Verfahren zum Reinigen von geschmolzenem unreinem Aluminium durch Entfernen von darin enthaltenen Verunreinigungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von geschmolzenem unreinem Aluminium durch Ent fernen von darin enthaltenen Verunreinigungen,
wobei di'eGrundsätze der bevorzugten Kristallisation zur Er zeugung von Fraktionen aus :geschmolzenem unreinem Aluminium, @die eine höhere Reinheit als die ursprüng liche ,Schmelze saufweisen, :angewandt werden.
Wenn auch die Verwendbarkeit der Erfindung nicht darauf beschränkt ist, ist das Verfahren der Erfindung zur wirtschaftlichen Erzeugung von wesentlichen Alumi niumfraktionen mit einer Reinheit von etwa 99,99 GewA oder besser aus Primäraluminium, 4das gewöhnli'ch durch elektrolytisches Schmelzen hergestellt wird und gewöhn lich :eine Reinheit oberhalb von 99 Gew.% Aluminium besitzt, besonders brauchbar.
Die Grundprinzipien der bevorzugten oder fraktib- nierten Kristallisation sind seit langem bekannt und sind auch Tals Massnahme zur Aufierzitung von unrei nem Aluminium vorgeschlagen worden.
Diese Grund sätze sind jddoch biIsher noch :nicht erfolgreich zur Er zeugung von Fraktionen mit einer verhältnismässig ho hen Reinheit,aus Aluminium mit geringer Reinheit ver wendet worden.
Die Erfindung ermöglicht die wirtschaftliche Auf- b:reitung von unreinem Aluminium, wobei Fraktionen in solcher Menge erhalten werden,
dass die Summe des wirtschaftlichen Wertes aller erhaltenen Fraktionen ins- gesamt eine wirtschaftliche Verbesserung des unreinen Ausgangsmaterials darstellt. Es wird insbesondere ein Vsrfahren vorgeschlagen, bei dem einige der Verunreini gungen, die in .dem elektrolytisch gewonnenen Primär aluminium gewöhnlich vorliegen,
durch fraktioniertes Kristallisieren in Fraktionen mit verhältnismässig gerin gem Wert konzentriert werden, während @gleichzeitig eine wesentliche Alumiininmnfraktion mit einer Reinheit von 99,99 ,Gew.% oder darüber und mindestens eine :
dazwi schenliegende wesentliche Fraktion erzeugt wird, deren Reinheit in. bezug Kauf Aluminium von der des Aus gangsmaterials nicht wesentlich verschieden ist.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere die Aufbe reitung von Primärialuminium und von Aluminium, des sen Reinheit der von P@imänaluminifum praktisch ent spricht. P:
nimäraluminium wird durch elektrolytisches Schmelzen von Erz erzeugt, das .gewöhnlich aus dem Oxyd besteht, das bei -der Aufbereitung der Beuxiterze erhalten wird. Dass nach diesem Verfahren hergestellte Primäralumn@niium enthält gewöhnlich 99,4-99,8 % Alu- minium,
obwohl auch Aluminium mit einer geringeren oder grösseren Reinheit erhalten wird. Fortschreitende Verbesserungen der herkömmlichen Schmelzverfahren und der Erzaufbereitung haben die Herstellung von Primäraluminium, das etwa 0,4-0,1 % an ;
anderen ge wöhnlich vorkommenden metallischen Verunreinigungen enthält, ermöglicht, woben jedoch solche Reinheit dann unzureichend .ist, wein bestimmte Verwendungszwecke oder eine sorgfältige ljegierungsregel-ung erwünscht sind, bev denen ein Metall mit einer Reinheit von 99,99 oder darüber erwünscht ist.
Die Erzeugung von Alu minium mit einer solchen Reinheit und sogar mit einer geringeren Reinheit erfolgte bisher vorwiegend nach einem Verfahren, beidem das Primäraluminium einem elektrolytischen Reinigungsverfahren unterworfen wurde.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge- kennzeichnet, dass das unreine geschmolzene Aluminium in einen Behälter :gebracht wird, worin die -gegebenen- falls von einem neutralen Körper bedeckte obere Ober fläche der geschmolzenen Masse einem Gasausgesetzt 'ist,
die Erstarrungswärme .an der und durch die Grenz fläche zwischen gegebenenfalls von einem neutralen Körperbedecktem geschmolzenem Metall und Gas mit einer Geschwindigkeit ,abgefü@hrt wird, bei der die Bil dung von ialuminiiumreichen Kristallen in einer Kristal- lisationszone, die an, unter und praktisch parallel zu ,
dieser Grenzfläche .angeordnet isst, aufrechterhalten wird, während eine wesentliche Wärmeabgabe an ,den vom Behälter begrenzten Seiten der Masse vermieden wird, das Kristallisieren fortgesetzt wird, bis ein, vor herbestimmter Anteil der ursprünglichen geschmolzenen Masse auskristallisiert ist, anschliessend ,
die Mutterlauge von der indem Behälterenthaltenen Masse abgezogen und die erhaltene Kristallmasse erneut .geschmolzen wird.
Die anliegenden Zeichnungen idlenen zur Erleichte rung der Beschreibung und .zur Erläuterung der Ver- fahrensgrundsätze und -stufen. In Aden Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 einen Teil eines stilisierten Verfestigungs- diagramms, Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Metall- behältens, in dem das fraktionierte, Kristallisationsver- fahren,durchgeführt wkd, Fig. 3 eine .Abänderung des in Fig. 2 gezeigten Gebildes,
Fig. 4 eine Kurve, die die Beziehungen zwischen der Zeitdauer der Druckanwendiungsstufe und der Aus wirkung dieser Zeitdauer .auf die -Produktgewinnung zeigt, Fig. 5 eine Ausführungsform lder in Fig. 2 gezeib ten Vorrichtung, zu der weiteres Zubehör gehört, Fi;
g. 6 eine Seitenansicht einer Ausführungsform von bestimmten in .Fig. 5 gezeigten Zubehörteilen und Fig. 7 eine Ausführungsform der in den Fig. 2 und 5 gezeigten Vorrichtungen zusammen mit einer dazugehörigen Erhitzungsvorrichtung.
Der Ausdruck Verunreinigung bezeichnet be kanntlich einen anderen, insbesondere .metallischen, Be- standteil als Aluminium, der in dem Aluminium zugegen <I>ist,</I> das entweder primären oder sekundären Ursprungs sein kann.
Ein :solcher Bestandteil kann gegebenenfalls ein wertvolles legierendes Element in dem Aluminium darstellen. Seit vielen Jahren besteht ein Bedarf 'an Alu minium mit der grösstmöglichen Reinheit. Dieser Bedarf beruht teilweise auf Verwendungszwecken, bei denen :
solche .Reinheitsgrade zweckmässig sind, und teilweise darauf, @dass das Metall als Grundmaterial verwendet werden soll, aus dem durch Einverleiben von anderen bestimmten Metallen in :geregelten Mengen Legierungen hergestellt werden sollen.
Je nach Odem beabsichtigten Verwendungszweck :kann daher ein Bestandteil ein wert- volles metallisches Element, aber anderseits auch eine Verunreinigung, sein.
