AT412348B - Verfahren zum reinigen von kontaminiertem leichtmetall - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen von kontaminiertem Leichtmetall, insbesondere zum Abtrennen von unerwünschten Schwermetallen aus Leichtmetall-Legierungen. 



   Leichtmetalle und Leichtmetall-Legierungen werden in zunehmendem Masse in der modernen Technik eingesetzt und stehen vermehrt auch deshalb als Schrott für eine Wiederverwendung zur Verfügung. Eine Wiederverwendung von Leichtmetallen, ein sogenanntes Recyclieren von unbrauchbar gewordenen Bauteilen oder anderen Schrottkomponenten, ist aus herstelltechnischen Gründen, insbesondere jedoch im Hinblick auf eine Einsparung von Energie von grosser wirtschaft- licher Bedeutung. 



   Für Bauteile aus Leichtmetall-Legierungen mit bestimmten, für die Verwendung derselben vor- gesehenen Eigenschaften ist die Reinheit bzw. eine Höchstgrenze an Verunreinigungsmetallen im Werkstoff von entscheidender Bedeutung, weil durch Verunreinigungsstoffe, insbesondere durch Schwermetalle, oft sprunghaft die mechanischen Eigenschaften des Materials herabgesetzt oder die Erzeugbarkeit der Teile verschlechtert werden. 



   Um die Erzeugnisgüte eines Teiles sicherstellen zu können, erscheint es, wie oben festgestellt, wichtig, unter Verwendung möglichst reiner Einsatzkomponenten die vorgesehene Legierung zu erschmelzen und zu verarbeiten. 



   Eine Aufbereitung von Schrott und eine Darstellung von reinen Legierungsmetallen aus diesem ist jedoch höchst aufwendig oder manchmal sogar nicht ökonomisch erstellbar, sodass vielfach Leichtmetallschmelzen aus unmittelbar aus Rohstoffen hergestellten Ausgangsmetallen aufgebaut werden. 



   Aufbauschmelzen für eine Fertigung von Leichtmetall-Bauteilen aus reinen Einsatzstoffen sind zwar mit höchster Güte herstellbar, haben jedoch die Nachteile eines hohen unerwünschten Auf- wandes und folglich von hohen Entstehungskosten. Gleiches gilt im Wesentlichen auch für eine Verdünnung von kontaminierten Schrottschmelzen mit hochreinen Zusatzmetallen. 



   Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und zielt darauf ab, mit einem Verfahren kostengünstig aus kontaminierem Leichtmetall, vorzugsweise aus dergleichen Schrott-Legierungen, unerwünsch- te Komponenten, insbesondere Schwermetalle zumindest teilweise abzutrennen. Zur weiteren Reinigung des Leichtmetalles soll dieses Verfahren in einer Folge anwendbar sein. 



   Dieses Ziel wird erfindungsgemäss erreicht, wenn ein kontaminierter bzw. durch zumindest mit einem Schwermetall-Element, wie Kupfer, Eisen, Nickel, Kobalt, Mangan und dergleichen, verun- reinigter Leichtmetallwerkstoff aufgeschmolzen und die gebildete Flüssigmetall-Masse homogeni- siert wird, worauf in dieser eine Erstellung von Atomgitter-Vorordnungen bzw. von Kristallisations- keimen erfolgt, die Metallmasse ruhig gestellt, diese abgekühlt und in einer Schmelze ein zusam- menhängender Feststoffanteil gebildet werden, wonach eine zumindest teilweise Desintegration von Restschmelzenteil und Feststoffteil erfolgt, wovon nach Schmelzenerstarrung zumindestens ein Teil weiter verarbeitet wird. 



   Kontaminationsmetalle werden bei einer Abkühlung einer flüssigen Legierung je nach Konzent- ration, Löslichkeit und Erstarrungsverhalten derselben in der Restschmelze angereichert oder in dieser abgereichert. Nach der Erfindung erfolgt mit Vorteil eine Teilerstarrung in einer ruhenden Metallmasse unter bevorzugten richtungsorientierten Kristallisationsbedingungen, sodass ein zusammenhängender Feststoffanteil im sogenannten semi-solid-Status im Quasi-Kolloid gebildet wird. 



   Weil nun das submikroskopische Netzwerk von dem das Quasi-Kolloid durchzogen ist, in der ruhenden Metallmasse unzerstört erhalten wird und eine Vermeidung eines thixotropen Zustandes erfolgt, kann zumindest teilweise eine Desintegration des Fest- bzw. Flüssiganteiles und somit der an Kontaminationsmetallen an- und abgereicherten Phasen durchgeführt werden. Eine Abschei- dung von unerwünschten Elementen aus der Leichtmetall-Legierung ist dabei nur unvollkommen möglich, reicht jedoch vielfach aus, um gut verwendbares Einsatzmaterial für eine Teilfertigung wirtschaftlich herzustellen. 



