DE853823C - Verfahren zur Herstellung oder Reinigung von Aluminium - Google Patents

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 27. OKTOBER 1952

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Nach den bisher üblichen Verfahren hergestelltes oder als Sekundärmetall oder Abfall gewonnenes Aluminium enthält gewöhnlich Verunreinigungen, deren Menge und Art von der Herkunft des Metalls abhängen. Es ist häufig wünschenswert, aus dem Aluminium diese Verunreinigungen zu entfernen, die gewöhnlich in Form anderer metallischer Elemente vorliegen, wie Eisen, Silicium, Kupfer, Titan, Zink, Magnesium, Kadmium, Blei u. dgl. Die zu diesem Zweck vorgeschlagenen Verfahren sind sehr kostspielig.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Destillationsverfahren zur Herstellung oder Reinigung von Aluminium. Solche Verfahren sind bereits vorgeschlagen worden, sie wurden jedoch als nicht wirtschaftlich erachtet wegen der hohen Temperaturen, bei welchen sie ausgeführt werden müssen. Gegenstand der Erfindung ist daher ein Destillationsverfahren zur Herstellung oder Reinigung von Aluminium, das bei Temperaturen ausführbar ist, die mit einer billigen und wirtschaftlichen Vorrichtung vereinbar sind, sowie mit geringeren Kosten als jenen der bisher vorgeschlagenen Verfahren dieser Art.

Es wurde gefunden, daß bei Mischung von Halogeniden mit unreinem Aluminium und Erhitzung

dieser Mischung in einer Heizkammer auf erhöhte Temperaturen verhältnismäßig reines Aluminium bei wirtschaftlich ausführbaren Temperaturen und Mengen verdampft, das später durch Kondensation der Dämpfe in einer geeigneten Kondensationskammer wiedergewonnen werden kann. Von den Halogeniden werden die Fluoride für diesen Zweck bevorzugt, auch gegenüber anderen etwas billigeren Halogeniden, weil sich herausgestellt hat, daß der ίο allgemeine Wirkungsgrad des Verfahrens besser ist, wenn Fluoride verwendet werden. Von den Fluoriden werden die Erdalkalifluoride und die Aluminium enthaltenden Doppelfluoride bevorzugt, und Aluminiumfluorid ist eine Verbindung, die als zufriedenstellend befunden wurde. Von den Erdalkalifluoriden wird Magnesiumfluor id bevorzugt, obwohl beim Arbeiten bei höheren Temperaturen die höhere Verdampfungstemperatur von Calciumfluorid die Verwendung dieser Verbindung als so wünschenswert erscheinen läßt. Von den Aluminium enthaltenden Doppelfluoriden wurden die Doppelfluoride der Alkalimetalle als am meisten zufriedenstellend befunden, und von diesen haben sich die Natrium-Aluminiumfluoride, wie Kryolith oder as Chiolith, als am wirksamsten erwiesen.

Bei der Auswahl der Halogenide werden die thermischen Merkmale der in Frage stehenden Halogenide und die Arbeitstemperatur in Betracht gezogen. Halogenide, welche bei der Arbeitstemperatur unstabil sind oder welche bei dieser oder bei niedrigeren Temperaturen leicht verdampfen, so daß sie die Reaktionszone vor der eigentlichen Reaktion halogenidärmer verlassen, sind in der Praxis gewöhnlich nicht erwünscht.

Es scheint, obwohl diese Annahme nur theoretisch und die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, daß das Halogenid und das freie Aluminium eine niedrig siedende Mischung, Verbindung oder eine ähnliche Masse bilden, die bei verhältnismäßig ♦o niedrigerer Temperatur verdampft, was zu dem nützlichen Ergebnis führt, daß das" Aluminium bei Temperaturen abdestilliert werden kann, die weit unter jenen liegen, bei welchen Aluminium praktisch in nennenswerter Menge unter dem alleinigen Einfluß der Temperatur und in Abwesenheit von Halogeniden destilliert werden kann.

