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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium
durch thermische Zersetzung von Alumim,*umoxycarbid.
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Es ist bekannt, Aluminium durch Reduktion von Aluminiumoxyd (Tonerde)
mit Kohle oder Carbiden herzustellen (vgl. USA.-Patentschriften 2
829 961
und 2 974
032). Bei dem aus der ersteren Patentschrift bekannten Verfahren
wird Aluminiumoxyd zu Aluminium reduziert, indem man eine Mischung von
85
bis
80 Gewichtsteilen Aluminiumoxyd und
15 bis 20 Gewichtsteilen
Kohle (oder eine dieser Mischung entsprechende Menge Aluminiumcarbid) auf
1980
bis 2100'
C erhitzt. Dabei wird annähernd der Umsetzung eine geschmolzene
Masse aus Aluminiumtetraoxycarbid (A1404C) und Aluminiumcarbid (A'4C.) gebildet,
worauf diese beiden Verbindungen unter Bildung von Aluminium weiter reagieren. Die
dabei stattfindende Umsetzung erfolgt nach einem Reaktionsmechanismus gemäß den
nachstehend angegebenen Gleichungen:
| 1.2 AI,0, i+36C |
| ---> 4 A1403 + 4 AI4C3 + 24
CO t (1) |
| 4 A1203 + 4 A'4C3 |
| --> 3 A1404 C + 3 A14C3 (2) |
| 3 A14O4C + 3 AI4C3 |
| --> 24 Al + 12 CO (3) |
Bei der aus der letzteren Patentschrift bekannten Arbeitsweise wird eine Mischung
aus
75 bis
65 Gewichtsteilen Aluminiumoxyd (Tonerde) und
25 bis
35 Gewichtsteilen Kohle bei 2400 bis
2500' C erhitzt
und zur Umsetzung gebracht, wobei Aluminiumoxyd mit dem während des Erhitzens gebildeten
Aluminiumearbid nach dem nachstehenden Mechanismus gemäß den Gleichungen (4) und
(5) reagiert:
| 2 Al.,03 + 9 C A14C3 + 6 CO (4) |
| Al#,c#3 + A14C3 6 Al. + 3 CO t
(5) |
Die vorstehend geschilderten zwei Arbeitsweisen zur Herstellung von Aluminium durch
direkte Reduktion von Aluminiumoxyd mit kohlenstoffhaltigen Materialien weisen jedoch
die nachstehend geschilderten Schwierigkeiten auf. Bei der ersteren Arbeitsweise
besitzt das während der Reaktion gebildete Aluminiumtetraoxycarbid eine übermäßig
hohe Flüchtigkeit bei erhöhten Temperaturen, insbesondere oberhalb 1.8001
C, so daß auf Grund des durch die Flüchtigkeit bedingten hohen Verlusts während
des Verfahrensablaufs die Erzielung einer stabilen technischen Produktion und von
guten Produktausbeuten nicht möglich ist. Bei der zweiten Arbeitsweise wird die
Verwendung von Aluminiumtetraoxycarbid als Zwischenprodukt unter Steigerung des
Kohlenstoffanteils der Ausgangsmischung und Erhöhung der Reaktionstemperatur wesentlich
vermindert, wobei jedoch trotzdem die Bildung von etwas Aluminiumtetraoxycarbid
nicht völlig ausgeschaltet werden kann. Dabei ist jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit
von Gleichung
(5), d. h. die Bildung, von Aluminium aus Aluminiumoxyd und
Aluminiumcarbid, gering. Eine Erhöhung auf praktisch brauchbare Geschwindigkeiten
ist mit dem Nachteil verbunden, daß eine ungewöhnlich hohe Temperatur von 2400 bis
2500' C erforderlich ist. Außerdem besteht dabei die Notwendigkeit, zur Vermeidung
der Bildung von Aluminiumtetraoxycarbid die Temperatur des Materials auf eine derartig
hohe TemperatÜr rasch zu steigern, wobei dadurch die glatte Ausführung der Reaktion
und die Erzielung einer stabilen Arbeitsweise erschwert wird, da diese Temperatur
der thermischen Zersetzungstemperatur von Aluminiumcarbid
(2500' Q sehr nahe
kommt bzw. mit dieser identisch ist.
