Procédé d'extraction d'aluminium de produits le contenant à l'état métallique. La présente invention est relative à un procédé d'extraction de l'aluminium de pro duits le contenant à l'état métallique, allié à, d'autres métaux, tels que, par exemple, le silicium, le fer, le titane. Elle permet d'obte nir des alliages contenant une proportion aussi faible que l'on veut des susdits métaux, allant jusqu'à l'aluminium commercialement pur.
On a déjà proposé. d'extraire l'aluminium à, partir de masses qui le contiennent (telles que celles obtenues par réduction de l'alu mine), en les traitant par un métal extrac teur, tel que le zinc, de préférence à l'état de vapeur. On a préconisé d'effectuer ce traite ment à une température supérieure à celle de fusion de l'aluminium, la masse étant ma laxée, puis l'alliage séparé, pendant l'extrac tion même, par décantation ou centrifuga tion, et l'aluminium séparé du métal extrac teur par distillation de ce dernier. Ce mode opératoire ne permet pas d'obtenir un alumi nium pur, ni un aluminium ne contenant que des quantités bien déterminées à l'avance d'impuretés que l'on peut désirer maintenir dans l'aluminium en vue d'applications spéciales.
Le procédé faisant l'objet de la présente invention utilise également un métal extrac teur, tel que, par exemple, le zinc, l'étain, le mercure ou un alliage les contenant. Il est caractérisé par le fait que l'on traite lesdits produits avec un métal extracteur susceptible de former avec l'aluminium un alliage liquide à une température inférieure au point de fusion de l'aluminium, et ne s'alliant à cette température tout au plus qu'avec des proportions faibles des constituants à sépa rer de l'aluminium.
et on adapte la teneur en Al de l'alliage Al-métal extracteur, de façon à obtenir, à une température inférieure à celle de fusion de l'aluminium, d'une part, à l'état liquide, un alliage d'aluminium avec ledit métal de traitement contenant une quan tité prédéterminée d'impuretés qui est fonc tion de cette température et, d'autre part, à l'état solide, le restant des constituants à éliminer.
On peut traiter ensuite cet alliage liquide, séparé des parties solides, pour en éliminer une proportion prédéterminée de métal extracteur.
En effet, la solubilité dans J'aluminium des impuretés qu'il contient généralement, telles que le silicium, le fer, le titane, décroît avec la température. Lorsque la température d'une masse en fusion formée d'aluminium, du métal extracteur et desdites impuretés s'abaisse, une partie de ces impuretés est re jetée à l'état de cristaux, tandis qu'une autre partie, de moins en moins importante, reste dissoute dans la partie liquide. A la tempé rature d'extraction par le zinc utilisée. dans les procédés connus, ainsi qu'à la tempéra ture de solidification de l'aluminium, le taux des impuretés métalliques restant en solution dans le bain est encore trop élevé.
En abais sant la température, à laquelle on opère la séparation, au-dessous du point de fusion de l'aluminium, une forte partie des impuretés dissoutes se trouve rejetée à l'état solide, et ceci d'autant plus que la température est plus basse.
Le procédé peut être mis en aeuvre en formant d'abord avec le métal extracteur et le produit à traiter un alliage liquide, que l'on laisse refroidir jusqu'à la température choisie, inférieure à celle de fusion de l'alu minium, et en séparant les parties solides rejetées de la phase liquide. On peut aussi laisser solidifier l'alliage formé et, par ré- chauffage jusqu'à ladite température, amener à l'état liquide l'alliage @à séparer des parties solides. Cette opération de solidification et refonte peut être pratiquée à plusieurs re prises.
En outre, la refonte et la séparation peuvent être effectuées assez vite pour que les impuretés susceptibles de se dissoudre dans le bain à cette température de sépara tion n'aient pas le temps de se dissoudre complètement.
Le traitement de la matière première avec le métal extracteur peut être effectué par une mise en contact méthodique à contre-courant de ladite matière concassée, avec le métal extracteur, à l'état liquide ou de vapeur ou encore successivement à l'état de vapeur et de liquide. En outre, quand le produit à traiter est un alliage contenant une impureté for mant un eutectique avec l'aluminium, on peut enrichir préalablement ledit produit en aluminium en le fondant et l'amenant à la température où l'eutectique étant seul liquide, on le sépare du résidu solide.
