde för införings- temperaturen skulle fixeras skulle detta område befinna sig precis över aluminium- kloridkondensationstemperaturen upp till 35000, företrädesvis l50-30000, och allra heist 220-soo°c.

Denna reglering av partikelstorleken via hastighetsreglering resulterar följ- aktligen i reglering och sänkning av partikelstorleken utan ytterligare sänkning av den totala bäddtemperaturen, vilket annars skulle orsaka att större mängder TiCl4 även kondenserar, vilket i sin tur ogynnsamt skulle påverka renheten för AlCl3- produkten.

Således kondenseras de aluminiumkloridângor, som inträder i bädden, på partiklarna och de kvarvarande ângorna av andra föroreningar, exempelvis titanklorid, eller liknande, passerar ut till toppartiet av bädden via ledningen 38. En del av dessa gaser âtercirkuleras till ledningen 8 för att pâ nytt användas som fluidiserad gas medan den kvarvarande gasen införes i skrubbern eller tvättanordningen. Passage av de fasta aluminiumkloridpartiklarna genom ledningen 38 återhålles medelst filtren 36, som avlägsnar eller upptar samtliga fasta partiklar.

I enlighet med uppfinningen hâlles renheten för aluminiumkloridprodukten vid 99,5 vikts-% eller högre, med en TiCl4-halt av mindre än 0,008 vikts-%, genom att driva bädden vid en temperatur av 60-8006. Temperaturen i den fluidiserade bädden l6 hâlles vid 60-8008 medelst kylslingor 26, genom vilka vattnet passerar med en temperatur, som är tillräckligt låg för att hälla bädden vid ovannämnda temperatur.

Medan denna förhöjda temperatur verkligen resulterar i en större partikelstorlek, såsom åsyftas i den amerikanska patentskriften 3.786.135, resulterar användningen av den speciella inloppshastigheten enligt uppfinningen i ett partikelstorleksomrâde, som gör den erhållna produkten lämplig i elektrolytiska reduktionsceller. Högre bädd- temperaturer (även överskridande 8000) resulterar fortfarande i en användbar partikel- storlek. Det bör ytterligare observeras, att den övre gränsen för temperaturomràdet för bädden icke är fastställd för att bibehålla riktig partikelstorlek utan är fast- ställd för att bringa aluminiumkloridförluster till ett minimum, vilka förluster annars skulle uppkomma vid högre temperaturer. 10 15 20 25 30 35 40 7800248-2 I enlighet med en annan aspekt av föreliggande uppfinning etableras även reglering av partikelstorleken i det föredragna omrâdet av icke överskridande 500}m1även genom periodiskt avlägsnande av aluminiumkloridpartiklar via utloppsöppningen 40 anordnad intill bottnen av den fluidiserade bädden 16. Med periodiskt avses avlägsnande av 5-20% av bädden varje timme. Det är viktigt för det föredragna införandet av upp- finningen att avlägsnandet av partiklarna genomföres intill bäddens botten för att säkerställa att de största partiklarna (vilka även är svära att fluidisera) kommer att avlägsnas. Uttrycket "intill bottnen" avser antingen vid bottnen av den fluidisera- de bädden av partiklar eller det lägsta till lD% av bäddhöjden uppgående partiet för att säkerställa avlägsnande av stora partiklar, såsom diskuterats ovan.

Andra anordningar kan även användas antingen istället för eller som ett supple- ment till avlägsnande vid bottnen för att reglera partikelstorleken.

Exempelvis kan en gas, såsom en inert gas, exempelvis C02 eller N2, periodiskt inblåsas i den fluidiserade bädden 16 med en hastighet av exempelvis 90 m/sek via munstycken anordnade antingen i bottnen av den fluidiserade bädden 16 eller intill bottnen av bädden lö, såsom exempelvis vid läget för utloppsöppnin-en 40 på ritningen.

Dessa gasströmmar åstadkommer nötning mellan de stora partiklarna, vilket medför att dessa går sönder till mindre partiklar, varvid således samma önskvärda effekt upp- nås som i fall av avlägsnande genom bottnen.

Alternativt kan partiklarna avlägsnas via toppartiet eller ett mellanbeläget parti av bädden och siktas för att separera stora och små partiklar. De små partiklarna, dvs. sådana understigande l00 pm och företrädesvis understigande 40 pm, kan återföras till bädden. De större partiklarna kan därefter antingen användas direkt för inmat- ning i en cell för smältning därav eller för andra ändamål, exempelvis som katalysator, etc., eller malas eller korsas till de ovan angivna, godtagbara storlekarna och där- efter återföras till denfluidiserande bädden. Naturligtvis kan denna metod fortfarande åstadkomma periodiskt avlägsnande från bottnen av bädden för att avlägsna stora partiklar om partikelavlägsnandet vid toppartiet eller det mellanbelägna partiet icke utföres tillräckligt ofta.