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Es ist ferner ein Verfahren zur Gewinnung von Aluminium aus aluminiumhaltigen
Ausgangsstoffen durch thermische Reduktion mit Kohle bekannt, bei welchem in einer
ersten Phase geschmolzene Tonerde mit Kohle reduziert wird, anschließend in einer
zweiten Phase die in der ersten Phase erhaltenen gasförmigen Produkte, die im wesentlichen
aus AL,0, Al und CO bestehen, über Kohlenstoff geleitet7 werden und anschließend
in einer dritten Phase das in der zweiten Phase gebildete Aluminiumcarbid zu Aluminium
und Kohlenstoff zersetzt wird. Dabei wird Aluminiumcarbid auf 2000' C unter
einem verringerten Druck von 20 bis 50 mm Hg erhitzt.
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Es ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium bekannt,
bei welchem Aluminiumcarbid unter einem Vakuum von 0,5 mm Ha und einer Temperatur
von 1650 bis 19000 C thermisch zersetzt wird. Gemäß einer ähnlichen
Arbeitsweise wird Aluminiumcarbid unter einem Vakuum von etwa 10-8 Atmosphären
thermisch zersetzt, wobei eine Temperatur von etwa 1327 bis 2087' C
zur Anwendung gelangt und dadurch das Aluminium im C aasförmigen Zustand extrahiert
wird.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuen und technisch
vorteilhaft durchführbaren Verfahrens zur trockenen Aluminiumraffinierung und insbesondere
die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Aluminium aus Aluminiumoxyd und
Kohlenstoff oder Aluminiumcarbid. Insbesondere bezweckt die Erfindung die Schaffung
eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Aluminium, das in wirksamer und stabiler
Weise durchgeführt werden kann.
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Es wurden grundsätzliche Untersuchungen ausgeführt und dabei festgestellt,
daß man Aluminium in einfacher Weise durch thermische Zersetzung von Aluminiummonoxycarbid
herstellen kann.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
man eine Mischung von Aluminiumoxyd und Kohlenstoff oder Aluminiumcarbid auf eine
Temperatur zwischen 1800 und 20501 C in Gegenwart einer geringen Menge
eines Nitrids unter Bildung eines Aluminiummonoxycarbids erhitzt und danach das
Aluminiummonoxycarbid auf eine Temperatur zwischen 2100 und 2200' C zur thermischen
Zersetzung erhitzt.
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Als Verbindungen, bestehend aus den drei Elementen von Aluminium,
Sauerstoff und Kohlenstoff, wurden zuerst Aluminiumtetraoxycarbid und Aluminiummonoxycarbid
von F o s t e r, L. M. u. a. (vgl. J. A., Ceram. Soc., Bd. 39, S. 1
bis 11 [1956]) festgestellt und nachgewiesen. Die dabei erhaltenen Erkenntnisse
mit Bezug auf Aluminiumtetraoxycarbid bildeten vermutlich die Grundlage für das
Verfahren zur Herstellung von Aluminium, das von Foster u. a. in der vorstehend
genannten USA.-Patentschrift 2 829 961 (1958) beschrieben ist. Andererseits
wurde von Foster u. a. die Bildung von Aluminiummonoxycarbid in wahrnehmbarer Menge
beim Erhitzen einer Mischung von Aluminiumtetraoxycarbid (A14049 und Aluminiumcarbid