Pour faciliter l'intelligence de ce procédé, on a reproduit, au dessin annexé, diverses courbes connues. Celle de la fig. 1 représente le système aluminium-silicium.
La fi-. ? en représente la. partie gauche échelle très agrandie pour mieux montrer la solubilité du silicium dans l'aluminium solide.
Les courbes des fig. 3 et 4 représentent les points de solidification des bains de zinc et d'étain suivant leur proportion d'alu minium.
Dans les exemples ci-dessous, correspon dant à, des essais effectués par l'inventeur, les températures mentionnées sont, sauf indi cations contraires, les températures à la fin des essais, températures auxquelles on sépare l'alliage liquide des parties solides.
Si l'on examine par exemple la courbe représentative du système Al-Si (voir les fig. 1 et 2), on remarque qu'il existe un eutectique qui se trouve du côté A1 à 13,8 Si. Cela. veut dire qu'en refroidissant lente ment un alliage, par exemple à, 40 % Si, on commence, vers 1l00 C à cristalliser du sili cium, et la partie restant liquide est de l'alu minium plus pur. A<B>575'</B> C, l'aluminium liquide ne contient plus qu'environ 13 % Si en dissolution. Dans ce liquide sont unifor mément répartis en suspension les cristaux solides du silicium qui n'est plus dissous.
L'on peut, en employant des moyens appro priés, séparer la partie solide et obtenir, de cette manière, .à l'état liquide, un alliage Al-Si moins chargé en silicium que l'alliage initial. Toutefois, il est impossible, par re froidissement, d'abaisser la teneur en sili cium au-dessous de environ 13,8%. En effet, en abaissant encore la température, toute la masse se solidifie à 575 C en rejetant brus quement de l'état dissous une forte partie de silicium à l'état de cristaux libres dans l'alu minium solide.
A partir de cette température, une petite partie seulement de silicium (à 575- C c'est 1,65%, comme l'indique la courbe fi-. 2) est encore à l'état dissous dans l'aluminium solide,. le reste est à l'état cris tallisé dans ledit aluminium solide; malgré l'état solide, ce silicium dissous passe peu à peu à l'état cristallisé au fur et à mesure que la température s'abaisse.
Si l'on pouvait, à basse température, séparer de l'aluminium solide tout le silicium qui est cristallisé, on aurait résolu le problème d'avoir de l'alumi nium ne contenant qu'une faible quantité de silicium, celle qu'il contient à l'état de disso lution solide.
Les mêmes, ou presque les mêmes rai sonnements peuvent être appliqués aux sys tèmes de l'aluminium avec le fer et le titane.
Le métal extracteur doit aussi être faci lement séparable de l'aluminium qu'il dissout, par exemple soit par distillation (c'est le cas pour le zinc, le mercure, l'alliage zinc-cad- mium), soit par .électrolyse (c'est le cas pour l'étain), soit par dissolution métallurgique (dans le cas du traitement par l'étain, en re prenant l'étain par le plomb fondu).
Ce procédé est applicable notamment aux alliages d'aluminium obtenus soit par réduc tion, par charbon au four électrique, de bauxite ou autre minerai d'aluminium conte nant, naturellement ou par adjonction, des impuretés métalliques pouvant s'allier à l'aluminium, soit par réduction d'alumine en présence d'un métal d'alliage, ou son mi nerai, -à point d'ébullition plus élevé que ce lui de l'aluminium, tel que fer, silicium, titane ou leurs mélanges; il convient égale ment au traitement de vieux déchets d'alu minium., ou de ses alliages, ou des crasses des bains d'aluminium fondu.
Avant d'être soumis à l'action du métal extracteur décrit ci-dessus, les alliages tels que Al-Fe et Al-Si peuvent être enrichis en aluminium en les chauffant pour fondre et recueillir les composés eutectiques qui sont plus riches en Al, sans fondre le reste de la masse.
En choisissant comme métal de traite ment le zinc (point de fusion 419 C) ou l'étain (point de fusion 282 C), on obtient des alliages d'aluminium dont le point de solidi fication, variable suivant la proportion d'alu- minium, se rapproche de ceux donnés sur les courbes des fig. 3 et 4 (minimum 880 C pour le zinc et 228 C pour l'étain),
c'est- à-dire que la séparation de la partie liquide de ce bain peut se faire à une température très inférieure au point de fusion de l'alu- minium (660 C) et que, par conséquent, on n'aura à ces températures à l'état dissous dans le bain que des proportions très faibles de silicium et de fer. Les quantités d'impu retés en excédent qui ne sont pas solubles dans le bain à cette température sont reje tées à l'état solide, surnagent à la surface du bain et sont facilement enlevées.
