DE2701260A1

DE2701260A1 - Verfahren zur entfernung von verunreinigungen aus aluminiumschmelzen

Info

Publication number: DE2701260A1
Application number: DE19772701260
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Stary
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Rio Tinto Switzerland AG
Priority date: 1976-12-21
Filing date: 1977-01-13
Publication date: 1978-06-22
Also published as: AT357339B; CH599979A5; NO149509C; NO774345L; YU279277A; FR2375329B1; DE2701260C3; NO149509B; DE2701260B2; GB1542359A; FR2375329A1; ZA776956B; US4138245A; IT1088996B; ATA913477A

Description

Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus Aluininiianschinelzen

Beanspruchte

Priorität: 21. Dezember I976 - Schweiz - Nr. I607V76 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen, insbesondere von Natrium, aus Aluminiumschmelzen, bei dem die Aluminiumschmelze während des Durchgangs durch ein Filterbett mit reaktivem Chlor behandelt wird.

Es ist bekannt, dass durch die Behandlung von Aluminiumschmelzen mit reaktivem Chlor der Natriumgehalt der Schmelze bis auf einige ppm verringert werden kann.

Die dem Stand der Technik zugehörenden Verfahren können grob in zwei Gruppen unterteilt werden.

1. Das durch die DT-OS 1 912 887 vorgeschlagene Verfahren, kann als repräsentativ für die Gruppe angesehen werden, bei der das geschmolzene Metall mit einem Flussmittel abgedeckt wird, das bei der Behandlungstemperatur in flüssigem Zustand vorliegt. Während der Durchführung des Verfahrens, wird dauernd oder periodisch Chlor in die Schmelze eingeleitet. Das Flussmittel ist dabei in der

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Lage, den grössten Teil des in der Schmelze enthaltenen Natriums als Natriumchlorid zu binden. Als Flussmittel dienen dabei Salzgemische, die Alkali- und/oder Erdalkali· halogenide enthalten und Zusätze eines Komplexsalzes, wie Natriumhexaf luoroaluminat und ähnliche auf v/eisen.

2. Das durch die US-PS 3 737 303 vorgeschlagene Verfahren, kann als Vertreter der zweiten Gruppe angesehen werdsn, ■ bei der das flüssige Aluminium durch ein Filterbett aus feuerfestem Material geleitet wird, das mit reaktivem Chlor begast wird.

Die eingangs beschriebenen Verfahren bei denen die Aluminiumßchmelze mit einem Flussmittel abgedeckt wird, weisen den Vorteil auf, dass erhebliche Mengen an Natriumchlorid in der Flussmittelschicht aufgenommen - "gespeichert" - werden können.

Auf der andern Seite zeigen diese Verfahren den Nachteil, dass das bei der Behandlungstemperatur flüssige Flussmittel mit Luftfeuchtigkeit hydrolisiert, wobei eine Rauchentwicklung zu beobachten ist. Der Rauch besteht vorwiegend aus Salzsäure und einem Gemisch aus feinteiligem Aluminiumoxid/ Aluminiumhydroxid. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, dass die Salzschmelze, bzw. ihre Hydrolyseprodukte in die Ofen-

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wandung eindiffundieren und so eine Korrosion der Ofenausmauerung bewirken können.

Der Einsatz von Filterbetten, gewährleistet eine optimale Verteilung des in das Bad eingebrachte Chlorstroms und bewirkt so eine optimale Chlorausbeute. Nachteilig wirkt sich hier die geringe Speicherkapazität der feuerfesten Keramik für das gebildete NaCl aus, die bewirkt, dass das NaCl an die Badoberfläche steigt und dort periodisch entfernt werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung eines Verfahrens, bei dem die hohe Speicherkapazität des Flussmittels für Natriumchlorid mit der guten Verteilung des Chlorstroms durch ein Filterbett kombiniert wird.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Filterbett aus einem bei der Behandlungstemperatur beständigen, körnigen oder schaumförmigen Material besteht, dessen Oberfläche mit einem chlorhaltigen Salz oder Salzgemisch, überzogen ist, das bei der Behandlungstemperatur in flüssigem Zustand vorliegt und in der Lage ist, Aluminiumchlorid zu chcmisorbieren.

Dan in der Schmelze gelöst vorliegende Natrium reagiert mit

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ORIGINAL INSPECTED

dem cheir.iEcrbiertcn Aluminiumchlcrid unter Freisetzung von Aluminium zu Natriumchlorid, welches durch die flüssige Salzschicht auf dem Filtermaterial abgebunden wird.