(A'4C.) während
10 Stunden bei 1800' C beobachtet.
Die Bildung von Aluminiummonoxycarbid war jedoch lediglich auf solche Fälle beschränkt,
bei welchen Stickstoff infolge Undichtigkeiten im Ofen vorhanden war. Das Produkt
wurde als neue Verbindung der Formel AI.,OC auf der Basis von chemischen Analysen,
Röntgenanalysen und optischem Brechungsindex ermittelt und bestätigt. Es besitzt
eine hexagonale Kristallform mit sehr starken Reflexionen bei 2,75 A
und
1,58 A. Außerdem berichten F o s t e r u. a. über einen Versuch zur Gewinnung
von Aluminiummonoxycarbid durch Erhitzen einer Mischung aus Aluminiumoxyd und Aluminiumearbid
auf eine Temperatur unmittelbar unter dem Schmelzpunkt der Mischung, welcher jedoch
nicht erfolgreich war. Sie führen ferner aus, daß die Anwendung von noch höheren
Temperaturen mit einer Verdampfung verbunden war, und somit ebenfalls nicht zum
Erfolg führte.
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Danach wurde von Cox u. a. (J. H. Cox u. a., Canadian
J. Chem., Bd. 41, S. 671 bis 683, 1963)
über Versuche berichtet,
bei welchen sie mit Bezug auf die Umsetzung von .#t-Aluminiumoxyd und Kohle bei
1300 bis 18001 C unter Zuhilfenahme der Arbeitsweisen der Partialdruckbestimmung
von CO-Gas im Gleichgewicht und der differentiellen Thermoanalyse die Feststellung
machten, daß, obgleich die Bildung von Aluminiummonoxycarbid beobachtet wurde, seine
Bildungsgeschwindigkeit sehr gering war, während die Bildungsgeschwindigkeit von
Aluminiumtetraoxycarbid sehr groß war. Sie geben daher an, daß der Hauptanteil des
Produkts demnach vorwiegend aus Aluminiumtetraoxycarbid besteht und daß dieses mit
Kohlenstoff bei noch höheren Temperaturen unter Bildung von Aluminiumcarbid reagiert.
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Trotz der Tatsache, daß das Vorhandensein von Aluminiummonoxycarbid
durch diese Versuchsberichte festgestellt und bestätigt worden ist, ist sein Verhalten
jedoch nur bei einer Temperatur von 1800 oder höchstens 1900' C bekannt.
Sein Verhalten und seine Eigenschaften oberhalb dieser Temperaturen sind bis jetzt
noch nicht bekannt. Es wird außerdem bekräftigt, daß seine Erzeugung ebenfalls sehr
schwierig ist.
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Es wurden nun Versuche über die thermischen Eigenschaften von Aluminiummonoxycarbid
bei noch höheren Temperaturen, wie den bisher angegebenen, ausgeführt und dabei
festgestellt, daß, obgleich Aluminiumtetraoxycarbid eine ausgeprägte Flüchtigkeit
in Nähe von
1800 bis 2000'
C zeigt, das Aluminiummonoxycarbid einzigartige
Eigenschaften insofern aufwies, als seine Verflüchtigung schwierig war, wobei es
viel stabiler war und seine feste Phase beibehielt; es wurde dabei außerdem festgestellt,
daß seine thermische Zersetzung plötzlich bei Temperaturen oberhalb
2050' C
und insbesondere oberhalb 2100'
C unter Bildung von metallischem Aluminium
stattfand. Es wird angenommen, daß diese thermische Zersetzung entsprechend der
nachstehend angegebenen Gleichung
(6) stattfindet:
Es wurde ferner gefunden, daß ein niedriger Stickstoffpartialdruck hinsichtlich
dieser thermischen Zersetzung günstige und vorteilhafte Wirkungen auf diese Reaktion
ausübt und insbesondere ein Stickstoffpartialdruck von 10-2 Atmosphären. Ein derartiger
Stickstoffpartialdruck erfordert keine besonderen Betriebsmittel oder Arbeitsmethoden,
sondern kann dadurch erreicht werden, daß man den Luftstrom von außen eben absperrt
oder abschließt. Bei hohem Stickstoffpartialdruck besteht die Neigung zum Auftreten
einer Nebenreaktion, bei welcher durch Umsetzung von Aluminiummonoxycarbid mit dem
Stickstoff Aluminiumnitrit gebildet wird.
