Способ получения производных хлорида алюминия

Изобретение относится к получению ряда сухих продуктов на основе хлорида алюминия. Продукты на основе гидроксохлорида алюминия содержат измельченные частицы гидроксохлорида алюминия в кристаллической форме. Частицы имеют основность в диапазоне от 50% до 85,6%, объемную плотность 641-1041 кг/м³ и средний размер частиц 10-15 микрон. Также раскрыты способы получения таких продуктов. Обеспечивается получение продуктов на основе хлорида алюминия, имеющих требуемую основность при использовании уменьшенного количества энергии, что снижает производственные затраты. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

 

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[001] Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке на патент США с серийным номером 62/049457, поданной 12 сентября 2014 года, содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[002] Настоящее изобретение относится к получению ряда сухих продуктов на основе хлорида алюминия, начиная от гексагидрата хлорида алюминия (HEX) с основностью 0% до гидроксохлорида алюминия (АСН) с основностью 85,6% с использованием неэлементарных источников сырья за счет применения улучшенного способа обработки HEX для получения сухих продуктов на основе хлорида алюминия с определенной основностью.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[003] На рынке хлорида алюминия существует потребность в продуктах, начиная от растворов, содержащих свободную соляную кислоту до продуктов как жидких, так и сухих, с возрастающими уровнями основности. Гидроксохлорид алюминия имеет общую химическую формулу Al_n(OH)_mCl_3n-m. Основность определяется как отношение , где m меньше или равно 5,2.

[004] Нежелательно использовать элементарный алюминий в качестве источника алюминия для получения этих продуктов из-за контролируемой доступности данного металла и волатильности цен на данный металл на товарном рынке. Источники алюминия, такие как алюминиевая руда (боксит), обогащенная алюминиевая руда (тригидрат алюминия (АТН)) или различные формы, которым предварительно придали растворимость, более желательны из-за их доступности и относительно устойчивых цен.

[005] Получение продуктов с высокой основностью с использованием в качестве исходного материала алюминия из неметаллических источников требует быстро увеличивающегося по мере увеличения основности количества энергии. В дополнение затратам энергии, стабильность конечного продукта начинает уменьшаться, если отношение основности превышает 0,3. С этой точки (отношение основности 0,3) до отношения основности 0,83 может применяться технология, аналогичная той, которая описана в патенте №5985234, как правило, с металлическим алюминием в качестве исходного материала.

[006] Альтернативный подход для повышения отношения основности заключается в удалении хлорида из молекулы вместо добавления алюминия. При таком подходе простой раствор хлорида алюминия получают, используя неэлементарный источник алюминия. Известно, что растворы хлорида алюминия, когда их концентрация превышает концентрации насыщения, образуют кристаллы гексагидрата хлорида алюминия, и что эти кристаллы под действием тепла расщепляются, при этом выделяя хлористый водород и воду. Данный подход используют для получения оксида алюминия высокой чистоты и в меньшей степени для получения основного хлорида алюминия, но только в периодических способах. Способ, который уменьшает необходимость периодических способов, привел бы к повышению эффективности производства, снижению затрат и повышению безопасности.

[007] Несколько публикаций описывают системы, которые используют мельницы и вращательное движение для обезвоживания и сушки материалов. См., например, патенты США 6145765; 5167372; 4390131; 3462086; 2470315; и публикацию США №2004/0040178. Эти системы не решают вопросов, связанных с жесткими требованиями, такими как обращение с выделенной соляной кислотой, который должен решаться при получении продуктов на основе хлорида алюминия с определенной основностью. В другом подходе сушилки мгновенного действия включают в себя распыление суспензии на сушилку и применение высокой температуры для выпаривания газа и жидких компонентов. См., например, патент США 5573582.

