DE1184744B

DE1184744B - Verfahren zur Herstellung von alpha-Aluminiumoxyd aus Aluminiumoxydhydraten

Info

Publication number: DE1184744B
Application number: DES71022A
Authority: DE
Inventors: Marc Griffon De Bellay; Joseph Sanlaville
Original assignee: Societe dElectro Chimie dElectro Metallurgie et des Acieries Electriques Dugine SA SECEMAU
Current assignee: Societe dElectro Chimie dElectro Metallurgie et des Acieries Electriques Dugine SA SECEMAU
Priority date: 1959-10-28
Filing date: 1960-10-27
Publication date: 1965-01-07
Also published as: US3336109A; FR1253318A; GB922277A; FR1248038A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: COIf

Deutsche Kl.: 12 m-7/44

Nummer: 1184744 .

Aktenzeichen: S 71022IV a/12 m

Anmeldetag: 27. Oktober 1960

Auslegetag: 7. Januar 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Aluminiumoxyd aus Aluminiumhydrat. Das so hergestellte wasserfreie Produkt ist inert und stabil und kann zur elektrolytischen Erzeugung von Aluminium verwendet werden. Es besteht im wesentlichen aus a-Aluminiumoxyd und kann aus den verschiedensten Ausgangsmaterialien, wie beispielsweise Hydrargillit oder Bayerit, hergestellt werden.

Es gibt zahlreiche Veröffentlichungen, in denen über die thermische Behandlung von hydratisiertem Aluminiumoxyd berichtet ist. Auf Grund dieser . Kenntnisse ist der Ablauf der thermischen Behandlung ziemlich klar zu beschreiben. Wird hydratisiertes Aluminiumoxyd erhitzt, so schwankt die Temperatur, bei der die Dehydratation beginnt, mit dem verwendeten Ausgangsmaterial; beispielsweise beginnt beim Hydrargillit oder Bayerit die Dehydratation bei 200⁰C und beim Boehmit bei etwa 500⁰C. Die Dehydratationsgeschwindigkeit steigt naturgemäß mit steigender Temperatur an, und bei Verwendung von Hydrargillit oder Bayerit genügen bei 400° C bereits wenige Sekunden, um wenigstens 85 bis 95°/o des Wassergehaltes zu entfernen. Der Feststoff besteht dann aus einer praktisch wasserfreien amorphen Phase und einer geringen Menge Boehmit, wie eine Röntgenstrahlenanalyse ergibt. Ist diese Stufe erreicht, so wird weitere Wärme nur zur Entfernung der geringen Menge Restwasser benötigt und um die Temperatur so weit zu erhöhen, daß die Rekristallisation zum -i-Aluminiumoxyd mit abnehmbarer Geschwindigkeit vor sich geht.

Es wurde nun gefunden, daß die Umwandlung des hydratisierten Aluminiumoxyds in wasserfreies a-Aluminiumoxyd in zwei scharf voneinander getrennten Phasen vor sich geht. In der ersten Phase erfolgt Dehydratation unter starker Wärmeaufnahme. Sie verläuft verhältnismäßig rasch, und zwar beim Hydrargillit und Bayerit bei mäßiger Temperatur von 400° C. In der zweiten exothermen Phase erfolgt langsam und bei hoher Temperatur von 900 bis 1200, vorzugsweise bei HOO⁰C, Rekristallisation.

Bei bekannten Verfahren wird die Calcination von hydratisiertem Aluminiumoxyd gewöhnlich in Drehrohröfen durchgeführt, in denen die Dehydratations- und Rekristallisationsphasen ablaufen, ohne daß das Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden könnte. Das nasse hydratisierte Aluminiumoxyd wird an einem Ende des Ofens zugeführt, und ein Brenner ist an der anderen Seite des Ofens angeordnet, d. h., das hydratisierte Aluminiumoxyd und die heißen Gase fließen im Gegenstrom. Eine derartige

Verfahren zur Herstellung von
a-Aluminiumoxyd aus Aluminiumoxydhydraten

Anmelder:

Societe d'Electro-Chimie d'Electro-Metallurgie

et des Acieries Electriques d'Ugine, Paris

Vertreter:

Dr.-Ing. A. v. Kreisler,

Dr.-Ing. K. Schönwald und

Dr.-Ing. Th. Meyer, Patentanwälte,

Köln 1, Deichmannhaus

Als Erfinder benannt:

