177854. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumínium-fluorid víztelenítésére
177854 4 nek találták a minél szárazabb öblítölevegő gyors áramoltatását. Meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy az alumínium-fluorid piroh'drolizisét sem a kalcináló berendezésben eltöltött hosszabb idő, sem a berendezés atmoszférájában levő nagy vízgözkoncentráció nem segíti elő; azt találtuk, hogy az említett pirohidrolízis közvetlenül összefügg nemcsak a hőmérséklettel, hanem a kalcinálandó termék felett a tulajdonképpeni kalcináló zónában előforduló vízgőz mennyiségével, továbbá az ugyanazon időegység alatt kihordott alumínium-fluorid mennyiségével is, ennek során a tulajdonképpeni kalcináló zóna atmoszférájában levő nagy vízgőzkoncentráció az eddigi kitanítással ellentétben a pirohidrolízist nemcsak hogy nem segíti elő, hanem éppen visszaszorítja. Ez annyit jelent, hogy az a nagymennyiségű öblítőlevegő, amit eddig előírtak a vízgőzkoncentráció csökkentésére, elősegíti a pirohidrolízist, ezzel szemben a hidrolízis akkor lesz a legkisebb, ha a vízgőzkoncentráció a legnagyobb, azaz, ha kevés, vagy egyáltalán semmi öblítőlevegőt nem bocsátanak be. Figyelembe véve azt a felismerést, hogy a pirohidrolízis a hőmérséklet emelkedésével exponenciálisan növekszik, a három meghatározó jelentőségű paraméter — nevezetesen a hőmérséklet, a víz: alumínium-fluorid mennyiségi aránya és a vízgőzkoncentráció — közötti összefüggésből számítással egy értéket, az ún. hidrolízisfaktort sikerült meghatároznunk, amely a legalább 96%-os alumínium-fluorid előállításához még éppen megengedhető feltételek mértékeként tekinthető. Ezzel először vált lehetővé a kalcinálás feltételeit tetszés szerinti kalcináló berendezésben előre úgy megválasztani, hogy a pirohidrolízis ne legyen zavaró mértékű. Ily módon tehát első ízben válik lehetővé, hogy a kalcinálást nem kell meghatározott berendezésben, lehetőleg fluidizációs kemencében végezni, és nem kell a reakció végső fázisában minél kisebb víztartalmú alumínium-fluoridot alkalmazni, ez pedig jelentős műszaki haladás, mivel így az előszárítás és a kalcinálás összehangolható vagy az előszárítás akár teljesen el is maradhat és ezáltal a gazdaságosság lényegesen növelhető. Végül az is lehetővé válik, hogy a már meglevő berendezéseket optimálisan és a lehető legkisebb hidrolízissel üzemeltessék és ezáltal a környezet szennyeződését csökkentsék. Találmányunk tárgya ennek megfelelően eljárás legfeljebb 0,5% víztartalmú és legalább 96% A1F3 tartalmú alumínium-fluorid előállítására, nedvességet és/vagy kristályvizet tartalmazó alumínium-fluorid kalcinálásával, egy fokozatban, mozgó ágyban, vízgőztartalmú atmoszférában, 550—650 °C hőmérsékleten, a találmány szerinti eljárást az jellemzi, hogy az alábbi egyenletből adódó B hidrolízisfaktort 5 • 10”5 vagy ennél kisebb értékre állítjuk be mH2Q í 2 „ —8380 _ mA1F3 ‘ IlOoJ ‘ T ~ amely képletben mH2Q egy meghatározott időegység alatt a kalcinálandó anyag felett előforduló vízgőz mennyisége, mAIF3 az ugyanazon időegység alatt átvezetett alumínium-fluorid mennyisége, A a kalcinálandó anyag feletti atmoszféra vízgőzkoncentrációja térfogatszázalékban és T a kalcinálási hőmérséklet K fokban. 