AT129283B - Verfahren zur Herstellung von Aluminium und Aluminiumlegierungen. - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung von Aluminium und Aluminiumlegierungen. 



   Die technische Herstellung von Aluminium erfolgt im allgemeinen derart, dass Tonerde, in einem   Schmelzfluss   von Kryolith gelöst, durch Gleichstrom zersetzt wird. Die für diesen Prozess erforderliche Tonerde wird in der Technik dadurch gewonnen, dass tonerdehaltige Rohstoffe, insbesondere Bauxit, durch Behandeln mit Natriumkarbonat oder Natriumhydroxyd auf Natriumaluminat verarbeitet und dieses dann in Aluminiumoxyd   übergeführt   wird. 



   Weiterhin sind neuerdings auch noch andere Verfahren zur Gewinnung von Aluminium bekanntgeworden, welche darauf beruhen, dass das tonerdehaltige Ausgangsmaterial, z. B. 



  Bauxit, auf elektrothermischem Wege in Tonerde   übergeführt   wird, welch letztere dann als Ausgangsmaterial für die Gewinnung von Aluminum und Aluminiumlegierungen dient. 



   Es ist bekannt, dass das bisher in der Technik gewonnene   Hüttenaluminium   und ebenso seine Legierungen auch bei genau chemisch gleicher Zusammensetzung in ihren Eigenschaften, z. B. mit Bezug auf Bearbeitbarkeit,   Giessfähigkeit,   Qualität der Legierungen usw., mitunter recht   beträchtlichen Schwankungen unterworfen   sind. Selbst Aluminium und   Aluminiumlegieruugen,   die nach ein und demselben Arbeitsverfahren hergestellt sind und bei der chemischen Analyse Unterschiede in der Zusammensetzung nicht erkennen lassen, zeigen häufig recht verschiedene Eigenschaften sowohl hinsichtlich ihres mechanischen als auch hinsichtlich ihres chemischen Verhaltens, insbesondere ihres Verhaltens gegen korrodierende Einflüsse, wodurch in die Ver- 
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 heit getragen wird. 



   Es wurde nun gefunden, dass diese Schwierigkeiten wesentlich darauf beruhen, dass zur Herstellung des bisher technisch erzeugten Aluminiums hauptsächlich aus Gründen der Billigkeit allgemein vermittels Natriumverbinduugcn, z. B. über Natriumaluminat, aus den mineralischen Rohstoffen,   z.   B. Bauxit, hergestellte Zwischenprodukte, wie z. B. Aluminiumoxyd, verwendet werden. 



   Versuche haben ergeben, dass Aluminium, das z. B. aus durch Aufschliessen von Bauxit oder sonstigen tonerdehaltigen Rohstoffen mit Kaliumverbindungen erhaltenem Kaliumaluminat entstanden ist, andere Eigenschaften besitzt als das   bisher fabriksmässig   aus Natriumaluminat unter Mitwirkung von Kryolith erzeugte Aluminium, u. zw. auch dann, wenn zwischen beiden Produkten in chemischer Hinsicht keine Unterschiede nachweisbar sind. Das gleiche gilt mit Bezug auf Legierungen, wie z. B. Aluminium-Titan-Legierungen, ferner Aluminiumbor, AluminiumZirkon-Legierungen u. dgl., die sich u. a. als ausgezeichnete Vorlegierungen für die Herstellung thermisch vergütbarer (z. B. noch kupferhaltiger) Legierungen erwiesen haben. 



   Weitere Untersuchungen haben dann ergeben, dass man die Eigenschaften von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen wesentlich verbessern bzw. nach gewünschter Richtung hin einstellen kann, wenn man das Aluminium bzw. die Legierung aus Zwischenprodukten, wie Aluminiumoxyd, herstellt, die aus den mineralischen tonerdehaltigen Ausgangsstoffen, wie Bauxit, Ton u. dgl., durch Umsetzung mit den Oxyden bzw. Hydroxyden oder Karbonaten oder Hydroxyden und Karbonaten mindestens zweier Alkalimetalle, z. B. des Natriums und Kaliums oder Natriums und Lithiums usw., hergestellt sind. 

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   Es gelingt auf diese Weise, ein Aluminium zu erzeugen, das dem in bekannter Weise erhältlichen Aluminium sowohl hinsichtlich seines gleichmässigen Verhaltens beim Guss wie auch hinsichtlich seiner gleichmässigen mechanischen Eigenschaften wie auch insbesondere hinsichtlich seiner Beständigkeit gegenüber korrodierenden Einflüssen, z. B. der Atmosphärilien, ganz erheblich überlegen ist. 



   Dasselbe gilt von den erfindungsgemäss erhältlichen Aluminiumlegierungen. 



   Die bisherigen Feststellungen lassen allgemein den Schluss zu, dass die   Korngrösse   des erzeugten Aluminiums abhängig ist von dem Alkalimetall der im Herstellungsgang der Zwischenprodukte verwendeten Oxyde, Hydroxyde oder Karbonat bzw. dem Molekulargewicht desselben, z. B. derart, dass die für die Aluminiumgewinnung praktisch in Betracht kommenden Alkalimetalle Kalium (39), Natrium (23) und Lithium (7) befähigt sind, die Korngrösse des aus unter Mitwirkung des Karbonats, Hydroxyds oder Oxyds des betreffenden Alkalimetalls hergestellten Zwischenprodukten entstandenen Aluminiums zu bedingen bzw. zu beeinflussen. 



