DE2014772C3 - Verfahren zum Abtrennen von Eisen aus unreinem. Eisenchlorid enthaltendem Aluminiumchlorid - Google Patents

Description

Aluminiumchlorid wird in technischem Maßstab gewöhnlich durch- Chlorieren von geschmolzenem Aluminiummetall hergestellt Hierbei wird das Produkt durch schwerflüchtige Chloride verunreinigt, z. B. durch die Chloride von Magnesium, Calcium, Natrium, Kalium und Lanthan, da diese Elemente bei der hohen Chlorierungstemperatur des metallischen Aluminiums, das metallische Verunreinigungen enthält, flüchtig sind. Die Hauptverunreinigung besteht jedoch aus Eisenchlorid, das noch flüchtiger ist als diese schwerfluchtigen Chloride.

Einer der vielen Verwendungszwecke von Aluminiumchlorid besteht in der Herstellung von Titandioxidpigmenten durch Dampfphasenoxidation von Titantetrachlorid Das Vorliegen von Chloridverunreinigungen in dem Aluminiumchlorid, das oft dem Reaktionsreaktor zugesetzt wird oder anschließend zugegeben wird, um einen Oberzug auf dem Pigment zu bilden, hat eine Verfärbung des Pigments zur Folge, so daß vorzugsweise ein möglichst reines Aluminiumchlorid verwendet wird. Zusätzlich verschmutzen die Verunreinigungen die Verdampfungsanlage für das Aluminiumchlorid.

Aus der DE-PS 530 892 ist ein Verfahren zur Herstellung von reinem Aluminiumchlorid aus eisenchloridhaltigem Aluminiumchlorid bekannt, bei dem man gasförmiges Aluminiumchlorid mit einer Schmelze, die Aluminiumchlorid und ein öder mehrere Alkali- oder Erdalkalimetallchloride enthält, in Gegenwart eines Reduktionsmittels in Berührung bringt und das gereinig' te Aluminiumchlorid absublimiert Im Ausführungsbeispiel werden Aluminiumspäne als Reduktionsmittel verwendet und die Temperatur der Schmelze wird bei etwa 350°C gehalten. Die Verwendung eines Trägergases zum Austragen des gereinigten Aluminiumchlorids ist nicht vorgesehen, sondern das gereinigte Aluminiumchlorid wird im Anschluß an den Behandlungskessel in Abscheidern und Zyklonen abgeschieden. Die Aluminiumchloriddämpfe sind lediglich — durch die Herstellung bedingt — mit Restgasen, hauptsächlich Kohlendioxid, verdünnt Eine kontinuierliche Verfahrensweise läßt sich unter diesen Umständen, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, nur schwer durchführen,

In der GB-PS 3 42 174 ist ein weiteres Verfahren zur Reinigung von unreinem, Eisenchlorid enthaltendem Aluminiumchlorid beschrieben, bei dem man unreines Aluminiumchlorid oder Natriumaluminiuinchlorid in einem Eisengefäß schmilzt und die Schmelze mit

ίο Aluminiummetall reduziert Das dabei entstehende metallische Eisen wird auf magnetische, vorzugsweise elektro-magnetische Weise, z. B. mit Hilfe eines in die Schmelze eintauchenden Elektromagneten, entfernt Auch hier handelt es sich um ein diskontinuierliches Verfahren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren itur Reinigung von unreinem Aluminiumchlorid bereitzustellen, das kontinuierlich durchgeführt werden kann und ein sehr reines Aluminiumchlorid ergibt, das unmittelbar zur Herstellung von Titandioxidpigmenten durch Dampfphasenoxidation von Titantetrachlorid eingesetzt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abtrennen von Eisen aus unreinem, Eisenchlorid enthaltendem Aluminiumchlorid durch kontinuierliches Einbringen des unreinen Aluminiumchlorids in eine Schmelze aus Aluminiumchlorid und einem Alkalimetallhalogenid, Umsetzen mit Aluminiummetall und Austragen des gereinigten gasförmigen Aluminiumchlorids mit einem trocknen Trägergas, wobei die Menge des der Schmelze zugeführten unreinen Aluminiumchlorids so gewählt wird, daß sie die Menge des abgetrennten gasförmigen Aluminiumchlorids ausgleicht und die Temperatur der Schmelze im wesentlichen konstant bleibt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man festes unreines Aluminiumchlorid in die Schmelze einbringt, die eine Temperatur unterhalb etwa 180°C aufweist und festes Aluminiumpulver suspendiert enthält, und zum Austragen des gereinigten gasförmigen Aluminiumchlorids Titantetrachloriddampf als Trägergas verwendet

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Hersteilung eines sehr reinen Aluminiumchlorids aus unreinem Aluminiumchlorid, das Metallchloridverunreinigungen enthält, wobei Eisenchlorid die Hauptverunreinigung darstellt

