Способ получения хлорида алюминия

 

Изобретение относится к технологии безводных неорганических хлоридов, в частности к способу получения хлорида алюминия хлорированием алюминийсодержащего оксидного сырья суглеродсодержащим восстановителем. Цель изобретения - по.вышение степени хлорирования и снижение температуры процесса. Это достигается подачей на хлорирование шихты в виде брикетов с характерным размером 15-26 мм и концентрацией углеродсодержащего восстановителя 24-45 мас.%. По сравнению со способом-прототипом оказалось возможным повысить степень хлорирования алюминийсодержащего сырья до 99,3% при одновременном снижении температуры на 250°С. 1 табл., 1 ил.СОG

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.(51)5 С 01 F 7/60

5-26 мм и щего восвнению со ь возможания алю9,3 )(, при . ратуры на 4

Сд

О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4784033/02 (22) 06.12.89 (46) 23.02.92. Бюл. М 7 (71) Государственный научно-исследовательский институт хлорной промышленности с опытным заводом и конструкторским бюро (72) К.Х.Рамазанов, В.И.Зотов, Р.П.Сенникова, Ю.М.Артемьев, Ю.Н.Назаров, В.В,Мельников, P.P.Çoííåíáóðã и Н.А.Чиркова (53) 661.862(088.8) (56) Патент,США М 3966454, кл. С 01 F 7/56, 1976.

Патент США М 4105752, кл. С 01 F 7/56, 1978.

Изобретение относится к технологии безводных неорганических хлоридов, в частности к способу получения хлорида алюминия хлорированием алюминийсодержащего оксидного сырья с углеродсодержащим восстановителем.

Известен способ получения хлорида алюминия хлорированием оксидного сырья с использованием в качестве восстановителя твердого углерода, где обработке хлором подвергают смесь активирован ного угля высокой чистоты и оксида алюминия с минимальным содержанием а-А!20з (корунда).

В указанном способе требования к чистоте угля и его поверхности настолько высоки, что процесс приготовления сырья — „„5U„„1713890 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧ ЕНИЯ ХЛОРИДА АЛ ЮМИНИЯ (57) Изобретение относится к технологии безводных неорганических хлоридов, в частности к способу получения хлорида алюминия хлорированием алюминийсодержащего оксидного сырья с углеродсодержащим восстановителем. Цель изобретения — повышение степени хлорирования и снижение температуры процесса. Это достигается подачей на хлорирование шихты в виде брикетов с характерным размером 1 концентрацией углеродсодержа становителя 24-45 мас. . По сра способом-прототипом оказалос ным повысить степень хлориров минийсодержащего сырья до 9 одновременном снижении темпе

250 С. 1 табл., 1 ил. представляет собой сложную трудоемкую операцию — обработка фтористоводородной кислотой при температуре до 100 С, промывка и прокалка.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения хлорида алюминия, включающий измельчение глиноземного материала и восстанавливающего реагента и их смешение, уплотнение (прессование) смеси с образованием таблеток или брикетов с последующим дробле нием, хлорирование раздробленных кусков с размером 0,5-1 см смесью хлора и оксида углерода.

1713890

Для более полного хлорирования в шихту по известному способу при брикетировании добавляют хлорид натрия и хлорирование проводят с добавлением к хлору оксиДа или тетрахлорида углерода.

Кроме высоких требований по качеству сырья и его приготовлению — измельчение, тщательное перемешивание, таблетиоование с усилием прессования до 7 т/см, необходимо отметить, что степень хлорирования 907 достигается только при введении в исходное сырье хлорида натрия — катализатора процесса, а температура хлорирования составляет 950 С при продолжительности 2 ч. Введение катализатора требует организации вывода тетрехлоралюмината натрия, образующегося в процессе хлорирования, и приводит к потерям хлорида алюминия. Осуществление подачи газообразных реагентов с хлором — оксида или тетрахлорида углерода требует организации дополнительной технологической стадии для получения последних, что усложняет способ. Таким образом, недостатками известного способа являются сложность процесса вследствие высокой температуры хлорирования и применения катализатора и потери хлорида алюминия.

Целью изобретения является повышение степени хлорирования и снижение температуры процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения А!С!з углеродсодержащий материал, например каменноугольный пек, перемешивают с глиноземом в соотношении 1: l и прессуют таблетки (брикеты) с размерами D = Н = 15-26 мм цилиндрической формы. Полученные таблетки коксуют (подвергают термообработке в потоке инертных газов, например аргона) для удаления летучих углеводородов и воды при 800 С, Откоксованные таблетки обрабатывают хлором при 600-700 С. Степень хлорирования 94% и выше достигается за счет применения таблеток определенного размера с содержанием углерода в них после коксования 24-45 g,.

Из анализа известных технических решений можно сделать вывод о том, что конечная степень хлорирования не зависит от размеров хлорируемых таблеток или гранул. Выбор размеров гранул определялся скоростью хлорирования и в основном все процессы хлорирования проводились с малым размером гранул (в прототипе 5-10 мм).

Однако обнаружена закономерность, при которой максимальная степень хлорирования обнаруживается у таблеток определенного размера. Для глинозема минимальный

10 размер, необходимый для полного хлорирования, равен 15 мм.