Quand on prend par exemple le zinc comme métal d'extraction, il est intéressant de travailler tout près de son point de fusion 420 C (voir la courbe fig. 3) et même de descendre jusqu'à 380 C (point eutectique Zn-Al). On peut donc commencer l'extrac tion (c'est-à-dire l'enlèvement des impuretés solides surnageant à la surface du bain) à 420 C pour finir par refroidissement pro gressif du bain à 380 C.
En ajoutant du cadmium au zinc on abaisse la. température de fusion (un alliage Zn-Cd à 20% Cd fond au-dessous de 380 C) ; on diminue ainsi, il est vrai, le pouvoir dissolvant du bain pour l'aluminium, car le cadmium ne dissout pas ce dernier métal, mais on diminue aussi, avantageusement, la quantité de Fe et de Si qui @se dissolvent dans le bain.
En ajoutant donc du cadmium (voir plus loin exemple 2), l'aluminium extrait est obtenu en état plus pur, mais son prix de re vient augmente. parce que son pourcentage dans le métal extracteur diminue. Plus donc la température d'extraction est basse, plus l'aluminium est pur.
Dans le cas où l'on choisit l'étain comme métal du bain liquide d'extraction, il y a lieu de remarquer ce qui suit: Le point eutectique Sn-Al (voir la courbe fig. 4 dont la partie de droite est en outre représentée à plus grande échelle) se trouve tout près du côté Sn. Mais à cette température (229 C) l'étain ne dissout que 0,5 d'aluminium. La courbe de fusion du système monte ici vite et à 400 C, 3,5% d'Al seulement se dissolvent dans l'étain.
Pour mettre en aeuvre le procédé de l'in vention, on peut procéder de la façon sui vante Le taux d'impuretés étant imposé, on dé termine expérimentalement en s'aidant de diagrammes, tels que ceux représentés au dessin, le taux d'aluminium de l'alliage à former et la température de séparation à observer.
Ainsi, l'inventeur a remarqué qu'en tra vaillant dans certaines conditions les quan tités d'impuretés dissoutes dans le bain de traitement à une température T., inférieure au point de solidification de 1'A1, se rappro chait de celles qui existent en "dissolution solide" dans l'aluminium solide à ladite tem pérature T.. C'est-à-dire que tout se passe à peu près comme si le bain de traitement dissolvait, dans la matière première, la masse solide de l'aluminium uniquement avec les parts de ses impuretés qui sont dissoutes clans l'aluminium à l'état de solution solide,
en laissant de côté la part des impuretés qui est libre à. l'état cristallisé dans la masse solide d'aluminium et dans le restant de la. matière première. Si, après dissolution de l'alliage solide d'aluminium de la matière première dans lé bain de traitement, à une tempéra ture Tl, supérieure à T., avec formation d'un alliage non saturé en aluminium, on fait varier la température de cette masse liquide en l'abaissant de T, à T2, il y aura en géné ral dépôt d'une certaine quantité d'impuretés, sans dépôt d'aluminium.
Le liquide, amené à la température plus basse de T2, aura donc, dans sa partie liquide, la même composition que si l'extraction de l'aluminium de la ma- fière première par le bain de traitement s*était faite directement. à, cette tempéra ture T=.
On pourra. donc, amener. après extraction à température Tl, la. température du liquide à. la valeur plus basse T., correspondant à une proportion plus faible d'impuretés dis soutes et séparer alors du liquide la. part d'im puretés qui est rejetée à. l'état solide au sein de la masse liquide.
Le bénéfice de l'invention peut également être obtenu en faisant l'extraction à une température quelconque, même supérieure au point de fusion de l'aluminium, si on abaisse ensuite la température du bain à la valeur T2 à laquelle s'effectue l'extraction finale.
E;ze)ii.ple <I>1:</I> 20 g d'un alliage silieo-aluminium obtenu dans le four électrique et contenant environ 5570 d'aluminium, 409,1, de Si et<B>2,5%</B> de Fe ont été traités à. une température d'envi ron 380 C. avec 100g de zinc. La partie liquide contenait<B>5,37%</B> Al, 0,023% Si et 0,0045 % Fe. Après l'élimination du zinc par distillation, l'aluminium ainsi obtenu conte nait 0,43 % Si et 0,08 % Fe.
