184455. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szilicium-tetraklorid hasznosítására aluminium-oxid kimerítő klórozásával
1 184 455 2 dött alumínium-trikloridot tisztítás után kinyerjük. Annak ellenére, hogy tulajdonképpen az eljárásunk lényegi alapját képező 2 AbCh+3 SiCh = 4 A1CL.+3 SiOa és a 2 Fe203+3 SiClä = 4 FeCl3+3 SÍO2 reakcióegyenletek önmagukban ismertek, olyan eljárás azonban mindeddig nem volt ismeretes, mely a szilícium-tetrakloridot egymagában, más klórozó- vagy redukálószerek nélkül használta volna fel gazdaságos módon úgy, hogy az alumínium-oxidból gyakorlatilag teljes konverzióval vízmentes alumínium-trikloridot állított volna elő. Mint a reakcióegyenletből kitűnik, nemcsak az alumínium-oxid, hanem a vas-oxid is klórozódik. A vas-oxid klórozódása ' ugyan alacsonyabb hőmérsékleten indul meg, mint az alumínium-oxidé, de a hőmérséklet változtatásával nem biztosítható a szelektív klorid-képződés, mivel az alumínium-oxid klórozása szempontjából kedvező hőmérséklet-intervallumban még jelentős mennyiségű vas-oxid is található az alapanyagban. Ez azzal a következménnyel jár, hogy az alapanyagnál törekedni kell a vasmentességre, nehogy a képződő vas-klorid szenynyezze az alumínium-trikloridot. Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy csak alumínium-oxidban dús, reakcióképes alumínium-oxid koncentrátumot célszerű és gazdaságos a szilícium-tetrakloriddal végzendő klórozási eljárásban alapanyagként használni, amelynek a vas-oxid tartalma gyakorlatilag elhanyagolható. Ilyen alumínium-oxid koncentrátumként igen jól használható a Bayer-eljárással előállított, vagy a savas vasmentesítés után előállított timföld. Az alumínium-oxid klórozásához a szilícium-tetrakloridot magában vagy esetleg valamely vivőgázzal, például nitrogénnel, vagy szénmonoxiddal együttesen alkalmazhatjuk egy fűthető reaktorban, mely lehet vertikális vagy horizontális elrendezésű csőreaktor, ciklon-, vagy fluid-rendszerű reaktor. Tapasztalataink szerint a reaktor konstrukciója döntő abból a szempontból, hogy a helyesen kialakított reaktorral kiküszöbölhető a klórozáskor keletkező és az alumínium-oxid szemcsékre ráülepedő, kivált szilícium-dioxid árnyékoló hatása. Azt tapasztaltuk továbbá, hogy a reakció már 400 °C hőmérsékletnél is megindul és a konverzió a hőmérséklet emelésével fokozódik, amikor is célszerű az eljárásnál a 700—1200 °C hőmérsékleti tartományban dolgozni. Elővizsgálataink szerint a klórozási folyamatban a cserebomlási reakciók részben a kiindulási anyagok minőségétől, részben az alkalmazott kísérleti körülményektől függően eltérő hatásfokkal mennek végbe, tehát az egész folyamat gazdaságossága szempontjából okvetlen szükséges az eljárásban résztvevő, el nem reagált anyagkomponenseket körfolyamatban visszavezetni a reakcióba mindaddig, amíg az alumínium-oxid gyakorlatilag teljes egészében át nem alakul. Mivel pedig a szilícium-tetrakloridból a reakció következtében szilícium-dioxid keletkezik, ezt a szilícium-dioxidot el kell választani az elreagálatlan alumínium-oxidtól egyrészt azért, hogy mint ballasztanyagot a rendszerből eltávolítsuk, másrészt azért, mert a szilícium-dioxid az alumínium-oxid szemcsék felületére kiválván végleg elzárná a még elreagálatlan alumíniumoxidot a további reakcióbalépés lehetőségétől. A szilícium-dioxidnak, azt az eltávolítását az önmagában ismert módon, az ún. szilíciummentesítési lépésben végezzük el. Eszerint az alumínium-oxidban szegényedett és szilícium-dioxidban dúsult szilárd maradékot az: alumínium-oxid tartalmára számolt közel sztöchiometrikus mennyiségű koncentrált kénsavval keverés közben 140—160 °C hőmérsékletre melegítve szulfatizáljuk. Az autoterm reakcióban 300—400 °C hőmérsékleten ledesztilláló kénsav-felesleg eltávolítása után a kristályvizét elvesztett és finom porrá szétesett szulfátot vízzel oldjuk és az oldatlanul maradt szilícium-dioxidot kiszűrjük. Az alumínium-szulfát oldatát bepároljuk és kb. 850 °C hőmérsékleten hőbontásnak vetjük alá, amikor is a képződött kén-tfioxidot kénsav formájában visszavisszük a szulfatizálási lépésbe. A hőbontás eredményeként kapott alumíniumoxidot pedig ugyancsak visszavisszük az egész reakciófolyamat elejére, a klórozási lépésbe. így az alumínium-oxid tartalom végül is addig marad a körfolyamatban, amíg teljes mennyiségében át nem alakul alumínium-trikloriddá. A folyamatban keletkezett alumínium-trikloridot kondenzáltatva elválasztjuk az alumíniurm trikloridból és az el nem reagált szilícium-tetrakloridból álló gőzelegyből, amikor is a szilárd halmazállapotú alumínium-triklorid mellől a gőzhalmazállapotú szilícium-tetrakloridot ugyancsak visszavezetjük a klórozó reaktorba, ahol friss alumínium-oxiddal reagáltatjuk. így a találmányi gondolatunk szerinti eljárásnál a folyamat egészét tekintve úgy végezzük el az alumínium-oxid kimerítő klórozását, hogy a szilícium-tetraklorid klórozószert és az elreagálatlan alumínium-oxid reakciókomponenst is körfolyamatban tartjuk, míg gyakorlatilag az alumínium-oxidból az alumínium-triklorid és a szilícium-tetrakloridból a szilícium-dioxid is a sztöchiometrikus arányokban ki nem alakul. A keletkezett alumínium-trikloridot a már említett kondenzálási lépésben elválasztva az el nem reagált szilícium-tetrakloridtól és szükség esetén egy önmagában ismert módon végzett tisztítási művelet után tiszta, vízmentes alumínium-triklorid alakjában kapjuk. Ezt a szokásos módon lehet fém alumíniummá feldolgozni, amikor is az ebből felszabadított klórt ismét fel lehet használni ismert módon a folyamat kezdeteként már említett eljárásban, az alumínium- és szilikáttartalmú ásványi anyagok klórozásában, ahol azután ugyancsak keletkezik szilícium-tetraklorid. A találmányi eljárásunk értelmében tehát az alumínium- és szilíciumtartalmú ásványok klórozásánál melléktermékként keletkező, vagy 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
