JPS595526B2 - 塩化アルミニウムの精製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、塩化アルミニウムの精製法、特に塩化第１鉄
（ＦｅＣ１２）を含有する不純塩化アルミニウムから塩
化アルミニウム（ＡｌＣｌ３’）を効率よく回収する方
法に関する。

なお、本発明は塩化第１鉄に加えまたは代え塩化第２鉄
（ＦｅＣ１３）を含有する不純塩化アルミニウムの精製
にも応用出来るものである。

上記したような不純物質は、例えばボーキサイトなどの
天然鉱石またはバイエル−タイプのアルミナなどの選鉱
物質を塩素化した場合に生成する。

最近、アルミニウム金属の製造に関し、エネルギー保存
の必要、並びに電極消費および環境汚染の抑制が望まれ
、ホールーヘロウト（Ｈａｌｌ −Ｈｅｒｏｕｌｔ ）
電解法に代わる方法についての研究が行なわれてきた。

現在多くの関心を集めている方法の一つは、無水ＡｌＣ
ｌ３を含有する塩化物溶融体を電解するものである。

アルミニウムの高い電気陽性および溶剤特性のため、電
解セルに漸進的に供給されるＡｌＣｌ３は、より電気陽
性の金属（例えばアルカリ金属またはアルカリ土類金属
）の相溶性塩を除けば、痕跡量以上の不純物を含んでは
ならない。

円滑なセル操作および充分に長いセル寿命のためには、
Ａ Ｉ Ｃｌ ３の酸化または加水分解生成物がほぼ完
全に存在しないことも必要である。

天然または選鉱アルミニウム物質から塩素化によって製
造されたＡｌＣｌ３は、常に有意的比率の鉄、チタンお
よびケイ素の塩化物によって汚染されている。

塩化チタンおよびケイ素は容易に除去されるが、塩化鉄
の完全除去は、ＡｌＣｌ３との相互作用によってＦｅＡ
Ｉ Ｃｌ ６やＦｅ（ＡｌＣ１４）２などの化合物を
生成するため、困難である。

加圧下の分別蒸留によって塩化アルミニウムの一部そ純
粋状態で回収することができるが、蒸留装置のボイラー
中に塩化鉄が蓄積するにつれ、ＡｌＣｌ３の蒸留を維持
するため温度を逐次上昇せしめる必要があり、結局、装
置を止めて残留物を除去しなげればならない。

残留物に残っている有意的比率のＡｌＣｌ３は廃棄する
か、あるいは鉄を除去してから再使用されることになる
。

本発明の主たる目的は、これらの問題を解消し、且つＦ
ｅＣｌ３もしくはＦｅＣｌ２または両者が混入する不純
塩化アルミニウムから、高品質のＡｌＣｌ３を高い効率
で回収することが出来る精製方法を提供することである
。

更に詳しくは、本発明は、ＡｌＣｌ３を製造するのに加
圧下の蒸留を用いる場合において、加圧系から塩化鉄を
連続除去することにより、連続的に蒸留を実施すること
を可能にする方法を提供するものである。

本発明によれば、塩化第１鉄の混入した塩化アルミニウ
ム混合物から塩化アルミニウムを回収ｊるにあたり、上
記混合物の液状体を該混合物中に存在するＡｌＣｌ３と
ＦｅＣｌ２から成る複合体が解離する条件下で圧力低下
状態に付し、これによって塩化アルミニウムーリッチ蒸
気と塩化第１鉄−リッチ固体を生成せしめ、次いで前記
複合体の再形成が最小となる条件下で前記塩化アルミニ
ウムーリッチ蒸気と前記塩化第１鉄−リッチ固体のそれ
ぞれを採取することを特徴とする塩化アルミニウムの精
製法が提供される。

本発明の方法は、初期汚染物（例えば蒸留装置に対する
供給材料中の）がＦｅＣｌ３あるいはＦｅＣｌ２のいず
れであっても有効であるが、これは、Ｆｅ Ｃｌ ３を
含有するＡｌＣｌ３溶融体を蒸留する場合に、ＦｅＣｌ
３のＦｅＣ１，、および塩素（ＣＩ２ ）に対する変換
が精留塔内で起こり、このため蒸留器の〃残液〃に蓄積
するものがＦｅＣｌ３よりもむしろＦｅＣｌ２であるこ
とが観察されることからも明らかである。

しかしながら、ＡｌＣｌ３供給材料がＦｅＣｌ３を含有
する場合、腐蝕問題（例えば蒸留装置内の）を最小とし
、且つＡｌＣｌ３蒸気が塩素で稀釈されるのを避けるた
めに、次の処理に先立ち例えばアルミニウム、鉄（また
はＨ２）で第１鉄状態に還元することが好ましい。