Ett annat alternativ för reglering av partikelstorleken är anordnandet av en mekanisk slipanordning eller malningsanordning direkt i bädden. En sådan anordning kan omfatta ett blad inuti bädden, varvid drivmekanismen med fördel är anordnad utanför sidoväggarna för den som kondensor arbetande fluidiserande bädden, med en drivaxel, som passerar genom sidoväggen (eller bottenväggen) för kondensorn.

För att ytterligare åskådliggöra utföringsformen enligt fig. l bringades AlCl3- ångor att passera genom en fluidiserad bädd, som till att börja med innehåller 50 g aluminiumkloridpartiklar, med en inloppshastighet av ungefär 90 m/sek medan bädd- temperatur hålles mellan 60 och 8000. Tre provmängder om l0 g vardera avlägsnades varje timme. Partikelstorleken och renheten analyserades. Partikelstorleken uppgick till ett medelvärde av ungefär 300 pm. Renheten överskred 99,5 vikts-% och titan- lÛ 15 20 25 30 35 40 ,-7800248-2 6 tetrakloridhalten var mindre än 0,008 vikts-%.

Utföringsformen enligt fig. l i sin föredragna utformning åstadkommer således en uppsättning driftsbetingelser, vilka i en enda kondensor eller desublimerings- anordning reglerarrenheten för produkten liksom partikelstorleken medan kloridför- lusterna förhindras genom att driva kondensorn eller desublimeringsanordningen vid en temperatur av ungefär 60-8006 och reglera både inloppshastigheten för aluminium- kloridgaserna och den totala genomströmningsvolymen, och genom att åtgärder vidtas för att avlägsna alltför stora partiklar av aluminiumklorid, företrädesvis från bottnen eller intill bottnen av kondensorn.

Utföringsformen enligt fig. 2 ger ett alternativt sätt att reglera renheten för aluminiumkloriden medan partikelstorleksomrâdet bibehálles och samtidigt klorid- förlusterna bringas till ett minimum.

I enlighet med utföringsformen enligt fig. 2 får aluminiumkloridångor passera genom en första kondensor, som hålles vid en temperatur av 80-ll0°C med en inlopps- hastighet av l8-90 m/sek. Enligt en föredragen utföringsform avlägsnas partiklarna av aluminiumklorid intill bottnen av kondensorn. De kvarvarande ângorna bringas att passera med en inloppshastighet av l8-90 m/sek till en andra kondensor, som hâlles vid en temperatur av från ungefär 20°C till ungefär 5006. Den erhållna låga tempera- turen hos den andra kondensorn säkerställer infångning av huvudsakligen all den klorid, I som inträder i den andra kondensorn från den första kondensorn. å Med hänvisning nu till fig. 2 visas därpå en första fluidiserad bädd 2 omfattande I ett kärl med en sidovägg 4, genom vilken aluminiumkloridângorna inträder via en led- ning 6, som slutar i ett munstycke 30, som inskjuter i en fluidiserad bädd 2.

Kloridângorna kondenserar inuti den fluidiserade bädden 2 på de fluidiserade aluminiumkloridpartiklarna med en partikelstorlek av l-500 um, vilka partiklar är fluidiserade medelst en fluidiserande gas, som inträder i den fluidiserade bädden 2 genom inloppet 8. Allteftersom aluminiumkloridângorna kondenserar eller desublimerar pâ partiklarna av aluminiumklorid ökar partiklarna i storlek, varvid de större partik- larna kvarblir i närheten av bäddens botten. De större partiklarna avlägsnas före- trädesvis periodiskt vid utloppsöppningen 40, som är belägen intill den fluidiserade bäddens 2 botten. Uttrycket "intill bottnen av den fluidiserade bädden 2" avser ett läge, som antingen är vid botten eller inom l0% av bottnen av den fluidiserade bädden. Uttrycket “periodiskt" avser avlägsnandet av 5-20% av bädden varje timme.

Alternativt kan de större partiklarna elimineras eller avlägsnas medelst de olika typer av teknikerna som redan diskuterats i samband med utföringsformen enligt fig. l.