Das Verfahren der Erfindung ist :auf die Aufberei tung von Aluminium, ivor allem -auf die Entfernung der sogenannten eutektischen Verunreinigungen .ge richtet, womit insbesondere metallische Bestandteile be zeichnet werden sollen, dt-, wenn sie in .ausreichender Menge im Aluminium vorliegen,
unter den üblichen Erstarrungsbedingungen 'n dem verfestigten Metall ein kennzeichnendes Muster bzw.Gefüge bilden, das Alu minium enthält und das einen niedrigeren Schmelzpunkt als reines Aluminium besitzt. Solche metallische Be standteile sind e. B.
die Elemente Eisen und Silicium, die in Primäraluminium in geringen Mengen zugegen sind. In Aluminium liegen -gewöhnlich metallische Ver unreinigungen, wie Eisen, Silicium, Gallium, Titan und oft auch andere .Metalle vor.
Von diesen sind Eisen, Silicium und Gallium bezeichnend-- Vertreter der so genannten eutektschen Verunreinigungen. Anderseits ist Titan ein bezeichnender Vertreter für solche Ver- unreinigungen, .die hier nicht als .eutektische Verun- reinügurngen bezeichnet werden,
weil sie sich beim Ab kühlen gewöhnlich als Verbindungen oder Komplexe mit Aluminium bei Temperaturen oberhalb ides Schmelz punktes von .reinem Aluminium verfestigen. Solche Ver- unreinigungen werden hier als pertektische Verunrei- nigungen bezeichnet.
Dieser Ausdruck darf nicht mit pertektisch verwechselt werden, durch den eine iso- therrne reversible Umsetzung in binären Legierungs- systemen bezeichnet wird, bei der eine feste und eine flüssige Phase während ides Abkühlens unter Bildung einer zweiten festen Phase miteinander reagieren.
In nerhalb eines weiten Bereiches der Aluminiumreinheit schliessen sich (die. Ausdrücke eutekti:sche Verunreini gungen und pertektisch:e Verunreimgungen nicht gegenseitig paus, weil z. B. Eisen je nach der vorhandenen Menge zu der einen oder zu der .anderen Gruppe ge hören kann.
Bei .einem gegebenen Aluminiumkörper ist jedoch eine Verunreini@gungentweder ;eine eutektische oder eine. pertektische Verunreinigung, wobei der eine Bestandteil von,dem Verfahrender Erfindung betroffen oder nicht betroffen wird.
Diese Beziehungen sind be kannt, ,und die hier verwendeten Ausdrücke sollen einen vorliegenden physikalischen Zustand, .und nicht be- stimmte Elemente bezeichnen, obwohl für praktische Zwecke die Eisen-, Silicium- und Galliumverunreini- ,
gungen in Primäraluminium stets eutektische Verun- reinigungen sind und Titan eine pertektiscbe Verun reinigung ist.
Die Verfahrensgrundsätze der Erfindung beruhen ,auf der bekannten Tatsache, .dass beim Abkühlen von geschmolzenem Aluminium, das eutektische Verun reinigungen enthält, die sich zuerst verfestigenden Kri- stalle aluminiumreich sind, d. h.
einen höheren Alumi- niumgehalt als (die Schmelze haben, aus der sie .kommen. Durch teilweises Verfestigen der Schmelze ist daher die Erzeugung einer festen Fraktion möglich,
die - wenn sie .in annehmbarer Weise von der .Mutterlauge ab- getrennt werden .kann - aus Aluminium RTI ID="0002.0226" WI="6" HE="3" LX="1754" LY="1529"> mit einer hö herer Reinheit ,als .die ursprüngliche Schmelze besteht.
Diese bekannte !Tatsache wird durch Fig. 1 der Zeich- nungen erläutert, worin die beiden 'Kurven L und S, die vom Schmelzpunkt M des reinen Aluminiums nach unten ausei@nandergehen, die Liquiduskurve (L) und die Soliduskurve :(S) eines sogenannten Gleichgewichtsdia gramms der Erstarrung eines :
binären Systems .aus Alu- minium und einer eutektischen Verunreinigung dar stellen. In diesem Diagramm äst auf der Ordinate die Temperatursteigerung und ,auf der Abszisse die Erhö- hung des Gehalts an der ,eutektischen aufgetragen.
Wenn man eine, ursprüngliche unreine Alu- mimlurnschinelze mit einer @durchschnittlichen Zusam- mensetzung, .die durch die ,gestrichelte Kurve X an@gege- ben wird,<U>annimmt,</U> idann werden .beim Abkühlen der Schmelze auf eine;
Temperatur, bei der die Linie X zum ersten Male auf die Liquiduskurve L trifft, theore tisch feste aluminiumreiche Teilchen, die oft als Kri stalle bezeichnet werden, mit der Zusammensetzung Z erhalten, die durch den Schnittpunkt,der @gestzichelten Li- mie Ymit der Soliduskurve S wiedergegeben wird.
Beine fortgesetzten Erstarren der Schmelze, die nun mit der eutektischen Verunreinigung angereichert worden ist, wird nacheinander eine Erstarrung von mehr aluminium reichen Teilchen bei niedrigeren Temperaturpunkten längs .der Liquiduskurve L bewirkt,
deren Zusammen setzung durch die Soliduskurve S wiedergegeben wird. Wenn die Neigung der Soliduskurve S steil ist, ist die Zusammensetzung von aufeinanderfolgen@d erstarrten Anteilen von der Zusammensetzung Z nicht allzu ver schieden.
Wenn daher eine Schmelze mit einer Zusam- mensetzung, die durch idie ,gestrichelte Linie U wieder gegeben wird und deren Erstarrung bei einer Tempera- bar beginnt, bei 'der ,die Linse U iauf ,die Liquidus- kurve L trifft, abgekühlt wird, werden theoretisch Teil chen oder ,Kristalle mit der Zusammensetzung W er halten,
(die idurch den Schnittpunkt der gestrichelten Linie V mit ,der Soliduskurve @S wiedergegeben wird. Da die Neigung der Kurve S steil ist, besteht nur ein geringer Unterschied zwischen der Zusammensetzung Z und W. Bei ,der tatsächlichen ,Ausführung werden je doch solche Gleichgewichte nur .angenähert erreicht.
Auch eine neinfache ,binäre Beziehung liegt selten, falls überhaupt, in unrein= Aluminium vor. Nichtsidsto- weniger sind die än Fig. 1 erläuterten ,allgemeinen iBe- xiehungen für seit langem bekannte Tatsachen bezeich nend,
die eine fraktionierte Kristallisation als mögliche Massnahme zur .Erzeugung von aluminiumreichen Kri- stallen in teilchenförmiger Form und mit einem hohen Schmelzpunkt naheleger,
während gleichzeitig in der erhaltenen Mutterlauge ein Konzentrieren von eu- tektischem> Verunreinigungen mit einem niedrigeren Schmelzpunkt ,erfolgt, ;aus, der @sich die ialuminiumreichen Kristalle wegen ihres grösseren ;
spezifischen Gewichtes oder .ihrer höheren Dichte @abscheiden. Trotz dieser be kannten Tatsachen ist ein wirtschaftlich erfolgreiches Verfahren zur Verbesserung von Primäraluminium durch fraktioniertes Kristallisieren noch nicht vorge schlagen worden, so :dass dieses Ziel bisher durch elektrolytisches Reinfiigen erreicht worden ist.