ここに開示した方法の原理は、ＡＩ Ｃ１３ＦｅＣ１２
複合体の解離を行い、該複合体の再形成の機会を最少限
にとどめながら各成分を別々に収集することである。

本発明の１つの実用的具体例Ｑこおいて、ＡＩ Ｃ１３
−ＦｅＣ１２混合物がいまだ溶融状態でない場合、該混
合物を圧力下で溶融して均一な液体とする。

次いで、この液体を制＃１１すれた方法で、膨張弁を介
してより低圧（通常、大気圧）の加熱領域に流入させる
。

これらの条件下で、ＡｌＣｌ３−ＦｅＣｌ２複合体の急
速な解離が起るのであるが、この際の加熱領域の温度は
ＡｌＣｌ３の凝縮を防止するのに十分な程高く、且つ比
較的に不揮発性のＦｅＣｌ□−リッチ物質の完全な保持
を保証する程十分に低いものであるようにする。

次いで、後者の物質を適当ｌ了手段（例えば加熱サイク
ロン）で、除去すればよい。

未凝縮ＡｌＣ１５−ＩＪラッチ気留分は、全コンデンサ
ー（例えば約７０℃で作動する流動床コンデンサー）内
を通過させる。

本発明方法は、蒸留装置のボイラーの下方に適当な膨張
弁を設けることにより、該装置と共に便利に作動させる
ことができる。

液状混合物は上記弁を介して連続的または断続的に抜き
取り、本発明による塩化アルミニウムの分離回収法を適
用する。

ＡＩＣ１３−ＦｅＣ１２混合物は完全に液状であって、
当該システムの加圧部分においてＦｅＣｌ２あるいはＡ
ｌＣｌ３のいずれも蓄積することはない。

上述のＦｅＣ１２−ＡＩ Ｃ１３混合物が連続的に作動
する蒸留装置のボイラ一部に集まる場合、通常必要とさ
れる中圧・中温で蒸留装置を操作していかなる固体相も
析出しないことを保証するには、ＦｅＣｌ、、の割合を
最大２０モル％に制限することが好都合であるしかしな
がら、当該装置が、ＡｌＣｌ３ ＦｅＣｌ２混合物が
液体のままで存在し、いかなる固体相も生成しないこと
を保証する程十分に高い、作業圧力および温度の使用を
許容するものである場合には、ＦｅＣ］□含量が２０％
以上、例えば４５％程度の高いものであっても差支えな
い。

ＡｌＣｌ３−ＦｅＣｌ２混合物が溶融する温度および圧
力の条件はＦｅＣｌ２含有と共に変化する。

約２０％のＦｅＣｌ２含有では、溶融液の温度範囲は約
２３０℃〜３５０℃にわたってよく、当該システムの作
業圧力は還流状態によって、典型的には２．５〜３．５
気圧（絶対圧）に制御される。

本発明方法は、無水ＡｌＣｌ３と塩化鉄の混合物に対し
、それがどのように製造されたものであっても適用しう
ろことが理解されよう。

次に、塩化アルミニウムの精製用蒸留装置を概略的に示
す添付図面を参照して、本発明を更に説明する。

当該装置に入る粗原料の液状塩化アルミニウム（塩化鉄
を含有）は、先ず反応器１を通過し、ここでアルミニウ
ムで還元されて全ての塩化鉄が第１鉄状態に変わる。

次いで、液状混合物を蒸留装置の還流塔３の低部２に供
給する。

純粋なＡｌＣｌ３蒸気は還流ヘッド４から凝縮して流出
し、他方ＦｅＣｌ□−リッチＡｌＣｌ３の液状混合物は
ボイラー５に集まる。

蒸留装置は、ボイラー５の液状混合物のＦｅＣｌ２含量
が実際的に高いものとなり、かつボイラーにいかなる固
体物質の析出も起らないような条件下で運転する。

本発明に従って、ボイラー５の基部付近に膨張弁６を設
ける。

弁６の出口を加熱サイクロン分離器７と接続し、該器１
のオーバーフロー出口を全コンデンサー８と接続する。

弁６を開けると、ボイラー５内で加圧下にある液状混合
物はボイラーから流出し、サイクロン７の低圧領域に流
入し、ここで該混合物は解離してＦｅＣｌ２の固体粒子
とＡｌＣｌ３の蒸気が生成する。