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Bei weiteren Untersuchungen über die Möglichkeit der Bildung von Aluminiummonoxycarbid
durch eine Umsetzung in fester Phase von Aluminiumoxyd mit Kohlenstoff (oder Aluminiumcarbid)
- welche bisher nicht erfolgreich war - wurde festgestellt, daß, wenn
die Reaktion unter Zusatz einer geringen Menge eines Nitrids zu der Mischung der
vorstehend angegebenen Ausgangsmaterialien ausgeführt wurde, die Bildung von instabilem
Aluminiumtetraoxycarbid gehemmt und in überraschender Weise Aluminiummonoxycarbid
mühelos und stabil bei einer Temperatur oberhalb 1800' C gebildet werden
konnte und daß durch Erhitzen von Aluminiummonoxycarbid auf eine 2050' C
übersteigende Temperatur das Auftreten seiner thermischen Zersetzung herbeigeführt
werden konnte, um leicht metallisches Aluminium zu ergeben. Nachstehend werden Versuchsergebnisse
über das Fortschreiten der Aluminiummonoxycarbidreaktion, welche in Gegenwart des
vorstehend beschriebenen Nitrids durchgeführt wurde, im Vergleich mit dem Fall,
bei welchem kein Nitrid zugesetzt wurde, beschrieben. Das Fortschreiten der Reaktion
wurde an Hand von Röntgenanalysen verfolgt. Wenn eine Mischung aus 74 Teilen -x-Aluminiumoxyd
und 26 Teilen Kohlenstoff (Molverhältnis 1 : 3) ohne Zusatz eines
Nitrids erhitzt wurde, setzte die Reaktion in Nähe von 1700' C ein, und die
Bildung von Al 404C begann. Bei 1800 bis 1850'C wurde die Verflüchtigung
von dem gebildeten A14O4C ausgeprägt, und beim Erreichen von 1900 bis
1950' C war die gesamte Menge des A14O4C verflüchtigt, wobei lediglich eine
geringe Menge von A14C3 zurückblieb. Die Bildung von Al.OC wurde bei dieser Umsetzung
überhaupt nicht beobachtet. Wenn andererseits die vorstehend beschriebene Mischung
der Ausgangsmaterialien, welcher 5 Teile Aluminiumnitrid zugesetzt worden
waren, erhitzt wurde, änderte sich die Lage völlig, wobei der Beginn der Bildung
von Al.OC in Nähe von 1800' C
beobachtet wurde. Die Bildung von AI,OC wurde
bei 1850 bis 1900' C wirksam, und bei einer Temperatur im Bereich
zwischen 1950 und 20501 C betrug die gebildete Menge des Al,OC etwa
den theoretischen Wert. Wenn an Stelle von Kohlenstoff Aluminiumcarbid in einer
entsprechenden Menge verwendet wurde, wurden im wesentlichen ähnliche Ergebnisse
erhalten. Es wird angenommen, daß die Reaktionen entsprechend den nachstehend angegebenen
Gleichungen (7) und (8) durch die Zugabe des Nitrids gefördert werden:
AI,0 3 1 3 C = AWC 4- 2 CO (7)
AI,03 + A14C#l
= 3 ALOC (8)
Im wesentlichen ähnliche Ergebnisse wurden auch bei Verwendung
von Siliciumnitrid an Stelle von Aluminiumnitrid erhalten. Obgleich bekannt ist,
daß Siliciumnitrid allein beim Erhitzen auf 19001 C
sublimiert, wurde festgestellt,
daß, wenn es, wie in diesem Verfahren, in einer Mischung von Aluminiumoxyd
und
Kohlenstoff vorhanden ist, es seine Stickstoffkomponenten sogar oberhalb
19001 C zurückhält und entsprechende Wirkungen ausübt wie das vorstehend
genannte Aluminiunmitrid.
