162348. lajstromszámú szabadalom • Eljárás aluminium előállítására

5 162348 6 mungándikloriddal. A mangándiklorid és aluminiumtriklorid a torony tetején távozik egy részleges sűrítem keresztül, ahol a gáz kb. 750 C*-ra hül le. Ezen a hőmérsékleten a mangándiklorid teljes mennyisége kondenzálódik anélkül, hogy nagyobb mennyiségű aluminiumtriklorid kondenzálódna. Az aluminiumtrikloridot 35 at túlnyomásra sűrítjük, újratűtjük kb. 1000 C*-ra és.visszavezetjük a reaktorba. A mangándikloridot redukciós kemencében kezeljük elemi mangán eló'állítása céljából, melyet visszatáplálunk a reaktor tetején. Percenként 14.930 kg nagytisztaságú alumíniumot kapunk a kolonna aljáról. Az 1. ábrán szemléltetett eljárás helyett alkalmazhatjuk a 3. ábrán bemutatott részleges aluminiumvisszavezetó eljárást. A 3. ábrán bemutatott berendezés azonos az 1. ábrán bemutatottal, kivéve az aluminium részleges visszavezetésére szolgáló szerkezetet. A hó'mérséklet, nyomás és áramlás mértéke megegyezik az előbbivel. A 3. ábrán az aluminium kivezető nyílás az 52 vezetékhez csatlakozik. így a reakciótermék aluminium termékre és visszavezetett alumíniumra oszlik. A termék 5-60%-át az 54 szivattyúval, az 52 vezetéken, majd a 60 mangánbetápláló vezetéken át percenként 0,9031-27,679 kg mennyiségben visszavezetjük a reaktorba. A 4. ábra egy grafikon, mely a különböző koncentrációjú mangán- alumínium ötvözetek olvadás- illetve fagyáspontját mutatja. A rendszer hőmérsékletszükséglete nagymértékben csökken, ha a reaktor tetején mangán és alumínium keverékét vezetjük be. így, amint a 4. ábra mutatja, a 3. ábrán látható rendszert alacsonyabb hőmérsékleten lehet üzemeltetni, amíg a mangánt alumíniummal hígítjuk, és így az elegyet folyadékfázisban tartjuk. A 4. ábra szerint a hatásosság érdekében a mangánnak több mint 20% alumíniumot kell tartalmaznia, hogy a hőmérséklet jelentősen alacsonyabb legyen, mint a mangán olvadáspontja, minthogy a legmagasabb olvadáspontú aluminium - mangán ötvözet a 20% alumíniumot tartalmazó ötvözet, amely megközelítően ugyanolyan olvadáspontú, mint a mangán. A rendszer hőmérsékletének további csökkentésére, a részleges alumínium visszavezetésen kívül valamely ötvözetfolyósító szert adnak a mangánhoz, mielőtt a reaktorba lép. Ha a mangánhoz vagy az aluminium-mangán ötvözethez valamely ötvözet folyósító anyagot, például bizmutot adunk, a keverék fagyáspontja csökken. Az 1. és 3. ábrán bemutatott módszereken túlmenően a találmány szerinti eljárás valósítható meg az 5. ábrán bemutatott porlasztó torony segítségével is. Amikor porlasztó tornyot alkalmazunk, a hőmérséklet, nyomás és az áramlás mértéke azonos az 1. ábrán bemutatott eljáráséval. Az 5. ábra a folyékony mangánáram bevezetésére szolgáló 60 vezetéket mutatja, amelyhez csatlakozik a 64 nyíllal jelölt mangánpermet előállítására szolgáló 62 porlasztófej. A 66 kolonna alsó részében van a 70 nyíllal jelölt aluminiumtriklorid gáz állandó áramának bevezetésére szolgáló 68 vezeték. A folyadékok a 66 oszlopon belül előrehaladnak, találkoznak egymással és ekkor az előbbiekben tárgyalt módon aluminium keletkezik. Ebben a megvalósításban a reagáló anyagok áramlásának mértéke abban különbözik az 1. ábrán bemutatott eljárással kapcsolatban tárgyalt áramlások mértékétől, hogy az aluminiumtrikloridból nagy felesleget (a sztöchiometrikus mennyiség tízszeresét) használunk a mangán reakciójának teljessé tétele érdekében. Az aluminiumtriklorid és mangánklorid gáz keveréke a 66 oszlopból 72 vezetéken távozik. A gázkeveréket azután szétválasztjuk a mangánkloridnak az előbbiekben már tárgyalt módon történő kondenzációjával. A szükséges készülék hasonló az 1. ábrán bemutatotthoz. Az aluminiumtriklorid visszavezetése a 68 vezetéken keresztül történik az 1. ábrán bemutatotthoz hasonló berendezésben. Az alumíniumot folyadék alakban nyerjük ki a toronyból a 74 kifolyó nyíláson át. Az 5. ábrán bemutatott berendezés porlasztótoronyként üzemel, ezért a hatásfoka akkor a legnagyobb, ha a magassága nagymértékben meghaladja a