Marc Griffon de Bellay,

Saint-Genis-Laval, Rhone;

Joseph Sanlaville, Pierre-Benite, Rhone

(Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 28. Oktober 1959 (808 661),

vom 30. Dezember 1959 (814427) -

Verfahrensweise ist aber unlogisch, da ja zwei Reaktionen entgegengesetzter Charakteristik in der gleichen Vorrichtung durchgeführt werden. So ist die Wärmeaustauschgeschwindigkeit nur in der heißen Ofenzone, nahe dem Ausfluß des festen Materials groß, d. h. aber an der Stelle, an der die exotherme Rekristallisation des Aluminiumoxyds zu <%-Aluminiumoxyd stattfindet, während die Wärmeaustauschgeschwindigkeit zu dem Ende des Ofens, wo das feste Ausgangsmaterial zugeführt und die meiste Wärme benötigt wird, fortlaufend kleiner wird. Weiterhin wird eine beträchtliche Menge Dampf entwickelt, durch den feine Feststoffteilchen mitgerissen werden, die wiedergewonnen und zurückgeführt werden müssen, und damit ergeben sich Wärmeverluste und ein niederer thermischer Wirkungsgrad. Die Dehydratation, die also eine höhere Wärmezufuhr erfordert, findet also gerade in dem Teil des Ofens statt, in dem die Heizgase bereits teilweise abgekühlt sind. Die erforderliche Wärme wird am Eingang des Ofens bereitgestellt und geht praktisch nutzlos durch die heiße Zone des Ofens, was zur Folge hat, daß sehr groß bemessene Öfen und verhältnismäßig ge-

409 767/316

3 4

ringe Materialeinsätze verwendet werden müssen; Die Entwässerung der ersten Stufe wird schnell

dadurch werden die thermischen Verluste weiter er- unter starker Zufuhr von Wärme und die Kristalli-

höht. Durch den Ofen gehen schließlich auch ver- sation der zweiten Stufe langsam bei der erforder-

hältnismäßig große Mengen Gas, und der von die- liehen hohen Temperatur und praktisch ohne

sen Gasen mitgerissene Staub muß wiedergewonnen 5 Wärmezufuhr vorgenommen. In der ersten Stufe

werden, damit das Verfahren wirtschaftlich gestaltet wird zweckmäßig nur so viel Wärme schnell zuge-

werden kann. führt wie für die Entwässerung benötigt wird, und

Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, würde es in der zweiten Stufe braucht unter Berücksichtigung offensichtlich als möglich erscheinen, die Anord- der in dieser Stufe entbundenen Wärme nur eine nung des Brenners an dem Ende des Ofens zu pla- io kleinere Wärmemenge zugeführt werden, als den nen, an dem das hydratisierte Aluminium zugeführt Wärmeverlusten entspricht. Die im Endprodukt entwird. Die Dehydratation könnte dann zwar unter haltene fühlbare Wärme kann wiedergewonnen und guten Bedingungen durchgeführt werden; da die Re- teilweise zur Deckung des Wärmebedarfes der ersten aktion aber endotherm ist, würde es unmöglich sein, Stufe, z. B. in Form erhitzter Sekundärluft für die die Temperatur des wasserfreien Aluminiumoxyds 15 Verbrennung von Gasen, Ölen u. dgl., verwendet auf eine Temperatur zu bringen, die hoch genug ist, werden.

um eine Rekristallisation des a-Aluminiumoxyds zu Unter den verschiedenen Vorrichtungen, mit bewirken. Ein anderer Nachteil einer solchen An- denen es möglich ist, eine große Wärmemenge in der Ordnung würde darin bestehen, daß die heißen Gase ersten Stufe zuzuführen, werden solche Vorrichtunbeträchtliche Mengen Staub mit sich fortreißen wür- ao gen bevorzugt, die aus einer Reihe von in Kaskadenden infolge der raschen Dampfbildung, durch die form angeordneten wärmeaustauschenden Cyclonen der Feststoff in kleine Teilchen zersprengt und im bestehen, in denen das hydratisierte Aluminiumoxyd Gas suspendiert würde. und die heißen Gase in Gegenstrom fließen.