Exemple <I>2:</I> 20g d'un alliage Al-Si (même teneur et provenance que dans L'exemple 1) ont été traités à, une température au-dessous de 380 C. avec 100 - d'un alliage contenant <B>80%</B> Zn et 20% Cd. L'alliage Zn-Cd-Al, qui en résulta, contenait 4,26 % Al, 0,0016 Fe, 0,0043 % Si. L'aluminium contenait donc, après élimination du zinc et du cadmium, 0.10 % Si et 0,037 % Fe. E.z.eiiiple <I>3:</I> 40g d'un alliage Al-Si (comme dans l'exemple 1) ont été traités à. une tempéra ture de rouge sombre, environ 500 C, avec 100 @; d'étain. L'alliage obtenu contenait <B>17,2%</B> Al et<I>U%</I> Si.
L'extraction de l'alu minium de cet alliage peut se faire soit par électrolyse, soit par traitement avec du plomb liquide qui libère l'aluminium. <I>Exemple</I> 12 g d'un alliage silico-aluminium identi que.,à celui de l'exemple 1 ont été d'abord traités à une température d'environ 800 C (très supérieure au point eutectique <B>575'</B> C et même au point de fusion de l'Al 660' C) avec 100 g de zinc. L'alliage ainsi obtenu contenait<B>1,062%</B> Si, 0,020% Fe et 6,65 Al, ce qui correspond à un aluminium ayant comme titre:<B>85,99%</B> A1 avec<B>13,75%</B> Si et 0,26% Fe.
Après un refroidissement et une décanta tion à une température d'environ 390 C (très inférieure au point eutectique @ Al-Si, 575 C), une mousse métallique contenant la plus grande partie des impuretés surnageait et put ainsi être facilement séparée du reste de l'alliage.
Celui-ci. contenait maintenant 0,039 % Si et 0,001 % Fe, correspondant à un aluminium ayant comme titre 99,43%, contenant comme impuretés seulement 0,56 Si et 0,014% Fe. Ce résultat est très voisin de celui de l'exemple 1, exemple dans lequel la dissolution se faisait ià 380. Comme dans le cas précédent, le zinc est éliminé par dis- tillation.
<I>Exemple 5:</I> 20 g d'un alliage Al-Si-Fe contenant en viron 82 % Al, 13 % Si et 5 % Fe ont été traités avec 100 g de zinc à une température d'environ 500 C. L'alliage obtenu avec le métal extracteur contenait 8,28 % Al, 0,218 % Si et 0,0082 % Fe correspondant au titre de <B>97,33%</B> Al,<B>2,57%</B> Si et 0,095% Fe. Après une refonte répétée (trois fois) .à une tempé rature d'environ 400 C, l'alliage ne contenait que 0,09.93% Si et<B>0,0013%</B> Fe, donnant lieu, après distillation du zinc, à un alumi nium ayant comme titre 99,63 % avec 0,35 Si et 0,015 % Fe.
<I>Exemple 6:</I> 20 g de ferro-aluminium avec 60% Al, 35 % Fe et 3 % Si environ ont été traités à environ 600 C avec 100 g de zinc. L'alliage obtenu contenait 4,37% Al, 0,070% Fe et <B>0,0127%</B> Si, correspondant à un aluminium de<B>98,2470</B> avec<B>0,29%</B> Si et<B>1,57%</B> Fe. Après refonte et décantation à une tempéra ture voisine de 390 C, l'alliage ne contenait que 0,00557o Si et 0,0092% Fe, ce qui cor respond à un aluminium de 99,70%, conte nant comme impuretés seulement 0,11 5o Si et 0,19 % Fe.
<I>Exemple 7:</I> 30 g d'un alliage Al-Si-Fe identique à celui de l'exemple 5 ont été traités avec 100 g de zinc- @à environ 850 C. L'alliage ainsi formé contenait 2,48,12/0 Si, 0,252%' Fe et 17,89 % Al, correspondant donc -à un alumi nium au titre de 86,64% Al avec 12,13 % Si, et 1,23 % Fe. Après refonte à environ 440 C et décantation, le pourcentage de silicium s'est abaissé jusqu'à <B>0,282%</B> et celui de fer jusqu'à 0,019 %.