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Die Temperaturbestimmungen in diesen Versuchen wurden mittels eines
optischen Pyrometers ausgeführt. Da jedoch keine besonders große Genauigkeit in
der Bestimmung der Ofentemperaturen in diesem erhöhten Temperaturbereich gemäß der
derzeitigen Bestimmungstechnik erwartet werden kann, besitzen die angeführten numerischen
Werte einen gewissen Spielraum, beispielsweise von ±401 C, wobei ersichtlich
ist, daß die angegebenen Temperaturen die unter derartigen Bedingungen erhaltenen
Meßwerte darstellen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung, welches auf der Basis der vorstehend
beschriebenen verschiedenen Versuchsergebnisse entwickelt wurde, ist dadurch gekennzeichnet,
daß man Aluminiummonoxycarbid therinisch zur Erzeugung von Aluminium zersetzt. Ferner
ist gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium vorgesehen,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Nitrid einer Mischung von Aluminiumoxyd
mit Kohlenstoff oder Aluminiumcarbid zusetzt, worauf diese Mischung auf eine
2050' C nicht überschreitende Temperatur unter Bildung von Aluniiniummonoxycarbid
erhitzt und danach das so erhaltene Aluminiummonoxycarbid auf eine 20501 C
übersteigende Temperatur erhitzt wird.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachstehend näher -erläutert.
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Zur thermischen Zersetzung wird das Aluminiummonoxycarbid auf eine
2050' C übersteigende Temperatur und vorzugsweise auf 2100 bis 22001
C erhitzt. Unterhalb 20500 C findet praktisch keine thermische Zersetzung
statt während oberhalb 21001 C
die Zersetzungsreaktion ziemlich rasch fortschreitet
und innerhalb einer kurzen Zeitdauer, beispielsweise von etwa 30 Minuten,
vollständig ist. Wenn andererseits die Temperatur zu hoch ist, ergibt sich daraus
nicht nur ein Nachteil im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit des Wänneaufwands,
sondern dies ist auch unzweckmäßig und unerwünscht, da eine Neigung zum Auftreten
einer Verflüchtigung des gebildeten Aluminiums vorliegt. Die Verflüchtigung des
gebildeten Aluminiums während des Reaktionsablaufs ist überraschend gering, wobei
angenommen wird, daß dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß sein Dampfdruck
durch die gemeinsame oder gleichzeitige Anwesenheit des Aluminiummonoxycarbids auf
einen niedrigeren Wert herabgesetzt wird, als wenn das Aluminium allein vorhanden
ist. Zur Erniedrigung des Verlusts an gebildetem Aluminium auf Grund von Verflüchtigung
kann die Reaktion in einem Zustand oder bei einer Stufe abgebrochen werden, wobei
die geringe Menge an nicht umgesetztem Monoxycarbid zurückbleibt und das Aluminium
zweckmäßig und bequem als geschmolzene Masse, von welcher das Aluminiummonoxycarbid
eingeschlossen und mitgeschleppt wird, entnommen werden kann.
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Nachstehend wird die Arbeitsweise beschrieben, wobei von Aluminiumoxyd
und Kohlenstoff (oder Aluminiumcarbid) ausgegangen wird. Da diese Materialien in
der ersten Reaktionsstufe zu dem Alnminiummonoxycarbid im wesentlichen in theoretischer
Menge umgewandelt werden können, können die Ausgangsmaterialien in einem Mischungsverhältnis
verwendet werden, welches dem theoretischen Mischungsverhältnis gemäß den vorstehend
angegebenen Reaktionsgleichungen (7) oder (8) entspricht, wobei auch
ein leichter überschuß von einem der Materialien zulässig ist. Das theoretische
Mischungsverhältnis beträgt für Alurniniumoxyd und Kohlenstoff 74: 26, bezogen
auf das Gewicht. Wenn der Anteil an Aluminiumoxyd oberhalb 78 Gewichtsprozent
liegt, d. h. der Anteil an Kohlenstoff weniger als 22 Gewichtsprozent beträgt,
wird ein Teil der Reaktionsteilnehmer oberhalb etwa 20001 C in den halbgeschmolzenen
Zustand übergeführt, und da hierbei die Möglichkeit besteht, daß die Reaktion im
Inneren der Masse gehemmt ist, ist dies nicht zweckmäßig. Wenn umgekehrt der Anteil
von Kohlenstoff größer wird, steigt der Aluminiumcarbidgehalt in dem Produkt an.
