Brevet FR2054628A1 — publié le 19710423

La production du trichlorure d'aluminium par ehloruration directe de l'aluminium métallique fondu est bien-connue» On met généralement en oeuvre ce procédé à partir d'un réservoir fermé contenant de l'aluminium fondu, maintenu au-dessus du 5 point de fusion du métal (660°C). En vue d'assurer des taux de productioncudes rendements maximaux, il est normalement désirable que l'aluminium fondu soit porté à une température comprise entre 677° et 760°C environ» On injecte ensuite du chlore dàns la masse en fusion, de préférence à Tan taux tel que la chaleur' dégagée par 10 la réaction exothermique compense le refroidissement ou la perte de chaleur du lit réactionnelo Par conséquent, le taux ou le débit d'injection de chlore représente un premier taux déterminant pour la réaction tandis que le lit d'aluminium représente une concentration de réactif en excès» 15 On obtient diverses espèces de chlorure d'aluminium confor mément aux équations ci-après s Equation 1 20 2 Al + 3C12 > Equation 2 2 Al + 3C12 } 2A1C13 25 Equation 3 Al +,C12 ^ A1C12 Equation 4 2 Al + Cl2 ^ 2A1C1 30 En général, le trichlorure d'aluminium et l'hexachlorure d'aluminium (dimère) prédominent et constituent la majeure partie du pro-35 duit formé et ces deux produits seront groupés ci-après sous la dénomination de "trichlorure d®aluminium"« les vapeurs de trichlorure d'aluminium s'échappent de la surface de la matière fondue et sont recueillies par condensation/utilisées d'une autre façon. Comme exemple d'utilisation, on peut citer la captation des va-40 peurs de trichlorure d'aluminium s'échappant du lit de réaction et 70 25416 2 205462g leur envoi direct dans un emplacement où se produit l'hydrolyse à température élevée du trichlorure d'aluminium et sa transformation en alumine particulaire finement divisée. Equation 5 5 2A1C13 (vapeur) + 3^0 (vapeur) > 1093°C^ Al^ + 6HG1^ les besoins en calories et en vapeur d'eau représentés par l'équation 5 sont normalement satisfaits par une réaction de com-10 bustion dans une zone fermée entre un gaz combustible et un gaz contenant de l'oxygène. L'hydrogène et l'air conviennent très bien dans ce but. Equation 6 15 2H2 + Og : ^ 2H20 + chaleur On injecte la vapeur de trichlorure d'aluminium dans le mélange gazeux s gaz combustible/gaz contenant de l'oxygène avant» pendant ou "après la réaction de combustion. 20 La production de trichlorure d'aluminium par le procédé général précité est décrite plus en détail dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n° 1.165.065g 3.052.518s 2.849.518, 2.849.293s 2.768.070 et 3.399.029. La production de l'alumine par hydrolyse en phase vapeur du trichlorure d'aluminium est décrite 25 plus en détail dans le brevet des Etats-Unis. d'Amérique n° 3.130.008. Les brevets ci-dessus indiqués sont cités à titre de référence. Dans tous les cas» l'une des difficultés que rencontre la production du trichlorure d'aluminium est d'obtenir un produit 30 exempt d'impuretés colorées. Ce problème est particulièrement important quand le trichlorure d'aluminium doit être utilisé comme matière de départ pour l'hydrolyse en phase vapeur pour la production de l'alumine car les impuretés qui sont responsables de la coloration dans le trichlorure d'aluminium peuvent passer 35 dans l'alumines rendant souvent impropre l'utilisation de cette dernière. La présente invention supprime cet inconvénient. La présente invention a pour objet un procédé perfectionné pour la production de trichlorure d'aluminium par ehloruration 40 directe dé l'aluminium métallique fondu. 70 25416 3 2054623 Un autre objet de la présente invention est la production de trich-lorure d'aluminium ayant une plus grande pureté de couleur» Un autre objet de la présente invention est l'obtention de trichlorure d'aluminium sensiblement exempt d'aluminium métallique. 