Es ist auch bekannt, die Dehydratisierung in Unter den verschiedenen Vorrichtungen, die in einem Wirbelbett vorzunehmen, wobei die erforder- 25 der zweiten Stufe verwendet werden können, seien liehe Wärme mit heißen Verbrennungsgasen züge- beispielsweise zylindrische Türme, in denen das Proführt wird, die zugleich als Aufwirbelungsgas die- dukt durch die Schwerkraft hindurchfiießt, Drehnen. Das hierbei erhaltene wasserfreie hygrosko- rohre geeigneter Dimension, durch Gas aufgewirpische Aluminiumoxyd wird anschließend bei etwa belte Schichten genannte, die hohen Temperaturen 1100⁰C in einem zweiten Wirbelbett in ein nicht- 30 widerstehen müssen und mit einer wärmeisolierenhygroskopisches Produkt übergeführt, in dem etwa den Auskleidung versehen sind.
15 bis 20% in der α-Form vorliegen. Die überwie- Die erste Verfahrensstufe, d. h. die Entwässerung gende Brennstoffmenge wird dem Wirbelbett züge- des hydratisierten Aluminiumoxyds, wird in kurzei führt, in dem das nichthygroskopische Produkt ge- Zeit durchgeführt. Es ist wichtig, darauf zu achten bildet wird. Dem Wirbelbett, in dem die Dehydra- 35 und eine Verlängerung der Dauer dieser Stufe zu tation bei etwa 650⁰C erfolgt, wird hingegen nur vermeiden, die eintreten würde, wenn die Wärmenoch eine geringe Brennstoffmenge zugeführt, um zufuhr in dieser Stufe zu klein wäre. Um das Verdie erforderliche Differenz der Wärmemengen auf- fahren wirtschaftlich zu gestalten, ist es notwendig, zubringen, die nötig ist, um auch dieses Wirbelbett einen hohen thermischen Wirkungsgrad zu erreichen, in dem gewünschten Temperaturbereich zu halten. 40 Auf Grund dieser Überlegungen wird man in der Die Kupplung der beiden Wirbelbette durch einen Praxis eine sehr hohe Wärmeübertragungsgeschwinheißen Gasstrom, dessen Geschwindigkeit nur in digkeit einhalten.

engen Grenzen variiert werden kann, läßt sich nicht Nach dem augenblicklichen Stand der Heizungsden unterschiedlichen Zeiten für die Dehydratisie- Industrie müssen Vorrichtungen zur indirekten Errung und die Umwandlung in die α-Phase anpassen. 45 hitzung, in denen die Wärme durch eine Wand hin-Während sich nämlich die Dehydratation in kurzer durchgehen muß, zurückgewiesen werden. Die VerZeit vornehmen läßt, ist die Ausbildung der α-Phase Wendung elektrischer Energie zur Zufuhr der erforeine langsam und exotherm verlaufende Reaktion. derlichen Wärme ist infolge des hohen Preises un-Infolgedessen gelingt es mit diesen bekannten Ver- diskutabel. Nur die Erhitzung durch heiße Gase, wie fahren auch nicht, das hygroskopische «-Aluminium- so sie bei der Verbrennung von Heizöl, Methan, Prooxyd in ein vorwiegend aus der α-Phase bestehendes pan oder anderen Heizmittel erhalten werden, ist zur Aluminiumoxyd überzuführen. Erfüllung der gewünschten Bedingungen geeignet.

Diese Nachteile werden durch das Verfahren ge- Wegen der für die Dehydratationsreaktion und für maß der Erfindung behoben, bei dem ein inertes, die Aufheizung des Feststoffes, beispielsweise aul stabiles, vorwiegend aus der α-Phase bestehendes 55 1100⁰C₅ erforderlichen Wärmemengen, werden bei Aluminiumoxyd aus dem Oxydhydrat des Alumi- diesem Verfahren beträchtliche Mengen verbranntes niums durch kontinuierliche Dehydratisierung und Gas erzeugt, zu denen noch der bei der Dehydrataanschließende Kristallisation in zwei Stufen in der tion entwickelte Wasserdampf hinzugerechnet wer-Weise hergestellt wird, daß man die Dehydratisie- den muß. Unter diesen Bedingungen sind allein rung in einer Zeit von im allgemeinen weniger als 60 solche Vorrichtungen geeignet, bei denen dem hyeiner Minute durch sehr schnellen Wärmeaustausch dratisierten Aluminiumoxyd die erforderlichen zwischen dem Oxydhydrat und den Heizgasen Wärmemengen in wenigen Sekunden zugeführt werdurchführt und die anschließende Umwandlung des den, wobei eine innige Berührung zwischen dem gedehydratisierten Produktes zur ^-Phase dadurch be- pulverten Feststoff und einer großen Menge Gas wirkt, daß man dieses ohne oder unter sehr geringer 65 sowie eine schnelle Entfernung des Dampfes geweiterer Wärmezufuhr während einer Zeit von etwa währleistet ist. Wärmeaustauschende Cyclone sind 10 bis 120 Minuten in dem an sich bekannten Tem- deswegen besonders geeignet für die erste Stufe des peraturbereich von 900 bis 1200° C beläßt. Verfahrens, da sie leicht zu bedienen sind, ihr ther-