Als flüssige Salzschichten werden dabei bevorzugt Salzgemische eingesetzt, deren Hauptbestandteile Chloride der Alkali- und Erdalkalimetalle sind. Weiter besteht die llöglichkeit, zur Erniedrigung des Schmelzpunktes, bzw. zur Erreichung einer bestimmten Viskosität dem Salzgemisch ein Doppelsalz des Typs

Me I AlXJ oder Me₃ ^A1X6|

L - ü L "£J

zuzusetzen, wobei Me für Alkalimetall und X für Fluor oder Chlor steht.

Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, als bei der Behandlungstemperatur beständiges Material feuerfeste Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxidkeramik, oder Stein einzusotr.cn. Wird r.ur bildung des 1'illei.betleü Keramik verwendet, kann das Filter mit Keramik-Granulat oder mit Keramik-Schaumstoff gebildet werden. Bei der Verwendung eines geeigneten feuerfesten Materials besteht die Möglichkeit, den "Träger" als poröse oder Löcher (Kanäle) enthaltende Platte auszubilden, oder Platten in Form von Schikanen in den Filtertopf einzubauen.

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ORIGINAL INSPECTED

Vor aller:¹, bei der Verwendung von Keramik-Schaumstoff hat sich gezeigt, dass die Poren nach längeren Betriebszeiten durch das auf der Oberfläche absorbierte Natriumchlorid verstopft werden können. Es hat. sich daher als vorteilhaft erwiesen die Filterschicht aus mehreren Schaumstoffschichten mit in Richtung des Aluminiumflusses abnehmender Porengrösse zu verwenden. Der gleiche Effekt, die Erreichung längerer Filterstandzeiten, kann bei Verwendung von Granulat erreicht werden, indem die Korngrösse des Granulates in Richtung des Aluminiumflusses kontinuierlich oder schichtweise verkleinert wird.

Das Filterbett weist vorzugsweise eine Dicke von mindestens 5 cm auf, z.B. 15 bis 35 cm.

Um zu verhindern, dass Tropfen der Salzschmelze durch das strömende Aluminium aus dem Filter mitgerissen werden, hat es sich weiter als vorteilhaft erwiesen, das Filterbett mit einem mechanisch wirkenden Filter abzudecken. Damit der mechanisch v/irkende Filter nicht mit Salzen verunreinigt wird, ist es bei Anwendung desselben günstig, den Gasstrom im Gleichstrom mit der Aluminiumschmelze durch das Filterbett zu leiten, d.h. Gasstrom und Metallstrom werden von der dem mechanischen Filter abgewandten Seite in das Filterbett geführt.

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ORIGINAL twSHECTED

Das "Gleichstromverfahren" hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, v/enn kein mechanisches Filter verwendet wird, da beim Gleichstromverfahren eine Verunreinigung der filtrierten Schmelze mit AlCl- oder andern Reaktionsprodukten vermieden wird.

Unter der Bezeichnung "Aluminium" werden sowohl reines Aluminium, wie auch Legierungen mit Aluminium als Hauptkomponente verstanden.

Ebenfalls wird unter der Bezeichnung "reaktives Chlor" sowohl elementares Chlor, wie auch Chlor-Verbindungen, die bei der Behandlungstemperatur in gasförmigem Zustand vorliegen, verstanden, die in der Lage sind, mit flüssigem Aluminium quantitativ zu Aluminiumchlorid zu reagieren. Als Chlorverbindungen werden z.B. C₃Cl₆ oder CCl. eingesetzt.

Zur Durchführung des Verfahrens wird das Filterbett, bzw. die flüssige Salzschicht auf den Filterkörpern dauernd oder periodisch mit "reaktivem Chlor" aktiviert. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, einen dauernden Strom eines inerten Gases, beispielsweise Argon, parallel zum Chlorstrom durch die Schmelze zu leiten.

Bei der Behandlung von magnesiumhaltigen Legierungen nach dem erfindungsgemässen Verfahren traten anfänglich Schwierig-

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keiten auf, d.h. neben Natrium wurde auch Magnesium aus der Schmelze entfernt. Es hat sich gezeigt, dass diese Verarmung der Schmelze an Magnesium nach einer Reaktion des Typs

2 Me¹ AlCl₄ + Mg + 2 Me¹Cl + 3 MgCl₃ + 2 Al

verläuft und vermieden werden kann, wenn dem Salzgemisch als Hauptkomponente MgCl₂ zugefügt wird. Das bei der Begasung der Schmelze entstehende AlCl., reagiert mit MgCl₅ zu einem Doppelsalz, das mit dem in der Schmelze gelöst vorliegenden Magnesium in einem thermodynamisch begünstigten Gleichgewicht steht.