3 A B hidrolízisfaktor értékét előnyösen úgy szabályozzuk, hogy a 2,50 • 10”5 értéket ne lépje túl. Mint az a találmány szerinti összefüggésből látható, a minimális hidrolízis eléréséhez nemcsak a hőmérsékletet. hanem az anyag felett előforduló vízgőznek az alumínium-fluoridhoz való mennyiségi arányát is lehetőleg kis értéken tartjuk. Ezzel szemben a vízgőzkoncentrációnak a kalcináló atmoszférájában nagynak kell lenni. Ezt a nagy vízgőzkoncentrációt azonban semmiképp sem szabad úgy létrehozni, hogy kívülről vezetünk be vízgőzt, mert ezáltal a vízgőz/alumínium-fluorid arány egyidejűleg megnőne, és ez a hidrolízisnek kedvezne. A hidrolízisfaktornak nevezett, a találmány szerinti összefüggésből számítható érték, mint ezt már az előzőekben említettük, egy olyan felső határértéket képvisel, amelyet nem szabad túllépnünk, ha azt kívánjuk, hogy a kalcinálásnál keletkező terméknek legalább 96%-os alumínium-fluorid tartalma legyen. A B-értéket előnyösen kisebb értékre állítjuk be. Ha pl. a hidrolízisfaktor legfeljebb fele a képletből adódó értéknek, úgy maximálisan 2% A1203 tartalmú terméket nyerünk. A találmány szerinti eljárásban a kalcinálási hőmérséklet megválasztására irányadó, hogy 550 °C az a legalacsonyabb hőmérséklet, amelynél a víztartalom 0,5% alá csökkenthető. A 650 °C-os felső határ viszont abból adódik, hogy ennél magasabb hőmérsékleten a hidrolízis mindenképpen jelentőssé válik függetlenül a többi paramétertől. Az mH20/mAIF3 hányados változtatására a találmány szerinti eljárásban különböző lehetőségek adódnak. Ha meghatározott tartalmú termékből indulunk ki, úgy közvetett hevítésnél a hányados kisebb, mint közvetlen hevítésnél, mivel a közvetlen hevítésnél az elégésnél további vízgőzmennyiség keletkezik, ami beleszámít az mH2Q/mA1F3 hányadosba. Éppen ezért közvetlen hevítés esetén a kevés vízgőzt képező fűtőgázok előnyösek. Ezen kívül a közvetlen fűtésnél a levegő mennyisége is szükségszerűen megnő, ami a túl nagy vízgőzkoncentráció kialakulása ellen hat. Ennek ellenére, az eddigi kitanítással ellentétben, semmiképp sem szabad a közvetlen fűtést a víztartalmú A1F3 víztelenítésére alkalmatlannak minősíteni, ha van arra lehetőség, hogy a többi feltételeket úgy válasszuk meg, hogy a B hidrolízisfaktor az előírt határértéket ne lépje túl. Az mH20/mAIF3 arányt a kalcinálásnál alkalmazott gázok ellenáramú vezetésével is lehet javítani. Ha ugyanis a szárításra használt gázokat pl. csőkemencében vagy hasonló építésű kemencében egyenáramban vezetjük, tekintetbe kell venni, hogy az ilyen megoldású gázvezetésnél az egész kalcinálási folyamat vízgőzmennyisége a berendezés végénél addicionálódik, amit a kihordó nyílásnál számítható mH20/mA1F3 aránynál figyelembe kell venni. A gáz ellenáramú vezetése tehát, az eddigi kitanítással ugyancsak ellentétben, kisebb mérvű hidrolízist eredményez. Az mH20/mA1F3 hányados szabályozásának lényeges tényezője a kalcinálás kiindulási termékének a víztartalma. Amennyiben a kalcinálás utolsó szakaszában a feltételek a hidrolízisnek nagyon kedveznek, így pl. a hőmérséklet 650 °C közelében van és/vagy közvetlen a hevítés módja, úgy kis, például 20%, előnyösen 10% alatti nedvességtartalmú kiindulási anyagot kell ahhoz választani, hogy a B faktor a felső határt meg ne haladja. Ezzel szemben, ha a kalcinálásnál kedvezőbbek a feltételek, így pl. a hevítés közvetett és/vagy a szárításra 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