[008] Способы выпаривания, кристаллизации и извлечения образовавшихся кристаллов хорошо известны в данной области техники. См., например, McCabe and Smith 1976, Unit Operations of Chemical Engineering, в частности, следующие разделы: Выпаривание, страницы 425-463 до 11-118, Кристаллизация, страницы 852 до 894, и Фильтрация, страницы 922 до 953; и Perry's Chemical Engineering Handbook (7^th Ed. Perry and Green, 1999), разделы: Выпаривание, страницы 11-107 до 11-118, Кристаллизация, страницы с 18-35 до 18-55, и Фильтрация, страницы с 18-74 до 18-125.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[009] Варианты реализации, раскрытые в данной заявке, включают продукты на основе гидроксохлорида алюминия, содержащие измельченные частицы гидроксохлорида алюминия в кристаллической форме, причем частицы имеют основность в диапазоне от 0% до примерно 85,6% и отношение площади поверхности к массе от примерно 295 до 705 м²/кг, включая обе конечные точки и все числовые значения между ними, где отношение измеряют методом лазерной дифракции. Согласно одному из вариантов реализации, измельченные кристаллические частицы имеют средний размер частиц в диапазоне от примерно 10 до примерно 15 микрон. Согласно еще одному из вариантов реализации, частицы имеют основность примерно 83% и отношение площади поверхности к массе в диапазоне от примерно 575 до примерно 700 квадратных метров на килограмм, измеренное методом лазерной дифракции. Согласно еще одному из вариантов реализации, измельченные кристаллические частицы имеют основность примерно 50%, примерно 60%, примерно 72%, примерно 83% или примерно 85%.

[010] Варианты реализации, раскрытые в данной заявке, также включают способ получения частиц гидроксохлорида алюминия с требуемой основностью, который включает в себя применение высокотемпературного газового потока к кольцевой мельнице для создания и поддержания циркулирующего газового потока внутри мельницы при постоянной температуре. Кристаллы гексагидрата хлорида алюминия загружают в нагретую кольцевую мельницу, где кристаллы образуют частицы гидроксохлорида алюминия и разделяются на основе плотности частиц. Полученные частицы, имеющие основность которая является функцией постоянной температуры, высушивают и собирают при выходе из кольцевой мельницы. Согласно одному из вариантов реализации, постоянная температура находится в диапазоне от 93°С (200°F) до 204°С (400°F), и высушенные частицы, собранные при выходе из мельницы, имеют основность в диапазоне от примерно 50% до примерно 85,6%. Согласно еще одному из вариантов реализации, постоянная температура находится в диапазоне от 104°С (220°F) до 116°С (240°F), а высушенные частицы содержат Al₂Cl₆ с основностью от 0 до 5%.

[011] Согласно еще одному из вариантов реализации, постоянная температура находится в диапазоне от 127 до 138°С (от 260 до 280°F), и частицы содержат Al₂(OH)Cl₅ с основностью от примерно 14 до 18%. Согласно еще одному из вариантов реализации, постоянная температура составляет примерно 149-154°С (300-310°F), и высушенные частицы содержат Al₂(OH)₂Cl₄ и имеют основность от примерно 31 до 35%.

[012] Согласно еще одному из вариантов реализации, постоянная температура составляет примерно 171-177°С (340-350°F), и высушенные частицы содержат Al₂(ОН)₃Cl₃ и имеют основность от примерно 38 до 52%. Согласно еще одному из вариантов реализации, постоянная температура составляет от примерно 177-182°С (350 до 360°F), и высушенные частицы содержат Al₂(OH)₄Cl₂ и имеют основность от примерно 64 до 68%. Согласно еще одному из вариантов реализации, постоянная температура составляет от примерно 193 до 204°С (380 до 400°F), и высушенные частицы содержат Al₂(OH)₅Cl и имеют основность от примерно 81 до 85%.

[013] Согласно еще одному из вариантов реализации, газовый поток включает окружающий воздух и водяной пар.

[014] Согласно еще одному из вариантов реализации, высушенные частицы имеют объемную плотность от примерно 641 до примерно 1041 кг/м³ (от примерно 40 до примерно 65 фунтов на кубический фут); и/или площадь поверхности больше, чем примерно 300 квадратных метров на килограмм, и меньше, чем примерно 700 метров на килограмм; и/или площадь поверхности больше, чем 500 квадратных метров на килограмм, и меньше, чем 600 метров на килограмм.

[015] В одном из вариантов реализации настоящего изобретения предложен способ получения гидроксохлорида алюминия различной основности, включающий подачу высокотемпературного газового потока в кольцевую мельницу для поддержания постоянной температуры, создающего нагретый циркулирующий поток; подачу частиц HEX в кольцевую мельницу, в которой частицы HEX начинают расщепляться, образуя частицы с различными основностями и плотностями; разделение частиц на основе плотности частиц центробежными силами внутри кольцевой мельницы; изменение скорости подачи для поддержания постоянной температуры на выходе; и сбор высушенных частиц при выходе частиц из кольцевой мельницы.