Das Feh len ines erfolgreichen fraktionierten Kristallisationsver- fahrens Ist .auf idrei Gründe zurückzuführen, und zwar wird erstens durch das Einsschliessen oder Anhaften von.
Mutterlauge,an den Kristalloberflächen eine saubere Ab- trennung,der fraktioniert kristallisierten Festbestandteile von der restlichen Schmelze erschwert;
zweitens ist die Abtrennung von kristallisierten .Fraktionen mit einer höheren,durchschnittlichen Reinheit von Fraktionen mit einer geringeren durchschnittlichen Reinheit ;sehr schwie rig, was entweder auf eine Einschliessung ,der unrei- cheren Mutterlauge oder :
auf eine ungünstige Neigung der Solidus#kurve zurückzuführen, ist; rund drittens wer- ,den die endgültigen Erzeugungskosten einer Fraktion mit der gewünschten hohen Reinheit notwendigerweise von ,den entsprechenden .Mengen und von dem entspre chenden wirtschaftlichen ,Wert aller Fraktionen be stimmt, die gegebenenfalls .erhalten werden.
Aus wel chen Gründen auch !immer die bekannten Grundsätze der fraktioniertem Kristallisation, bisher noch nicht zur Verbesserung von Primänalumiinmum herangezogen wor den sind, wird @erfindungsgemäss ein Verfahren vor- geschlagen, bei idem die Grundsätze ,
der fraktionierten Kristallisation wirksam rund wirtschaftlich zur Erzeu gung wesentlicher Mengen von Aluminium mit einer Reinheit von 99;99 GewA oder darüber aus Primär- al:
uininium verwendet werden können, dass. eutektische Verunreinigungen in einer Menge von 0,1-1,0 GewA enthält.
Das Verfahren der Erfindung, bei dem aus Primär- aluminium oder Aluminium mit einem ientsprechenden Reinheitsgrad eine wesentliche Fraktion von sehr reinem Aluminium erzeugt wird, ,besteht in seiner bevorzugt en Form aus drei neuartigen Verfiahrensstufen,
die all gemein als verbesserte Kristall.isations- oder Erstarrungs- stufe, eine ,gleichzeitig ,damit duwrchgeführte verbesserte Verdichtungs- oder Druckanwendungsstufe und-. als Wiedererschmelz- rund Abtrennungsstufe bezeich net werden können.
Jede @dieser Stufen, und zwar be- sonders die Krsstallisationsstufe und die wiedererschmel- zungsstufe, können getrennt oder in Kombination durch- geführt werden, um ein überwiegend ,aus Aluminium be stehendes Metall, das eutektische Verunreinigungen enthält, aufzubereiten,
wobei jedoch durch diese Stufen eine besonders brauchbare Aufbereitung von Primär- aluminium und von Aluminium mit ähnlicher Reinheit dann erzielt wird, wenn diese Stufen bei einer Gesamt- behandlung verwendet werden.
Da durch das Verfahren der Erfindung die sogenannten pertektischen Verun reinigungen nicht entfernt werden, müssen diese, falls sie entfernt oder verringert werden sollen, einer :getrenn ten Behandlung unterworfen werden. ,Für,diesie:
n Zweck eignet )sich ein Verfahren, bei dem Idas 7geschmolzene Aluminium lauf eine Temperatur unmittelbar oberhalb des Schin@elzpunktes von reinem Aluminium oder auf eine Temperatur unmittelbar oberhalb der Temperatur abgekühlt wird, :bei der eine Erstarrung von praktisch reinen Alumin;
n,mkrsstallen oder -teilchen erfolgt. Bei @dieser Behandlung wird ein grosser Teil der pertekti- schen Verunreinigungen, die ,gewöhnlich :
als Komplex oder Verbfindung vorliegen, ,in fester Form erhalten, worauf die festen Bestandteile durch A.bsitzenlassen, Filtrieren oder in ianderer Weise iabgetrennt werden kön nen.
Wenn ,das aufzubereitende. Aluminium von solchen pertektischen Verunreinigungen frei oder praktisch frei !ist, oder wenn solche pertektischen Verunreini- ,gungen in -dem erhaltenen gereinigten Metall nicht stö ren,
dann äst eine solche Behandlung selbstverständlich nicht erforderlich. Wenn die Menge der pertektischien VerunreÜnilgungen verringert wenden isoll, werden diese vorzugsweisie entfernt,
bevor das unreine geschmolzene Aluminiummetall Odem Verfia-hren der Erfindung unter worfen wird. Bei der Entfernung dieser Verunreinigun- gen wird vorzugsweise auch Bor dem geschmolzenen Metall einverleibt,
bevor irgendeine Verfestigung der Verunrein%gungen als Komplex oder Verbindung statt- gHunden hat. Das Borbildet mit Aden Verunreinigungen eine dichte Ab scheiduug, ,die offenbar durch eine che mische Umsetzung entsteht, wobei,sich die A bschesdung in der geschmolzenen .Aluminiummasseverhältnismässig schnell .absetzt.
Ein Verfahren dieser Art ist zu Beginn von Beispiel <B>il</B> beschrieben. Solche Verfahren zum Ent fernen von pertektischen Verunreinigungen bilden je doch keinen Teil der Erfindung. Zur Entfernung der pertektischen Verunreinigungen, kann daher jedes be kannte Verfahren verwendet werden.
Bei der folgenden Beschreibung ,des Verfahrens der Erfindung wird an genommen, @dass ,das behandelte Metall .zum Entfernen von pertektisehen Verunreinigungen, falls dieses er wünscht ,ist,
vorbehandelt worden ist oder dass die nach .dem Verfahren der Erüindung -erhaltenen Endfraktionen bis zum gewünschten Ausmass zwecks Entfernung sol cher Verunreinigungen behandelt werden.
Bei Ader Ausführung oder Erfindung befindet sich das ,aufzubereitende .Aluminium im geschmolzenen Zu stand in einem Behälter, wobei ,die geschmolzene Masse eine mischt umfasste freie Grenzfläche; oder Oberfläche @aufweist, von der ;an .die Luft oder ein anderes Gas, falls :dieses bevorzugt wird, Wärme abgegeben wird.
An dieser nicht umfassten oder freien Oberfläche liegt eine direkteGrenzfläche zwischen geschmolzenem Metall und Gas vor, wenn nicht - wie dies bei geschmolzenem Aluminium oft zweckmässig ist - die Oberfläche des geschmolzenen Aluminiums mit einem neutralen Kör per, z.
