190913. lajstromszámú szabadalom • Eljárás vízmentes alumínium-klorid előállítására
1 190.913 2 A találmány tárgya eljárás alumíniummá és klórrá elektrolizálható vízmentes alumínium-klorid előállítására oly módon, hogy savas feltárásból származó, foszfor- vagy magnézium-szennyezést tartalmazó alumínium-klorid-hexahidrátot [(ACH)-t] hőlebontunk, majd klórozunk. A korábbi irodalmakból ismert, hogy 700 °C és 750 °C közötti hőmérséklet-tartományban a vízmentes alumínium-klorid alumíniummá és klórrá elektrolizálható kevesebb energiafelhasználással, mint amit a timföldnek Hali-rendszerű elektrolizáló kádban történő elektrolízise igényel. Több eljárásra tettek eddig javaslatot, amelyekkel gazdaságosan lehet vízmentes alumínium-kloridot előállítani. Ezeknél az eljárásoknál az elektrolizáló kádakra adagolható alumínium-klorid nedvességtől mentes kell legyen. További igény az elektrolízisnél a nagy tisztaság. A 4 264 569 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás vízmentes alumínium-klorid előállítására szolgáló eljárást ír le oly módon, hogy a tisztított ACH-t 200 °C és 450 °C közötti hőmérséklettartományban hevítik, ezt követően pedig a dehidratált anyagot tovább kalcinálják Al20,-dá, 700-1000 °C-on. A 4 264 569 számú amerikai egyesült államok-beli számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírások által ismertetett eljárásoknál alumíniumot úgy állítanak elő, hogy az alumínium-tartalmú nyersanyagból kristályos alumínium-klorid-hexahidrátot (ACH), ebből timföldet állítanak elő, majd a timföldet elektrolizálják. Az eljárások hátránya azonban az, hogy sósavas feltárással kapott ACH nagy mennyiségű szennyeződést tartalmaz, így ezt kalcinálás előtt mosni és/vagy kristályosítani kell, hogy az elektrolízishez megfelelő tisztaságú timföldet állítsanak elő. A találmány szerinti eljárásnál azonban nem szükséges az említett tisztítási művelet, mivel az alumínium-tartalmú nyersanyag feltárása során előállított ACH-ból, mely tartalmaz ugyan foszfor- vagy magnézium-szennyezést, megfelelő tisztaságú alumínium-oxid állítható elő. Mindeddig azonban nem ismerték fel a savas feltárásból származó ACH-ban rejlő ilyen jellegű előnyöket. A jelen találmány szerinti javított eljárás során az alumínium-tartalmú nyersanyagokból savas feltárással 0,001-0,05 tömeg% foszfor- vagy magnéziumszennyezést tartalmazó ACH kristályokat állítunk elő, melyből részleges kalcinálással, majd ezt követően a klórozással előállított vízmentes alumíniumklorid elektrolízis útján alumíniummá és klórrá alakítható. A találmány szerint előkészített ACH alkalmazása várakozáson felüli klórkihasználást (nagy klórozási sebességet) eredményezett, és lehetővé tette számunkra, hogy akár szilárd, akár gáz halmazállapotú redukálószert használjunk a vízmentes alumínium-klorid előállításánál. A találmány szerinti eljárás az alábbi műveletekből áll: az alumínium-tartalmú nyersanyagot - mely foszfor- vagy magnézium-szennyeződést tartalmaz, mint például az agyag - adott esetben szárítjuk és kalcináljuk az alumínium-tartalmú rész sósavas feltárása előtti aktiválása érdekében, az adott esetben kalcinált nyersanyagot sósavval kilúgozunk, hogy az alumínium-tartalmú részt feltárjuk, azaz oldható alumínium-kloriddá alakítsuk, az előállított zagy szilárd és folyékony fázisát elválasztjuk egymástól ülepítőkben és/vagy szűrőkön, a szilárd anyagtól elválasztott lúgból eltávolítjuk a vas-kloridot, a kapott lúgból a foszfor- vagy magnézium-szennyezést tartalmazó alumínium-kloridhexahidrátot kikristályosítjuk, a fenti alumínium-klorid-hexahidrát-kristályokat 200-450 °C hőmérsékleten hevítjük, hogy elegendő mértékben dehidratáljuk, majd a keletkezett részlegesen kalcinált ACH-t redukálószer jelenlétében klórozzuk. Az így előállított vízmentes alumínium-klorid elektrolízissel alumíniummá és klórrá bontható. A legmegfelelőbbnek ítélt megoldás szerint az eljárásnál a kristályosítást klórbefúvatással végezzük. Az agyagot vagy az egyéb alumínium-tartalmú anyagot savval lúgozzuk ki, hogy az alumínium-tartalmú részeket elválasszuk a meddőtől. Bármilyen alumínium-tartalmú ércet vagy anyagot használhatunk, de az általunk kedvezőbbnek ítélt források az agyag vagy az erőművi pernye. A legkedvezőbbnek a kaolinitet vagy a kaolint tartjuk. A feltárás előtt az agyagot száríthatjuk, miáltal az könnyebben kezelhetővé válik, és a részecskék mérete is csökken, továbbá kalcinálással aktiválhatjuk, bár a kalcinálatlan agyagot is feltárhatjuk, de akkor a feltárás sebessége sokkal kisebb lesz. A tárolóból kihordott agyagot az igények szerint aprítjuk vagy agglomeráljuk. A kalcináláshoz bármilyen hagyományos tüzelőanyagot felhasználhatunk, beleértve a szénport is. Ha az agyagot 0,1-2 óra hosszat, 650 °C és 820 °C között kalcináljuk, akkor az agyagból az alumíniumot savval könnyen kioldhatjuk. A kalcináláshoz szükséges időt a kalcinálandó szemcsék nagysága és az egyes szemcsékhez eljutó hő mennyisége határozza meg. A kalcinálás során az összes szabad vagy kötött formában lévő víz eltávozik, és a kibányászott agyagban jelenlévő szerves anyagok is elbomlanak. A kibányászott agyag lényeges alkotórészeit tekintve a következő összetételű tömeg%-ban kifejezve: Nedvességtartalom: 22,0% Összes A120,: 35.0% (szárazon mérve) Feltárható Al.O.: 32,2% Összes Fe2Ö,: 1,15% (szárazon mérve) Feltárható Fe2ö3: 1,08% Izzítási veszteség: 11,75% (szárazon mérve) A rostélykemence-rendszerbe adagolt anyagot előmelegítjük és szárítjuk. Az előmelegítés után a száraz anyagot két óra hosszat széntüzelésű forgódobos kemencében kalcináljuk, majd mozgórostélyon hűtjük, amelyről az agyag 30 °C-os hőmérsékleten kerül a feltáró tartályokba. Használhatunk széntüzelésű fluidágyas reaktort is az agyag kalcinálására. Ez esetben a nedves agyagszemcséket 30 mm-ről 5 mm-re aprítjuk kettős hengeres malomban. Az agyagot ezután átszállítjuk egy kalapácsos malomba, ahol a szemcseméretet 2 mmre csökkentjük. Az aprított terméket addig szárítjuk, amíg annak nedvességtartalma 10-15 tömeg%-ra csökken. A kalcináló füstgázaival szárítunk forgódobos kemencében. A részlegesen szárított agyagot 0,75 mm-es szemnagyság alá őröljük egy nyíltkörös hengeres malomban, és tároljuk. Az agyagot háromfokozatú fluid-ágyas reaktorban 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