[016] Варианты реализации настоящего изобретения также включают частицы гидроксохлорида алюминия, полученные описанными в настоящей заявке способами и/или с одним или несколькими свойствами частиц, описанными в настоящей заявке, включая основность в диапазоне от 0% до примерно 85,6%; отношение площади поверхности к массе от примерно 295 до примерно 705 м²/кг; и объемную плотность от примерно 641 до примерно 1041 кг/м³.

[017] Описанные в настоящей заявке продукты на основе хлорида алюминия эффективно получают за счет использования способов и систем, которые значительно уменьшают количество энергии, необходимое для получения продуктов на основе хлорида алюминия, имеющих требуемую основность, и, следовательно, соответствующим образом снижают производственные затраты.

[018] Варианты реализации настоящего изобретения также включают способы использования частиц гидроксохлорида алюминия, описанные в настоящей заявке в таких областях применения, как обработка сточных вод, производство подложек каталитических систем, и в других областях применения продуктов на основе хлорида алюминия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[019] Вышеизложенные признаки вариантов реализации будут более понятны из последующего подробного описания, рассматриваемого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

[020] Фиг. 1 представляет собой блок-схему способа получения гидроксохлорида алюминия с различными основностями в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.

[021] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение одного варианта реализации системы для получения гидроксохлорида алюминия с различными основностями в соответствии со способом, изображенным на Фиг. 1.

[022] Фиг. 3 представляет собой график (А), показывающий результаты анализа распределения частиц гидроксохлорида алюминия по размерам частиц, полученных путем измельчения их в мельнице (первый пик), распылительной сушки (второй пик) или с использованием сушилки с псевдоожиженным слоем (третий пик). Также представлена таблица (В), показывающая численные значения распределений размеров частиц. Частицы гидроксохлорида алюминия, полученные путем измельчения в мельнице, были получены в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения и имели основность примерно 83%. Частицы, полученные распылительной сушкой, были получены способами, известными из уровня техники. Аналогичным образом, частицы, полученные с использованием сушилки с псевдоожиженным слоем, были получены способами, известными из уровня техники.

[023] На Фиг. 4 представлены результаты сканирующей электронной микроскопии (SEM) известных из уровня техники частиц гидроксохлорида алюминия, полученных распылительной сушкой (указанные частицы также являются объектом Фиг. 3), причем изображения SEM включают обозначения размера частиц.

[024] На Фиг. 5 представлены результаты сканирующей электронной микроскопии (SEM) известных их уровня техники частиц гидроксохлорида алюминия, полученных в сушилке с псевдоожиженным слоем (FBD) (указанные частицы также являются объектом Фиг. 3), причем изображения SEM включают обозначения размера частиц.

[025] На Фиг. 6 представлены результаты сканирующей микроскопии (SEM) частиц гидроксохлорида алюминия, полученных путем размельчения в мельнице в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения (указанные частицы также являются объектом Фиг. 3), причем изображения SEM включают обозначения размера частиц.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[026] Определения. Используемые в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, нижеперечисленные термины должны иметь указанные значения, если из контекста не требуется иного:

[027] Хлориды полиалюминия: хлориды полиалюминия являются продуктами гидроксида хлорида алюминия, AlCl(ОН)₂, AlCl₂(ОН), и Al₂Cl(ОН)₅. Типичная формула: Al₂Cl_6-n (ОН)_n, где n=2,7-5 для продуктов, полученных в соответствии с описанным в настоящей заявке способом. Считается, что при разбавлении этих продуктов образуются полимерные соединения, такие как: Al₁₃O₄(ОН)₂₄(H₂O)₁₂+7Cl.

[028] Основные хлориды алюминия: Это соединения, имеющие формулу: Al₂(OH)_n(Cl)_6-n, где n больше нуля и меньше или равно 1,5. Полагают, что растворы этих соединений содержат: Al(H₂O)₆+3Cl; Al₂(OH)₂(H₂O)₈+4Cl; и Al(OH)(H₂O)₅+2Cl.