In diesem Fall kann jedoch das Aluminiumcarbid nach der Abtrennung des in der thermischen
Zersetzungsstufe gebildeten Aluminiums der Beschickung zurückgeführt werden. Bei
Verwendung von Aluminiumoxyd und Aluminiumcarbid als Ausgangsmaterial beträgt andererseits
das theoretische Mischungsverhältnis von Aluminiumoxyd zu Aluininiumcarbid 41,5:
58,5, bezogen auf Gewicht. Vorzugsweise wird die Umsetzung ausgeführt,
indem sichergestellt wird, daß der Anteil des Aluminiumcarbids nicht niedriger als
der theoretische Anteil wird. An Stelle der Verwendung von Kohlenstoff oder Aluminiumearbid
allein, können diese, wie ersichtlich, auch als Mischung zur Anwendung gelangen.
In diesem Fall ist das Verhältnis, in welcher die Mischung mit dem Aluminiumoxyd
verwendet wird, in übereinstimmung mit den Ausführungen, welche vorstehend mit Bezug
auf diese Substanzen angegeben wurden.
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Das der Ausgangsmischung zuzusetzende Nitrid ist in seiner Klasse
nicht beschränkt; zweckmäßig werden jedoch Aluminiumnitrid und solche Nitride verwendet,
welche thermodynamisch instabiler als Aluminiumnitrid sind, sich jedoch bei etwa
1000' C
nicht zersetzen. Beispiele für derartige Nitride umfassen Aluminiunmitrid,
Siliciumnitrid, Bornitrid, Vanadiumnitrid, Chromnitrid und Calciumnitrid.
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Obgleich keine besondere Beschränkung hinsichtlich der zugesetzten
Menge der vorstehend angegebenen Nitride vorliegt, werden normalerweise
0,1 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Ausgangsmaterial, verwendet.
Wenn die zugesetzte Menge nicht ausreicht, nimmt die Hemmwirkung auf die Bildung
von Aluminiumtetraoxycarbid ab. Andererseits wird, wenn die Menge 10% übersteigt,
ein Nebenprodukt einer Zusammensetzung, entsprechend Al.C.N, erhalten (iin Fall,
wenn Aluminiumnitrid als Nitrid verwendet wurde). Zur wirksamen Bildung von Aluminiummonoxycarbid
allein wird daher die zugesetzte Men-e an Nitrid vorzu-sweise innerhalb mehrerer
Prozent gehalten.
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Vorzugsweise wird eine gleichförmige und innige Mischung des Ausgangsmaterials
und des Nitrids angewendet. Unter betrieblichen Gesichtspunkten ist es beispielsweise
zweckmäßig, diese Materialien gründlich in pulverförmigem Zustand zu vermischen
und danach mittels Preßformen oder unter Anwendung eines Bindemittels, z. B. Pech,
Preßlinge oder Briketts aus der Mischung zu bilden.
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Wie vorstehend angegeben, ist die für die erste Stufe zur Anwendung
gelangende Erhitzungstemperatur,
bei welcher Aluminiummonoxycarbid
gebildet wird, oberhalb 1800' C, d. h. oberhalb der Temperatur, bei welcher
es gebildet wird, und unterhalb 20501 C, d. h. der Temperatur, bei welcher
es zersetzt wird, wobei eine Temperatur im Bereich von etwa 1900 bis 20001
C bevorzugt wird. Die Reaktion schreitet ziemlich rasch fort, und die Bildung
des Monoxycarbids ist in einer kurzen Zeitdauer, nämlich innerhalb 1 bis
2 Stunden, beendet.
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Anschließend wird die zweite Stufe der Reaktion ausgeführt, bei welcher
das Monoxycarbid thermisch durch Steigerung der Temperatur auf eine Temperatur oberhalb
20501 C zersetzt wird. Diese thermische Zersetzung findet in der vorstehend
geschilderten Weise statt.
