174342. lajstromszámú szabadalom • Eljárás aluminiumklorid gyártási folyamatásának intenzifikálására a gázfázis és/vagy a szilárd fázis fizikai aktiválásával
3 174342 4 Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy az alumíniumoxid reduktív klórozásának sebessége igen nagy mértékben fokozódik, és ugyanakkor alumíniumoxidot szilíciumoxiddal együtt tartalmazó nyersanyagok esetén ugrásszerűen nő az alumíniumoxid klórozódásának szelektivitása, ha a reduktív klórozásban felhasznált szilárd fázist és/vagy gázfázist fizikailag aktiváljuk. A szilárd fázis fizikai aktiválását úgy hajtjuk végre, hogy a reduktív klórozásra kerülő nyersanyagot intenzív őrléssel legföljebb néhányszor 10 p szemcseméretre aprítjuk, ahol a szemcsék főtömegének mérete 10 p alatti érték. A korábban idézett szabadalmi leírásokban ismertetett eljárásokkal (ahol 100—200 p, sőt egyes esetekben ennél nagyobb szemcseméretű nyersanyagokból indulnak ki) összehasonlítva azt tapasztaltuk, hogy a szemcseméret közel két nagyságrenddel történő csökkentésekor ugrásszerűen fokozódik a reduktív klórozás sebessége, és ugyanakkor az alumíniumoxid és a szili ciumoxid klórozódása időben elválik egymástól. Miként a példák adatai egyértelműen igazolják, a találmány szerinti intenzív őrléssel fizikailag aktivált bauxit reduktív klórozása során a hőmérsékletet fokozatosan emelve először az alumíniumoxid klórozódása indul meg, és a reakció kezdeti szakaszán gyakorlatilag csak alumíniumklorid képződik, majd a reakcióidő megnyújtásakor és/vagy a hőmérséklet emelésekor a kis mennyiségű maradék alumíniumoxid klórozódásával párhuzamosan a szilíciumoxid klórozódása is megkezdődik. Fizikailag aktivált nyersanyag felhasználásakor tehát lehetőség nyílik arra, hogy az alumíniumoxid és a szilíciumoxid klórozási folyamatát elválasszuk egymástól, és a hőmérséklet és a reakcióidő megfelelő szabályozásával termékként gyakorlatilag szilíciurntetraklorid-mentes alumíniumtrikloridot különítsünk el. Ez a felismerésünk teljes mértékben ellentétes azzal a gyakorlati tapasztalattal, hogy alumíniumoxidot és szilíciumoxidut együtt tartalmazó nyersanyagok reduktív klórozása során a hőmérséklet növelésével fokozódik az alumíniumklorid részaránya a végtermékben. A jelenség pontos okát még nem ismeijük, feltételezzük azonban, hogy az intenzív őrlés hatására a nyersanyagban olyan hibahelyek alakulnak ki, amelyek az alumíniumoxidot elemi méretekben hozzáférhetővé teszik a klórozógáz számára, illetve a nyersanyag tiszta alumíniumoxidból és tiszta szilíciumoxidból álló elemi krisztallitokra esik szét, ami lehetővé teszi e két vegyület reakciójának különválását. Ez a tapasztalatunk egyúttal azt is bizonyítja, hogy a találmány szerinti intenzív őrlés nem a korábban alkalmazott porítási műveletek felületnövelő hatásának megsokszorozását jelenti, hanem minőségileg eltérő hatásokra és eredményekre vezet. A reduktív klórozás során alkalmazott gázfázis fizikai aktiválását a találmány szerint úgy hajtjuk végre, hogy a gázfázist gyökkeltővel kezeljük. A gázfázis kezeléséhez fizikai és kémiai gyökkeltőket egyaránt felhasználhatunk. A fizikai gyökkeltés során a gázfázist elektromágneses rezgéssel, így látható vagy ultraibolya fénnyel vagy "y-sugarakkal sugározzuk be, amelynek hatására jelentősen fokozódik a reaktív gyökök képződése a bevitt anyagokból. Miként ismert, a klórozás az elsődlegesen kialakuló reaktív gyökök hatására megy végbe. A gázfázis kezeléséhez kémiai gyökkeltő anyagokat vagy a reakció körülményei között ilyen anyagokat termelő aktivátorokat is felhasználhatunk. Végül eljárhatunk úgy is, hogy a fizikai és kémiai gyökkeltő kezelést egyidejűleg hajtjuk végre. Megjegyezzük, hogy besugárzásos kezelés esetén a gázfázis mellett a szilárd fázist is besugározhatjuk. A gázfázis gyökkeltőkkel végzett kezelésekor ugrásszerűen fokozódik az alumíniumoxid klórozásának sebessége, amit az igazol, hogy jelentősen nő az az időegységre eső konverzió. Ez a kezelésmód — a szilárd fázis korábban ismertetett fizikai aktiválásához hasonlóan — az alumíniumoxid klórozódásának szelektivitását is fokozza. A találmány értelmében a fent ismertetett két intézkedést összekapcsolhatjuk egymással, azaz eljárhatunk úgy is, hogy az intenzív őrléssel fizikailag aktivált nyersanyagot a reduktív klórozás során gyökkeltőkkel kezelt gázfázissal hozzuk érintkezésbe. Ez az eljárásmód kiemelkedően kedvező konverziót és szelektivitást biztosít. A találmány szerinti eljárást bármilyen ismert, alumíniumoxid-tartalmú nyersanyagon végrehajthatjuk. Az alumíniumoxid-tartalmú nyersanyaghoz adott esetben ismert, szilárd és/vagy folyékony redukáló szereket és/vagy aktivátorokat is keverhetünk. Fizikailag aktivált szilárd fázis alkalmazásakor előnyösen járunk el, ha a redukálószereket és/vagy aktivátorokat az alumíniumoxid-tartalmú nyersanyaggal együtt vetjük alá intenzív őrlésnek, ekkor ugyanis a hibahelyekbe szinte molekuláris méretekben beépülő redukálószerek, illetve aktivátorok fokozott hatást fejthetnek ki. A fizikai aktiválásra kerülő szilárd fázist előnyösen az intenzív őrlés előtt kalcináljuk, az utólagos kalcinálás ugyanis csökkentheti a hibahelyek számát. Megjegyezzük azonban, hogy — miként a példák adatai igazolják — utólagos kalcinálás esetén is ugrásszerű reakciósebesség- és szelektivitásfokozódás tapasztalható. A reduktív klórozást - a fizikailag aktivált szilárd fázis alkalmazásától és/vagy a gázfázis gyökkeltőkkel történő kezelésétől eltekintve — önmagában ismert módon és körülmények között hajthatjuk végre. A találmány szerinti eljárást az oltalmi kör korlátozása nélkül az alábbi példákban részletesen ismertetjük. 1. példa Kiindulási anyagként 800 °C-on 1 órán át kalcinált, tiszta kaolint használunk fel. A kiindulási anyag szemcsemérete 10—50 pm. A kaolint statikus reaktorban 60 percig 670 °C-on 1 :1 mólarányú szénmonoxid : klór gázeleggyel kezeljük, ekkor 24%-os konverziót érünk el. Amennyiben ugyanezt a nyersanyagot a fentivel azonos körülmények között klórozzuk, azonban a reakció során a reakciózónát higanygőz lámpával világítjuk meg, a 60 perces reakcióidő alatt elért konverzió 24%-ról 42%-ra nő. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