B. einem Flussmittel oder mit ,einem anderen, einem bekannten Zweckdienenden Körper, z. B. zwecks Erzielung einer Schutzwirkung, ;bedeckt wird, wobei je doch die Wärmeübertragung zwischen der ;geschmolze nen Oberfläche und -Gas nicht wesentlich beeinträch tigt werden darf. Die Wärmebedingungen an den be grenzten Aussenflächen der :
geschmolzenen Masse wer den .z. B. durch Isolieren oder durch .Erhitzen derart geregelt, dass an diesen Aussenflächen und besonders an den Aussenflächen, die die abgeschiedene Masse der Kristalle oder Teilchen, ;die :beim. fraktionierten Kristal lisieren erhalten werden, umgrenzen, nur ein geringer oder gar .kein Wärmefluss nach aussen erfolgt.
Der Wärmeverlust ;des in einem Behälter enthaltenen, ge schmolzenen, unreinen Aluminiums erfolgt daher im we- sentlichen .nur ;an der nicht ;umfassten Aussenfläche oder, anders ausgedrückt, -an der Grenzfläche, zwischenge schmolzenem Metall und Luft.
Ein Merkmal der Erfin- dung besteht darin, dass die A@bfühmung ,der Erstarrungs- wärme, durch die -die fraktionierte Kristallisation des ge schmolzenen, unreinen ,Aluminiums eingeleitet und iauf- rechterhalten wird', in einer Zone erfolgt, ;
die sich bei und unmittelbar unter der nicht umfassten Aussenfläche des geschmolzenen Metalls und praktisch parallel dazu befindet, und ;dass ;diese so lange erfolgt, ,bis eine vor herbestimmte Menge der ursprünglichen geschmolzenen Beschickung kristallisiert ist.
Die in dieser Zone erfol- gende Kristallisation geschieht im ;allgemeinen nicht in einer massiven, sondern in einer .gesonderten bzw.
ein- zelteiligen Form, so @dass @die Bildung von Anhäufungen, Gruppen oder Büscheln von Kristallen möglichst weit gehend vermieden wird. Die zweckmässigen einzelnen und teilchenförmigen Kristalle können grösser werden und werden tatsächlich oft auch grösser,
wenn sie durch die Schwerkraft aus der Kri!stallisationszone -in einen tie- feren Abschnitt der Schmelze absinken,
in dem sich die Kristalle gegebenenfalls anhäufen. Massives Erstarren oder Verfestigen der Schmelze soll eine Erstarrung ;
be zeichnen, beider ein fester, praktisch .einheitlicher Kör per gge#bildet wird. Beim massiven Erstarren in der Ab scheidungszone wird eine Formation gebildet, in der für ,dauernd eingeschlossenes Metall mit geringerer Reinheit auftritt.
Es ist, wie ob en;bereits angegeben, erforderlich, dass nur eine geringe oder ;gar keine Abführung der Erstarrungs- wärme an den umgrenzten Aussenoberflächen des ge schmolzenen, unreinen Aluminiums oder ;
des Gemisches aus Kristallisation erfolgt. Anders ausgedrückt, sollte die Tendenz zu einer Wärme- oder Energieübertragung, falls vorhanden,
indem geschmolzenen Metall von den umgrenzten Aussenflächen zu der Abscheidunguzonege- richtet sein. Der hier verwendete Ausdruck Tendenz ist zur Beschreibung der physikalischen Tatsache ver wendet worden, dass durch die Erstarmungserscheinun- gen, ;
die während der fraktionierten Kristallisation auf treten, die Temperatur des Gemisches aus Kristallen und Mutterlauge unterhalb der Abscheidungszone auf einem praktisch konstanten Wert gehalten wird.
Tat sächlich würde durch jede :grössere Wärmezufuhr in bzw. ;durch die umgrenzten A uss-enflächen der Massen, durch die mehr ;
als ein örtliches Schmelzen der ab- geschiedenen Kristalle en oder in der Nähe .der Aussen flächen bewirkt werden würde, eine Störung des: frak tionierten Kristallisationsverfahrens erfolgen. Bei der praktischen Durchführung im technischen Massstab, :
bei der mehrere 1000 kg Schmelze vorliegen, ist die Ver meidung einer gewissen massiven Erstarrung an den Sei tenwänden ohne besondere Vorsichtsmassregeln, durch die ein massives Erstarren praktisch vermieden wird,
etwas schwierig. Wenn solche Vorkehrungen wirtschaft- lich nicht zu rech-tefertigen sind, dann hat sich gezeigt, dass ;sogar, 10% der Gesamtschmelze iderart erstarren kön nen, wenn, bestimmte bevorzugte Bedingungen eingehal- ;en werden, und zwar, dass a) ;
dieses massive Erstarren an den Seitenwänden nicht wesentlich in der Zone er folgt, in der möglicherweise -die Kristallre @abgeschieden werden, b) dass die erstarrte Schmelze ;derart angeordnet ist, ;dass sie .bei der unten beschriebenen Verdichtungs- stufe nicht in ;
diese Zonegebracht wird und @dass c) die erstarrt'- Schmelze vor dem Wie-dererschmelzen entfernt oder dass das Wiedererschmelzen unter solchen Bedin gungen ;durchgeführt wird, ,unter denen ein wesentliches Schmelzen des massiv ,erstarrten Materials vermieden wird.
Es ist ;gefunden worden, idass jede Erstarrung ;des umfassten igeschmolzenen Metalls an den begrenzenden Aussenflächen, Idas durch eine Wärmeabgabe an den Aussenflächen nach ;aussenbewirktRTIID="0004.0238" WI="12" HE="4" LX="1694" LY="849"> worden ist, zu einer massiven Erstarrung neigt.
Wenn dieses erstarrte Ma terial nicht i die A;bscheidungszone ,befördert wird, wird ein Produktverlust hervorgerufen. Wenn dieses Material. zu der Abscheidungszone befördert wird, wer den in ;diese, Zone fest :
eingeschlossene Verunreinigun gen eingebracht, durch die die Reinheit Ader Fraktionen mit einer sehr hohen Reinheit verringert wird. Die oben in Verbindung mit der .Wärmeübertragung an den be- ,grenzenden Aussenflächen erläuterten Bedingungen wer den in Fig. 2 erläutert,
i. der eingeschmolzener Kör per ;aus unreinem Aluminium 10 gezeigt ist, der von einem ;Gefäss 11 umgeben ist ;und der eine freie Grenz fläche 12 .gegenüber der Luft aufweist, die ;
auch als eine Grenzfläche zwischen geschmolzenem Metall und Luft angesehen werden kann. Inder Zeichnung ist die fort schreitende Kristallisation nachdem Verfahren der Er findung gezeigt, die in der mit 13 bezeichneten Kristalli- sationszone erfolgt, wobei die gebildeten Kristalle, die eine ;grössere Dichte ;
als, die Mutterlauge haben, durch ,die Schwerkraft in die tieferen Gebiete der Masse ab- sinken und dabei in eine A;bschedungszone 14, ;
d. h. in die unteren,Gebiete der Schmelze, gelangen. Bei der Ausführung der Erfindung wird die Kristallisation, wie oben angegeben, vorwiegend 'in der iKristalli'sationszone 13 eingeleitet, in der im wesentlichen einzelne, getrennte Kristalle oder Teilchen ;gebildet wenden.