Es wurde weiter gefunden, daß, wo immer freies Aluminium vorhanden ist, !beispielsweise das Aluminium, das sich bei der Zersetzung vonAlumniumkarbid in der Wärme ergibt, dieses Aluminium oder eine beträchtliche Menge desselben in Gegenwart von Halogeniden ebenfalls bei Temperaturen destilliert wird, die unterhalb jenen liegen, bei welchen Aluminium gewöhnlich destilliert wird. Die Erfindung betrifft daher nicht nur die Reinigung von metallischem Aluminium, sondern auch die Herstellung oder Wiedergewinnung von Aluminium aus solchen Aluminiumverbindungen oder Mischungen von Aluminiumverbindungen mit anderen Stoffen, die unter der Einwirkung von Wärme mindestens teilweise freies elementares Aluminium erzeugen. Es wurde Aluminiumkarbid erwähnt; aber nicht nur Mischungen von Aluminium und Kohlenstoff liefern ähnliche Ergebnisse, sondern diese sind immer dann zu erwarten, wenn die Mischung der Stoffe eine solche ist, daß Aluminiumkarbid oder andere leicht zersetzbare Aluminiumverbindungen gebildet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das verbesserte Verfahren zur Herstellung oder Reinigung von Aluminium die Bildung einer Mischung, die ein Halogenid und Aluminium oder einen aluminiumhaltigen Stoff enthält, die Erhitzung dieser Mischung in einer für Aluminium wirksam inerten Atmosphäre, um aus der Mischung das metallische Aluminium und das Halogenid zu verdampfen, die Kondensation der sich ergebenden Dämpfe und die Abscheidung des Aluminiums aus dem Kondensat. Bei Ausführung des Verfahrens wird unreines Aluminium oder aluminiumhaltiges Material zuerst durch eine Kugelmühle, einen Zerstäuber oder andere bekannte Verfahren in einen feinverteilten oder pulverförmigen Zustand gebracht. Die Größe der Teilchen hängt in gewissem Maße von anderen, nachstehend erwähnten Bedingungen ab, sie soll jedoch so sein, daß eine innige Mischung der Teilchen mit dem verwendeten Halogenid möglich ist. Für die meisten Zwecke werden Teilchen bevorzugt, die durch ein Sieb von weniger als 5,5 Maschen/cm hindurchgehen. Die Teilchen werden dann mit einem geeigneten Halogenid gemischt und in eine Heizkammer oder einen Ofen gebracht. Die Mischung kann bei ihrer Einbringung in den Ofen locker sein, vorzugsweise wird sie jedoch vor ihrer Einbringung in den Ofen locker sein, vorzugsweise wird sie jedoch vor ihrer Einbringung in den Ofen brikettiert. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß man sie in einer Form einem Druck unterwirft oder durch Verwendung eines Bindemittels. Außerdem ist es vorteilhaft, die Briketts vor ihrer Einbringung in den Ofen zu sintern.

Nach Einbringung der Mischung in die Heizkammer wird das Verfahren in einer für Aluminium inerten Atmosphäre unter Bedingungen durchgeführt, welche den von der Mischung von unreinem Aluminium und dem Halogenid entwickelten Gasen gestatten, aus der Mischung in eine Kondensationszone oder -kammer zu entweichen. Dieser Zustand kann leicht hergestellt werden durch Verringerung des Druckes in der Kammer mittels einer Vakuumpumpe und durch Aufrechterhaltung der Wirkung dieser Vakuumpumpe während des oben beschriebenen Heizvorganges. Dieser Zustand kann auch dadurch aufrechterhalten werden, daß während des Heizvorganges ein Strom eines für Aluminium wirksam inerten Gases quer über die Briketts geleitet wird. Beispielsweise kann ein Wasserstoffstrom verwendet werden.

Die Mischung wird dann in der Heizkammer auf eine erhöhte Temperatur erhitzt. Die verwendete Temperatur ändert sich in Abhängigkeit von dem in der Mischung verwendeten besonderen Halogenid. Wenn in der Mischung beispielsweise Aluminiumfluorid verwendet wird, ist eine Temperatur zwischen 900 und 1000⁰C zufriedenstellend. Wenn

Natriumkryolith (Na₃AlF₆) verwendet wird, kann ebenfalls eine Temperatur zwischen 900 und 1000⁰C Verwendung rinden. Wenn als Halogenid Magnesiumfluorid verwendet wird, wird die Mischung in der Heizkammer auf eine Temperatur zwischen 900 und 1300⁰ C erhitzt.