   Auf Grund dieser Erkenntnis ist man in der Lage, durch geeignete Kombinationen der genannten Verbindungen von zwei oder mehr Alkalimetallen, z. B. von Natrium und Kalium oder Natrium, Kalium und Lithium, als Aufschlussmittel für die mineralischen Rohstoffe die Beschaffenheit des aus auf solchem Wege erzeugten Zwischenprodukten hergestellten Aluminiums bzw. der Aluminiumlegierung zu beeinflussen. Man kann sich den Vorgang z. B. dadurch erklären, dass man annimmt, dass die gebildeten kleineren Körner die Zwischenräume zwischen den grösseren Körnern in besonders vorteilhafter Weise ausfüllen. 



   Die praktische Auswertung der Erfindung kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. 



   Man kann z. B. derart verfahren, dass man einerseits Aluminium nach üblichen Methoden. also z. B. aus durch Aufschliessen von Bauxit mit Natriumkarbonat oder Natriumhydroxyd und elektrolytische Behandlung der aus dem Natriumaluminat gewonnenen Tonerde in einer Kryolithschmelze, herstellt, während man anderseits Aluminium in gleicher Weise, aber unter Verwendung der entsprechenden   Kaliumverbindungen,   erzeugt. Durch Zusammenschmelzen der beiden Produkte in passenden Mengenverhältnissen kann man dann Erzeugnisse von in der erwähnten Weise verbesserten Eigenschaften erzielen. 



   Man kann weiterhin z. B. derart vorgehen, dass man Bauxit mit einem Gemisch von z. B.   Natrium-und Kaliumhydroxyd aufschliesst   und das aus dem so erhaltenen Doppelaluminat in üblicher Weise hergestellte Aluminiumoxyd in einem Elektrolyten üblicher Zusammensetzung, z. B. in geschmolzenem Kryolith, elektrolysiert. 



   Das Kalium kann zwecks Verminderung von Kosten bei den   Aufschlussoperationen   auch in Form billiger   kaliumhaitiger   Produkte, z. B. Abfallprodukte, in den Prozess eingeführt werden. 



   In ähnlicher Weise kann man auch Aluminiumlegierungen, welche die genannten günstigen Eigenschaften zeigen, z. B. solche, welche noch Titan, Zirkon, Bor, Silizium od. dgl., gegebenenfalls zwei oder mehrere solche Zusatzstoffe, enthalten, herstellen, indem man Aluminium, das aus unter Mitwirkung des Oxyds, Hydroxyds oder Karbonats mindestens eines Alkalimetalls, z. B. Natrium, hergestellten Zwischenproduktes gewonnen ist, mit mindestens einem Legierungmetall, das aus unter Mitwirkung des Oxyds, Hydroxyds oder Karbonats mindestens eines im Herstellungsgange des Aluminiums nicht verwendeten Alkalimetalls, z. B. Kalium, hergestellten Zwischenprodukten gewonnen ist, vereinigt, oder indem man ganz oder teilweise von Gemischen der Zwischenprodukte der Legierungskomponenten ausgeht und diese durch Reduktion, z.

   B. auf elektrolytischem oder elektrothermischem Wege, in die gewünschte Legierung überführt, wobei mindestens die zur Erzeugung einer der Legierungskomponenten verwendeten Zwischenprodukte unter Mitwirkung mindestens zweier verschiedener Alkalimetalle hergestellt sein müssen. 



   Bei dieser Arbeitsweise kann man z. B. so vorgehen, dass man eine z. B. aus Natriumaluminat oder aus Natriumkaliumaluminat gewonnene Tonerde zusammen mit Oxyden der Zusatzstoffe, also z. B. Titanoxyd, Zirkonoxyd, Boroxyd, Siliziumoxyd u.   dgl.,   reduziert, die aus den mineralischen Rohstoffen der betreffenden Zusatzstoffe, z. B. durch Behandlung mit Hydroxyden oder Karbonaten mindesten eines andern Alkalimetalls über Zwischenprodukte, wie z. B. 



  Kaliumtitanat oder Kaliumnatriumtitanat, Kaliumborat oder Kaliumnatriumborat od.   dgl., ent-   standen sind. 



   Die Mengenverhältnisse der für die Herstellung der Zwischenprodukte verwendeten Alkaliverbindungen können innerhalb beträchtlicher Grenzen schwanken. Im allgemeinen kann man derart verfahren, dass hauptsächlich Natriumverbindungen verwendet und Kaliumverbindungen in zusätzlichen Mengen eingeführt werden, wobei auch gleichzeitig Hydroxyde oder Oyde und Karbonate der betreffenden Alkalimetalle verwendet werden können. Verbindungen des stark elektropositiven Kaliums sollten dabei im allgemeinen immer vorhanden sein. Es genügen davon mitunter bereits Mengen von z. B.   2%   der im ganzen verwendeten Alkaliverbindungen.