   Eine vorteilhafte Erstarrungsstruktur bei einer Bildung von Feststoffanteil in einer Schmelze 
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 Inertgasbehandlung und/oder einer Unterdruck- oder einer Vakuumbehandlung unterworfen wird. 



  Dadurch kann, wie sich in günstiger Weise zeigte, eine gröbere Mikrostruktur mit grösseren, dazwi- schen angeordneten Metall-Flüssigbereichen erreicht werden. 



   Vollkommen überraschend wurde gefunden, dass für eine möglichst hohe 'Festigkeit des 

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 erstarrenden Teiles der Schmelze mit noch grossem Flüssigmetallanteil, es günstig sein kann, wenn eine Atomgitter-Vorordnung in der flüssigen Metall-Masse durch Impfen und/oder durch eine pen- delnde Temperaturführung bis in den Bereich zwischen Liquidus- und Solidustemperatur der Legierung erstellt wird. 



   In einer Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung können verbesserte Ergebnisse bei einer Reinigung von Leichtmetall-Legierungen von Kontaminationselementen erreicht werden, wenn eine im Wesentlichen homogene Kühlung der Metallmasse mit einer Geschwindigkeit von kleiner 0,64 C/sec auf eine Temperatur zwischen der Liquidus- und Solidustemperatur der Schmelze erfolgt und bei einer im Wesentlichen gleichbleibenden Temperatur ein zusammenhän- gender Feststoffanteil von zumindest 25 Vol.-%, höchstens jedoch 86 Vol.-% gebildet wird. 



   Verfahrenstechnisch kann es günstig sein, wenn eine zumindest teilweise Desintegration von Feststoffanteil und Restschmelze mit mechanischen Mitteln, zum Beispiel mit Eindringkörper erfolgt. 



   Um bei höheren Konzentrationen von unerwünschten und ungünstig wirkenden Elementen in Leichtmetall-Legierungen bzw. in einer dergleichen Schrott-Schmelze wirtschaftlich einen hohen Reinigungseffekt zu erzielen und hochwertiges Einsatzmaterial für eine Fertigung von Teilen mit gewünschter Güte darzustellen, kann vorgesehen sein, dass der/die an Kontaminationselementen abgereichterte (n) Teil(e) der Leichtmetall-Masse einem artgleichen Verfahren zur weiteren Verrin- gerung von unerwünschten Schwermetallgehalten wieder zugeführt wird (werden). 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zum Reinigen von kontaminiertem Leichtmetall, insbesondere Verfahren zum 
Abtrennen von unerwünschten Schwermetallen aus Leichtmetall-Legierungen, wobei ein kontaminierter bzw. durch zumindest mit einem Schwermetall-Element, wie Kupfer, Eisen, 
Nickel, Kobalt, Mangan verunreinigter Leichtmetallwerkstoff aufgeschmolzen und die gebildete Flüssigmetall-Masse homogenisiert wird, worauf in dieser eine Erstellung von 
Atomgitter-Vorordnungen bzw.

   von Kristallisationskeimen durch Impfen und/oder durch ei- ne pendelnde Temperaturführung bis in den Bereich zwischen Liquidus- und Solidustem- peratur der Legierung erfolgt, die Metallmasse ruhig gestellt, diese abgekühlt und in einer 
Schmelze ein zusammenhängender Feststoffanteil gebildet werden, wonach eine zumin- dest teilweise Desintegration von Restschmelzenteil und Feststoffteil erfolgt, wovon nach 
Schmelzenerstarrung zumindest ein Teil weiterverarbeitet wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flüssigmetall-Masse einer Gasbehandlung, insbe- sondere einer Inertgasbehandlung und/oder einer Unterdruck- oder einer Vakuumbehand- lung unterworfen wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Atomgitter-Vorordnung in der Flüssigme- tall-Masse durch Impfen und/oder durch eine pendelnde Temperaturführung bis in den Bereich zwischen Liquidus- und Solidustemperatur der Legierung erstellt wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine im Wesentlichen homogene Kühlung der Metallmasse mit einer Geschwindigkeit von kleiner 0,64 C/sec auf eine Tem- peratur zwischen der Liquidus- und Solidustemperatur der Legierung erfolgt und bei einer im Wesentlichen gleichbleibenden Temperatur ein zusammenhängender Feststoffanteil von zumindest 25 Vol.-%, höchstens jedoch 86 Vol.-% gebildet wird.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine zumindest teilweise Desintegra- tion von Feststoffanteil und Restschmelze mit mechanischen Mitteln, zum Beispiel mit Ein- dringkörpem erfolgt.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der/die an Kontaminationselementen abgereicherte (n) Teil(e) der Leichtmetall-Masse einem Verfahren nach einem der Ansprü- che 1 bis 5 zur weiteren Reinigung von unerwünschten Schwermetallgehalten wieder zu- geführt wird (werden).

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