Zur Herstellung der Schmelze aus Alkalimetallhalogenid und Aluminiumchlorid verwendet man vorzugsweise ein Alkalimetallchlorid, beispielsweise Lithiumchlorid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder Cäsiumchlorid. Die Mengen an Alkalimetallhalogenid und Aluminiumchlorid werden vorzugsweise so gewählt daß eine relativ niedrigschmelzende eutektische Mischung erhalten wird. Vorzugsweise liegt die Menge an

Alkalimetallhalogenid in der Mischung zwischen 20Mol-% und 50Mol<%, während die Menge an Aluminiumchlorid in der Mischung zwischen 80 Mol-% und 50 Mol-% schwankt, wobei sich diese Angaben auf das Gesamtgewicht der Mischung beziehen. Gegebe· nenfalls können zwei oder mehrere unterschiedliche Alkalimetallsalze in der Mischung in geschmolzenem Zustand vorliegen. Beispielsweise ist es möglich, eine Mischung aus Kaliumchlorid und Natriumchlorid oder eine Mischung aus Kaliumchlorid und Lithiumchlorid zu verwenden.

Im allgemeinen wird das Verfahren so durchgeführt, daß die Zusammensetzung der Mischung in geschmolzenem Zustand während der Behandlung des unreinen

Aluminiumchlorids im wesentlichen konstant bleibt. Pies wird gewöhnlich dadurch erreicht, daß die Beschickungsmenge an unreinem Aluminiumchlorid in die Mischung derart reguliert wird, daß sie die Menge an behandeltem Aluminiumchlorid ausgleicht, das aus der Schmelze mit Hilfe des Trägergases entfernt wird. Auf diese Weise wird eine im wesentlichen konstante Arbeitstemperatur aufrecht erhalten. Vorzugsweise enthält die Schmelze wenigstens 60 Mol-% Aluminiumchlorid, damit ein ausreichender Aluminiumchlorid- to Dampfdruck aufrecht erhalten wird, um ein Entfernen des gereinigten Aluminiumchlorids aus der Schmelze durch Kontaktieren mit dem Trägergas zu ermöglichen.

Die Temperatur, bei der die Behandlung durchgeführt wird, hängt von der Temperatur ab, bei welcher die is Mischung in geschmolzenem Zustand vorliegt Gewöhnlich wendet man eine Temperatur der Schmelze an, die etwas oberhalb ihres Schmelzpunktes, jedoch unterhalb der Sublimationstemperatur von reinem Aluminiumchlorid (d. h. etwa 180° C) liegt Das unreine Aiuminiumchlorid kann der Schmelze unterhalb ihrer Oberfläche zugeführt werden, um zu gewährleisten, daß das unreine Material mit den Bestandteilen der Mischung in Kontakt gelangt. Es ist zweckmäßig, daß wenigstens ein TeD des Metalls in fester Form in der Mischung verbleibt

Die Menge des der Schmelze zugesetzten Aluminiumpulvers hängt von der Menge der Metallchloridverunreinigungen ab, die in dem unreinen Aluminiumchlorid enthalten ist Im allgemeinen enthält das unreine Aiuminiumchlorid Eisenchlorid in einer Menge, ausgedrückt als Eisen, von 100—400 ppm. Um diese Verunreinigung praktisch vollständig zu entfernen, ist eine Aluminium-Anfangskonzentration von etwa 10 g/l in der Schmelze erforderlich. Gewöhnlich schwankt die Aluminiummenge in der Schmelze zwischen 5 und 100 g/l. Während des Verlaufs des Verfahrens wird das Aluminiumpulver inaktiviert und muß ersetzt werden. Daher erfolgen weitere Zusätze des Aluminiumpulvers gewöhnlich während des Verlaufs des Verfahrens, wenn -to ein längerer kontinuierlicher Betrieb vorgesehen ist LJm das Aluminiumpulver in Suspension in der geschmolzenen Salzmischung zu halten, ist es zweckmäßig, die Mischung während der Behandlung des unreinen Aluminiumchlorids zu rühren.

Die Verwendung des in der Schmelze suspendierten Aluminiums hat den weiteren Vorteil, daß eine Korrosion der Reaktionsgefäße vermieden wird Dies ermöglicht die Verwendung von Reaktionskesseln aus Flußstahl oder anderer gewöhnlich korrodierbaren so Eisensorten.

Zweckmäßig sind die verunreinigenden schwerfiüchtigen Metallchloride oder die freien Metalle, die während der Reaktion durch Umsetzung mit den verunreinigenden Metallchloriden in der unreinen Aluminiumchloridmischung gebildet werden, leicht von dem Aiuminiumchlorid nach der Behandlung abtrenn* bar. Es wurde festgestellt, daß sich bei der Reaktion zwischen dem unreinen Aiuminiumchlorid und der Mischung metallisches Eisen auf der Oberfläche des Aluminiumpulvers abscheidet, das dazu verwendet wird, mit dem Eisenchlorid zu reagieren. Dieses Aluminiumpulver setzt sich aus der Mischung ab, wenn mit dem Rühren aufgehört wird. Die angesammelte Verunreinigung sowie das Aluminiumpulver können nach dem « Absitzen entfernt werden, und zwar vorzugsweise über ein Ventil am Boden du Reaktors oder mittels eines Elektromagneten oder durch Filtration. Da aus Aluminium Aluminmmchlorid entsteht, das aus der Salzschmelze während des Verfahrens entfernt wird, erfolgt keine erneute Verschmutzung des Aluminiumchlorids nach dessen Reinigung,

Das gereinigte Aiuminiumchlorid wird mit Titantetrachloriddampf als Trägergas aus der Schmelze ausgetragen. Das Trägergas wird hierzu der Schmelze während der Reaktion zugeführt Vorzugsweise leitet man das Trägergas Ober die Oberfläche der Schmelze.