Le zinc a été ensuite éliminé par distillation, et l'aluminium restant dans, le four a eu comme titre 98,37 % Al et ses impuretés se composaient de 1,61 % de Si et 0,02 % de Fe.
D'une façon générale, si l'extraction est effectuée (à une température plus haute, l'alu minium obtenu par ce procédé contient des quantités plus importantes de fer ou de sili cium, ou de ces deux métaux simultanément. On peut donc, en variant la température de séparation, obtenir des alliages d'aluminium avec une teneur déterminée de Si ou de Fe.
On peut aussi obtenir des alliages d'alu minium avec les métaux du bain de traite ment en limitant l'élimination de ces derniers, par exemple en arrêtant la distillation du zinc ou du zinc-cadmium, ou en arrêtant la dissolution de l'étain par le plomb.
En pratiquant successivement les deux opérations ci-dessus, on obtiendra des allia ges contenant simultanément, outre une faible fraction des métaux des impuretés de la ma tière première, une partie de ceux du corps métallique de traitement ou métal extracteur.
Le procédé permet également de transfor mer les vieux déchets d'aluminium ou de ses alliages en aluminium commercialement pur. Il est également possible d'extraire par ce procédé des quantités relativement impor- tantes d'aluminium des crasses qui se forment pendant la fusion ou la refonte de celui-ci.
La distillation du métal d'extraction peut se faire soit dans des conditions habituelle, soit sous une pression réduite ou dans le vide, avec ou sans application d'une atmo sphère réductrice ou inerte.
L'alliage initial restant éventuellement. après l'extraction de l'aluminium dissous par le bain de traitement, alliage qui est riche en fer ou en silicium, ou en tous les deux, et appauvri en aluminium, ainsi que le ré sidu solide retiré du bain de traitement, peu vent être remis dans le four électrique avec l'alumine ou avec un minerai tel que la bauxite pour servir. à nouveau à la fabrica tion des alliages d'aluminium qui seront ensuite soumis au traitement conforme à la présente invention.
Process for extracting aluminum from products containing it in the metallic state. The present invention relates to a process for extracting aluminum from products containing it in the metallic state, alloyed with other metals, such as, for example, silicon, iron or titanium. It makes it possible to obtain alloys containing as low a proportion as one wishes of the aforesaid metals, up to commercially pure aluminum.
We have already proposed. to extract aluminum from masses which contain it (such as those obtained by reduction of alumina), by treating them with an extracting metal, such as zinc, preferably in the vapor state . It has been recommended to carry out this treatment at a temperature higher than that of melting aluminum, the mass being ma laxée, then the alloy separated, during the extraction itself, by decantation or centrifugation, and the aluminum separated from the extracting metal by distillation of the latter. This procedure does not make it possible to obtain a pure aluminum, or an aluminum containing only well-determined quantities of impurities which one may wish to maintain in the aluminum for special applications.
The process forming the subject of the present invention also uses an extractor metal, such as, for example, zinc, tin, mercury or an alloy containing them. It is characterized by the fact that the said products are treated with an extractor metal capable of forming with the aluminum a liquid alloy at a temperature below the melting point of aluminum, and not alloying at this temperature at all times. more than with low proportions of the constituents to be separated from the aluminum.
and adjusting the Al content of the Al-metal extractor alloy, so as to obtain, at a temperature below that of melting aluminum, on the one hand, in the liquid state, an aluminum alloy with said treatment metal containing a predetermined quantity of impurities which is a function of this temperature and, on the other hand, in the solid state, the remainder of the constituents to be removed.
This liquid alloy, separated from the solid parts, can then be treated to remove therefrom a predetermined proportion of extractor metal.
Indeed, the solubility in aluminum of the impurities which it generally contains, such as silicon, iron, titanium, decreases with temperature. When the temperature of a molten mass formed of aluminum, the extracting metal and said impurities drops, a part of these impurities is thrown away in the state of crystals, while another part, less and less important, remains dissolved in the liquid part. At the zinc extraction temperature used. in the known processes, as well as at the solidification temperature of the aluminum, the rate of metallic impurities remaining in solution in the bath is still too high.
By lowering the temperature at which the separation is carried out, below the melting point of aluminum, a large part of the dissolved impurities is rejected in the solid state, and this all the more so as the temperature is lower.