Bei der prakti- scherAusführung ist es; jedoch ohne besondere Vor kehrungen schwierig, ;eine massive Erstarrung an diesen umgrenzten Aussenflächen, die der @Kristallisationszone benachbart sind, zu vermeiden, so dass eine massive Er- starrung der bei 15 ;
gezeigten Art oft erfolgt, wenn be- s@ondere Vorkehrungen wirtschaftlich nicht zweckmässig sind. .Eine solche massive Erstarrung kann in Kauf ;
genommen werden, wenn sie, wie oben ausgeführt, nur in einer unwesentlichen Menge erfolgt. Wenn die er starrte Schmelze die in Fig. 2 gezeigte Form und An ordnung besitzt,
kann die Weiterführung des Verfah- rens zweckmässig Sein. Wenn daher ;
eine solche massive Erstarrung an den begrenzenden Aussenflächen durch Abkühlung erfolgt, kann ,diese Erstarrung @an eine an dere Stelle verlegt werden, indem z. ;
B. den Behälter- wänden, wie in. Fig. 3 dargestellt, eine Neigung ver liehen wind, so dass der massiv erstarrte Anteil 15 von der Aussenseite der Abscheidungszone 13 ,entfernt wird. Bei der eben beschriebenen Kristallisatiansstufe wird, wenn ;
diese allein durchgeführt wird, in der Abschei- dungszone eine Fraktion mit einer verhältnismässig ho hen Reinheit, d. h. mit einer sehr geringen Menge von anhaftender oder eingeschlossener Mutterlauge erhalten, wobei nach dem Kristallisieren bis zum gewünschten Ausmass diese Fraktion von :
der Mutterlauge durch De- kantieren oder nach anderen später beschriebenen Ver fahren abgetrennt, erneut geschmolzen und dann .zu der gewünscht; n Form gegossen werden kann..
Inder Krisballisabionsstufewird ,durch idiie dabei auf tretende Erstarrungserscheinung ,die Kristallsationszone auf einer praktisch konstanten Temperatur gehalten, in dem die Erstarrungswärme an der Grenzfläche zwischen geschmolzenem Metall und Luft abgegeben wird.
Dem zufolge kann die Geschwindigkeit, mit der die Kristalli- sation ün :dieser Zone erfolgt, -durch Regeln edier Ge- schwindigkeit, mit der die entstehende Wärme von die ser Grenzfläche während der Kristallisation abgeführt wird,
verlangsamt oder ibeschleunIgt werden. Dieses Ziel kann ,durch Regeln der Temperatur @und/oder der Be- wegung der Luft an der Grenzfläche :erzielt werden.
Ein zu schnelles Abführen der Wärme ,an der Grenzfläche führt natürlich zu einem unerwünschten massiven Er- starren qwr ,zur Kristallisationszone,
wodurch die Bil dung von praktisch einzelnen Kristallen rnit zweckmä ssiger Reibheu verhindert wird. Das Ausmass des Küh- lgins en der Grenzfläche und ,die Grösse dieser Grenz- fläche ,aus geschmolzenem Metall und Luft werden nur so lange von wirtschaftlichen Erwägungen :
und von an deren Betriebsbedingungen bestimmt, als die Bildung von 'ihn wesentlichen einzelnen Kristallen, ,die sich von einem massiven ,Erstarren unterscheiden, ein der Kristalli- sabi:ons- oder Abscheldungszone sichergestellt ist.
Ob wohl die Beobachtung einer angemessenen Abkühlungs- geschwindiigkeit an der Grenzfläche gewöhnlich wesent lich ist, so dass in der Kristallisatrionszone die gewünschte Art der Kristallisation erfolgt, kann gewöhnlich fest- gestellt werden, dass bei einer Wärmeübertragung a n der Grenzfläche zwsschen geschmolzenem Metall und Luft, ;
die nichtgrösser als die .eist, die zu einer A:bscheidung von etwa 45,3 kg Kristallen je Stunde je 929 eis der Granzfläche führt, die "gewünschte Kristallisations- art erzielt wird. Blei der Aufbereitung von Primäralu- minium oder von Aluminium mit ähnlicher Reinheit ist gessunden worden,
dass bei, einer Ab- kühlurngsgeschwindigkeit von mindestens 13;6 ,kg Kri- Aallen je Stunde je 929 cm9 Grenzfläche die Bildung von im wesentlichen einzelnen Kristallen in der Kriistal- lis,atiionsrcone günsäg ist.
Eine .nach den oben angegebe nen Grundsätzen durchgeführte Kristallisation führt zu zufriedesntellenden Ergebnissen, .wenn nicht wirtschaft liche ,Gründe überwiegen, die die unten beschriebenen besonderen Verfahren rechtfertigen.
Es. istgefunden worden, idass ein der oben beschrie benen Krisroallisationsstufe leine bestimmte Beziehung zwischen der der Wärmeübertragung -an der iGrenzfläch.e zwischengeschmolzenem Metall und Luft, der Menge der schliesslich erhaltenen Fraktion mit der gewünschten hohen ,
Reinheit rund dem Ausmass eines unter bestimmten Bedingungen annehmbaren massiven Erstarrens ian ;den umgrenzten Aussenflächen der Kri- stallisiationszone rund :an der Verbindungsstelle dieser Zone .mit irgendwelchen Verdiichbungs- oder Stampf vorrichtungen, @die unten näher :
beschrieben werden, be steht. Es ist bereits oben darauf hingewiesen worden, dass ,die Vermeidung eines ,geringen :massiiven Erstarrens schwierig Ist, dass aber dennoch :
gute Ergebnisse erhal ten werden können., wenn dieses Erstarren nicht in einer wesentlichen Menge erfolgt und wenn es in geeigneter Weise ,geregelt wird, so .dass ,diese Erstarrung nur an bestimmten Stellen erfolge. Wenn ,
anderseits die Ge- schwindigkeit der Wärmeübertragung an der Grenzflä che zwischengeschmolzenem Metall und Luft .unter diesen Bedingungen erhöht wird, erfolgt eine ,geringe, jedoch feststellbare und fortschreitend,ansteigende Ver ringerung der schliesslich gewonnenen Menge der Frak tion mit der gewünschten hohen Reinheit.
überraschen derweise ist gefunden worden, dass diese Verringerung der Menge der Fraktion mit hoher Reinheit bei einer ansteigenden Geschwindigkeit der Wärmeübertragung tatsächlich aufgehoben werden kann,
wenn besondere Vorkehrungen zur praktischen Vermeidung eines massi ven Erstarrens getroffen werden. Ein vollständiges Ver meiden eines massiven Erstarrens ist zwar theoretisch, nicht jedoch praktisch möglich, wenn Schmelzen im technischen Massstab ,behandelt werden, wobei jedoch dir, Geschwindigkeit ,
der Wärmeübertragung ran der Grenzfläche ohne Beeinträchtigung der Menge der er haltenen Fraktion mit hoher Reinheit stark erhöht wer- ,den kann, wenn ein massives Erstarren praktisch ver hindert, @d. h.
auf eine Menge von etwa 2 Gew.% rund vorzugsweise auf 1 @GewA oder darunter der Gesamt schmelze verringert wird.