5 La présente invention a également pour objet l'obtention de trichlorure d'aluminum amélioré destiné à l'obtention de l'alumine par hydrolyse. La présente invention vise également un procédé amélioré pour la production d'alumine particulaire finement divisée et pré— 10 sentant une pureté de couleur supérieure. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description ci-après. La présente invention se caractérise par le fait qu'au cours de la ehloruration directe d'un lit d'aluminium fondu destiné à 15 produire du trichlorure d'aluminium on introduit dans l'effluent, à l'état de vapeur dudit lit, constituant le produit de la réaction, du chlore supplémentaire, dit chlore secondaire. La fig. 1 du dessin annexé est une représentation graphique d'un équilibre caractéristique des rapports en moles entre le 20 trichlorure d'aluminium, le dichlorure d'aluminium et le monochlorure d * aluminium résultant de la ehloruration primaire directe de l'aluminium fondu. Lesdits rapports sont représentés en fonction de la température de l'aluminium fondu. Sur cette figure, l'abscisse représente des températures ^5 exprimées en degrés centigrades et l'ordonnée représente les débits en lb.moles/heure et l'équivalent en molécules-grammes/heure et en kg/h de A1C1 . Un taux constant de chlore primaire est égal à 1,76 J * lb.moles/heure équivalant à 799 molécules-grammes/heure soit à 56,73 kg/heure dans de l'aluminium en excès. 30 La fig. 2 est une représentation graphique des taux de pro duction caractéristiques de monochlorure d1 aluminium, de dichlorure d'aluminium et de trichlorure d'aluminium à une injection de chlore primaire à un taux constant de 125 Ibs/heure (56,7kg/h) dans une masse d'aluminium fondu de 2270 kg environ. Les courbes sont 35 tracées en fonction des températures et.des débits d'injection de chlore primaire. Sur cette figure, les chiffres en abscisse indiquent à la première ligne les températures en degrés centigrades, à la deuxième ligne le chlore primaire injecté, exprimé en lb.moles/heure^à la troisième ligne, la conversion des lb.moles/ k0 heure en molécules-grammes/heure et à la quatrième ligne la conversion du chlore primaire en kg/heure. L'ordonnée exprime la production en livres anglaises (lb) 454 g/heure et leur conversion en moléculesgrammes/heure. Etant donné que, comme indiqué ci-dessus, le débit de chlore primaire détermine normalement le taux 45 de production, ledit débit détermine également les températures 70 25416 4 2054628 opérationnelles du régime permanent. La fig» 3 représente schématiquement (1) un générateur de trichlorure d'aluminium adapté pour mettre en oeuvre le procédé perfectionné de l'invention j (2) tin brûleur caractéristique pour 5 hydrolyser les vapeurs de trichlorure d'aluminium» relié audit générateur et (3) un condenseur relié de façon opérationnelle audit générateur pour recueillir les échantillons de trichlorure d'aluminium. 10 voit que la ehloruration directe de l'aluminium fondu a pour résultat la formation d'au moins quatre chlorures d*aluminium en phase vapeur» à savoir s 1 'hexachlorure d'aluminium, le trichlorure d'aluminium» le dichlorure d'aluminium et le mono chlorure d'aluminium» 15 Comme indiqué ci-dessus» le dimère hexachlorure d'aluminium est groupé avec le trichlorure d'aluminium et est exprimé comme tel dans les fig. 1 et 2. Il est également à noter qu'à mesure que le taux de production des trichlorures d'aluminium augmente, en fonction du débit de chlorure primaire et de la température» 20 le taux de production du monochlorure et du dichlorure augmente également. En fait, à la température de production optimale pour le trichlorure d'aluminium (677 - 760°C environ), les rapports des concentrations molaires monochlorure s trichlorure et dichlorure % trichlorure à l'équilibre sont proportionnellement plus 25 importants qu'à des températures de production inférieures, moins désirables. On suppose que les mono- et dichlorures d'aluminium