The process can be carried out by first forming with the extracting metal and the product to be treated a liquid alloy, which is allowed to cool to the chosen temperature, lower than that of aluminum melting, and by separating the solid parts rejected from the liquid phase. It is also possible to allow the alloy formed to solidify and, by heating to said temperature, to bring the alloy into the liquid state to separate from the solid parts. This solidification and remelting operation can be carried out several times.
Further, the remelting and the separation can be carried out quickly enough that the impurities which might dissolve in the bath at this separation temperature do not have time to dissolve completely.
The treatment of the raw material with the extracting metal can be carried out by methodical contacting against the current of the said crushed material, with the extracting metal, in the liquid or vapor state or even successively in the vapor state. and liquid. In addition, when the product to be treated is an alloy containing an impurity forming an eutectic with aluminum, said product can be previously enriched with aluminum by melting it and bringing it to the temperature where the eutectic being the only liquid, it is possible to separates it from the solid residue.
To facilitate understanding of this process, various known curves have been reproduced in the accompanying drawing. That of fig. 1 represents the aluminum-silicon system.
The fi-. ? represents it. left part very enlarged scale to better show the solubility of silicon in solid aluminum.
The curves of fig. 3 and 4 represent the solidification points of the zinc and tin baths according to their proportion of aluminum.
In the examples below, corresponding to tests carried out by the inventor, the temperatures mentioned are, unless otherwise indicated, the temperatures at the end of the tests, temperatures at which the liquid alloy is separated from the solid parts.
If we examine for example the representative curve of the Al-Si system (see Figs. 1 and 2), we notice that there is a eutectic which is on the side A1 at 13.8 Si. That. This means that by slowly cooling an alloy, for example to 40% Si, at around 1100 C, silicon begins to crystallize, and the remaining liquid part is purer aluminum. At <B> 575 '</B> C, the liquid aluminum only contains about 13% Si in solution. In this liquid are uniformly distributed in suspension the solid crystals of silicon which is no longer dissolved.
It is possible, by employing suitable means, to separate the solid part and thereby obtain, in the liquid state, an Al — Si alloy which is less charged with silicon than the initial alloy. However, it is impossible, by cooling, to lower the silicon content below about 13.8%. In fact, by further lowering the temperature, the whole mass solidifies at 575 ° C. while suddenly rejecting from the dissolved state a large part of silicon in the state of free crystals in the solid aluminum.
From this temperature, only a small part of silicon (at 575-C is 1.65%, as shown by curve fig. 2) is still in the dissolved state in solid aluminum. the remainder is in the crystallized state in said solid aluminum; despite the solid state, this dissolved silicon gradually changes to the crystallized state as the temperature drops.
If we could, at low temperature, separate all the silicon which is crystallized from the solid aluminum, we would have solved the problem of having aluminum containing only a small amount of silicon, the one it contains. Contains in solid dissolved form.
The same, or almost the same reasons can be applied to aluminum systems with iron and titanium.
The extracting metal must also be easily separable from the aluminum which it dissolves, for example either by distillation (this is the case for zinc, mercury, zinc-cadmium alloy) or by electrolysis. (this is the case for tin), or by metallurgical dissolution (in the case of treatment with tin, by taking the tin with molten lead).
This process is applicable in particular to aluminum alloys obtained either by reduction, by charcoal in an electric furnace, from bauxite or other aluminum ore containing, naturally or by addition, metallic impurities which can alloy with aluminum, either by reduction of alumina in the presence of an alloying metal, or its ore, at a higher boiling point than that of aluminum, such as iron, silicon, titanium or their mixtures; it is also suitable for treating old waste of aluminum or its alloys, or dross from molten aluminum baths.
Before being subjected to the action of the extractor metal described above, alloys such as Al-Fe and Al-Si can be enriched in aluminum by heating them to melt and collect the eutectic compounds which are richer in Al, without melting the rest of the mass.
By choosing zinc (melting point 419 C) or tin (melting point 282 C) as the metal for processing, aluminum alloys are obtained whose solidification point varies according to the proportion of aluminum. minimum, is similar to those given on the curves of fig. 3 and 4 (minimum 880 C for zinc and 228 C for tin),
that is to say that the separation of the liquid part of this bath can be done at a temperature much lower than the melting point of aluminum (660 C) and that, consequently, one will not have to these temperatures in the dissolved state in the bath only very low proportions of silicon and iron. The quantities of excess impurities which are not soluble in the bath at this temperature are discharged as a solid, float on the surface of the bath and are easily removed.