Die Erhitzung der Mischung kann ergänzt werden durch Zufuhr von Wärme von außen zu jenem Teil des Ofens, in dem sich die Mischung befindet, oder durch eine innere Heizeinrichtung, ζ. B. einen elektrischen Widerstand. Wenn die Mischung in der oben beschriebenen Weise erhitzt ist, werden Dämpfe entwickelt, welche in eine Abkühlungszone gelangen und kondensieren. Die Kon- »5 densationszone kann einen Teil der Kammer bilden, in welcher die Mischungerhitzt wird, aber weit entfernt von der Heizzone liegen, oder sie kann von einer besonderen Kammer gebildet werden, der die von der Mischung entwickelten Dämpfe aus dem Ofen zugeleitet werden. Der in der Kondensationszone oder -kammer am Ende des Heizvorganges zu findende Stoff besteht hauptsächlich aus einer Mischung des Halogenide und Aluminiumkügelchen. Das Aluminium kann aus dem Kondensat mechanisch abgeschieden werden, z. B. durch einen Siebvorgang, um die Aluminiumkügelchen zu entfernen; vorzugsweise wird die Abscheidung jedoch durch Schmelzen des Kondensats bewirkt, in welchem Falle das Aluminium eine vom Salz getrennte flüssige Schicht bildet und leicht abgezogen werden kann. Das Salz, welches durch das Verfahren ebenfalls gereinigt wurde, kann wiedergewonnen und l>ei der Reinigung von weiterem Aluminium oder in anderer Weise wiederverwendet werden. Für ein lx?sonderes Ausführungsbeispiel des Verfahrens wurden die folgenden Halogenide als für eine hoch wirksame Arbeitsweise besonders geeignet ausgewählt: Aluminiumfluoride Magnesiumfluorid und die doppelten Fluoride des Aluminiums und der Alkalimetalle, von welch letzteren Kryolith bevorzugt wird. Bei Verwendung von Aluminiumfluorid wird es vorzugsweise mit Teilchen von unreinem Aluminium oder aluminiumhaltigem Material im Verhältnis von 3 Gewichtsteilchen Aluminiumfluorid zu 1 Gewichtsteil Aluminium gemischt. Bei Verwendung von Aluminiumfluorid wird die Mischung auf eine Temperatur zwischen 900 und 1000⁰C erhitzt. Die genaue Temperatur hängt in gewissem Maße von Faktoren ab, wie der Größe der Aluminiumteilchen und der Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit, mit welcher das Verfahren ausgeführt werden soll. Gewöhnlich wird eine Heizdauer von ι bis 4 Stunden verwendet.

Wenn als Halogenid Magnesiumfluorid verwendet wird, ist es in der Ausgangsmischung vorzugsweise im Verhältnis von ungefähr 1 V2 Gewichtsteilen Magnesiumfluorid zu 1 Gewichtsteil unreinem Aluminium oder aluminiumhaltigem Stoff vorhanden, und die Mischung wird auf eine Temperatur zwischen 900 und 1200⁰C erhitzt. Wenn das verwendete Halogenid Kryolith ist, ist das wirksamste Verhältnis ungefähr 2 Gewichtsteile Krvolith zu 1 Gewichtsteil Aluminium oder aluminiumhaltigen Stoff, und die Temperatur, auf welche die Mischung erhitzt wird, liegt zwischen 900 und 1000°C.