mischer Wirkungsgrad hoch ist und Gegenstrom zwischen dem hydratisierten Aluminiumoxyd und den heißen Gasen angewandt werden kann. Es können jedoch auch andere Vorrichtungen verwendet werden, wenn sie die oben angegebenen Bedingungen erfüllen.

Die zweite Verfahrensstufe, d. h. die Rekristallisation des entwässerten Aluminiumoxyds, ist exotherm, und es ist daher erfindungsgemäß ausrei-

menge wird in der weniger heißen Zone, d. h., bei der niedrigeren Temperatur der Dehydratation, zugeführt, und das bedeutet eine bessere Ausnutzung der Energie. Im laufenden Betrieb wird die zur Auf-5 rechterhaltung der höheren Temperatur der Umkristallisation erforderliche Wärme durch die exotherme Reaktion selbst aufgebracht. Durch Verwendung statischer Vorrichtungen, wie beispielsweise von Wärmeaustauschercyclonen, lassen sich Wärme-

chend, das dehydratisierte, auf eine Temperatur von io Verluste mit entsprechend dicken isolierenden Aus-900 bis 1200, vorzugsweise 950⁰C, aufgeheizte Alu- kleidungen auf ein Minimum herabsetzen und die miniumoxyd in einen wärmeisolierten Behälter über- Abgastemperatur unter 200° C senken. Schließzuführen und es in diesem Behälter zur Umwand- lieh läßt sich das Gewicht des Staubes, der mit dem lung des wasserfreien amorphen Aluminiumoxyds in Gas mitgerissen wird und in bekannten Vorrichtuna-Aluminiumoxyd 10 bis 120 Minuten bei der Gleich- 15 gen bis über 100% des erzeugten Aluminiumoxyds gewichtstemperatur zu belassen, die sich auf Grund ausmacht, je nach dem Wirkungsgrad des Verwender entbundenen Wärme und der Hitzeverluste zwi- deten Cyclons leicht auf unter 10 Vo beim Verfahren sehen 1000 und 1200⁰C, vorzugsweise innerhalb gemäß der Erfindung drücken. Das nach dem Vervon 15 Minuten bei einer Gleichgewichtstemperatur fahren erzeugte wasserfreie Aluminiumoxyd ist vollvon 1200° C, einstellt. Damit keine äußere Zufuhr 20 kommen homogen.

von Wärme nötig ist, genügt es, daß die thermischen In den Zeichnungen sind einige Ausführungsfor-

Verluste der Vorrichtung gleich oder kleiner sind men des Verfahrens wiedergegeben. In als die bei der Rekristallisation entwickelte Wärme. Fig. 1 ist eine Serie von Cyclonen dargestellt, in

Unter diesen Umständen befriedigt jeder mit einer denen die erste Verfahrensstufe durchgeführt wird; geeigneten wärmeisolierenden Auskleidung versehene 25 in den

Behälter, in dem der Feststoff mit einer geeigneten Fig. 2a, 2b und 3 sind zwei Vorrichtungen dar-

Geschwindigkeit umgewälzt werden kann. Es ist gestellt, wie sie für die zweite Verfahrensstufe verhäufig zweckmäßig, den Behälter auf die Kristalli- wendet werden; schließlich ist in sationstemperatur zu bringen, bevor das umzuwan- F i g. 4 eine andere Anordnung dargestellt, in der

delnde Aluminiumoxyd eingeführt wird. Unter den 30 Vorrichtungen zur Durchführung der beiden Stufen verwendbaren Vorrichtungen seien zylindrische oder vereinigt sind.

zylinderkegelförmige Türme genannt, in denen der In F i g. 1 sind eine Reihe von Cyclonen darge-