When, for example, zinc is taken as the extraction metal, it is interesting to work very close to its 420 C melting point (see the curve in fig. 3) and even to go down to 380 C (eutectic point Zn-Al ). It is therefore possible to start the extraction (that is to say the removal of the solid impurities supernatant on the surface of the bath) at 420 ° C. and end by progressive cooling of the bath to 380 ° C.
Adding cadmium to zinc lowers it. melting temperature (a 20% Cd Zn-Cd alloy melts below 380 C); the dissolving power of the bath for aluminum is thus reduced, it is true, since cadmium does not dissolve this latter metal, but the quantity of Fe and Si which dissolve in the bath is also advantageously reduced.
By therefore adding cadmium (see example 2 below), the extracted aluminum is obtained in a purer state, but its cost price increases. because its percentage in the extractor metal decreases. The lower the extraction temperature, the purer the aluminum.
If tin is chosen as the metal of the liquid extraction bath, the following should be noted: The Sn-Al eutectic point (see the curve in fig. 4, the right part of which is in also shown on a larger scale) is located very close to the Sn side. But at this temperature (229 C) tin only dissolves 0.5 aluminum. The melting curve of the system here rises quickly and at 400 ° C only 3.5% Al dissolves in the tin.
To carry out the process of the invention, one can proceed in the following way, the level of impurities being imposed, one determines experimentally with the help of diagrams, such as those shown in the drawing, the rate of aluminum of the alloy to be formed and the separation temperature to be observed.
Thus, the inventor has noticed that, working under certain conditions, the quantities of impurities dissolved in the treatment bath at a temperature T., below the solidification point of the A1, approximates those which exist. in "solid dissolution" in solid aluminum at said temperature T .. That is to say that everything happens roughly as if the treatment bath were dissolving, in the raw material, the solid mass of the aluminum only with the parts of its impurities which are dissolved in aluminum in the state of solid solution,
leaving aside the part of the impurities which is free to. the crystallized state in the solid mass of aluminum and in the remainder of the. raw material. If, after dissolving the solid aluminum alloy of the raw material in the treatment bath, at a temperature Tl, greater than T., with formation of an unsaturated aluminum alloy, the temperature is varied from this liquid mass by lowering it from T to T2, there will generally be deposition of a certain quantity of impurities, without deposition of aluminum.
The liquid, brought to the lower temperature of T2, will therefore have, in its liquid part, the same composition as if the extraction of the aluminum from the raw material by the treatment bath had been carried out directly. at this temperature T =.
We will be able to. therefore, bring. after extraction at temperature Tl, la. liquid temperature at. the lower value T., corresponding to a lower proportion of impurities dissolved and then separated from the liquid. part of impurity which is rejected at. the solid state within the liquid mass.
The benefit of the invention can also be obtained by carrying out the extraction at any temperature, even above the melting point of aluminum, if the temperature of the bath is then lowered to the value T2 at which the extraction is carried out. final extraction.
E; ze) ii.ple <I> 1: </I> 20 g of a silieo-aluminum alloy obtained in the electric furnace and containing about 5570 aluminum, 409.1, Si and <B> 2, 5% </B> Fe was treated with. a temperature of around 380 C. with 100g of zinc. The liquid part contained <B> 5.37% </B> Al, 0.023% Si and 0.0045% Fe. After removal of the zinc by distillation, the aluminum thus obtained contained 0.43% Si and 0 .08% Fe.
Example <I> 2: </I> 20g of an Al-Si alloy (same content and origin as in Example 1) were treated at a temperature below 380 C. with 100 - of a alloy containing <B> 80% </B> Zn and 20% Cd. The resulting Zn-Cd-Al alloy contained 4.26% Al, 0.0016 Fe, 0.0043% Si. aluminum therefore contained, after removal of zinc and cadmium, 0.10% Si and 0.037% Fe. Ezeiiiple <I> 3: </I> 40g of an Al-Si alloy (as in example 1) were treated at. a dark red temperature, about 500 C, with 100 @; tin. The resulting alloy contained <B> 17.2% </B> Al and <I> U% </I> Si.