   Es können aber Kaliumverbindungen auch in erheblich grösseren Mengen, die bis zu   50%   und mehr der Menge der insgesamt verwendeten Alkaliverbindungen betragen können, angewendet werden. 

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  Als weiteres im Sinne der Erfindung in Form seiner basischen Verbindungen anwendbares Alkalimetall kommt vornehmlich Lithium in Betracht, dessen Hydroxyd (bzw. Oxyd) oder   Kar-   bonat in Vereinigung mit den Hydroxyden (Oxyden) oder Karbonaten, z. B. des Natriums oder Kaliums oder beider, angewendet werden kann. Die Mengen der Lithiumverbindungen sind im Vergleich zu denen der andern   Alkalimetallverbindungen   sehr gering zu bemessen ; sie betragen nicht mehr als 50/0 der insgesamt verwendeten Alkaliverbindungen und werden im allgemeinen unterhalb 30/0 derselben gehalten. 



   Im übrigen sind die Mengenverhältnisse den   gewünschten   Eigenschaften des Aluminiums bzw. der Aluminiumlegierung, insbesondere unter   Berücksichtigung   des Verwendungszweckes   (giessfähige, walzbare Legierungen usw. ) anzupassen.   



   Die Erfindung ist nicht auf die elektrolytische Herstellung von Aluminium und Aluminiumlegierungen beschränkt ; es kann vielmehr in sinnentsprechender Weise auch die Herstellung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierungen ebenso wie die der Vorprodukte, z. B. Tonerde, auf beliebigen andern Wegen, z. B. vermittels elektrothermischer Verfahren unter Mitwirkung der Oxyde und/oder Hydroxyde und/oder Karbonate verschiedener Alkalimetalle, stattfinden. 



   Durch die Arbeiten von Hoops und Betts ist ein Verfahren zur Herstellung von Reinaluminium bekannt geworden, das darin besteht, dass aus Bauxit durch einen zweifachen elektrolytischen Prozess zunächt eine Legierung von Aluminium-Kupfer-Silizium hergestellt und diese dann auf Reinaluminium verarbeitet wird. Durch dieses Verfahren gelangt man zu einem Aluminium, das die eingangs erwähnten   schwankenden   Eigenschaften des   üblichen   Hüttenaluminiums nicht mehr in störender Weise besitzt. Dies   Reiualuminmm stellt   sich aber im Preis doppelt so hoch als das   Hüttenaluminium.   



   Durch vorliegende Erfindung ist es ermöglicht, die obenerwähnten Nachteile des in üblicher Weise erzeugten Aluminiums bzw. seiner Legierungen in einfacher und erheblich billigerer Weise zu beheben, wobei das Verfahren noch den Vorteil bietet, dass es den jeweils gewünschten Eigenschaften der Produkte weitgehend angepasst werden kann und auch zur sofortigen   Herstellung hochwertiger thermisch vergiitbarer Aluminiumlegierungen   geeignet ist. 



   PATENT-ANSPRUCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Aluminium und Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenprodukte, wie Oxyde, Aluminate u. dgl., verwendet werden, die durch Behandlung mineralischer tonerdehaltiger Rohstoffe, wie Bauxit, Ton u. dgl. mit den Oxyden und/oder Hydroxyden und/oder Karbonaten mindestens zweier Alkalimetalle hergestellt sind.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Oxyde und/oder Hydroxyde und/oder Karbonate des Natriums oder Kaliums oder beider in Gemeinschaft mit ver- hältnismässig geringen Mengen von solchen des Lithiums bei der Herstellung der Zwischenprodukte verwendet werden.

   3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen, die aus unter Mitwirkung des Oxyds und/oder Hydroxyds und/oder Karbonats mindestens eines Alkalimetalls, z. B. Natrium, hergestellten Zwischenprodukten entstanden sind, und Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen, die aus unter Mitwirkung des Oxyds und/oder Hydroxyds und/oder Karbonats mindestens eines im Herstellungsgang der ersterwähnten Legierungskomponente nicht verwendeten Alkalimetalle, z. B. Kalium, hergestellten Zwischenprodukten entstanden sind, vereinigt werden.

   4. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierungen mit Titan, Zirkon, Bor, Silizium u. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass von Verbindungen dieser Zusatzstoffe ausgegangen wird, die unter Verwendung von Oxyden und/oder Hydroxyden und/oder Karbonaten mindestens zweier Alkalimetalle hergestellt worden sind.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Aluminium, das aus unter Mitwirkung des Oxyds und/oder Hydroxyds und/oder Karbonats mindestens eines Alkalimetalls, z. B. Natrium, hergestellten Zwischenprodukten entstanden ist, mit mindestens einem Legierungsmetall, das aus unter Mitwirkung des Oxyds und/oder Hydroxyds und/oder Kabonats mindestens eines im Herstellungsgang des Aluminiums nicht verwendeten Alkalimetalls, z. B. Kalium, hergestellten Zwischenprodukten ist, vereinigt wird.