Die Vorteilhaftigkeit des erfindungsgemässen Verfahrens wird anhand von zwei Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

In einem mit OeI beheizten Tiegelofen wurden 250 kg einer magnesiumhaltigen Aluminiumlegierung mit 3 % Magnesium und einem durchschnittlichen Natriumgehalt von 20 ppm bei 690-750 C erschmolzen. Die Schmelze wurde mit einer Geschwindigkeit von 6 kg/min durch ein Filterbett mit den Dimensionen 20 χ 20 χ 20 cm geleitet, bestehend aus; Al 0 -Keramik mit Granulatdurchmesser 1,5 cm, durch Tauchen in einer Salzschmelze überzogen mit einem Salzgemisch aus

85 % MgCl₂

15 % NaCl

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Der Filter wurde dauernd mit 1 l/min Argon durchströmt/ dem periodisch alle 10 min für 5 min 1 l/min Chlor beigemischt wurde. Beide Gase wurden im Gleichstrom mit der Aluminium-Schmelze durch den Filter geleitet.

Der Natriumgehalt der Aluminiumlegierung konnte auf einen durchschnittlichen Wert von 7,5 ppm gesenkt werden, was einem Reinigungsgrad von 62,5 % entspricht. Eine Abnahme des Magnesiumgehaltes konnte nicht festgestellt werden.

Beispiel 2

In der gleichen Anlage und unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurden 250 kg Aluminium 99,8 % mit einem durchschnittlichen Natriumgehalt von 35 ppm erschmolzen. Die Schmelze wurde mit einer Geschwindigkeit von 6 kg/min durch ein Filterbett geleitet, bestehend aus einem Al_O_-Keramik-Schaumstoffilter mit den Dimensionen 20 χ 20 χ 30 cm, welches durch Tauchen in eine konzentrierte wässrige Lösung von

40 % NaCl
30 % KCl
30 % NaF

und anschliessendes Trocknen bei ca. 200⁰C mit dem Salzgemisch beschichtet wurde. Das "aktive" Filterbett wurde mit einem als mechanisches Filter wirkenden Al-O-j-Schaumfilter

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mit den Dimensionen 20 χ 20 χ 10 cm abgedeckt. Die weiteren Versuchsparameter entsprachen denen in Beispiel 1.

Der Natriumgehalt des Aluminiums konnte auf einen durchschnittlichen Wert von 3 ppm gesenkt werden, was einem Reinigungsgrad von 91,4 % entspricht.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen, insbesondere von Natrium, aus Aluminiumschmelzen unter Verwendung von reaktivem Chlor, wobei die Schmelze im Gleich- oder GegenstroiR mit dem Chlorstrom durch ein Filterbett geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, das das Filterbett, aus einem bei der Behandlungstemperatur beständigen, körnigen oder schaumförmigen Material besteht, dessen Oberfläche mit einem chloridhaltigen Salz oder Salzgemisch überzogen ist, das bei der Behandlungstemperatur in flüssigem Zustand vorliegt und in der Lage ist, Aluminiumchlorid zu chemisorbieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, -dass das Salzgemisch aus den Chloriden der Alkali- und/ oder Erdalkalimetalle besteht.

3· Verfahren nach Anspruch 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das Salzgemisch ein Doppel-■ salz des Typs
Me.

[a1X₆| oder Me AlX₄

"3
enthält, wobei Me für Alkalimetall und X für F oder Cl

steht.

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ORIGINAL INSPECTED

4.. Verfahren nach Anspruch 1 bis >,

dadurch gekennzeichnet, dass das
Filterbett aus Aluminiumoxid-Keramik besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik in Form eines Granulats eingesetzt
wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5/ dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse des Granulats in Richtung des AIuminiumflusses schichtförmig oder kontinuierlich abnimmt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik als Schaumstoff eingesetzt wird.

8· Verfahren nach Anspruch 7/ dadurch gekennzeichnet, dass das Filter aus mehreren Schaumstoffschichten besteht deren Porengrösse in Richtung des Aluminiumflusses abnimmt.

9- Verfahren nach Anspruch'Ibis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass das aktive Filterbett mit einem mechanisch wirkenden Filter abgedeckt ist.

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10. Verfahren nach A.nspruch 1 bis 9>

dadurch gekennzeichnet, dass der

Chlorstrom im Gleichstrom mit der Aluminiumschmelze durch das Filterbett geleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwendung des Verfahrens auf magnesiumhaltige Aluminiumlegierungen die Hauptkomponente des Salzgemisches MgCl₂ ist.

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