[029] Концентрация алюминиевой соли в продуктах реакции: Концентрация соли алюминия, заявленной присутствующей в продукте реакции, относится к количеству оксида алюминия, которое было бы необходимо для получения продукта. Таким образом, продукты описаны как имеющие определенный процент Al₂O₃, даже несмотря на то, что оксид алюминия может фактически не присутствовать в продукте. Это общепринятая практика в данной области техники, и она позволяет сравнивать продукты на основе их химии.

[030] Лазерная дифракция: Лазерная дифракция представляет собой метод определения, среди прочего, площади поверхности на единицу веса с использованием оптической дифракции, как описано в ISO 13320: 2009 «Гранулометрический анализ. Методы лазерной дифракции».

[031] Основность: Гидроксохлорид алюминия имеет общую химическую формулу Al_n(OH)_mCl_3n-m. Основность представляет собой отношение , где m меньше или равно 5,2.

[032] Изобретение, приведенное выше, может быть лучше понято посредством ссылки на нижеследующее описание, прилагаемые чертежи и приведенную ниже формулу. Описание вариантов реализации, приведенное ниже чтобы позволить реализовать на практике осуществление изобретения, предназначено не для того, чтобы ограничивать предпочтительный вариант реализации, а для того, чтобы служить его конкретным примером. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что они могут легко использовать концепцию и конкретные варианты реализации изобретения, раскрытые в качестве основы для изменения или разработки других способов и систем для осуществления тех же назначений настоящего изобретения. Специалистам в данной области также следует понимать, что такие равноценные установки не отступают от сущности и объема настоящего изобретения.

[033] Оптимизированный способ получения кристаллов гидроксохлорида хлорида алюминия показан на блок-схеме на Фиг. 1 и включает следующие стадии:

(1) Выпаривание/Кристаллизация 200, (2) Извлечение кристаллов 220, (3) Сушка кристаллов и/или расщепление 230, и (4) Сбор и обработка кристаллов 240.

[034] (1) Выпаривание/Кристаллизация 200

[035] Кристаллы гексагидрата хлорида алюминия образуются из раствора хлорида алюминия при выпаривании нежелательной воды нагреванием в общем диапазоне 110-121 градусов Цельсия (230-250 градусов по Фаренгейту). Один из способов осуществления стадии выпаривания/кристаллизации 200 представляет собой систему периодического действия.

[036] Согласно одному варианту реализации, стандартный промышленно доступный раствор хлорида алюминия с концентрацией 10,7% Al₂O₃ или 28,0% Al₂Cl₆ загружают в перемешиваемый технологический резервуар. Раствор циркулирует через внешний теплообменник, где технологический пар используют для повышения температуры раствора почти до кипения (между 110°С и 113°С (между 230°F и 235°F)). Нагретая жидкость проходит через трубку Вентури и возвращается обратно в технологический резервуар, где вакуум, создаваемый вытяжным вентилятором, вызывает локальное кипение и выпаривание воды из системы. Удаление воды из раствора приводит к увеличению концентрации хлорида алюминия до точки насыщения 12,4% Al₂O₃ или 32,4% Al₂Cl₆. Когда концентрация раствора превышает концентрацию насыщения, начинают образовываться кристаллы гексагидрата хлорида алюминия (HEX). Этот процесс продолжается до тех пор, пока объем кристаллов в рециркулирующем растворе не превысит 30% об.

[037] Как только концентрация кристаллов достигает 30% об., поток пара останавливают, и раствор переносят в сборный резервуар с перемешиванием, где его охлаждают до температуры между 71°С и 82°С (160°F и 180°F), чтобы позволить кристаллам созревать и расти в размере номинально между 30 и 40 меш по шкале Тайлера. Этот этап облегчает удаление на стадии извлечения из кристаллов маточной жидкости, которую подают на стадию извлечения кристаллов. В систему выпаривания повторно загружают раствор хлорида алюминия, и процесс повторяют.

[038] (2) Извлечение кристаллов 220:

[039] На второй стадии 220 одного из предпочтительных вариантов реализации способа раствор хлорида алюминия, содержащий кристаллы HEX, подают на рамный фильтр-пресс, где кристаллы отделяют от раствора. Раствор возвращают в резервуар хранения хлорида алюминия, который питает систему выпаривания. Как только камеры фильтра заполнены кристаллами, маточный раствор, содержащийся в кеке, выдувается из кристаллического кека с использованием сухого сжатого воздуха в пределах от 69 кПа до 138 кПа (от 10 до 20 PSIG). Кристаллы затем выгружают из фильтра, и собирают в загрузочный бункер, снабженный питателем с переменной скоростью.