Feststoff in dicker und verhältnismäßig dichter stellt, wie sie zur Durchführung der ersten Stufe des Schicht durch seine Schwerkraft hindurchfließt. Der- Verfahrens, d. h. der Dehydratationsstufe verwendet artige Vorrichtungen lassen sich leicht gegen Wärme 35 werden, und in den Fig. 2a und 2b ist ein Turm isolieren, dagegen ist es häufig etwas schwierig, dargestellt, in dem das Produkt infolge der Schwereinen gleichmäßigen Fluß des Materials durch den
Turm herbeizuführen. Die Drehvorrichtungen, wie
die Drehrohrofen, sind geeignet, obwohl sich ihre
Wärmeisolation schwieriger durchführen läßt. Es ist 40
dann vorzuziehen, einen kleinen Wärmeverlust in
Kauf zu nehmen, das wasserfreie Aluminiumoxyd
bei niederer Temperatur (beispielsweise bei 600⁰C)
zuzuführen und mit Hilfe eines Brenners eine geringe Wärmezufuhr aufrechtzuerhalten. Schließlich 45 durch die Leitung 6 und die Wärmeaustauscher 3 besteht die bevorzugt angewendete Vorrichtung in und 4 durch die Leitung 7 verbunden. Aus dem einer Wirbelschicht, die sowohl hinsichtlich der Wärmeaustauscher 1 kann durch das Rohr 8 Fest-Wärmeisolation als hinsichtlich des Feststoffumlaufs stoff ausgetragen werden, aus dem Wärmeaustaubefriedigt und bei der die Gegenwart eines Gaskreis- scher 2 durch Rohr 9, aus Wärmeaustauscher 3 laufes einen regelmäßigen Verfahrensablauf sichert. 50 durch Rohr 10 und aus Wärmeaustauscher 4 durch Wie beim üblichen Verfahren ist es möglich, Rohr 11. Das hydratisierte Aluminiumoxyd 12, beispielsweise Hydrargillit, wird durch den Trichter 13 auf einen Bandförderer 14 und von diesem zu einem Trichter 15 geleitet, von dem er durch das Rohr 16 55 in die Leitung 5 gelangt. Das hydratisierte Aluminiumoxyd fließt unter Vermischung mit erhitzten Gasen durch Leitung 5, Wärmeaustauscher 1, Rohr 8, Leitung 6, Wärmeaustauscher 2, Rohr 9, Leitung 7, Wärmeaustauscher3, Rohr 10, Leitung 17, Wärmewiederverwendet werden, beispielsweise in Form hei- 60 austauscher 4 und wird schließlich durch das Rohr ßer Gase, die direkt in die Cyclone in Form von 11 abgezogen. Durch das Rohr 18, in dem ein Ven-Sekundärluft für die Brenner eingeblasen werden. til 19 angeordnet ist, wird Propan oder ein anderer

Der Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung Brennstoff dem Brenner 20 zugeführt, der am untegegenüber bekannten Verfahren beruht auf der An- ren Ende der Leitung 17 angeordnet ist. Die gasförpassung derDehydratationsphase und der Rekristalli- 65 migen Verbrennungsprodukte des Brenners 20 fliesationsphase an deren spezifische Bedingungen und ßen zusammen mit dem Feststoff durch Leitung 17, ihrer wärmewirtschaftlich besonders günstigen Korn- Wärmeaustauscher 4, Leitung 7, Wärmeaustauscher 3, bination. Praktisch die gesamte erforderliche Wärme- Leitung 6, Wärmeaustauscher 2, Leitung 5, Wärme

kraft herabfließt und in dem die zweite Verfahrensstufe, d. h. die Rekristallisation, durchgeführt wird.

Beispiel 1

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus vier Wärmeaustauschern 1, 2, 3 und 4 in Form von Cyclonen. Die Wärmeaustauscher 1 und 2 sind durch die Leitung 5, die Wärmeaustauscher 2 und 3

gleichzeitig mit dem wasserfreien Aluminiumoxyd ein Mineralisierungsmittel, wie Fluorwasserstoffsäure, Calciumfluorid, Aluminiumflorid u. dgl., zuzuführen.