Das Ausmass der Erhöhung der Wärmeübertragung an der Grenzfläche,RTI ID="0005.0234" WI="5" HE="4" LX="1835" LY="991"> Idas unter diesen Bedingungen ohne unerwünschte Verringerung der erhaltenen Menge der Fraktion wit hoher Reinheit erzielt werden kann, wird von den :
genauen Arbests- bedIngungen ,bei der Ausführung ödes( Verfahrens be stimmt, ,die jedoch leichtgeregelt werden können.
Die Geschwindigkeit der Wärmeübertnagung kann gegenüber der Geschwindigkeit, ,die :an der Grenzfläche normaler weise erhalten wird, wenn man das Verfahren ohne Veränderung der Wärmeübertragungsgeschwindigkeit ablaufen lässt, ,mindestens verdreifacht werden, beivor eine tatsächliche Verringerung der ,
erhaltenen Menge der Fraktion mit hoher Reinheit festgestellt wird. Wenn z. B. Schmelzen mit einem Gewicht von mehreren 1000<B>k</B>g nach dem Verfahren der Erfindung unter Be dingungen behandelt werden,
bei denen eine Regelung der Wärmeübertragungsgeschwindigkeit ian der Grenz- fläche zwischen geschmolzenem Metall und Luft .nicht vorgenommen wird rund idie .normale Geschwindigkeit der Wärmeübertragung !angenommen wird, wobei die anderen Verfahrensbedingungenderart geregelt werden,
idass sein massives iErstarren mit einem wesentlichen Aus mass vermieden wird, dann isst idi.e Behandlungszeit ziem lich lang, weil ,die Kristallisation mit geringer Geschwin- dügkeiterfolgt. Wenn unter ,diesen Bedingungen die WärmeübertragungsgeschwindIgkeit an der Grenzfläche, z.
iB. durch schnelles Verändern --und Verdrängen der Luft ian der Grenzfläche, ,erhöht wird, kann ,die Be- handiIungszeit um etwa .die Hälfte verkürzt werden, was jedoch lauf .Kosten der erzielbaren Menge der Fraktion mit hoher Reinheit geht.
Durch diese Massnahme kann ,die Abscheidungsgeschwmdigkeit auf etwa 57 kg Kri- stalle je Stunde je 929 cm2 der Grenzfläche erhöht wer den.
Wenn andenseitsbestimmte Vorkehrungen zur praktischen Ausschaltung eines sonst ,angemessenen mas- siven Erstamens getroffen werden, ,erfolgt diese Erhö hung der Wärmeübertragungsgeschwsndi'gkeiit und die dementsprechende Verkürzung der Behandlungszeit ohne eine tatsächliche Verringerung der erhaltenen Menge,
der Fraktion .mit. hoher Reinheit. Ob diese Ab änderung der Erfindung bei .gegebenen Bedingungen brauchbar oder nicht brauchbar ist, ist leine Frage des wirtschaftlichen Ausgleichs zwischen den Vorteilen, die bei .einer geringeren Gesamtkrisball'isationszeit erhalten werden;
und den Kosten einer beschleunigten Wärme- übertragung an -der Grenzfläche zuzüglich der Kosten für die besonderen Vorkehrungen, die zur Erzielung und Aufrechterhialtung der Temperaturbedingungen an den umgrenzten Aussenflächen der Kristallisatibnszone und,
an ider Verbindungsstelle idieser Zone mit irgendwel chen Verdichtungs- oder Stampfeinrichtungen erforder- lich sind, damit ein massives Erstarren andiesen Umgren zungen und an der Verbindungsstelle praktisch ver mieden wind. Wenn eine isolche Beschleunigung zweck- mässig ,ist,
kann sie z. B.. durch Ausströmenlassen von verdichteter Luft oder von einem anderen ,geeigneten Gas durch eine Anzahl von kleinen Düsen. auf idie Grenzfläche mit solcher Geschwindigkeit lerreicht wer den, dass mehrere Male 'in der Minute :ein Wechsel der Luft an,der Grenzfläche erfolgt.
Die Regelurig der Tem peraturbedingungen, dis .zu einer praktischen Vermei dung eines massiven Erstarrens erforderlich ist, ist ziem lich schwierig, wobei, jedoch :
gefunden worden !ist, dass diese Regelung am besten dadurch erfolgt, dass an den begrenzenden Wandungen, die die Kristallisationszone umgeben, eine Wärmequelle angebracht wird, die zwar Wärme liefert, aber nicht iso stark ist, @dass sie die.
Kri- stallisationszone übermässig durchdringt. Eine praktische Verhinderung eines massiven Erstarrens an der Verbin- idungsstelle der Kristalli3ationszone mit Verdichtungs- oder Stampfteilen, die ,gegebenenfalls verwendet werden können,
ist durch eine sorgfältige .Aufrechterhaltung einer Wärmezufuhr .zu diesen Teilen erreicht worden.
Die oben beschriebene Kristallisiationsstufe und de ren verschiedenartige ,Ausführungsformen führen, wenn sie allein vzrwendet werden, nicht zu einer solchen Auf bereitung von Primäraluminium oder von Aluminium mit einem ähnlichen Gehalt -an Verunrei:nigggungen, dass eine wesentliche :
Fraktion .aus Aluminium mit einer Reinheit von 99,99 Gew. % erhalten wind. Aus diesem Grund und zur weiteren Verbesserung der Wirksam keit der verbesserten. Kristallisationsstufe wird während der fraktionierten Kristallisationsstufe eine Verdichtungs- oder Pressstufe durchgeführt, die unten näher erläutert wird.
Dia zweite Stufe des bevorzugten Verfahrens be steht im wesentlichen aus einer Verdichtung der ab- geschiedenen Kristalle Du einer verhältnismässig festen Masse in dem unteren ,Abschnitt der Schmelze beim :
Fortschreiten der Abscheidung. .Der .hier verwendete Ausdruck Verdichten soll idie Anwendung von Druck auf die Kristalle bezeichnen, die aus ider Kristallisations- zone nach unten sinken und die die Abseheidungszone oder tiefere Abschnitte "der Schmelze erreichen oder dort zur Ruhe kommen.
Der hier verwendete Ausdruck Verdichten soll besonders die in Abständen erfolgende Anwendung eines Druckes auf die Krisvallmnasse in der Absche'i,dungszone während des;
fraktionierten Kristalli- sationsverfahrensund ,auch die Anwendung eines Druk- kes beteichnem, der nur auf einen Anteil der oberen Oberfläche .dieser Masse zu irgendeiner Zeit ,ausgeübt wird.
Ob das Konzentrat ,der Kztistallfestbestandteile, d as mit einergeringen Menge Mutterlauge vermischt ist und das in oder in der Nähe der Abscheldungszone liegt, d. h. .indem unteren. Abschnitt der umgrenzten Masse, nun eine oben Oberfläche auf-weist, ist eine Ansichts sache;
in jedem Zeitpunkt aber wird der verdichtende Druck bei der fortschreitenden Kristallisation zweckmä ssig auf eine solche ;Fläche ausgeübt, die nicht grösser als etwa die Hälfte der oberen Flächenäusdzhnung die- ser Kristallmasse oder konzentrierten ist.