[040] (3) Сушка кристаллов и/или расщепление - 230:

[041] На третьей стадии способа 230 устройство подачи с переменной скоростью подает деагломерированные агрегаты в мельницу 540 мгновенного действия для сушки/измельчения. Мельница 540 для сушки/измельчения представляет собой закольцованную трубу. В некоторых вариантах реализации труба удлинена, как показано на Фиг. 2, однако предполагается, что другие закольцованные формы могут быть использованы, но во всех областях применения этой технологии требуется система, которая использует центробежные или гравитационные силы, чтобы вызвать разделение частиц на основе их плотности.

[042] Мельница 540 для сушки/измельчения имеет загрузочный патрубок 585, через который подают HEX со стадии 2. Скорость подачи варьируется, чтобы поддерживать постоянную температуру на выходе из мельницы. Это важно, так как основность продукта представляет собой реакцию, зависящую от времени и температуры, и основана на количестве энергии, которое могут поглощать кристаллы HEX. Поскольку время контакта внутри мельницы является коротким и постоянным (5-10 секунд), поддержание температуры на выходе из мельницы 540, которая связана с температурой подачи газа, способствует получению требуемого продукта.

[043] Изменения в содержании свободной влаги сырья для мельницы влияют на скорость получения продукта. При увеличении содержания свободной влаги требуется больше энергии для выпаривания свободной влаги. При меньшем количестве энергии подача на мельницу должна быть отрегулирована таким образом, чтобы поддерживать отношение сухого HEX и поглощенной энергии для того, чтобы провести реакцию расщепления.

[044] Вследствие короткого времени пребывания внутри мельницы, в течение которого сырье подвергается тепловому воздействию, должна проводиться постоянная регулировка скорости подачи, чтобы корректировать любые изменения исходного сырья для поддержания постоянной температуры на выходе из системы. Это достигается с помощью системы управления с обратной связью, при этом температура на выходе из мельницы 546 является управляемой переменной, а скорость подачи питателя 550 является управляющим элементом. Типичная основность продукта в сочетании с температурой на выходе из мельницы 540 для каждого продукта показана ниже в Таблице 1.

*3ависит от температуры подачи газа на мельницу

[045] Энергия подается в мельницу конвективно, и поступает из нагретого воздуха и/или перегретого через тангенциально расположенные сопло(а) 542, 543, 544. Было установлено, что добавление пара к подаваемому газу увеличивает производительность. Согласно одному из вариантов реализации, часть воздуха может быть заменена конденсируемым газом, чтобы уменьшить объем газа, содержащего HCl в системе регенерации. Однако согласно предпочтительному варианту реализации, используется водяной пар. Эта смесь подается на мельницу с температурой между 204°С и 649°С (400°F и 1200°F) и создает скорости внутри мельницы от 15 до 30 м/с (от 3000 до 6000 футов в минуту).

[046] При сушке и/или расщеплении частиц HEX их объемная плотность уменьшается из-за удаления воды и HCl из частиц, что делает структуру кристаллов более пористой. Именно эта пористая поверхность частицы является причиной того, что внутренняя часть частицы изолирована от приложенного тепла и таким образом не поддается расщеплению. Столкновения с другими частицами в мельнице и столкновение со стенками мельницы препятствуют агломерации кристаллов во время циркулирования частиц внутри мельницы. Такие столкновения и такое движение также служат для высвобождения готового продукта с поверхности частиц, при этом открывая более влажное и/или менее расщепленное вещество воздействию энергии системы. Такое воздействие имеет явное и неожиданное преимущество по сравнению с известными ранее способами и делает данный способ более выгодным по сравнению с другими известными способами получения требуемых продуктов. Без этого высвобождения и/или измельчения в мельнице наружная поверхность частицы будет расщепляться сверх меры, в то время как внутренняя часть останется недорасщепленной. Расщепленные сверх меры продукты становятся нерастворимыми и, таким образом, бесполезными продуктами и/или образуют высоковязкие растворы, которые трудно использовать или которые работают неэффективно в областях применения продукта.