I enlighet med utföringsformen enligt fig. 2 hålles de fluidiserade partiklarna i bädden 2 vid en temperatur av 80-ll0°C medelst kylslingorna 26, som kyler den fluidiserade bädden ned till det önskade temperaturomrâdet. Genom att bibehålla bädden vid denna temperatur förblir föroreningar, såsom titanklorid och kiselklorid, i ångtillstândet, vilket resulterar i en renhet för aluminiumkloriden överstigande r

Claims (6)

1. l0 l5 20 25 30 35 40 7800248-2 99,5%. Det bör observeras, att aluminiumkloridångorna, som inträder i den fluidiserade bädden 2, har en inloppstemperatur, som kan vara så hög som l50-25000. Då aluminium- kloridângorna kondenserar på partiklarna i den fluidiserade bädden 2 stiger den kvar- varande gasen innefattande jämväl den fluidiserande gasen, till toppartiet av den fluidiserade bädden 2, där fasta partiklar kvarhâlles via filterpásar 36, medan den kvarvarande gasen och flyktiga klorider lämnar den fluidiserade bädden 2 via ledningen 38. Vidare, i enlighet med utföringsformen enligt fig. 2, införes de varma gaserna, som lämnar den fluidiserade bädden 2 via ledningen 38, i en andra fluidiserad bädd 52 av aluminiumkloridpartiklar via ett munstycke 80 däri, vilket liknar munstycket 30 i den fluidiserade bädden 2. I själva verket kan båda de fluidiserade bäddarna vara identiska med varandra vad avser fluidiseringsmekanismen, utloppsöppningen, filterpâsarna, och kylslingorna. I enlighet med denna utföringsform av uppfinningen bibehåller kylslingorna 76 i den fluidiserade bädden 52 temperaturen för de fluidiserade partiklarna vid ungefär 20-50°C för att säkerställa fullständig infångning av samt- liga klorider däri. Dessa klorider kan därefter avlägsnas via utloppsöppningen 90 vilken, såsom ovan nämnts, är belägen i ett läge, som liknar läget för utloppsöpp- ningen 40 i den fluidiserade bädden 2. Samma avlägsningshastighet för partiklarna kan användas som i den första fluidiserade bädden, dvs. 5-20% per timme. Kvarvarande gaser innefattande de fluidiserande gaserna, passerar därefter genom filter 86 i ledningen 88, varvid de kan passera via ledningen 94 för ytterligare rening eller ätercirkulering via ledningen 92 tillbaka till ledningarna 8 och/eller ledningarna 58 för återanvändning som fluidiserande gas i de fluidiserade bäddarna 2 och 52. Följande exempel åskådliggör ytterligare fördelarna med utföringsformen enligt fig. 2. Aluminiumkloridângor bringas att passera genom en fluidiserad bädd, som ursprung- ligen innehåller 50 kg aluminiumkloridpartiklar med en inloppshastighet av ungefär 90 m/sek medan bäddtemperaturen hâlles vid 80-ll0°C. De okondenserade ângorna passerar genom den fluidiserade bädden och passerar därefter genom ett filter och en utloppsöppning till en andra fluidiserad bädd av aluminiumkloridpartiklar, som hâlles vid en temperatur av 20-50°C för att orsaka kondensation eller desublimering av de kvarvarande aluminiumkloridangorna. Periodiskt avlägsnande av 5-20 vikts-% av aluminiumkloridpartiklarna från den första bädden ger partiklar, som vid analys visar sig innehålla 0,004 vikts-% eller mindre titantetraklorid. Analys av avgaserna från den andra fluidiserade bädden visar minsta mängd aluminiumklorid, som fortfarande kvarstår i ängform, vilket visar att kloridförlusterna minskas till ett minimum. PATENTKRAV l. Förfarande för framställning av aluminiumklorid genom kondensering av gas- formig aluminiumklorid i en fluidiserad bädd av aluminiumkloridpartiklar, l0 l5 20 25 7800248-2 k ä n n e t e c k n a t av att aluminiumkloriden bringas att passera in i bädden med en inloppshastighet av l8 m/sek - 90 m/sek.

2. Förfarande enligt krav l, är so-so°c.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att bäddens temperatur k ä n n e t e c k n a t av att åtgärder förutom âstadkommande av inloppshastigheten l8-90 m/sek vidtas för att reglera storlekarna av de fasta partiklarna av aluminiumklorid i den fluidiserade bädden till icke överskridande 500 Fm.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att partiklarna av kondenserad aluminiumklorid avlägsnas från ett ställe intill den fluidiserade bäddens botten.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att 5-20 vikts-2 av bädden avlägsnas varje timme.

6. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att aluminiumklorid- ångor införes med en inloppshastighet av l8-90 m/sek i en första fluidiserad bädd med ett partikelstorleksomrâde icke överskridande 500 Fm av aluminiumkloridpartiklar, som hâlles vid en temperatur av 80-ll0°C, att storleken av de fasta partiklarna av aluminiumkloridpartiklar inuti den fluidiserade bädden regleras under kondensationen för att förhindra tillväxt av partiklarna, som är större än 500 pm, att de kvar- varande okondenserade gaserna och ângorna från nämnda första fluidiserade bädd bringas att passera med en inloppshastighet av 90 m/sek in i en andra fluidiserad bädd av aluminiumkloridpartiklar med ett partikelstorleksomrâde av l-500 Pm och vid en temperatur av 20-50°C för att utvinna återstoden av kloriderna från gaserna och ângorna. ANFURDÅ PUBLIKATIONER: