Способ получения хлорида алюминия

(5 ц 5 С 01 Е 7/60 о-исследова- ромышленно- структорским в, Р.П.СенниН,Назаров, рги Н.А.Чирто ки ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ(71) Государственный научнтельский институт хлорной исти с Опытным заводом и конбюро(56) Патент,США М 3966454,кл. С 01 Р 7/56, 1976.Патент США М 4105752,кл, С 01 Р 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 20 з (корунда).В указанном способе требования к чисте угля и его поверхности настолько выср, что процесс приготовления сырья(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 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. представляет собой сложную трудоемкуюоперацию - обработка фтористоводородной кислотой при температуре до 100 Спромывка 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 дроблением, хлорирование раздробленных кусков с размером 0,5-1 см смесью хлора и оксида углерода.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, таблети 2 оование с усилием прессования до 7 т/см, необходимо отметить, что степень хлорирования 90 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 АСз углеродсодержащий материал, например каменноугольный пек, перемешивают с глиноземом в соотношении 1:1 и прессуют таблетки (брикеты) с размерами О = 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 . 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 минимальный5 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 концентрациейуглерода 30; и температуре 700 С скорость15 реагирования оксида алюминия для таблетки с размерами О = Н = 26 мм - 0,8 ч, а для-1таблетки с О = Н = 28 мм - 0,6 ч . Этосвязано с тем, что в более крупных таблетках скорость лимитируется не регенерациейоксида углерода, а диффузией хлора. Про 20 дукты реакции хлорирования, содержащиегазообразный восстановитель - оксид углерода, при диффузии через слой частичнопрохлорированной 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 таблетки30 и в начальный период хлорируются частицыматериала, находящиеся в непосредственном контакте с углеродом. Для частиц, находящихся на расстоянии от углерода, кромехлора, необходимо наличие газообразного35 восстановителя, например оксида углерода,который является продуктом реакции хлорирования и реакции Будуара.А 120 з,+ 2 СО+ ЗС 2 = 2 А 1 С 1 з+ 2 С 02 (1)С 02+ С =2 СО (2)40 После хлорирования частиц, контактирующих с углеродом, хлорирование идет сучастием газообразного восстановителя пореакцииА 120 з+ ЗСО+ ЗС 12 = 2 АС 1 з+ ЗС 02 (3)45 При этом, чем больше размер таблетки,тем выше диффузионное торможение слоячастично прохлорированного материала ибольше степень контакта газообразных реагентов с поверхностью углерода. Таким об 50 разом, при увеличении размера таблеткиувеличивается степень реагирования диоксида углерода с образованием оксида пореакции (2) и соответственно скорость реакции. Источник образования газообразного55 восстановителя, диоксид углерода при малых размерах диффундирует из таблеткибыстрее.На чертеже показана схема, поясняющая способ.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 .П р и м е р 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 ф. П р и м е р 2 (по известному способу). Готовят шихту из оксида алюминия, углерода в соотношении 8:2 с добавкой 2,5 фМаС 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 хлорированиятаблеток из глинозема с углеродом при раз 5 личных концентрациях твердого восстановителя.Состав шихты для прессования: оксидалюминия и каменноугольный пек в соотношении 1:1. Брикеты коксуют в токе аргона10 при 700 С в течение 4 ч для удаления углеводородов и влаги, Откоксованныв таблеткис содержанием углерода 30 мас.обрабатывают хлором в реакторе диаметром 50 ммс насыпным слоем при 700 С, Высота на 15 сыпного слоя 130 мм, продолжительностьпроцесса 2 ч.Как видно из приведенных в таблицеданных, степень хлорирования 99,3 достигается при 700 С, а по прототипу при20 950 С достигается только 90 .Для достижения степени хлорированияоксида алюминия около 94 минимальнаянеобходимая концентрация углерода составляет 24 мас. . Верхний предел по кон 25 центрации углерода 45 мас, определяетсятакже степенью хлорирования. При увеличении концентрации углерода (более 45мас. ) часть оксида алюминия из-за углеродного покрытия, образующегося при пи 30 ролизе каменноугольного пека, не имеетконтакта с хлором и не вступает в реакциюхлорирования.Формула изобретенияСпособ получения хлорида алюминия35 хлорированием оксида алюминия с твердымвосстановителем, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения степени хлорирования и снижения температуры процесса, нахлорирование подают брикеты с характер 40 ным размером 15-26 мм и концентрациейуглерода 24-45 мас,,1713890 5 5 Составитель Н,ЦеликоваТехред М.Моргентал едактор Н.Гун ектор О.Кравцова роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 659 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская, наб., 4/5