[047] Способы расщепления, описанные в настоящей заявке и известные из уровня техники, будут давать растворы разбавленной кислоты в способе получения или при очистке оборудования. Важным аспектом продуктов, полученных в соответствии с описанным в настоящей заявке способом, является то, что данные полученные продукты могут иметь основность более 83%. Продукт с высокой основностью может быть разбавлен вышеуказанными кислыми растворами, полученными в процессе расщепления, и все еще образовывать жидкий АСН с основностью выше 83%. Насколько нам известно, это невозможно для любого ранее известного продукта, так как вещество, полученное со средним значением основности 83%, будет содержать расщепленный сверх меры продукт на внешней поверхности частиц и недорасщепленный материал в центре. Это приведет к образованию нерастворимого вещества, которое чрезвычайно трудно фильтровать, и как следствие приведет к потере сырья.

[048] В настоящее время коммерческие продукты на основе сухого АСН получают взаимодействием хлорида алюминия, основного хлорида алюминия или соляной кислоты с металлическим алюминием. Так получают 50% раствор АСН, который затем подвергают распылительной сушке. Это энергоемкий способ из-за того, что вся вода должна быть выпарена, кроме того производство металлического алюминия также является энергоемким. Продукт указанного способа распылительной сушки представляет собой сферические кристаллы дигидрата гидроксохлорида алюминия, размер 90% которых составляет менее 71 микрон. См. Фиг. 3. Методом лазерной дифракции было установлено, что эти продукты имеют удельную площадь поверхности менее 100 квадратных метров на килограмм. Небольшая удельная площадь поверхности может стать ограничением в полезности продукта как сухого химического реагента. Две гидратные молекулы воды также препятствуют использованию продукта как сухого реагента, так как дигидрат АСН быстро растворяется в холодной воде.

[049] Продукты более ранней технологии с использованием сушилки с псевдоожиженным слоем также имеют небольшие удельные площади поверхности менее 100 квадратных метров на килограмм. Они представляют собой длинные кристаллические цилиндры, причем 90% вещества имеет размер меньше 369 микрон. См. Фиг. 4. Указанные продукты содержат менее двух гидратных молекул воды, но не имеют достаточной удельной площади поверхности для того, чтобы обладать хорошей реакционной способностью в качестве сухого реагента. Небольшая площадь поверхности может привести к увеличению времени реакции, что может быть проблематичным в некоторых реакциях.

[050] Продукты по настоящему изобретению представляют собой измельченные кристаллы, размер 90% которых менее 17 микрон. Особо отличительной чертой этих продуктов является большая площадь поверхности полученных частиц. См. Фиг. 6. Удельная площадь поверхности указанных продуктов, имеющих 83% основность, согласно анализу методом лазерной дифракции, находится в диапазоне от примерно 575 до примерно 700 квадратных метров на килограмм. Так как при увеличении основности увеличивается количество воды и соляной кислоты, которое высвобождается из кристалла гексагидрата, можно продемонстрировать, что продукты с более низкой основностью имели бы меньшую площадь поверхности, чем продукты с более высокой основностью. Приведенная ниже Таблица 2 показывает, что можно ожидать.

[051] Если надлежащие условия не соблюдаются, среднее значение расщеплений может иметь требуемое значение, но стандартное отклонение будет широким, в результате чего получаемый продукт может не обладать требуемыми свойствами или стабильностью. Центробежные силы внутри мельницы вызывают разделение вещества по плотности частиц. Более плотное вещество (более влажное/менее расщепленное) будет мигрировать к внешнему радиусу мельницы и удаляться от патрубка 590 для отвода, и удерживаться дольше, в то время как менее плотное вещество (более сухое/более расщепленное) будет перемещаться к внутреннему радиусу мельницы и выходить из системы через патрубок 590 для отвода в качестве требуемого продукта. В процессе расщепления выделяется вода и хлористый водород в газовой форме из частиц при их расщеплении.

[052] Количество гидратных молекул воды будет варьироваться в зависимости от основности получаемого продукта. Вещество с основностью около 70% имеет две гидратные молекулы воды, вещество с основностью 83% имеет примерно половину гидратной молекулы воды, и продукт становится полностью безводным с основностью более 85%. Коммерчески доступный АСН (основность 83%) имеет две гидратные молекулы воды.

