169415. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumíniumklorid előállítására alumíniumtartalmú ásványi anyagok előkezelésével és klórozásával

3 169415 4 rníniumoxid tartalmát alkáliföldfémhalogenid eutektikummal (kalciumklorid + kalciumfluorid + 5% alumíniumíiuorid) kioldják és az olvadékot 650—750 C hőmérsékleten foszgénnel klórozzák és a képződött alumíniumkloridot 750-1050 C° között száraz oxigéngázzal reagáltatva végül alumíniumoxidot állítanak elő. Ezzel az eljárással a nyersanyag alumíniumtartalmának kb. 80%-át tudják kinyerni. Könnyen belátható azonban, hogy egyrészt az alumíniumoxid mellett jelentős az egyéb kioldott alkotó is, amelyek végülis a végterméket nagymértékben szennyezik, másrészt pedig az eljárás igen költséges és csak nehezen kivitelezhető. Az alumíniumszilikátokból történő alumíniumklorid gyártás egyik legfőbb nehézségét az a tény okozza, hogy ,a szilíciumoxid klórozódásának mértéke nagyjából azonos az alumíniumoxidéval. Ez igen hátrányos a képződött alumínfumklorid tisztaságának szempontjából és az eljáráshoz szükséges nagymennyiségű klórgáz, redukálószer felhasználásának szempontjából is. Törekvés volt tehát olyan eljárásokat kidolgozni, amelyek csökkentették a szilíciumdioxidnak klórral szembeni reakcióképességét. Ezen törekvések egyik legelsője V.l. Spitzin-O.M. Gwosdewa (Z. Anorg. Alig. Chem. 196, (1931/289)] alapvető közleménye, valamint megemlítendők a 305 578 számú angol és az 1 866 731 számú USA szabadalmi leírások. Mindezek a szilíciumklorid nagy feleslegben történő alkalmazásával kívánják a szilíciumtartalmú nyersanyagokból'képződő szilíciumklorid mennyiségét lecsökkenteni. A klórozáshoz felhasznált klórgáznak legalább 50% szilíciumkloridot kell tartalmaznia, különben az előnyös hatás nem érhető el. A kiindulási nyersanyagból mintegy 10—15%-kal kevesebb szilíciumklorid keletkezik akkor, ha a klórgáz kellő mennyiségű szilíciumkloridot már eleve tartalmaz. Az alumíniumszilikátokból történő alumíniumklorid előállítás további nehézségét az jelenti, hogy a nyersanyagnak a klórozáshoz való előkészítését, vagyis kalcinálását igen nagy gondossággal kell végezni, hogy a klórozás megfelelőképpen végrehajtható legyen. Ugyanis a kalcinálás során a nyersanyag eredeti kristályszerkezete megváltozik. Pl. a bauxit termikus bomlása során különböző alumíniumoxid módosulatok keletkeznek, amelyek reakcióképessége különböző. A kalcinálási hőmérséklet növelésével a gamma-alumíniumoxid mennyisége csökken, míg az alfa-alumíniumoxidé növekszik. Ez a folyamat együttjár a felület nagymértékű csökkenésével, ami a szilárd-gáz fázisú reakció szempontjából igen hátrányos. A klórozás hőmérséklete az említett eljárásoknál a kiindulási nyersanyagtól függően 600-900 C tekinthető, amely után a bauxitban levő alumíniumoxidnak csak kétféle, egyformán reakcióképes módosulata van jelen. 900 C -on már szilíciumdioxid és a kevésbbé reak-O cióképes alfa-alumíniumoxid, 1000 C -on pedig szillimanit, illetve mullit keletkezik, amely kristályszerkezetek kialakulása után a nyersanyag már csak igen nehezen és alacsony alumíniumkihozatallal klórozható. Az említett eljárásokkal elérhető alumíniumkihozatal általában csupán 50% körül van. Célul tűztük ki, hogy olyan gazdaságos eljárást dolgozzunk ki az alumíniumszilikátokból történő alumíniumklorid előállítására, amely kiküszöböli az eddig ismert eljárások megoldatlan problémáit, ne-5 vezetésen jó hatásfokkal tudjuk az ásvány alumíniumtartalmát kinyerni alumíniumklorid formájában és ugyanakkor az ásvány szilíciumtartalma minél kisebb mértékben táródjon fel szilíciumklorid formájában. Megállapítottuk, hogy ezen célkitű-10 zesünkhöz szükséges megoldani azt a műszaki problémát, hogy a kiindulási ásvány klórozását olyan optimális hőmérsékleten végezzük, ahol az alumíniumtartalmának nagy része, viszont a szilíciumtartalmának még csak kis része klórozódik. Eh-15 hez viszont előfeltételnek találtuk azt, hogy sikerüljön az adott hőmérsékleten az ásvány kristályszerkezetét megóvni a felület nagymértékű csökkenésétől. Találmányunk lényege, hogy az alumíniumtar-20 talmú ásványi anyagokból redukálószer jelenlétében halogénezés útján végzett alumíniumklorid előállítási eljárásánál a porított ásványi alapanyagot porított alkálifém- és/vagy alkáliföldfém kloriddal, célszerűen nátriumkloriddal elkeverjük és a rendszer 25 szempontjából mért gázatmoszférában 400 C° körüli hőmérsékleten célszerűen 1 -2 óra hosszat tartva az ásvány eredeti kristályszerkezetébe alkálifém- és/vagy alkáliföldfémiont, célszerűen nátriumiont viszünk be, majd klórgázzal és/vagy klórt 30 tartalmazó klórozó gázzal klórozzuk a hőmérsékletet 800-850 C°-ra emelve és a keveréket célszerűen 1 —2 óra hosszat ezen a hőmérsékleten tartva miközben a 400-500 C hőmérséklettartományban keletkező vaskloridot elkülönítjük, majd 35 500-850 C° hőmérséklettartományban keletkező, főtömegében alumíniumkloridot tartalmazó gáztermékekből az alumíniumkloridot kinyerjük. Az eljárás célszerű foganatosítási módja szerint a reakcióban résztvevő szilárd halmazállapotú anyago-40 kat 200 mikron alatti szemcseméretre porítjuk és intenzíven összekeverjük, a nátriumkloridot az ásványi alapanyag 3-5 súly%-ának megfelelő mennyiségben alkalmazzuk, az ásványi alapanyag hőelőkezelését inert gázatmoszféraként nitrogén és/vagy 45 szénmonoxid és/vagy széndioxid gázban végezzük, míg az ásványi alapanyag klórozásához klórgázt és/vagy foszgént használunk, továbbá a klórozási lépésnél a hőmérsékletet 5—20 C /perc sebességgel növeljük. 50 Elővizsgálataink során megalapítottuk, hogy ha egy adott alumíniumszilikát alapanyagot az eddig ismert eljárások szerint 700-800 C -on levegőn alkálifém- és/vagy alkáliföldfémklorid adalékanyag nélkül kezeltük és szén jelenlétében a klórozást 55 800 C°-on végezzük, az alumíniumtartalmának és a szilíciumtartalmának egyaránt 45%-körüli mennyisége alakult kloriddá. Ha a klórozás hőmérsékletét 950 C°-ig emeltük az alumíniumkihozatal 61% és a szilíciumkihozatal 54% volt. Ha pedig a klórozást 60 1200 C° hőmérsékleten végeztük, az alumíniumtartalomnak 56%-át, a szilíciumtartalomnak 57%-át kaptuk meg klorid formájában. Ezzel szemben, ha az adott alumíniumszilikát alapanyagot a találmányunk szerinti eljárás értel-65 mében előkezeljük úgy, hogy megfelelően elporít-2