AT113977B - Verfahren zur elektrolytische Gewinnung von reinem Aluminium aus Rohaluminium, Legierungen u. dgl. - Google Patents

Description

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  Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von reinem Aluminium aus   Rohaluminium,  
Legierungen u. dgl. 



   Es ist bereits vorgeschlagen worden (z. B. in der amerikanischen Patentschrift Nr. 673364), reines Aluminium durch einen ähnlichen elektrolytischen Raffinationsvorgang, wie er bei andern Metallen, wie Kupfer, allgemein angewendet, wieder zu gewinnen. Mit Recht aber sagt Borchers ("Aluminium" 
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 wird. Alle bisher vorgeschlagenen Arbeitsweisen haben denn auch zu keinem technischen Erfolge   geführt.   



   Dies liegt in apparativen Schwierigkeiten, welche einen sehr hohen Energieverbrauch bedingen und eine ausserordentlich sorgfältige Beaufsichtigung der Eelektrolyse verlangen, so dass hohe Kosten entstehen. Ein wesentliches Hindernis zur   Durchführung   derartiger Prozesse besteht auch darin, dass bei den in Frage kommenden hohen Temperaturen und den dabei für diese Verhältnisse notwendig werdenden relativ hohen anodischen Stromdichten die auslesende (selektive) Wirkung des verschiedenen elektrolytischen Lösungsdruckes der einzelnen Metalle nicht genügend zur Geltung kommen kann. So wurde z.

   B. darauf hingewiesen, dass es nicht angehe, Chloride für die Elektrolytsalzschmelzen zu verwenden, weil in derartigen Schmelzen aus den Anodenlegierungen neben dem Aluminium vorhandenes Silizium mit in Lösung gehe, sich an der Kathode wieder abscheide und damit eine unerträgliche Verunreinigung des kathodisch zu erzeugenden Rohaluminiums verursache. 



   Es wurde nun gefunden, dass alle diese Schwierigkeiten   überwunden   werden können, wenn sowohl das zu reinigende Gut, wie auch das Kathodenmetall in fester Form als Elektroden angewendet werden. 



   Dabei muss ein Elektrolyt gewählt werden, dessen Schmelzpunkt tiefer liegt als der des zu reinigenden Gutes und des Kathodenmetalls, damit es möglich wird, mit anodischen Stromdichten zu arbeiter, 
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 druck des Aluminiums im Vergleich zu den Metallen ergeben, die praktisch als Legierungsbestandteile in Betracht kommen. 



   Auch die Stromkonzentration im Elektrolyten kann unter diesen Umständen derart reduziert werden, dass nur   e : n   sehr geringer Energieaufwand für den   Stromdurchgang   nötig wird. Die Länge des   Stromweges   durch den Elektrolyten kann durch entsprechende Entfernung der Anoden und Kathoden voneinander nach Belieben eingestellt werden. 



   Es hat sich gezeigt, dass z. B. eine grosse Zahl von Doppelsalzen des Chloraluminiums mit Alkalioder   Erdalkalicloriden   den genannten Bedingungen entspricht. Auch andere Halogensalze können verwendet werden, wobei allerdings den Bromiden und Jodiden wegen der hohen Kosten technisch nicht die gleiche Bedeutung zukommt ; ferner können auch Sulfide verwendet werden, während Fluoride für sich allein wegen ihres hohen Schmelzpunktes ausser Betracht bleiben. Am einfachsten gestaltet sich die Elektrolyse mit Aluminiumkaliumchlorid und   Aluminiumnatriumchlorid.   



   Mit einem Elektrolyten der Zusammensetzung NaCl.   AICJ3   kann praktisch das Verfahren bei einer Temperatur zwischen 150 und   3000   C durchgeführt werden. Durch Zusatz von weiterem Aluminiumchlorid kann die Badtemperatur noch erniedrigt werden. Allgemein wird man trachten, durch entsprechend Wahl der Salzmischung den Schmelzpunkt des Elektrolyten nach Möglichkeit zu erniedrigen. 



  Man kann mit verschiedenen solchen Salzgemischen die Elektrolyse schon bei Temperaturen von 80 bis   300    C durchführen. Neben den Alkalisalzen können dem Aluminiumhalogenid auch Erdalkalisalze zugesetzt werden, z. B. Kalziumchlorid, oder Magnesiumchlorid. 