[053] (4) Сбор и обработка кристаллов

[054] На последнем этапе 240 кристаллы с надлежащей основностью собирают и обрабатывают. Продукт выходит из патрубка 590 для отвода и, кроме того, содержит хлористый водород и воду в газообразной форме. Первичное разделение осуществляется циклонным сепаратором 570. Выгруженное из циклона вещество все еще будет содержать газообразный хлористый водород и водяной пар. Прежде чем эти компоненты будут иметь возможность конденсироваться и быть поглощенными продуктом, их удаляют из системы пропусканием воздуха через продукт в псевдоожиженном слое или при работе циклона в условиях вакуума. Как только продукт отделен от газового потока, он транспортируется в бункер для хранения. Как только продукт доставляется в бункер для хранения, продукт либо упаковывают как есть, либо отправляют на дополнительную обработку для получения жидкого продукта.

[055] Одним из преимуществ данного способа по сравнению с предыдущими разработками с технологией с использованием сушилки с псевдоожиженным слоем (FBD) является большая объемная плотность продукта. Большая объемная плотность позволяет уменьшить объем бункера для хранения и будет требовать меньшего объема при транспортировке. Объемная плотность АСН, полученного в результате данного способа, может находиться в диапазоне от 881 до 961 кг/м³ (от 55 до 60 фунтов на кубический фут), в то время как объемная плотность вещества из системы FBD может находиться в диапазоне от 288 до 401 кг/м³ (от 18 до 25 фунтов на кубический фут).

ДЕТАЛИ СИСТЕМЫ

[056] Согласно одному из вариантов реализации, система получения гидроксохлорида алюминия с разными основностями показана на Фиг. 2. В данной системе кристаллы гексагидрата хлорида алюминия загружают в устройство подачи 550 кристаллической фазы с переменной скоростью. Устройство подачи кристаллической фазы с переменной скоростью соединено с измельчающей мельницей 540 с помощью трубы 501, которая соединена с загрузочным патрубком 585 мельницы. Воздух, пар или газ подаются в измельчающую мельницу 540. Окружающий воздух подается через воздуходувку 520, которая соединена с калорифером 530. Пар подается через источник подачи пара, и расходомер 510 пара измеряет начальный расход пара в систему. Расход подачи пара регулируется клапаном 511 регулирования расхода пара. Пар или газ и окружающий воздух смешивают и подают в коллектор 541 подачи смешанного газа. Давление и температуру смешанного воздуха измеряют на воздуходувке и калорифере при помощи датчика 531 давления подачи смешанного газа и датчика 532 температуры подачи смешанного газа.

[057] Смешанный воздух затем разделяют на несколько сопел подачи смешанного газа, 543, 543, 544. Предполагается, что количество сопел может варьироваться в зависимости от размера измельчающей мельницы 540. Продукт выходит из мельницы 540 через патрубок 590 для отвода, который соединен с линией 560 транспортировки продукта. Температуру и давление на выходе измеряют на патрубке 590 для отвода или линии 560 транспортировки продукта с помощью датчика 545 давления на выходе из измельчающей мельницы и датчика 546 температуры на выходе из измельчающей мельницы.

[058] Линия 560 транспортировки продукта подает продукт в циклон 570 для разделения воздуха и твердых частиц. Циклон 570 для разделения воздуха и твердых частиц соединен с вытяжным вентилятором 580 системы. Вытяжной вентилятор 580 системы способствует регенерации избыточного воздуха, воды и HCl. Циклон 570 для разделения воздуха и твердых частиц направляет сухой продукт гидроксохлорида алюминия на воздушный шлюз 572 для продукта, после чего продукт может быть собран.

[059] Коммерчески доступный АСН получают путем выщелачивания элементного алюминия в HCl или растворов хлорида алюминия. Высушенный продукт затем обычно получают путем распылительной сушки растворов АСН, что является дорогостоящим процессом. При использовании такой системы целесообразно обрабатывать частицы размером менее 100 микрон, чтобы предотвратить засорение аэрозольных распылителей. Продукты на основе гидроксохлорида алюминия, полученные, как описано в настоящей заявке, получают таким образом, чтобы исключить дорогостоящую стадию распылительной сушки, и при этом дают мелкие частицы с большой площадью поверхности и с требуемой основностью.

[060] Варианты реализации изобретения, описанные выше, как предполагается, приведены только в качестве примера; многочисленные изменения и поправки будут очевидны для специалистов в данной области техники. Все такие изменения и поправки, как предполагается, входят в сферу настоящего изобретения, как определено в любом пункте прилагаемой формулы изобретения.