formés comme produits secondaires au cours de la ehloruration primaire du métal d'aluminium fondu sont suffisamment instables pour se 30 dissocier suivant les équations ci-après s En se référant aux fig. 1 et 2 et aux équations 1 à 4» on Equation 7 } 2A1C13 + Al o 3A1C1, 2 35 Equation 8 2A1C1 > AlClg + 70 25416 5 2054628 Il résulte de cette hypothèse que l'immreté principale préjudiciable pour la couleurs souvent présente dans le trichlorure d'aluminium recueilli au cours des procédés de la technique antérieure ou dans l'alumine obtenue par hydrolyse, est constituée 5 par du métal d'aluminium élémentaire. En vue de diminuer sensiblement les réactions secondaires précitées conduisant à la formation de l'aluminium élémentaire» on injecte en supplément» du chlore secondaire dans l'effluent en phase vapeur en dégageant de l'aluminium fondu. Le procédé 10 particulier utilisé pour réaliser l'injection n'est généralement pas essentiel, à condition bien entendu, que ce chlore secondaire soit bien mélangé audit effluent. De même» le point particulier où s'effectue l'injection du chlore secondaire n'est pas essentiel à condition que cette injection se produise avant le refroidisse-15 ment de 1'effluent en dessous de la température à laquelle une condensation substantielle du trichlorure d'aluminium se produit. Par conséquent, dans le cas où l'effluent à l'état de vapeur-est transporté à des distances considérables dans des conduits- chauffés- et/ou isolés, on peut injecter le chlore secondaire à n'impor-20 te quel point ou à plusieurs points le long de ces conduits. Cependant, il est normalement désirable et pratique de réaliser l'injection secondaire du chlore dans ledit effluent peu après l'émanation de cet effluent de l'aluminium fondu» Ainsi» la hotte ou l'enveloppe de protection se trouvant directement au-dessus de l!alumi-25 nium fondu se trouvant directement au-dessus de l'aluminium fondu constitue normalement un emplacement de prédilection pour l'injection du chlore secondaire. Tandis que la quantité de chlore à injecter dans l'effluent de chlorure d'aluminium à l'état de vapeur peut être calculée pour 30 chaque cas particulier sur la base de considérations thermodynamiques des conditions précises de ehloruration, une façon très pratique de procéder consiste à injecter simplement le chlore secondaire dans l'effluent à des taux croissants jusqu'à ce que la pureté de couleur du chlorure- d'aluminium soit réalisée. Il est à noter que 35 le procédé de production du trichlorure d'aluminium auquel s'applique particulièrement la présente invention est réalisé normalement de façon sensiblement continue. Par conséquent, il est plus pratique d'exprimer la quantité de chlore secondaire utilisée sous forme de rapport pltatôt que sous forme de simple quantité. Etant donné 40 que les rapports molaires à l'équilibre monochlorure d'aluminium s 70 25416 2054628 trichlorure d'aluminium et dichlorure d'aluminium s trichlorure d'aluminium et leur taux de production peuvent être déterminés pour toutes les circonstances, comme indiqué dans les fig» 1 et 2, il est également évident que les taux de formation de l'aluminium 5 élémentaire et les concentrations des réactions méthathétiques, des équations 7 et 8 sont des fonctions de second ordre» Normalement, le taux d'injection du chlore secondaire doit être d'au moins 5 $ environ du taux de chlore primaire utilisé, et de préférence être compris entre 10 fo et 30 fo de ce taux primaire. 