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Obgleich das gebildete Aluminium in Form einer geschmolzenen Masse,
welche nicht umgesetzte Substanzen und Nitrid enthält, entnommen wird, kann ein
Hauptanteil des gebildeten metallischen Aluminiums in hoher Reinheit erhalten werden,
indem man die geschmolzene Masse in ein bekanntes Flußmittel, beispielsweise in
eine eutektische Mischung von Kalium- und Natriumchlorid, gießt. Der Rückstand wird
in wirksamer Weise verwertet, indem er als Teil der Beschickung im Kreislauf wieder
zurückgeführt wird. Es treten hierbei überhaupt keine Ab-
fallverluste auf.
Die zur Anwendung gelangende Einrichtung kann auch ein gebräuchlicher elektrischer
Ofen, welcher in der Technik verwendet wird, sein, welcher diesen Reaktionstemperaturen
widerstehen kann. Es ist außerdem möglich, die Einrichtung zweckmäßig für den kontinuierlichen
Betrieb auszugestalten.
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Wie vorstehend beschrieben, beruht das Verfahren gemäß der Erfindung
auf einer völlig neuen Arbeitsweise, wobei zusammenfassend die folgenden besonderen
Merkmale und Vorteile erhalten werden: Die Ausgangsmaterialien und die Zwischenprodukte
sind im Vergleich mit denjenigen des gebräuchlichen Kohlenstoffreduktionsverfahrens
stabile Verbindungen, wobei die Ausführung des Verfahrens ohne Schwierigkeiten durchgeführt
wird. Ferner weist das Verhältnis, in welchem die Ausgangsmaterialien gemischt werden,
eine größere Variabilität oder Breite auf. Es besteht keine Notwendigkeit für eine
erhöhte Temperatur, wie z. B. von 2400 bis 25001 C, wie dies bei einer der
bekannten Arbeitsweisen der Fall ist. Die Ausbeute ist hoch, da praktisch keine
Verluste an den Komponenten während des gesamten Reaktionsverlaufs vorhanden sind.
Bei Vergleich dieser Vorteile mit den verschiedenen Nachteilen von den gebräuchlichen
Arbeitsweisen, wie vorstehend angegeben, sind die besonderen Vorteile der Erfindung
klar ersichtlich.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Beispielen näher erläutert,
in welchen sämtliche Teile und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen sind, wenn
nichts anderes angegeben ist. Die Beispiele 1 bis 3 betreffen die
Bildung von Aluminiummonoxycarbid, während die Beispiele 4 bis 6 die Bildung
von Aluminium entweder aus Aluminiummonoxycarbid oder aus Aluminiumoxyd über das
Aluminiummonoxycarbid beschreiben.
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Beispiel 1
74 Teile Aluminiumoxyd (Teilchengröße unterhalb
1 Mikron) von 99,9 %iger Reinheit, 26 Teile pulverisierter Holzkohle (wovon
alles durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,104 mm geht) und
5 Teile Aluminiumnitrid wurden gemischt, worauf die Mischung zu Tabletten
oder Preßlingen mit einem Durchmesser von 10 mm gepreßt wurde. Die Preßlinge
wurden dann in einen Graphittiegel gebracht, dessen Innenwandung mit Titancarbid
überzogen worden war, um Einflüsse der Ofenwandung auf die Reaktion zu vermeiden.
Es wurde dann auf 1800 bis 2000' C während 11/2 Stunden erhitzt, eine
weitere 1/2 Stunde bei 2000' C gehalten und danach abgekühlt. Das erhaltene
Produkt bestand aus einer grünlich-schwarzen, kristallinen Masse, welche einen Glanz
aufwies. Ergebnisse der Röntgenuntersuchung zeigten, daß diese Substanz intensive
Beugungslinien bei 2,75 A und 1,58 A aufwies, was in übereinstimmung
der von F o s t e r u. a., wie vorstehend erwähnt, bestimmten Verbindung von A120C
war. Die Ergebnisse von chemischen Analysen zeigten einen A120c-Gehalt von 9311/o
und einen AIN-Gehalt von 6,7%, wobei die Ausbeute von Aluminiummonoxycarbid 971%
der theoretischen Menge betrug.