Beispielsweise wurde Aluminium, das 0,16% Silicium, o,3i°/o Eisen, o,oi% Kupfer und 0,008 °/o Titan enthält, gepulvert, so daß es durch ein Sieb von 11 Maschen/cm hindurchgeht. Dieses Material wurde mit Kryolith im Verhältnis von 2 Gewichtsteilen Kryolith zu 1 Gewichtsteil Aluminium gemischt und die Mischung wurde in einer Form durch Anwendung von Druck brikettiert. Briketts der Mischung wurden in ein Ende einer geschlossenen waagerechten Retorte eingebracht, an deren anderem Ende eine Vakuumpumpe befestigt war. Das die Briketts enthaltende Ende der Retorte wurde dann während eines Zeitraumes von 3V2 Stunden auf eine Temperatur von 800 ° C erhitzt. Während dieser Zeit wurde in der Retorte durch die Vakuumpumpe ein Gasdruck von 0,7 mm Quecksilbersäule aufrechterhalten. Nach Beendigung des Heizvorganges wurde die Retorte geöffnet und die am kühleren Ende derselben gefundene Ablagerung wurde entfernt. Die Ablagerung bestand hauptsächlich aus einer Mischung von Kryolith, und Aluminium, wobei das Aluminium in der Form von Kügelchen vorhanden war. Bei Trennung des Aluminiums vom Kryolith wurde gefunden, daß das Aluminium nur 0,01 °/o Silicium, 0,05% Eisen, 0,002% Titan und kein Kupfer enthielt. Ebenso wurden Briketts, die aus einer Mischung von Magnesiumfluorid und Aluminium im Verhältnis von etwas weniger als ι V2 Gewichtsteilen Magnesiumfluorid zu 1 Gewichtsteil unreinem Alumium, das 0,15% Silicium, 0,36% Eisen, 0,01% Kupfer und 0,007 °/o Titan enthielt, bestanden, in einer waagerechten Retorte während 2 Stunden und bei einem Druck von 4 mm Quecksilbersäule auf 1120⁰C erhitzt. Bei Trennung der Aluminiumkügelchen von der am kühleren Ende der Retorte gefundenen Ablagerung wurde gefunden, daß dias Aluminium 0,01 °/o Silicium, 0,01 % Eisen, 0,001 % Titan und nur eine Spur Kupfer enthielt.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung wurden Briketts, die aus einer Aluminiumkarbid und Magnesiumfluorid im Verhältnis von 32 Gewichtsteilen Aluminiumkarbid zu 68 Gewichtsteilen Magnesiumfluorid enthaltenden Mischung bestanden, in einer Retorte während 3V3 Stunden und bei einem Druck von 0,37 mm Quecksilbersäule auf eine Temperatur von 1145⁰C erhitzt. Bei Entfernung der Ablagerung vom kühleren Ende der Retorte wurde gefunden, daß diese Ablagerung Aluminiumkügelchen enthielt, die von ungefähr 70% des Aluminiums gebildet wurden, das ursprünglich in den Briketts als Aluminiumkarbid vorhanden war.

Wenn, wie im letztgenannten Ausführungsbeispiel, das Aluminium aus Aluminiumverbindungen gewonnen wird, genügt eine Arbeitstemperatur von ungefähr 1000⁰C, wenn Aluminiumfluorid oder Kryolith in der Mischung verwendet wird, und eine i«5 Temperatur von ungefähr 1000 bis 1300⁰ C,

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wenn Magnesiumfluorid als Halogenid verwendet wird.

Obwohl gemäß dem oben beschriebenen Verfahren in Verbindung mit dem unreinen Aluminium nur eines der erwähnten Halogenide oder Doppelhalogenide verwendet wurde, kann die Mischung selbstverständlich auch zwei oder mehrere Halogenide enthalten.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Herstellung oder Reinigung von Aluminium, gekennzeichnet durch die Bildung einer Mischung, die ein Halogenid und Aluminium oder ein aluminiumhaltiges Material enthält, die Erhitzung dieser Mischung in einer für Aluminium wirksam inerten Atmosphäre, um aus der Mischung das metallische Aluminium und das Halogenid zu verdampfen, die Kondensation der sich bildenden Dämpfe und die Abscheidung des Aluminiums aus dem Kondensat.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung auf eine Temperatur erhitzt wird, die unterhalb der Temperatur liegt, bei welcher Aluminium in Abwesenheit eines Halogenids merklich destilliert.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmischung eines oder mehrere Fluoride enthält, z. B. Aluminiumfluorid, Magnesiumfluorid, Doppelfluoride der Alkalimetalle und Erdalkalifluoride.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausgangsmischung als Halogenid Natriumkryolith verwendet wird.

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