szélességét. Egy 6.096 m magas oszlop átmérője kb. 1.219 m. így a magasság és szélesség aránya kb. 5:1. Az eljárás úgy is alkalmazható, hogy a mangánt egyszerűen hagyjuk lefolyni egy kolonna-sorozat falain és így a berendezés nedvesített falú kolonnaként működik,, ahol a felfelé haladó aluminiumtriklorid érintkezik a mangánnal. g A találmány szerinti eljárást kivitelezhetjük sorbakapcsolt reaktorokban is. Ezt a megoldást a 6. ábra mutatja »íázlatosan. A 6. ábrán nyolc 80 reaktor látható. A folyamat kezdetén mindegyik reaktorba 1350-1650 C közötti hőmérsékletű folyékony mangánt adunk. A mangán lg mennyisége természetesen a reaktor méretétől függ. Az aluminiumtrikloridot az 1. ábrán bemutatott eljárás szerinti hőmérsékleten, nyomáson és mértékben vezetjük be a folyékony mangánba a 82 fúvócsövön keresztül. Az aluminiumtriklorid és mangánklorid a 86 ponton távozik. A 88 ^5 kondenzátor, amely hasonló az 1. ábra 40 kondenzátorához és ugyanolyan feltételek mellett működik, eltávolítja a mangánkloridot, mielőtt a gáz belépne a sorozat következő reaktorába. Az ábrán nem jelölt, az 1. ábra 41 kompresszorához és 43 fűtőberendezéséhez hasonló kompresszor és 2o fűtőberendezés az aluminiumklorid nyomását 1,4-70 at túlnyomásra, és hőmérsékletét 1000-1500 C*-ra növeli, mielőtt az belépne a sorozat következő reaktorába. Az ábrán nyolc reaktort mutatunk be, de ezek közül csak hetet hasznosítunk a sorozatban. Az eljárás kezdetén az első 25 reaktorban lévő mangán csaknem teljesen elreagál a belépő aluminiumtrikloriddal. Ahogy az aluminium koncentrációja növekszik a reaktorban, a reakció lelassul. Az elreagálatlan aluminiumtriklorid azonban áthalad a sorozat második reaktorába, ahol a reakció igen nagymértékű, mert a mangán-30 koncentráció ebben a reaktorban nagy. Ez a jelenség folytatódik reaktoronként. Végülis a sorozat első reaktora igen nagy százalékban tartalmaz alumíniumot. Ekkor egy szeleppel (nincs ábrázolva) leválasztjuk ezt a reaktort, és a nyolcadik reaktort a sorozat utolsó tagjának kapcsoljuk. A 35 második reaktor így elsővé válik, és az eljárás folyamatosan megy tovább. 2. példa 40 , Het, 9.071 tonna kapacitású reaktort befogadóképességének a háromnegyed részéig megtoltunk 1500 C*-os folyékony mangánnal. A reaktorok sorba vannak kapcsolva és vezetékekkel vannak összekötve, így a gáz belépve az egyik 45 reaktorba átbuborékol a mangánon, elhagyja a reaktort a töltetlen felső részen keresztül, és átbuborékol a második és a következő reaktorokon. A sorozat első reaktorába 1300 C*-os, 35 at túlnyomású, gázhalmazállapotú aluminiumtrikloridot vezetünk, az áramlás mértéke 45.359 kg percenként. ej. Ha a reaktorban alumínium keletkezik, a mangán olvadáspontja csökken, ezért az aluminiumtriklorid és a mangán hőfeleslege valamennyi reaktorban elegendő a komponensek folyadék fázisban tartására. cg Az első félórában mangánklorid hagyja el véggázként az első reaktort, jelentéktelen mennyiségű aluminiumtrikloriddal együtt percenként 72.5 kg mennyiségben. A reakció előrehaladtával a mangánklorid mennyisége a véggázban csökken, és ezzel arányosan növekedik az aluminiumtriklorid 60 mennyisége. 24 órás üzemelés után az első reaktorból kilépő véggáz 100%-os aluminiumtriklorid, amely percenként kb. 45.359 kg mennyiségben buborékol át a második reaktorban lévő mangánon. Minden reaktor közé a gáz áthaladásának ujjába egy kondenzátort helyezünk, mely a gázkeveréket 750 gg CT-ra hűti le, kondenzálja a mangánkloridot, míg az aluminiumtriklorid gázhalmazállapotban halad át a második, majd a következő reaktorokon. Az aluminiumtrikloridot a második, majd a következő reaktorokba való bevezetés előtt 1300 C*-ra melegítjük és 35 at túlnyomásúra sűrítjük. Az 70 eljárás kb. 24 óráig folyamatos, ekkor az első reaktort lekapcsoljuk, és a nyolcadik reaktort tiszta, folyékony mangánnal megtöltve hozzákapcsoljuk a hetedikhez. Az első reaktor a lekapcsoláskor 100%-os tisztaságú alumíniumot tartalmaz. Az eljárást így az előbb ismertetett reaktorcserével 76 folyamatosan végezzük. 3