The extraction of aluminum from this alloy can be done either by electrolysis or by treatment with liquid lead which releases the aluminum. <I> Example </I> 12 g of a silico-aluminum alloy identical to that of Example 1 were first treated at a temperature of about 800 C (much higher than the eutectic point <B > 575 '</B> C and even at the melting point of Al 660' C) with 100 g of zinc. The alloy thus obtained contained <B> 1.062% </B> Si, 0.020% Fe and 6.65 Al, which corresponds to an aluminum having as title: <B> 85.99% </B> A1 with < B> 13.75% </B> Si and 0.26% Fe.
After cooling and settling to a temperature of about 390 C (much below the eutectic point @ Al-Si, 575 C), a metallic foam containing most of the impurities floated and could thus be easily separated from the rest of the impurities. the alloy.
This one. now contained 0.039% Si and 0.001% Fe, corresponding to an aluminum with a titer of 99.43%, containing as impurities only 0.56 Si and 0.014% Fe. This result is very close to that of example 1, example in which dissolves from 1 to 380. As in the previous case, the zinc is removed by distillation.
<I> Example 5: </I> 20 g of an Al-Si-Fe alloy containing approximately 82% Al, 13% Si and 5% Fe were treated with 100 g of zinc at a temperature of approximately 500 C. The alloy obtained with the extractor metal contained 8.28% Al, 0.218% Si and 0.0082% Fe corresponding to the titre of <B> 97.33% </B> Al, <B> 2.57% </B> Si and 0.095% Fe. After repeated remelting (three times). At a temperature of about 400 C, the alloy contained only 0.09.93% Si and <B> 0.0013% </ B> Fe, giving rise, after distillation of the zinc, to an aluminum having as title 99.63% with 0.35 Si and 0.015% Fe.
<I> Example 6: </I> 20 g of ferroaluminum with 60% Al, 35% Fe and 3% Si approximately were treated at approximately 600 C with 100 g of zinc. The alloy obtained contained 4.37% Al, 0.070% Fe and <B> 0.0127% </B> Si, corresponding to an aluminum of <B> 98.2470 </B> with <B> 0.29 % </B> Si and <B> 1.57% </B> Fe. After melting and settling at a temperature close to 390 C, the alloy contained only 0.00557o Si and 0.0092% Fe, which corresponds to an aluminum of 99.70%, containing as impurities only 0.11 5o Si and 0.19% Fe.
<I> Example 7: </I> 30 g of an Al-Si-Fe alloy identical to that of Example 5 were treated with 100 g of zinc- @ at approximately 850 C. The alloy thus formed contained 2.48.12 / 0 Si, 0.252% 'Fe and 17.89% Al, therefore corresponding to an aluminum under 86.64% Al with 12.13% Si, and 1.23% Fe. remelting at around 440 C and settling, the percentage of silicon has dropped to <B> 0.282% </B> and that of iron down to 0.019%.
The zinc was then removed by distillation, and the aluminum remaining in the furnace titrated 98.37% Al and its impurities consisted of 1.61% Si and 0.02% Fe.
In general, if the extraction is carried out (at a higher temperature, the aluminum obtained by this process contains larger quantities of iron or silicon, or of these two metals simultaneously. by varying the separation temperature, obtain aluminum alloys with a determined content of Si or Fe.
Aluminum alloys can also be obtained with the metals in the treatment bath by limiting the elimination of the latter, for example by stopping the distillation of zinc or zinc-cadmium, or by stopping the dissolution of tin. by lead.
By carrying out the above two operations successively, alloys will be obtained which simultaneously contain, in addition to a small fraction of the metals of the impurities of the raw material, a part of those of the metal treatment body or extractor metal.
The process also converts old scrap aluminum or its alloys into commercially pure aluminum. It is also possible to extract by this process relatively large quantities of aluminum from the dross which forms during the melting or remelting thereof.
The distillation of the extraction metal can be carried out either under customary conditions or under reduced pressure or in a vacuum, with or without the application of a reducing or inert atmosphere.
The initial alloy possibly remaining. after extraction of the dissolved aluminum by the treatment bath, an alloy which is rich in iron or silicon, or both, and depleted in aluminum, as well as the solid residue removed from the treatment bath, little wind be returned to the electric furnace with alumina or with an ore such as bauxite to serve. again to the manufacture of aluminum alloys which will then be subjected to the treatment in accordance with the present invention.