158228. lajstromszámú szabadalom • Eljárás aluminium előállítására
158228 9 10 Kibányászott állapotban az agyag összetétele a következő: Alkotórész : szervetlen oxidok szabad nedvesség kristályvíz és karbonátok Súlyszázalék: 72,0 20,0 8,0 A kemenoe üzemeltetési hőmérséklete az agyag kilépésénél mintegy 860 C°, a belépésnél mintegy 120 C°. Az agyag tartózkodási ideje a kemencében mintegy 4 óra, így az égetett agyag végső nedvesség tartalma (szabad nedvesség és kristályvíz) 0,1 s! %-nál kisebb. Az égetett agyagot koksszal homogénen öszsaefceverjük 1,4 súlyrész koksz és 1 súly-rész agyag arányban. Az agyag szemcsemérirete a koksszal történő összekeveréskor: Átmérő (cm) 5 —10 2,5 — 5 1,25— 2,5 <1,25 Súlyszázalék: 80 10 5 5 A használt koksz közönséges kereskedelmi nagy sűrűségű koksz, 85%-ánia'k, szemcsemérete 5—10 cm között van. A koksz maximális hidrogén tartalma 0,01 s%-nál kisebb. A kokszot és az agyagot 1,4 :1 súlyarányban homogénen összekeverjük, és a kemenoe térfogatának 85—j90'%r áig megtöltve a kohókemencéfoe adagoljuk. A használt kohókemence ugyanolyan, mint aim ilyeneket az acélipariban használnak néhány jelentéktelen módosítással: 1. A füstgáz vezeték mérete mintegy ötödrésszel nagyobb, mint az acéliparban használt köhókemenoéké, a keletkező nagytérfogatú alummiumkloriid gáz befogadására. 2. A folyékony mangánMorid beadagolása a kemenoe tetejének közeléiben olyan, hogy a mangánlklorid jó szétszórását biztosítsa az agyag-koksz keverék felett, ezt permetező fúvókával érijük el. A köhófcemisnae üzemeltetése során mindig mintegy 85—00%r-ig van megtöltve. A kohófcamencébe adagolt oxigén lényegélben nedvesség- és hidroigénimerates, minimális oxigéntartalma 90 s% ós kb. 900 C°-*na van előmelegítve a köhókemeneéibe való bevezetés előtt. Az oxigént a kolhőkenienoébe a folyékony miangán szintje felett mintegy 1,2 m-rel és 1,4 kg oxigén/l kg agyag áramlási sebességgel vezetjük be. A mangánkloridot kb. 1200 C° hőmérsékleten és mintegy 1,15 súlyrész mangánklorid/l súlyrész agyag sebességgel adagoljuk a kemencébe. A koihókemence üzemeltetése folyamatos, és a kohókemencék szokásos működésének megfelelően az olvadt mangán eltávolítására az aljánál periodikusan megcsapoljuk, az alumíniumkloridot és egyéb véggázokat a felső végén levő füstgáz csövön vezetjük el. A kemence mintegy 48 órát üzemel addig, míg a kemencébe adagolt adott tömegű mangánklarid a kemencéből olvadt mangánként lecsapolható. 5 -A kemencéből a füstgáz vezetéken kilépő véggázok hőmérséklete mintegy 190 C°, menynyisége kb. 5,7 m3 /kg agyag. A gáz térfogatszázalékos összetétele kb. 7% alumíiniumtri-10 klorid, 70% szénmonoxid, 10% széndioxid, 10% nitrogén és 3% icgyéb komponens. Ezeket a véggázokait kb. 5,6 atü-re komprimáljuk, és az alumíniumítriklorid eseppfolyítására kb. 194 C°on kondenzáljuk, ez lehetővé teszi a többi gá-15 zoktól annak elválasztását. A cseppfolyósítást követően a folyékony alumíniumtrikloridot elpárologtatjuk, és mintegy 1200 C°-tra előmelegítjük. Az alumíniumitriikloridat redukáló reaktorba 20 a kohökemiQncéből kb. 1400 C° hőmérsékleten kilépő és a reaktorba kb. 1340 C° hőmérséklettel szivattyúzott olvadt mangánt adagolunk. A gáz alakú alumínduimtrikloridot a reaktorban ezen az olvadt mangánon buborékoltatjük ke-25 resztül. Az alumíniumtrikloridoit redukáló reaktor megfelelő tűzálló oxidokkal bélelt, 64 m magas és kb. 1,2 m belső átmérőjű tégely. A reaktorba kb. 3,45 m3 olvadt mangánt adago-30 lünk, és ezan a mangánon 5,6 atü nyomáson kb. 107 mMparc sebességgel és kb. 1200 C° belépési hőmérséklettel aluminiumtrikloridot buborékoltatunk keresztül. 35 Ahogy az olvadt mangánban az alumíniumtriklorid buborékok felfelé emelkednek, az alumíniumtriklorid reagál a mangánnal mangánklorid keletkezésié közben, lamely a reaktor tetején lép ki. Fenti sebesség esetén az alumínium-40 triklorid gáz mintegy 8 óra alatt buborékol keresztül a reaktorban levő olvadt mangánon. A 8 órás periódus végén áramlási sebessége 2 óra alaitt fokozatosan nullára csökken. 45 Az első 8 óra alatt a reaktor tetején kilépő gáz csaknem 100%-os msanganklorid, hőmérséklete valamivel magasabb, mint 1200 C°. A reakció vógefelé, mikor a reaktorban már csak nagyon kevés mangán van, a kilépő mangán-50 klorid nagymértékben alumíniummonoklcciddal és alumíniumtriíkloriddal vah hígítva (utóbbit sűrű 'fehérszínű felhő jelzi). A mangánklorid alumíiniummonokloridot és alumíniumtrikloridot tartalmazó gázokkal történő szennyeződésíének elkerülésére a sűrű fehérszínű felhő megjelenésekor a kilépő gázokat egy mangánt még tartalmazó másik reaktor alapjához vezetjük, és az alumíniumtri'klorid adag részeként használjuk. 55 60 65 A nagy térfogatú mangánklarid gázt (kb. 7,5 m3 mangánklorid/m 3 alumíniumtriklorid) ezután kb. 1200 C° hőmérsékleten lényegesen csökkentett térfogatra kondenzáljuk, és a kohókemencébe recirkuláltatjuk. 5