Верхний предел по характерному размеру обосновывается уменьшением скорости хлорирования (отношение количества прохлорированного оксида алюминия в 1 ч к весу оксида алюминия в таблетках до хлорирования). Максимальная степень хлорирования наблюдается у более крупных таблеток, но с увеличением размера образ, цов (более 26 мм) снижается удельная скорость хлорирования. Так, например, при .хлорировании образцов с концентрацией углерода 30 jL и температуре 700 С скорость

15 реагирования оксида алюминия для таблетки с размерами D = Н = 26 мм - 0,8 ч, а для

-1 таблетки с D = Н = 28 мм — 0,6 ч . Это связано с тем, что в более крупных таблетках скорость лимитируется не регенерацией оксида углерода, а диффузией хлора. Про20 дукты реакции хлорирования, содержащие газообразный восстановитель — оксид углерода, при диффузии через слой частично прохлорированной части таблетки и хлор, поступающий с наружной части таблетки, 25 увеличивают степень хлорирования материала.

Как было установлено анализом, частично прохлорированных образцов, хлорирование протекает по всему объему таблетки

30 и в начальный период хлорируются частицы материала, находящиеся в непосредственном контакте с углеродом. Для частиц, находящихся на расстоянии от углерода, кроме хлора, необходимо наличие газообразного

35 восстановителя, например оксида углерода, который является продуктом реакции хлорирования и реакции Будуара.

А120з,+ 2СО+ ЗС!2 = 2А!Оз+ 2СО2 (1)

СО2+ С = 2СО (2)

40 После хлорирования частиц, контактирующих с углеродом, хлорирование идет с участием газообразного восстановителя по реакции

А!20з +. ЗCO + 3 С!2 = 2А! С! з + ЭСОП (3)

45 При этом, чем больше размер таблетки, тем выше диффузионное торможение слоя частично прохлорированного материала и больше степень контакта газообразных реагентов с поверхностью углерода. Таким об50 разом, при увеличении размера таблетки увеличивается степень реагирования диоксида углерода с образованием оксида по реакции (2) и соответственно скорость реакции. Источник образования газообразного

55 восстановителя, диоксид углерода при малых размерах диффундирует из таблетки быстрее.

На чертеже показана схема, поясняющая способ.

1713890

На чертеже приняты следующие обозначения: таблетка 1, чашечка 2, инертный материал 3.

Аномальное влияние диффузионного торможения на интенсивность процесса подтверждено специальными экспериментами по хлорированию таблеток со слоем инертного материала (см. чертеж). Высота таблетки 2 мм, инертного материала 8 мм, концентрация углерода 30, температура хлорирования 700 С. Степень хлорирования,в случае расположения таблетки над слоем инертного материала 37, а скорость хлорирования 0,15 ч, а в случае расположения таблетки под слоем инертного материала степень хлорирования 91, скорость

0,36 ч .

Пример 1. Из шихты, состоящей из оксида алюминия и каменноугольного пека, взятых в соотношении 1:1, прессуют брикеты диаметром 20 мм и высотой 20 мм. Брикеты коксуют в токе аргона при 700 С в течение 4 ч для удаления углеводородов и влаги, Откоксованные таблетки с содержанием углерода 30 мас. обрабатывают хлором в реакторе диаметром 50 мм с насыпным слоем при 700 С. Высота насыпного слоя 130 мм, продолжительность процесса 2 ч. Степень хлорирования, вычисленная как отношение количества оксида алюминия прохлорированной к оксиду алюминия, в брикетах до хлорирования

99.6; .

Пример 2 (по известному способу).

Готовят шихту из оксида алюминия, углерода в соотношении 8:2 с добавкой 2,5 NaCI к общей массе. Шихту смешивают и прессуют с усилием 7 т/см . После дробления полученных брикетов до кусков размером 0,5-1 см шихту хлорируют при 950 С в течение 2 ч смесью хлора и оксида углерода в соотношении 8:2. Степень хлорирования составила при этом 90 .

В таблице представлены экспериментальные данные по степени хлорирования таблеток из глинозема с углеродом при раз5 личных концентрациях твердого восстановителя.

Состав шихты для прессования: оксид алюминия и каменноугольный пек в соотношении 1:1. Брикеты коксуют в токе аргона

10 при 700 С в течение 4 ч для удаления углеводородов и влаги. Откоксованныв таблетки с содержанием углерода 30 мас. обрабатывают хлором в реакторе диаметром 50 мм с насыпным слоем при 700 С, Высота на15 сыпного слоя 130 мм, продолжительность процесса 2 ч.

Как видно из приведенных в таблице данных, степень хлорирования 99,3 достигается при 700 С, а по прототипу при

20 950 С достигается только 90 .

Для достижения степени хлорирования оксида алюминия около 94 минимальная необходимая концентрация углерода составляет 24 мас. . Верхний предел по кон25 центрации углерода 45 мас, определяется также степенью хлорирования. При увеличении концентрации углерода (более 45 мас. ) часть оксида алюминия из-за углеродного покрытия, образующегося при пи30 ролизе каменноугольного пека, не имеет контакта с хлором и не вступает в реакцию хлорирования.

Формула изобретения

Способ получения хлорида алюминия

35 хлорированием оксида алюминия с твердым восстановителем, отличающийся тем, что, с целью повышения степени хлорирования и снижения температуры процесса, на хлорирование подают брикеты с характер40 ным размером 15-26 мм и концентрацией углерода 24-45 мас. .

1713890

30

40

50

Составитель H,Öåëè.êoâà

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Редактор Н.Гунько

Заказ 659 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская, наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101