Die in dem rekristallisierten, wasserfreien, aus der Vorrichtung abfließenden Produkt enthaltenen Wärmemengen können in bekannter Weise wiedergewonnen und in der ersten Stufe des Verfahrens

austauscher 1 und entweichen durch Leitung 21, wie durch den Pfeil 22 angedeutet ist. Die aufwärts strömenden gasförmigen Verbrennungsprodukte, die am unteren Ende der Leitung 17 zugeführt werden, reißen Feststoffteilchen mit sich, die am unteren Ende des Rohres 10 herunterfallen, und führen den Feststoff in den Wärmeaustauscher 4. Die Feststoffteilchen fallen auf den Boden des Wärmeaustauschers 4, aus dem sie durch Rohr 11 entnommen werden. Die heißen Gase im Wärmeaustauscher 4 fließen aufwärts in die Leitung 7 und reißen Feststoffteilchen mit sich, die am unteren Ende des Rohres 9 herunterfallen und führen sie in den Wärmeaustauscher 3, aus dem die Feststoffteilchen durch Rohr 10 entnommen werden. Ähnlich arbeiten die Leitungen 6 und 5 sowie die Wärmeaustauscher 2 und 1.

Der feuchte Hydrargillit wird der Vorrichtung mit einer Temperatur von 50° C in einer Menge (berechnet als Al₂O₃) von 700 kg/h zugeführt. Im Brenner 20 werden je Stunde 1500 bis 1600 kg Gas von 1200⁰C erzeugt. Die Temperatur des aus dem Wärmeaustauscher 4 durch Rohr 11 entnommenen dehydratisierten Aluminiumoxyds beträgt 975⁰C, während die Temperatur des aus der Leitung 21 entweichenden Gases bei etwa 200⁰C liegt. Das dehydratisierte Aluminiumoxyd enthielt nicht mehr als 0,5% Wasser. Die verschiedenen Wärmeaustauscher 1, 2, 3 und 4 verbindenden Leitungen sind so dimensioniert, daß die durchfließenden heißen Gase eine Geschwindigkeit von 10m/Sek. in jeder Verfahrensstufe haben. Die Dehydratation findet fast ausschließlich in den Wärmetauschern 2 und 3 statt.

In den Fi g. 2 a und 2 b ist ein vertikaler Schachtofen 24 mit einem zylindrischen Teil 25, einem konischen Eintrittsteil 26 und einem konischen Teil 27 an seinem unteren Teil dargestellt, wobei der Winkel des Konus 27 am unteren Teil zwischen 60 und 70° liegt.

Die Ausmauerung 29 wird auf eine Temperatur von etwa 1000° C durch die Brenner 31 erhitzt, und bevor dehydratisiertes Aluminiumoxyd vom Rohr 11 (s. Fig. 1) mit einer Temperatur von etwa 975°C durch die Einlaßöffnung 32 des Ofens 24 mit einer Geschwindigkeit von 700 kg/h zugeführt wird, werden die Brenner abgestellt. Die Aufenthaltszeit im Ofen 24 beträgt etwa 120 Minuten. Das rekristallisierte Material wird im normalen Betrieb kontinuierlich am Boden des Ofens durch eine drehbare Austragsvorrichtung 33 abgeführt und zu einer nicht dargestellten Kühlvorrichtung geleitet. Die Temperatur des fertigen Produktes betrug 1075⁰C. Es bestand zu 75% aus «-Aluminiumoxyd mit geringeren Mengen von theta- und kappa-Aluminiumoxyd. Die erforderlichen Brennstoffkosten sind etwa 20% kleiner als die normalerweise beim bekannten Verfahren in den Drehrohrofen aufzuwendenden, die etwa bei 120 g Brenstoff pro kg calciniertes Aluminiumoxyd liegen. Dieses Ergebnis wurde in einer Versuchsapparatur erzielt und dürfte in einer Großanlage mit einem Durchsatz von 101 pro Stunde noch wesentlich verbessert sein.

Die Rekristallisation der zweiten Stufe kann auch in der Wirbelschicht gemäß F i g. 3 vorgenommen werden.

Beispiel 2

Es werden eine Reihe von Wärmeaustauschern gemäß Beispiel 1 verwendet. Der nasse Hydrargillit wird mit einer Eingangstemperatur von 6O⁰C in einer Menge von 700 kg/h (berechnet als Al₂O₃) zugeführt. Im Brenner 20 werden 1450 kg Gas pro Stunde mit einer Temperatur von 1300⁰C erzeugt. Das aus dem unteren Wärmeaustauscher austretende dehydratisierte Aluminiumoxyd enthält nicht mehr als 3% Wasser und hat eine Temperatur von 1015⁰C. Die den Wärmeaustauscher 1 verlassenden Gase sind 15O⁰C warm.