Wenn der verdichtende Druck in solcher Weise ausgeübt wird, dass praktisch @die gesamte obere Fläche ,der Kristallmasse mindestens einmal in etwa 10 Minuten dem verdichtenden Druck ausgesetzt wird,
dann wird die erzielbare Menge der !Fraktion mit hoher Reinheit verdoppelt oder verdreifacht. Wenn die obere Fläche der Kristallmasse einmal in 5-3 Minuten der Druck- verdichtung unterworfen Wird, wird,die erzielbare Menge der Fraktion mit hoher Reinheit weiter erhöht.
Eine weitere Verringerung,der Zeitbestände über 3 Minuten hinaus, in welchen die Gesamtfläche einer Verdichtung ausgesetzt w!kd, abringt nur eine geringe Verbesserung.
Eine Verdichtung der Gesamtfläche :mit einer Geschwin digkeit von weniger als einmal In etwa 10 Minuten bringt eine gewisse Verbesserung,
jedoch nicht die be- vorzugten. Ergebn'i'sse. Der Anstieg der gewonnenen Menge der Fraktion mit hoher Reinheit in Beziehung zu Odem Zeitabstand:
, in dem eine Verdichtung auf der gesamten Fläche der Kristallmasse erfolgt, ist in Fig. 4 ,dargestellt, in der Beziehungen zwischen dem Zeitab stand, der längs der Abszisse ansbeigt, und der Menge der Aluminiumendfraktion mit einer Reinheit von 99,99 %, die längs der Ordinate ansteigt, wiedergegeben werden.
Diese Kurve 'ilst für die bestehenden Verhält nisse zwischen Zeitabstand und Fraktionsmenge bezeich nend, obwohl sich die absoluten Werte je nach der ge wünschten Menge der Fraktion mit hoher Reinheit, die z.
B. 1'5, 20 oder 30 GewA d er ursprünglichen Schmelze ausmnachen kann, und je nach der Reinheit der Frak tion, verändern.
.Dieses allgemeine Verhältniis wind je doch -mit der tatsächlichen Fläche, die während der Druckanwendung verdichtet wird,
offenbar nicht we sentlich verändert. Die gleichen allgemeinen Beziehun- gen worden daher auch dann gefunden, ob neun die bei einer gegebenen Ausführungsform verdichtete Flä che 1 oder 50 % der gesamten oberen. Oberfläche der Kristallmasse -ausmacht.
Der Verdichtungsdruck wird vorzugsweise derart auf einen :Abschnitt der Fläche ausgeübt, dass eine über mässige Verdrängung des benachbarten, bereits,
verdich teten Materials nicht erfolgt. Der verwendete (absolute Druck ist selbstverständlich eine Funktion der Fläche und der Form der druckausübenden Oberfläche. Gute Ergebnisse wenden gewöhnlich mit Drucken von etwa 1 kg/cm2 bei Verwendung einer flachen
Druckfläche erhalten, die natürlich bei der Verwendung etwas ab- .gerundet oder konisch gemacht wird,
weil das Metall örtlich erstarrt oder ran der Fläche anklebt. Eine solche bestimmte Zahl ist jedoch nur als (Beispiel zu verste- hein3 weil beim fortschreitenden Verdichten während der fraktionierten Kristallisationsstufedie Masse eine kenn zeichnende
Festigkeit entwickelt, die .einem Verdichten widersteht und @die zu einer Verkürzung des Hubes der Verdichtungsvorrichtungen führt,
wenn durch weitere Abscheidung die Tiefe der Kristallmasse vergrössert wird. Der ursprüngliche physikalische Zustand einer verhält- nismässig idichten Aufschlämmung aus Kristallen rund Mutterlauge wird daher beim Verdichten verändert,
wenn die Mutterlauge aus den Zwischenräumen der Kristalle henausgepresst und zu dien oberen Abschnitten der Gesamtschmelze zurückbefördert wind,
wobei die Beweglichkeit der Kristalle der Masse in der Abschei- dungszone verringert und demzufolge die Festigkeit die ser Masse erhöht wind. Bei der Ausführung der Ver dichtungsstufe sollte die verwendete @druckausübende Vorrichtung vor und, falls erforderlich, während der Verwendung erhitzt werden, damit ein.
massives Er starren an der druckausübenden Vorrichtung auf einen geringsten Wert verringert wird. Da ferner die druck- ausübende Vorrichtung mit der Schmelze in Berührung kommt, sollte diese Vorrichtung laus einem nichtver- unreinigenden Material, wie aus Graphit, bestehen,
so dass eine Einverleibung von unerwünschten Verunreini- gungen in. die Schmelze vermieden :wird.
Die oben beschriebene Verdichtunjb stufe wird an Hand von Fig. 5 näher erläutert, ein der die in F!,. 2 schematisch jdargestellte Vorrichtung gezeigt ist, die :durch ,zwei druckausübende Vorrichtungen ergänzt ist, ,die .aus an den Stäben 17 iberfestigten Graphitblöcken 16 bestehen.
Da diese druchaus übenden Vorrichtungen mit praktisch :gleichem Ergebnis sowohl von Hand als auch nutomatsichbetätigt .werden ,können, sind in der Zeichnung keine @B ewegungsvorrichtungea ,gezeigt.
Bei der praktischen. Ausführung können .die Blöcke oder Stampfvorrichtungen 16 an herkömmlichen Luft zylindern .befestigt sein, so.dass die gewünschte senk rechte Bewegungsfähigkeit erhalten wird, wobei die Vor- richtung derart eingerichtet werden kann,
@dass die Blöcke oder Stampfvorrichtungen zwischen den einzelnem Hü ben .automatisch seitlich versetzt wenden, so dass die gesamte obere Oberfläche der Kristallmasse in dem ge wünschten Zeitabstand verdichtet wird. Die (Blöcke oder Stampfvormichtungen 16 haben, wie gezeigt,
im Verhält- nis zur Tiefe der Schmelze :eine :solche Länge, .dass nur ein Anteil davon bei jeder Stufe sder :senkrechten sich wiederholenden Bewegung .in idie Schmelze eintaucht.
Wenn idie Stampfvorrichtung stets Inder Schmelze ver bleiben soll, kann diese eine andere Form, die in Fig. 6 gezeigt 'wist, haben, wobei die Tiefe des Stampfkörpers derart ,verringert .ist,
dass er während der gesamten sich wiederholenden Bewegung vollständig in der Schmelze bleibt. Die Tiefei der ,Schmelze ist verschieden, weil, wie später ausgeführt :
wenden witd, bei iden Verfahren der Erfindung eine Verfestigung Ibis zu etwa 80 GewA oder Gesamtschmelze oder 'n einigen Fällen sogar noch @dar- über möglich ist.
Bei :der praktischen Ausführung des Verfahrens ist gefunden worden, d ass eine tatsächliche Bewegung der Schmelze oder ein Vermischen m!V Iden bereits ab beschiedenen ,Kristallen vorzugsweise möglichst gering gehalten werden sollte.
