190613. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumíniummá elektrolizálható alumínium-klorid előállítására
10 190613 11 A fentiekben leírt eljárással előállított, részben kalcinált ACH megfelelő mértékben aktivált, az eddigi irodalmakból ismert bármilyen redukálószer jelenlétében történő redukáló klórozáshoz. A klórozásnál használható redukálószerek lehetnek gáz halmazállapotú redukálószerek, mint amilyen a szén-monoxid és a generátorgáz, azaz a szén-monoxid, a szén-dioxid és a hidrogén keveréke, amit a 4 264 569. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás említ, és/vagy szilárd redukálószerek, mint amilyen a részben kacinált nyers koksz, amit a 4 282 607 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás említ; a szénből előállított aktivált karbon, amit a 4 105 752. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás említ; továbbá a teljes kalcinált és aktivált koksz vagy a teljesen kalcinált koksz. Az eddigi ismeretek szerint az alumíniumtartalmú anyagok redukáló klórozásánál, ha teljesen kalcinált kokszot használtak redukálószerként, a klórozás hatékonysága — főleg alacsony klórozási hőmérsékleten - igen rossz volt (Landsberg, „Chlorination Kinetics of Aluminium Bearing Materials” = ,Alumíniumtartalmú anyagok klórozásának kinetikája”, Met. Trans. B. AIME 6B, 1975. június 207. oldal). Vizsgálataink során azt tapasztaltuk, hogy a találmány szerinti eljárással kalcinált alumínium-klorid-hexahidrátnál a teljesen kalcinált koksz is használható redukálószerként. Mivel mindegyik redukálószer mutat előnyöket és hátrányokat, ezért a redukálószer kiválasztását az adott eljárás körülményei határozzák meg. Vizsgálataink azt is mutatják, hogy a találmány szerinti eljárással kalcinált ACH-nak redukálószer jelenlétében történő klórozásakor a relatív klórozási teljesítmény jobb, mint amikor ugyanezt a redukálószert (teljesen kalcinált vagy részben kalcinált) Bayertimfölddel együtt használják. A leírásban ismertetett eljárás során 0,1 bar és 15 bar, pontosabban 1 bar és 5 bar nyomástartományban és 500 °C és 1000 °C, pontosabban 550 °C és 750 °C hőmérséklet-tartományban klórozunk. A szakismeretekkel rendelkezők számára ismert és tudott, hogy az energiatakarékosság szempontjából kedvezőbb, alacsonyabb hőmérsékleten klórozni és az is, hogy a klórozás hőmérsékletét a klórozni kívánt anyagok aktiváltsági szintje határozza meg. Mint a fentiekben már említettük, a 600 °C és 750 °C közötti hőmérséklettartományban kalcinált termék esetén legnagyobb a klórozási teljesítmény, mivel a kalcinált termék maradék hidrogén tartalma csekély és a maradék klorid tartalma sok. Ha a kalcinálás hőmérsékletét 600 °C alá csökkentjük, akkor a klórozás sebessége csökken, mert a maradék hidrogén mennyisége növekszik a kalcinált termékben. A 800 °C-t meghaladó kalcinálási hőmérséklet esetén is csökken a klórozás sebessége, mert a kalcinált anyag dezaktiválódik. Bizonyítható, hogy ha 650 °C-on klórozunk, akkor foszfor-triklorid (PC13) gáz is keletkezik, amit nehézség nélkül elválaszthatunk az A1C13 -tói ez utóbbi kondenzálásával. Ha 650 °C alatti hőmérsékleten klórozunk, akkor alumínium-foszfát (A1P04) keletkezik, ami szilárd halmazállapotú és bent marad a rendszerben, amikor az A1C13- gáz kilép a reakció térből. Az egyszer kristályosított ACH- ban levő MgO és Cr203 nem befolyásolja a végső A1C13 termék tisztaságát, mert a magnézium és a króm kloridjai jelentősen eltérő forrásponttal és gőznyomással rendelkeznek az AICI3 -hoz viszonyítva és így azokat nehézség nélkül elkülöníthetjük. Noha az egyszer kristályosított ACH igen kis mennyiségű nátriumot is tartalmaz (amiről korábban azt mondtuk, hogy a Bayer-timföldben káros, ahol kb. 0,5 t% mennyiségben van jelen), ez a mennyiség g jelen találmányban leírt gyakorlat szerint nem jelent problémát. A timföld valamennyi oxid-szennyezője, függetlenül attól, hogy azt egyszer kristályosított ACH-ból kalcinálás útján állítottuk elő, vagy Bayer-timföldről van szó, a redukáló klórozás során a 650 °C alatt a megfelelő kloridot fogja képezni (kivéve a fent már említett foszfor-oxidot). (•50 °C alatti hőmérsékleten az Na20 NaAlCl4-dá és Na3AlCl6-dá; a K20 KAlCl4-dá és K3AlCl6-dá klórozódik. Az egyszer kristályosított ACH és a Bayer-timföld szennyezőanyagai alapján a szennyezők okozta teljes klórveszteséget kiszámoltuk és a II. táblázatban össze: geztük. II. táblázat A szennyezők miatti klórveszteség (kg Cl2 :kg Al) az egyszer kristályosított ACH-ban, szemben a Bayer-timfölddel Timföld-típus Klórozás 650 °C-on vagy alatta Klórozás 650 °C felett Egyszer kristályosított ACH 0,00748 0,0088 Bayer-timföld •0,0814 0,0814 A II. táblázatból látható, hogy az egyszer kristályosított ACH klórozásakor tized akkora a klórveszteség, mint a Bayer-timföldnél, habár az előbbit a Hall-rendszerű elektrolizáló kád betétanyagaként szennyezettnek tartjuk. A 22-es számú kalcinált ACH klórozásakor előállított vízmentes, 25-ös számú A1C13 -ot a 30-as számú alumínium fémmé és a klórozóba visszavezethető klórrá elektrolizálhatjuk. Az elektrolízist egy hagyományos, zárt monopoláris elektrolizáló kádban végezhetjük, mint amilyenben pl. magnéziumot állítanak elő; vagy bipoláris elektrolizáló kádban, mint amilyet Haupin említ 3 755 099. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásában és Ishikawa és társai említenek a 4135 995. és a 4 151 061. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásaikban. A vízmentes alumínium-kloridot alkáli és alkáliföld fém-kloridok keverékéből álló sóolvadékból álló elektrolitban oldjuk fel. Az elektrolit 2—15 tömegé AlCl3-ot, 15-17 tömeg% CaCl2-ot és/vagy MgCl2-ot és 15-38 tömeg% NaCl-ot és/vagy LiCl-ot tartalmaz. Az elektrolizáló kádat 700 °C-on 0,5-1,0 A.cm'2 áramsűrűséggel és 1,5 cm-es elektródtávolsággal üzemeltetjük. Az alumínium a katódon válik le, azt onnan kiszivattyúzzuk és öntéshez továbbítjuk. A 31-es számú klór a nemfogyó szénanódon vilik le, amit a kádon keletkező egyéb gázokkal együtt összegyűjtünk. A kádban keletkező gázokat a 34-es számú 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 8