ίο In F i g. 3 ist ein stark wärmeisoliertes Gehäuse 56 mit einer zylindrischen Höhlung 57, die sich am oberen Ende bei 58 erweitert, dargestellt. Das zu rekristallisierende Aluminiumoxyd bildet eine Schicht 59, die von einer porösen feuerfesten Platte 60 getragen wird. Durch ein Rohr 61 wird Gas in die zylindrische Kammer unterhalb der porösen Platte eingeblasen. Die Gase werden durch das Rohr 62 abgeführt. Der Feststoff wird oberhalb und in der Nähe der porösen Platte durch das Rohr 63 zugeführt und durch Rohr 64 abgeführt.

Das wasserfreie Aluminiumoxyd, das aus dem Cyclon 4 durch Rohr 11 abgeführt wird, wird in die Kammer 57 durch das Rohr 63 eingeführt. Es fließt in den unteren Teil der Schicht 59, die durch das bei 61 zugeführte Gas aufgewirbelt wird. Das Gas wird durch die poröse Platte 60 über den ganzen Querschnitt der Kammer 57 verteilt. Dadurch, daß die Aluminiumoxydschicht sich im aufgewirbelten Zustand befindet, wird ein regelmäßiger Zufluß des ankommenden Produktes und eine homogene Temperatur in der Wirbelschicht gesichert. Der Spiegel der Wirbelschicht bleibt infolge des Uberflußrohres 64 konstant. Die die Wirbelschicht 59 verlassenden Gase dehnen sich im oberen Teil 58 aus, so daß sich mitgerissener Staub absetzen kann, bevor das Gas bei 62 entweicht. Die durch Rohr 62 entweichenden Gase werden in die Leitung 17 des Wärmeaustauschers 4 (s. Fig. 1) geleitet. Das durch Rohr 64 abgeführte heiße Aluminiumoxyd wird zu nicht dargestellten Kühlvorrichtungen geführt. Seine Temperatur beträgt 1150⁰C und es besteht zu 80% aus a-Aluminiumoxyd.

Die Wirbelschicht 59 ist so bemessen, daß die mittlere Aufenthaltsdauer des Feststoffes 15 Minuten nicht übersteigt.

Bei diesem Beispiel werden 95 kg Heizöl pro Tonne erzeugtes calciniertes Aluminiumoxyd verbraucht, wobei die Wiedergewinnung der vom ausgetragenen Feststoff mitgeführten fühlbaren Wärme mit in die Rechnung eingesetzt wurde.

In F i g. 4 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Dehydratation der ersten Stufe in einer Reihe von Cyclonen durchgeführt wird, wie sie im Beispiel 1 beschrieben sind, und bei der die Rekristallisation der zweiten Stufe in einem kleinen Drehrohrofen erfolgt.

Beispiel3

Eine Reihe von drei Wärmeaustauschern 40, 41 und 42 ist in Kaskadenform angeordnet. Eine Leitung 43 verbindet die Wärmeaustauscher 40 und 41, eine Leitung 44 die Wärmeaustauscher 41 und 42 und eine Leitung 45 den Wärmeaustauscher mit einem Drehrohrofen 46. Die Wärmeaustauscher 40, 41 und 42 arbeiten entsprechend den Wärmeaustauschern 1, 2, 3 und 4 gemäß Fig. 1. Hydratisiertes Aluminiumoxyd wird durch das Rohr 47 der Leitung 43 zugeführt, und das feste Material fließt dann