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   Die anodischen Stromdichten, mit denen man vorteilhaft arbeiten kann, liegen zwischen etwa   0'5   bis 10 Amp. auf 1 dm2, sie können auch über 10 Amp. gesteigert werden, wobei allerdings dann die Elektrolysenspannung höher liegt. An der Kathode scheidet sich das Aluminium in mehr oder weniger kompakter Form ab. Günstige Verhältnisse ergeben sich bei Kathodenstromdichten von etwa   0'5   bis 5 Amp. auf 1 dm2 ; doch gelingt es noch, gut zusammenhängendes Kathodenmetall zu erhalten, wenn man mit Stromdichten bis über 10 Amp. auf 1   den2   arbeitet. Dabei ist es zweckmässig, den Elektrolyten zu bewegen. Bei etwas grösseren Abmessungen der Apparatur kann die Strom dichte auch unter   0'5   Amp. gehalten werden. 



   Nach diesem Verfahren kann reines Aluminium aus verschiedenartigem Gut gewonnen werden, so aus Aluminium handelsüblicher Reinheit, hergestellt nach der heute allgemein angewendeten AluminiumFluoridelektrolyse, wie auch aus Abfällen von Reinaluminium und Aluminiumlegierungen ; vor allem können auch direkt durch thermisches Reduktion oder durch Elektrolyse aus geeigneten Rohstoffen erzeugte Legierungen des Aluminiums mit den Elementen der Begleitsubstanzen raffiniert werden. So kann man z.

   B. aus Bauxit oder Ton durch thermische Reduktion mit Kohle oder Koks im elektrischen Ofen Legierungen erzeugen oder so vorgehen, dass gewisse Bauxite, welche wenig oder fast kein Eisen 
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 Feinmahlung in die Fluoridelektrolyse gegeben werden, wobei ein verhältnismässig   siliziumreiches   und   eisenarmes   Rohaluminium (gegebenenfalls mit einem geringen   Titangehalt)   gewonnen wird. Wird Aluminium, wie es bei der bisher   üblichen   Fluoridelektrolyse gewonnen wird, als Anodenmaterial verwendet, so kann man ein Reinaluminium von 99'9% und   darüber erhalten.   



   Aus den Anoden wird bei der Elektrolyse das Aluminium entsprechend seinem hohen elektrolytischen   Lösungsdruck   zuerst herausgelöst. Andere Metalle, wie Eisen und Silizium, bleiben zurück   und können als Anodenreste entweder in einzelnen Teilchen oder als zusammenhängende Skelette gesammelt   und technisch verwertet werden. 



     - Nächst   dem Aluminium hat das Eisen   die grösste Neigung,   in Lösung zu gehen. Dies kann vermieden werden, indem man dafür sorgt, dass stets so viel Silizium in der Anodenlegierung vorhanden ist, dass alles Eisen in Form von Ferrosilizium   (1   Fe : 1 Si) gebunden ist. Durch entsprechende thermische Behandlung bei der Herstellung der Anodenlegierung kann dafür gesorgt werden, dass das freie, überschüssige Silizium in Form von möglichst grossen Kristallen vorhanden ist ; dies ist z. B. dadurch zu erreichen, dass man die Anodenlegierung beim Erstarren aus dem geschmolzenen Zustande langsam abkühlen lässt. 



   Um die Verunreinigung der Anoden durch Eisen möglichst gering zu halten, kann man auch die Eisen-Silizium-Aluminiumlegierung einer Zwischenbehandlung unterwerfen, derart, dass die geschmolzene Legierung durch, langsames Abkühlen in eine an ferrosiliziumreiche und eine an ferrosiliziumarme Komponente getrennt wird, wobei dann die auf diese Weise gewonnenen Legierungen gesondert der Elektrolyse unterworfen werden. 



   Wenn die Kathoden ein passendes Gewicht erreicht haben, werden sie aus dem Bade herausgenommen. Das Metall kann dann in   Dmsehmelzofen,   wie sie in der Aluminiumindustrie gebräuchlich sind oder auf andere Weise in handelsübliche Formen gebracht werden. 



   Als Kathoden werden bei Beginn der Elektrolyse zweckmässig Aluminiumbleche oder Mutter- 
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 auszuwechseln, ohne die Elektrolyse unterbrechen zu müssen. 



   Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise schematisch eine Vorrichtung zur   Durchführung   des Verfahrens :   Fig.l ist ein Längsschnitt   und Fig. 2 ein Grundriss der Vorrichtung. 