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Beispiel 2 Aluminiummonoxycarbid wurde gemäß der im Beispiell beschriebenen
Arbeitsweise mit der Ab-
änderung hergestellt, daß als Nitridzusatz 5Teile
Siliciumnitrid (Si.N4 einer Reinheit von 9511/e, erhalten durch Nitridbildung von
Silicium bei unterhalb 15001 Q zur Anwendung gelangten.
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Beispiel 3
Aluminiummonoxycarbid wurde unter Anwendung der im
Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise mit der Abänderung hergestellt, daß
die verwendete Ausgangsmaterialmischung aus 42 Teilen Aluminiumoxyd (Reinheit
99,9 %), 58 Teilen Aluminiumcarbid (A'4C", Reinheit 98%, erhalten
durch Erhitzen von Aluminium und pulverisierter Holzkohle auf 1900' Q
und
5 Teilen Aluminiumnitrid bestand.
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Beispiel 4 Pulverisiertes Aluminiummonoxycarbid einer Reinheit von
9311/o wurde mit einer geringen Menge einer wäßrigen Dextrinlösung geknetet und
zu Preßlingen (Briketts) von einem Durchmesser von 20mm geformt. Diese Preßlinge
wurden in ein mit Deckel versehenes Graphitgefäß, welches im voraus auf
2150' C
erhitzt worden war, eingebracht und nach 30 Minuten entnommen.
Das erhaltene Produkt bestand aus 68 Teilen einer gelbgrünlich gefärbten
Schmelze, welche sich bei Abkühlung verfestigte. Die chemische Analyse zeigte, daß
die Masse dieses Produkts aus 87 D/o Al mit einem Rest aus 5 % A14C33
6 % AIN und 2% anderer Komponenten bestand.
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Beispiel 5
In 73 Teile eines feinteiligen Aluminiumoxyds
(Reinheit 99,904) wurden gründlich 27Teile einer gereinigten pulverisierten Kohle
einer Größe, entsprechend einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,104mm
und 4Teile Aluminiumnitrid einer Größe, entsprechend einem Sieb mit einer lichten
Maschenweite von etwa 0,147 mm eingemischt, worauf die Mischung zu Preßkörpem (Briketts)
mit einem Durchmesser von 10 bis 20 mm preßgeformt wurde.
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Diese Preßkörper wurden während einer Stunde bei 1850 bis 20001
C mit einem elektrischen Widerstandsofen
in einem mit Titancarbid
ausgekleideten Graphittiegel, um die Einwirkung der Gefäßwand auf die Reaktion zu
vermeiden, erhitzt. Die Temperatur wurde dann weiter auf 2100 bis 2200'
C erhöht, und nach Erhitzen Während einiger Zeit bei dieser Temperatur wurde
die geschmolzene Masse herausgenommen. Die Masse besaß die folgende Zusammensetzung:
75% Al und als Rest 19% A120C und 6"/o AIN.
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Unter Anwendung einer eutektischen Mischung von KCI und NaC1 als Flußmittel
und Eingießen der vorstehend beschriebenen geschmolzenen Masse zur Abscheidung und
Sammlung des metallischen Aluminiums, war es außerdem möglich, etwa 90% des gebildeten
Aluminiums zu sammeln, welches eine Reinheit von 99,7% besaß.
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Beispiel 6
Das Flußmittel, mit welchem Al gemäß der im Beispiel
5 beschriebenen Arbeitsweise abgetrennt wurde, wurde mit Wasser gewaschen,
worauf 30 Teile einer gesammelten Masse, bestehend aus metalhschem
Al, Al.OC und AIN, welche in dem Flußmittel zurückblieb, mit weiteren
50 Teilen A120.. 70 Teilen Aluminiumearbid als Reduktionsmittel und
5 Teilen Si.N4 als Zusatz gemischt wurden. Bei Behandlung entsprechend der
im Beispiel 5 beschriebenen Arbeitsweise wurde metallisches Aluminium erhalten.