nacheinander durch den Wärmeaustauscher 40, Rohr 48, Leitung 44, Wärmeaustauscher 41, Rohr 49, Leitung 45, Wärmeaustauscher 42 und Rohr 50, das mit einem Ende des Drehrohrofens 46 verbunden ist. Der Feststoff geht durch den Drehrohrofen entsprechend der Linie 50 α und wird aus dem Drehrohrofen 51 entnommen. Ein Sekundärbrenner 52 ist an dem Ende des Ofens 46 angeordnet, das dem Zufuhrende des Feststoffes gegenüberliegt. Die heißen Gase des Brenners 52 gehen entsprechend Linie 53 durch den Ofen in Gegenstrom zu dem Feststoff und gelangen dann in die Leitung 45. Ein Hauptbrenner 54 ist in der Leitung 45 angeordnet. Die heißen Gase strömen aufwärts und nacheinander durch Leitung 45, Wärmeaustauscher 42, Leitung 44, Wärmeaustauscher 41, Leitung 43, Wärmeaustauscher 40 und werden durch Leitung 55 abgeführt. Die in der Leitung 45 aufwärts strömenden heißen Gase reißen Feststoffteilchen mit sich, die am unteren Ende des Rohres 49 herabfallen und führen sie in den Wärmeaustauscher 42, in dem sich die Feststoffteilchen absetzen und in den Drehrohrofen 46 durch das Rohr 50 abgeleitet werden. In entsprechender Weise reißen die aufwärts strömenden Gase in Leitung 44 Feststoffteilchen in den Wärmeaustauscher 41, in dem sich die Feststoffteilchen absetzen und durch Rohr 49 abgeführt werden. Entsprechend arbeitet der Wärmeaustauscher 40.

Die drei Wärmeaustauscher 40, 41 und 42 haben jeder eine lichte Weite von 1,8 m, und der kleine Drehrohrofen 46 ist 10 m lang und hat eine lichte Weite von 2,5 m. Hydratisiertes Aluminiumoxyd mit 8% Feuchtigkeit — entsprechend 39,5% Gesamtwasser — wird durch Rohr 47 in Leitung 43 mit einer Geschwindigkeit von 6 bis 6,51 pro Stunde geleitet. Der Sekundärbrenner 52 im Drehrohrofen 46 verbraucht 20 kg Heizöl, und der Primärbrenner 54 in Leitung 45 verbraucht 82 kg Heizöl pro Tonne erzeugten wasserfreien Aluminiumoxyds, so daß die beiden Brenner also insgesamt 102 kg Heizöl pro Tonne erzeugten wasserfreien Aluminiums verbrauchen.

Das aus dem letzten Wärmeaustauscher 42 in den Drehrohrofen 46 mit einem Gesamtwassergehalt von 2% übertretende Aluminiumoxyd hat eine Temperatur von 600⁰C. Das Aluminiumoxyd verbleibt im Drehrohrofen 2 Stunden, und seine Temperatur beträgt am Austragsende 1200° C. Das erhaltene Aluminiumoxyd besteht zu 70 % aus a-Aluminiumoxyd. Die Gasgeschwindigkeit im Drehrohrofen 46 beträgt etwa ein Fünftel der des Gases in einem üblichen Drehrohrofen, wie er sonst zur Calcination von Aluminiumoxyd verwendet wird. Infolge der niederen Geschwindigkeit des Gases im Drehrohrofen wird kaum Staub gebildet. Die durch Leitung 55 entweichenden Staubteilchen werden gesammelt und machen nur 12 Gewichtsprozent der durch Leitung 47 zugeführten Aluminiumoxydmenge aus. Der Staub wird wieder dem Drehrohrofen durch nicht dargestellte Mittel zugeführt.

Bei der bekannten und üblichen Calcination von Aluminiumoxyd mußte ein einziger Drehrohrofen bei gleichem Durchsatz von 1501 pro Tag 42 m lang sein und eine lichte Weite von 2,1 m haben. Der Heizölverbrauch würde 140 bis 145 kg pro t Fertigprodukt betragen, und der Staubanteil, der zurückgeführt werden müßte, würde wenigstens 100% des erzeugten Aluminiumoxydgewichtes ausmachen.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von inertem und stabilem, vorwiegend aus der α-Phase bestehendem Aluminiumoxyd aus dem Oxydhydrat des Aluminiums durch kontinuierliche Dehydratisierung und anschließende Kristallisation in zwei Stufen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dehydratisierung in einer Zeit von im allgemeinen weniger als einer Minute durch sehr schnellen Wärmeaustausch zwischen dem Oxydhydrat und den Heizgasen durchführt und die anschließende Umwandlung des hydratisierten Produktes zur «-Phase dadurch bewirkt, daß man dieses ohne oder unter nur sehr geringer .weiterer Wärmezufuhr während einer Zeit von etwa 10 bis 120 Minuten in dem an sich bekannten Temperaturbereich von 900 bis 1200⁰C beläßt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 745 552, 781994.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 767/316 12.64 © Bundesdruckerei Berlin