di Michele Cifalinò

Il cloruro di alluminio (AlCl3) è tra gli acidi più utilizzati nell’industria ed è anche uno dei più potenti.

Il composto viene impiegato come catalizzatore nella produzione di molte sostanze chimiche organiche prodotte da diversi processi industriali, tra cui isomerizzazione, alchilazione e polimerizzazione.

I policloruri di alluminio vengono definiti composti polimerici degli idrossidi di alluminio, con differenti gradi di clorurazione, capaci di rendere il composto particolarmente adeguato a differenti funzioni, come la chiarificazione delle acque e alla loro potabilizzazione, ma anche per la fabbricazione della carta.

Ambiti d’applicazione del policloruro di alluminio

Il policloruro di alluminio si presenta come una soluzione liquida caratterizzata da notevole stabilità e solubilità in acqua: a livello produttivo vene solitamente ottenuto facendo reagire l’idrossido d’alluminio (allumina) con l’acido cloridrico concentrato. Questo composto può essere impiegato in un vasto intervallo di pH, e, per il suo potere flocculante, è idoneo soprattutto nel trattamento delle acque reflue di vario tipo, come nel generico impianto rappresentato nella figura che segue

Trattamento acque reflue

Più in generale troviamo applicazioni svariate in diversi settori:

  • settore idrico: Il policloruro di alluminio risulta molto utile per la depurazione delle acque reflue provenienti dalle residenze, dalle attività civili e anche nelle strade urbane, migliorando quantità e resa della depurazione globale. Oltre alla depurazione delle acque, e quindi alla sua potabilità, il policloruro di alluminio può essere impiegato all’interno dell’acqua delle piscine in modo tale da permettere la precipitazione delle particelle in sospensione, agendo come flocculante.
  • industria cartiera: Il policloruro di alluminio e derivati trovano impiego nella produzione industriale di carte come agente collante e coadiuvante.
  • settore agricolo e zootecnico permette l’abbattimento della domanda chimica di ossigeno (COD) che rappresenta un indicatore dell’inquinamento idrico.
  • industria tessile e metalmeccanica: il policloruro di alluminio viene impiegato sia per migliorare il COD, ma anche per rimuovere colori e tensioattivi. L’industria metalmeccanica impiega questo prodotto per la rimozione della torbidità degli olii utilizzati nel processo di produzione e ovviamente per abbattere il COD.
  • industria chimica: Le principali applicazioni sono nella produzione di etilbenzene e coloranti. AlCl3 catalizza l’etilazione del benzene con etilene per produrre etilbenzene, che a sua volta viene utilizzato nella produzione di stirene. Nell’industria dei coloranti è utilizzato come catalizzatore nella produzione di antrachinone e suoi derivati, nonché nella produzione di pigmenti.

Il processo di produzione del cloruro di alluminio

Analizziamo da vicino il processo di produzione di questo importante composto chimico.
La figura presenta diversi percorsi per la produzione di AlCl3: inizialmente, il cloruro di alluminio veniva prodotto su scala commerciale da bauxite calcinata e coke. Tuttavia, sono emerse nuove vie che presentano vantaggi rispetto al processo di bauxite.
I vantaggi derivano da una ridotta presenza di corrosione del reattore e dalla produzione di un prodotto di maggiore purezza. Attualmente, le materie prime più importanti per la produzione di AlCl3 sono l’alluminio metallico o l’ossido di alluminio puro. Come vedremo in seguito il processo di produzione trasporto e stoccaggio di questo composto è di notevole importanza in quanto è altamente corrosivo, per questo motivo va maneggiato con cautela: può infatti corrodere anche i metalli. Di seguito uno schema semplificato del processo produttivo.

Produzione ALCl3

I vantaggi derivano da una ridotta presenza di corrosione del reattore e dalla produzione di un prodotto di maggiore purezza. Attualmente, le materie prime più importanti per la produzione di AlCl3 sono l’alluminio metallico o l’ossido di alluminio puro. Come vedremo in seguito il processo di produzione trasporto e stoccaggio di questo composto è di notevole importanza in quanto è altamente corrosivo, per questo motivo va maneggiato con cautela: può infatti corrodere anche i metalli. Di seguito uno schema semplificato del processo produttivo.

Produzione AlCl3

La reazione avviene in reattori tubolari rivestiti in ceramica contenenti alluminio fuso.

Il gas di cloro viene iniettato sotto la superficie del bagno di alluminio, portando alla formazione di vapore di cloruro di alluminio in una reazione altamente esotermica e praticamente istantanea. La reazione avviene ad alte temperature, intorno ai 670-850°C (la temperatura viene mantenuta in questo intervallo controllando le portate di cloro e alluminio e raffreddando le pareti del reattore con acqua).
Entrando in contatto con le pareti del condensatore, il vapore di AlCl3 cede il suo calore di sublimazione e si deposita sulle pareti. Il deposito solido viene prelevato dalle pareti del condensatore ad intervalli regolari e successivamente convogliato a dei silos di contenimento. Le operazioni di condensazione, frantumazione e calibratura, così come le strutture di stoccaggio, sono progettate per evitare l’ingresso di aria umida atmosferica. A tale scopo è implementato un sistema di sfiato che dirige il gas di scarico (contenente cloro in esubero e gas non condensati) a uno scrubber. Il gas prodotto viene infine scaricato nell’atmosfera, mentre il flusso refluo viene trattato come acque reflue.
Per le operazioni di stoccaggio e movimentazione di questo acido è necessario impiegare componenti idonei resistenti alle sostanze altamente corrosive: ad esempio è fondamentale utilizzare pompe centrifughe realizzate in PP e PVDF per movimentare liquidi e soluzioni aggressive in sicurezza. Per la movimentazione ed il controllo dei flussi all’interno dell’impianto inoltre è raccomandabile l’utilizzo di alcuni tipi di valvole, come valvole a membrana (o a farfalla) ideali per la regolazione di liquidi corrosivi e impuri.

FONTI:
S. Jenkins , “Aluminium Chloride Production” Chemengonline, October 1, 2016

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