   1 sind die Elektrolysiergefässe, die aus irgendeinem dem geschmolzenen Elektrolyten widerstehenden   Material hergestellt sein können, gleichgültig   ob es   denStromleitetodernicht. IndieseElektrolysiergefässe   tauchen die Kathoden 2 ein, welche aus sogenannten Mutterblechen bestehen, auf die das Aluminium elektrolytisch niedergeschlagen wird. Als   Mutterbleehe   können sowohl Bleche aus Reinaluminium, wieauch aus andern Metallen verwendet werden, von denen das niedergeschlagene Aluminium, sobald es die nötige Dicke erreicht hat, nach Herausnehmen der Kathoden mechanisch abgelöst oder mit den Mutterblechen weiter verarbeitet werden kann. Zwischen die Kathoden 2 sind Anodenplatten 3 eingesetzt. Sämtliche Kathoden und sämtliche Anoden einer Elektrolysierzelle sind parallel geschaltet.

   In Anbetracht der ausserordentlich geringen Spannung zwischen Anode und Kathode kann auch mit Vorteil das Seriensystem, wie es bei der Hayden-Scbaltung angewendet wird, benutzt werden, da hiebei beträchtliche Ersparnis   an Leitungsmaterial und ÜbergangswiderstÅanden   erzielt wird. 



     Die Zellen I sind   in Fig. 1 so angeordnet, dass der Elektrolyt aus einer höher liegenden Zelle in eine tiefer liegende   abfliesst   ; es lassen sich auf diese Weise ganze Reihen von Zellen anordnen. Dabei können je zwei aufeinanderfolgende Zellen entweder durch Rohre 4, welche bei leitenden Zellen mit einem Isolierstück 5 versehen sind, in der Weise verbunden werden, dass der Elektrolyt vom Boden der einen Zelle mit dem Elektrolyten im oberen Teil der andern Zelle verbunden ist, oder aber der Elektrolyt kann über einen am oberen Rand der Zelle angebrachten Ausfluss 6 aus der höheren in die-tiefer gelegene 

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 Zelle übertreten.

   Auch in diesem Falle kann durch eine Trennwand 7 dafür gesorgt werden, dass der Elektrolyt jeweils am Boden der einen Zellen entnommen wird oder aber in der tiefer gelegenen Zelle durch die Trennwand 8 zuerst auf den Boden sinken muss. Durch diese Anordnung, wobei der Elektrolyt jeweils oben in eine Zelle eintritt und aus dem diagonal gegenüberliegenden unteren Teil der Zelle abgezogen wird oder unten eintritt und oben abgezogen wird, erreicht man eine starke Bewegung und damit eine gute Mischung des Elektrolyten, wodurch eine Verarmung einzelner Teile des Elektrolyten verhindert wird. Man kann auch durch geeignete Anordnung der Kathoden-und Anodenplatten 9, 10 eine Zirkulation bewirken. 



   Elektrisch können die einzelnen Zellen eines Systems derart in Serie geschaltet werden, dass die Kathodenreihe einer Zelle mit der Anodenreihe der nächsten Zelle elektrisch verbunden wird usw. 



   Zur Beheizung der Zelle, um den Elektrolyten auf der günstigsten Betriebstemperatur zu halten, kann jede geeignete Erhitzungsart angewendet werden, also auch Erwärmung durch den Widerstand des Elektrolyten selbst, durch den Elektrolysenstrom oder sekundären Wechselstrom. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von reinem Aluminium aus Rohaluminium, Legierungen u. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass die daraus bestehenden Anoden, wie auch die Kathoden in fester Form, vorteilhaft in vertikaler Anordnung, angewendet werden, unter Benutzung eines (zweckmässig in bekannter Weise bewegten) Elektrolytbades, das einen tieferen Schmelzpunkt hat als die benutzten Elektroden.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt solche Halogensalze von Aluminium und von Alkalien und oder von Erdalkalien (einschliesslich Magnesium) verwendet werden, die ein Bad von niedrigerem Schmelzpunkt als dem der benützten Elektroden ergeben. EMI3.1 durch Sulfide ersetzt werden.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den als Anoden verwendeten eisen-und siliziumhaltigen Legierungen auf 1 Atom Eisen mindestens 1 Atom Silizium vorhanden ist.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die als Anoden dienenden Legierungen durch thermische Reduktion von Bauxit oder anderem Rohmaterial, in welchem bereits das gewünschte atomare Verhältnis von Eisen zu Silizium besteht, erzeugt oder durch langsames Abkühlenlassen aus anders zusammengesetzten Legierungen abgesondert sind. EMI3.2