Ein anderes Verfahren zum Abstreifen des behandelten Aluminiumchlorids aus der Mischung besteht darin, die geschmolzene Mischung einer Füllkörperkolonne im Gegenstrom zu dem Trägergas zuzuführen.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Aiuminiumchlorid ist im wesentlichen frei von Eisenchlorid. Andere Verunreinigungen, die in dem unreinen Aiuminiumchlorid zusätzlich vorliegen können, sind z. B. die Chloride von Zink, Zinn, Vanadin, Chrom, Mangan, Gallium, Kobalt, Nickel und Kupfer. Diese Chloridverunreinigungen wrden entweder zu dem Metal! oder zu weniger flüchtigen Chloriden reduziert und verbleiben ebenso wie die weniger flüchtigen Verunreinigungen, z. B. Manganchlorid und Calciumchlorid, in der Schmelze.

Das gereinigte Aiuminiumchlorid kann zur Herstellung von Titandioxidpigmenten durch Dampfphasenoxidation von Titantetrachlorid unter Steuerung des Ausmaßes der Rutilbildung verwendet werden. Ferner kann man es zur Bildung eines Aluminiumoxidüberzugs auf vorgeformten Titanoxidteilchen verwenden. Das erfindungsgemäß gereinigte Aiuminiumchlorid eignet sich hierzu besonders, da es keine nennenswerte Verfärbung des erhaltenen Pigments bewirkt

In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung schematisch wiedergegeben.

Die Vorrichtung besteht aus einem Reaktionskessel 1, dessen oberer Teil von einem Isolationsmzntel 2 umgeben ist, der mit elektrischen Heizelementen 3 versehen ist An seinem unteren Teil weist der Kessel eir-ιςη Mantel 4 auf, der in ähnlicher Weise mit Heizelementen 5 versehen ist Ein Aufgabetrichter 6 für unreines Aluminiumchloridpulver 7 ist oberhalb des Reaktionskessels 1 befestigt und derartig angeordnet, daß Aiuminiumchlorid durch eine Radbeschickungseinrichtung 8 und durch ein Rohr 9, das oberhalb der Oberfläche der geschmolzenen Mischung 10 in dem Kessel 1 endet, eingebracht wird. Der Reaktionskessel 1 ist mit einem Rührer 11 versehen, der an seinem unteren Ende Schaufeln 12 aus Polytetrafluoräthylen aufweist Die Welle 13 des RUhrers 11 ist mit dem Reaktionskessel 1 durch eine Dampfdichtung 14 abgedichtet Der Reaktionskessel 1 ist mit einem Einlaßrohr 15 für das Trägergas und mit einem Auslaßrohr 16 versehen. Das Auslaßrohr 16 ist cn seinem inneren EnJs mit einer Sperrvorrichtung 17 versehen, welche verhindert, daß von der Oberfläche der geschmolzenen Metallmischung 10 verspritztes Material durch den Auslaß 16 entfernt wird.

Der Auslaß 16 ist mit nicht gezeigten, mit Luft gekühlten Aufnahmekesseln verbunden.

Ein Einlaßrohr 18 für ein Gas steht mit der Radbeschickungseinrichtung 8 über eine Verzweigungsleitung 19 zu dem Aufgabetrichter 6 in Verbindung, wodurch bewirkt wird, daß das Aluminiumchloridmaterial 7 durch die Radbeschickungseinrichtung 8 dem Reaktionskessel 1 zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   J, Verfahren zum Abtrennen von Eisen aus unreinem, Eisenchlorid enthaltendem Aluminiumchlorid durch kontinuierliches Einbringen des unreinen Aluminiumchlorids in eine Schmelze aus Aluminiumchlorid und einem Alkalimetaühalogenid, Umsetzen mit Aluminiummetall und Austragen des gereinigten gasförmigen Aluminiumchlorids mit einem trockenen Trägergas, wobei die Menge des der Schmelze zugeführten unreinen Aluminiumchlorids so gewählt wird, daß sie die Menge des abgetrennten gasförmigen Aluminiumchlorids ausgleicht und die Temperatur der Schmelze im wesentlichen konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß man festes unreines Aluminiumchlorid in die Schmelze einbringt, die eine Temperatur unterhalb etwa 180° C aufweist und festes Aluminiumpulver suspendiert enthält, und zum Austragen des gereinigten gasförmigen Aluminiumchloride Titantetrachloriddampf als Trägergas verwendet
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Trägergas Ober die Oberfläche der Schmelze leitet