10 Ir'invention sera mieux,comprise à l'aide des exemples non limitatifs ci-après 2 •RTRWPTiR En se référant à la fig» 3 on charge, par l'orifice 5, environ 2270 kg d'aluminium métallique fondu dans un générateur de 15 chlorure d'aluminium 1 ayant un revêtement- réfractaire et équipé d'injecteurs de chlore 3® On introduit ensuite .de façon continue à travers lesdits injecteurs 3, 45,3 kg/heure de chlore et à ce taux d'introduction la température de la masse fondue 4 est maintenue de façon relativement constante à 732°C environ» l'effluent 20 chlorure d'aluminium gazeux qui émane de la surface de ladite masse 4 passe dans la hotte 7, puis dans le conduit isolé 9 ayant une longueur de 91 mètres environ et enfin" dans un réacteur d'hydrolyse: 11 d'un calibre de 50,8 mm» On a fait brûler préalablement dans ledit réacteur un mélange d'hydrogène/air à un débit de 25 26,3 m3 d'hydrogène et de 90,6 cm3/heure d'air» l'alxaine solide finement divisée constituant le produit de la réaction résultant de l'injection de la vapeur de chlorure d'aluminium dans ledit mélange de combustion E^/air est recueillie au moyen de sacs filtrants classiques (non représentés sur l'appareil). En examinant 30 l'alumine finement divisée recueillie on constate qu'elle est de couleur gris clair. Dans un deuxième stade, sans rien changer aux conditions opératoires précitées, on ouvre l'obturateur variable 15, placé 76 mètres environ en aval de l'emplacement de chauffage 6, et on fait ainsi diverger une petite partie du courant, cons-35 titué par le chlorure d'aluminium en phase vapeur, du conduit 9 dans le condenseur 17 où, par échange de chaleur indirect les vapeurs de trichlorure d'aluminium sont solidifiées et recueillies, l'examen de l'échantillon de trichlorure d'aluminium ainsi recueilli montre également qu'il est de couleur nettement grisâtre. % 40 On ferme l'obturateur 15, on nettoie le condenseur 17 et sans rien changer aux conditions opératoires on introduit en plus dans 70 25416 7 2054623 la hotte 6, en continu par l'intermédiaire de 1®injecteur 8 13e6kg/h environ de chlore. Presque immédiatement après le début de cette injection secondaire de chlore la couleur de l'alumine produite recueillie dans le réacteur 11 s'améliore rapidement, perdant beaucoup 5 de sa grisaille. Après environ 2 heures de fonctionnement dans ces conditions, l'alumine recueillie est pratiquement blanche et non colorée. On ouvre à nouveau l'obturateur variable 15 et on constate que le chlorure d'aluminium recueilli dans le condenseur 17 est également exempt décoloration grise. 10 Si au lieu d'opérer directement comme ci-dessus, on réalise l1injection secondaire de chlore dans le conduit 9 par l'intermédiaire de l'injecteur 10, placé à 45 mètres environ en aval de l'emplacement de chauffage 6, on note peu de différence ou pas de différence discernable dans la couleur obtenue par le procédé perfectionné de l'invention. \ 70 25416 8 2054628 - KBVEMICM'ItMS _ 1.- Procédé perfectionné pour la production de trichlorure d'aluminium en phase vapeur comprenant la mise en contact de ' ~ -luminium fondu avec du chlore primaire dans une zone fermée, à des 5 températures supérieures à 660°C environ, le perfectionnement consistant à améliorer la pureté de couleur du trichlorure d'aluminium produit, par injection d'une quantité faible mais efficace de chic^y secondaire dans le trichlorure d'aluminium en phase vapeur. 2o- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le 10 fait que la quantité de chlore secondaire utilisée est supérieure à 5 i° en poids environ du chlore primaire utilisé» 3o- Procédé suivant la revendication 19 caractérisé par le fait que les températures utilisées dans la production de trichlorure d'aluminium en phase vapeur sont comprises entre 677° et 760°C 15 environ. 4o- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la mise en contact des vapeurs de trichlorure d'aluminium avec le chlore secondaire est pratiquement réalisée dans la hotte de ladite zone fermée. 20 5.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le trichlorure d ' aluminium "résultant est pratiquement utilisé pour la production de l'alumine par hydrolyse en phase vsçsm 6.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les vapeurs de trichlorure d'aluminium résultantes sont 25 condensées et recueillies. BAD ORlGîNÂk