ＦｅＣ１２粒子を熱サイクロン７で収集し、下方から放
出する。

ＡｌＣｌ３蒸気はコンデンサー８に至り、ここで凝縮し
、次いで収集される。

必要ならば、逆拡散効果を減少させるため、弁６とサイ
クロン７間のラインの地点９に、不活性キャリヤーガス
を噴射させてもよい。

本発明方法の具体的操作は、以下の実施例によって示さ
れる。

実施例 １ 最下点の近くにニードル弁を取付けた密封ガラス容器に
て、ＡｌＣｌ３とＦｅＣ１２の混合物（ＦｅＣｌ２ ：
２０モル％）を圧力下、２５０°Ｃで溶融した。

平衡に達したとき、ニードル弁をわずかに開け、約７５
％の溶融混合物を速度制御下に２５０℃に保持したガラ
ス管内に大気圧まで膨張せしめた。

ＦｅＣｌ２−’）ツチ固体相が管内に析出した。

未凝縮ガスは全コンデンサー内に至り、該コンデンサー
からＡｌＣｌ３−’Ｊツチ固体相を収集した。

結果は表１に示すとおりであって、混合物中に含まれて
いたＡｌＣｌ３の８３．５％がわずか約０．４モル％（
０，３８重量％）のＦｅＣｌ２を含む固体として回収さ
れたことが明らかである。

ＦｅＣｌ２−’Ｊツチ相は、原料混合物中に存在したＦ
ｅＣｌ２の９８％以上を含有していた。

実施例 ２ 最下点にニードル弁を取付けたスチール容器にて、Ａｌ
Ｃｌ３とＦｅＣｌ２の混合物（ＦｅＣｌ２： ２０モル
％）を圧力下、３５０℃に加熱する以外は、実施例１と
同様に操作した。

結果は表１に示すとおりであって、混合物中に含まれて
いたＡｌＣｌ３の９６．３％が０．４モル％のＦｅＣｌ
２を含む固体として回収されたこと、ＦｅＣｌ２相が原
料混合物中に含まれていたＦｅＣｌ２の９８％以上含有
していることが明らかである。

注米）それぞれＡｌＣｌ３−リッチ相およびＦｅＣ１２
−’）ツチ相において。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法で使用する、塩化アルミニウムの
精製用蒸留装置の１例を示す簡略図であって、 １：反応器、２：還流塔３の低部、４：還流へラド、５
：ボイラ一部、６：膨張弁、７：加熱サイクロン分離器
、８：全コンデンサー、９：必要に応じて用いる不活性
キャリヤーガスの噴射点である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 塩化第１鉄の混入した塩化アルミニウム混合物から
   塩化アルミニウムを回収するにあたり、上記混合物の液
   状体を該混合物中に存在する塩化アルミニウムと塩化第
   １鉄から成る複合体が解離する条件下で圧力低下状態に
   付し、これによつＣ塩化アルミニウムーリッチ蒸気と塩
   化第１鉄−リッチ固体を生成せしめ、次いで前記複合体
   の再形成が最小となる条件下で前記塩化アルミニウムー
   リッチ蒸気と前記塩化第１鉄−リッチ固体のそれぞれを
   採取することを特徴とする塩化アルミニウムの精製法。 ２ 圧力低下状態が、混合物の液状体を加圧下に膨張弁
   を介して塩化アルミニウムーリッチ蒸気の凝縮が起らな
   い程度に高く且つ塩化第１鉄−リッチ固体の析出が可能
   な程度に匿い温度に保持された低圧領域に流入せしめる
   ことによって生起する特許請求の範囲第１項に記載の方
   法。 ３ 塩化第１鉄−リッチ固体を採取した後、塩化アルミ
   ニウムーリッチ蒸気を凝縮して採取する特許請求の範囲
   第２項に記載の方法。 ４ 混合物の液状体が、圧力低下状態に付される前にお
   いて、約２３０〜３５０℃に保持される特許請求の範囲
   第１項乃至第３項のいずれかに記載の方法。 ５ 温度が約２３０〜２５０°Ｃである特許請求の範囲
   第４項に記載の方法。 ６ 混合物の液状体が、塩化第１鉄を２０モル％を越え
   ない量で含有している特許請求の範囲第１項乃至第５項
   のいずれかに記載の方法。 ７ 蒸留装置のボイラーの基部もしくはその近くに膨張
   弁を設け、該ボイラーに滞留する塩化第１鉄の混入した
   塩化アルミニウム混合物の液状体を加圧子上記膨張弁を
   介して連続的または断続的に低圧領域に流入させ、それ
   により上記混合物中に存在する塩化アルミニウムと塩化
   第１鉄から成る複合体を解離させて塩化アルミニウムー
   リッチ蒸気と塩化第１鉄〜リンチ固体を生成せしめ、次
   いで前記複合体の再形成が最小となる条件下で前記塩化
   アルミニウムーリッチ蒸気と前記塩化第１鉄−リッチ固
   体のそれぞれを採取することを特徴とする塩化アルミニ
   ウムの精製法。