Опубликованные патенты и заявки, и другие опубликованные документы, упомянутые в настоящем описании, полностью включены в данный документ посредством ссылок.

1. Продукт на основе гидроксохлорида алюминия, содержащий измельченные частицы гидроксохлорида алюминия в кристаллической форме, имеющий основность в диапазоне от 50% до 85,6% и объемную плотность от 641 до 1041 кг/м³ (от 40 до 65 фунтов на кубический фут) и средний размер частиц в диапазоне от 10 до 15 микрон.

2. Продукт на основе гидроксохлорида алюминия по п. 1, в котором частицы имеют отношение площади поверхности к массе от 295 до 705 м²/кг, измеренное методом лазерной дифракции.

3. Продукт на основе гидроксохлорида алюминия по п. 1, в котором основность составляет 83% и отношение площади поверхности к массе находится в диапазоне от 575 до 700 квадратных метров на килограмм, измеренное методом лазерной дифракции.

4. Продукт на основе гидроксохлорида алюминия по п. 1, который имеет основность 85%.

5. Продукт на основе гидроксохлорида алюминия по п. 1, который имеет основность 72%.

6. Продукт на основе гидроксохлорида алюминия по п. 1, который имеет основность 50%.

7. Способ получения частиц гидроксохлорида алюминия с требуемой основностью, включающий:

использование нагретого газового потока в кольцевой мельнице для создания и поддержания циркулирующего газового потока внутри мельницы при рабочей температуре в диапазоне от 93 до 204°С (от 200 до 400°F);

подачу кристаллов гексагидрата хлорида алюминия в кольцевую мельницу, где образуются частицы гидроксохлорида алюминия и полученные частицы разделяются на основе плотности частиц, причем частицы имеют основность, которая является функцией рабочей температуры; и

сбор высушенных частиц гидроксохлорида алюминия при выходе частиц из кольцевой мельницы.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что высушенные частицы, собранные из мельницы, имеют основность в диапазоне от 0 до 85,6%.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что рабочая температура находится в диапазоне между 104 и 116°С (между 220 и 240°F).

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что собранные высушенные частицы содержат Al₂Cl₆ и имеют основность от 0 до 5%.

11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что рабочая температура находится в диапазоне между 127 и 138°С (между 260 и 280°F).

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что собранные высушенные частицы содержат Al₂(OH)Cl₅ и имеют основность от 14 до 18%.

13. Способ по п. 7, отличающийся тем, что рабочая температура находится в диапазоне между 149 и 154°С (между 300 и 310°F).

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что собранные высушенные частицы содержат Al₂(OH)₂Cl₄ и имеют основность от 31 до 35%.

15. Способ по п. 7, отличающийся тем, что рабочая температура находится в диапазоне между 171 и 177°С (между 340 и 350°F).

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что собранные высушенные частицы содержат Al₂(ОН)₃Cl₃ и имеют основность от 38 до 52%.

17. Способ по п. 7, отличающийся тем, что рабочая температура находится в диапазоне между 177 и 182°С (между 350 и 360°F).

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что собранные высушенные частицы содержат Al₂(OH)₄Cl₂ и имеют основность от 64 до 68%.

19. Способ по п. 7, отличающийся тем, что рабочая температура находится в диапазоне между 193 и 204°С (между 380 и 400°F).

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что собранные высушенные частицы содержат Al₂(OH)₅Cl и имеют основность от 81 до 85%.

21. Способ по п. 7, отличающийся тем, что поток газа содержит окружающий воздух и водяной пар.

22. Способ по п. 7, отличающийся тем, что высушенные частицы имеют объемную плотность от 641 до 1041 кг/м³ (от 40 до 65 фунтов на кубический фут).

23. Способ по п. 7, отличающийся тем, что собранные высушенные частицы имеют площадь поверхности больше чем 300 квадратных метров на килограмм и меньше чем 700 квадратных метров на килограмм, измеренную методом лазерной дифракции.

24. Способ по п. 7, отличающийся тем, что собранные высушенные частицы имеют площадь поверхности больше чем 500 квадратных метров на килограмм и меньше чем 600 квадратных метров на килограмм, измеренную методом лазерной дифракции.

25. Способ по п. 7, отличающийся тем, что собранные высушенные частицы имеют средний размер частиц в диапазоне от 10 до 15 микрон.