Aus diesem Grund wird eine senkrechte oder prak tisch senkrechte Bewegung der Verdichtungs- oder Stampfvortichtung in bezug ouf die Verfestigungszone bevorzugt.
Wenn (die Vermeidung eines massiven Er starrens in einer unwesentlichen Menge (bei. der Aus führung des Verfahrens ohne Bedeutung ist oder wenn eine erhöhte Wärmeübertragungsgeschwindigkeit an der Grenzfläche ohne eine Verringerung der igewinnbaren Menge der Fraktion mit hoher <RTI
ID="0007.0166"> Reinheit nicht! eine wirt schaftliche Zweckmässigkeit ist, dann hat :sich .die voll- ständige Entfernung der Stampfvorrichtungen aus der Schmelze nach jedem (druckausübenden Hub .als zweck mässig erwiesen,
so dass ein Rührender Schmelze wäh rend der .Bewegung oder während des Versetzens der Stampfvorrichtung zu .der nächsten Druckstellung ver mieden wind.
Wonn jedoch ein massives Erstarren an der Stampfvorr'chtung möglichst weitgehend vermieden werden soll, wird ein Herausziehen der Stampfvorrieh- tung vorzugsweise vermieden und wird diese 'n der Schmelze nur so weit angehoben, wie zum Abheben von der verdichteten Kristallmusse erforderlich ist,
bevor die Vorrichtung Dur nächsten Druckstellung bewegt oder versetzt wird. Bei einer solchen Ausführungsform isst es zweckmässig,
wenn sie seitliche Versetzung der Stampf- vorrichbung in der Schmelze derart durchgeführt wird, d@ass nur :
eine mässige Bewegung der Schmelze erfolgt und eine senkrechte oder wirbelnde Bewegung in der Schmelze möglichst gerhggehalten wird. Wenn eine Verringerung des massiven Emtarrens @an der Stampf- vorrichtuug auf die geringste mögliche Menge zweck mässig
ist, kann :dies Sam besten durch inneres oder äusseres Erhitzen der Elemente erfolgen, wobei die Tem peratur an dem Berührungspunkt der-RTIID="0007.0249" WI="19" HE="4" LX="1722" LY="468"> Vorrichtung mit ,der Grenzfläche jaus geschmolzenem Metall und Luft ,
gleich oder Temperatur des geschmolzenen Metalls sein oder etwas darüber liegen sollte.
Die .dritte und letzte Stufe :des bevorzugten fraktio- nierten. Kristallis,ationsvertahrem kann als lein Wieder- erschmelzungs- und Abtrennungsverfahren bezeichnet werden.
Diesci Wiedererschmelzungs- und Abtrennungs- stufen sind für die Entfernung und Gewinnung der kristallisierten Fraktion brauchbar, die sich in den un teren Gebieten einer geschmolzenen unreinen Alurni- niumsehmelze abgeschieden hat und (die verdichtet oder nicht verdichtet worden ist und,die nach ,dem Verfah ren :
der Erfindung oder nach einem anderen Verfahren kristalliisiert worden eist. Die unten beschriebenen Grund sätze der Gewinnung rund Wsedererschemlzung sind je doch dann besonders vorteilhaft, wenn sie .zusammen mit der Kristallisationsstufe und sder Verdichtungsstufe ,
der Erfindung bei der Erzeugung von sehr wertvollen Fraktionen aus oder aus Aluminium mit einem ähhnlichen Gehalt ,an Verunreinigungen in einer wesentlichen Ausb-ute verwendet werden.
Das! in @dm zig. 2 und 5 gezeigte Gefäss 11 ist stets mit einer @Abstichöffnung 18 versehen, deren. Öff nung in oder .etwas unterhalb der Höhe des Bodens oder :am untersten ,Punkt ides Gefässes 11 :angeordnet ist.
Ein gebräuchlicher Stopften 24 kann zurr Verschlie ssen der Abstichöffnung verwendet werden. Zu dieser Abs:tichöffnung gehört ein Brenner oder :
eine andere Erhitzungsvorrichtung 19, durch die die Abstichöffnung während des Verfahrens !auf eine Temperatur oberhalb derjenigen gehalten werden kann, die nu dem Gefäss 11 herrscht.
Dies ist eine zweckmässige Vorkehrung, weil die Aufschlämmung jaus Kristallen und .Mutterlauge in dem Gefäss eine Temperatur aufweist, die, verhältnis mässig :
nahe am Erstarrungspunkt eines sgrossen Teils der Mutterlauge 1!iegt, so dass die Mutterlauge zäh ist und zu einer langsamen Bewegung und zu einem Erstarren neigt, wenn. nicht an. dieser Stelle von aussen Wärme zugeführt@wird.
Wenn die Kristallisation Abis Du dem :gewünschten Prunkt fortgeschritten ist, wird idie Abstichöffnung 18 sofort ,geöffnet, wobei der Teil der Mutterlauge entfernt wird, der durch die, Abstichöffnung fliesst.
Da giesse Mutterlauge nunmehr einen :grossen. Teil der ins der ur- sprüngNehen Schmelze enthaltenen eutekti@chen Ver- unreinigungen enthält, ist:
es zweckmässig, wenn die oberhalb der Abscheidvngszone liegende Schmelze di rekt zu der Abstichöffnung fliesst, ohne (dassdiese mit den Kristallen n eine weitere (unerwünschte Berührung kommt, von denen der grösste Teil in den unteren Ge bieten des :
Gefässes, d. h. in der Abscheidungszone, vor liegt. Dieses Ziel kann in gewisisem Ausmass ;durch Er hitzen der Abstichöff:
nung vor dem Öffnen rund mit Hilfe eines geeigneten Werkzeuges, wie eines Graphit- stabes, erreicht werden, wobei ein Kanal oder ein Weg geringeren Widerstandes durch die abgeschiedene Kri- stalhniasse nach unten und un der .Innenwand :
des Ge- fässes entlang bis. Du (der Abstichöffnunggebildet whird. Gute Ergebnisse werden jedoch auch erhalten, wenn ,das Gefäss mit einer weiteren Abstichöffnung 20 (in Fig. 5 gezeigt) ausgerüstet wind,
die auf der Höhe oder auf etwa der Höhe der endgültigen oberen Oberfläche der abgeschiedenen Kristallmasse angebracht wird. Wenn eine solch;. Abstichöffhung 20 vorgesehen wind, wird .diese wie die Abstichöffnung 18 mit einer Erhitzungs- vorrichtung 21 und mit :
einem Vezschluss 24 für die oben angegebenen. Zwecke ausgerüstet. Durch diese zweite oder höherliegende .Abstichöffnung 20 wird ein Abstechen der oberhalb der abgeschiedenen Kri'stall- m.asse vorliegenden Mutterlauge ermöglicht, bevor die untere Abstichöffnung 1:
8 .geöffnet wind, so dass eine unzweckmässige Berührung der in den oberen Abschnit ten vorliegenden unreinen Mutterlauge mit den abge schiedenen Kristallen vermieden wird.
Bei jeder Ausführungsform :und unabhängig davon, ob unterschiedlich angeordnete Abstichöffnungen ver wendet oder nicht verwendet werden, wird die Mutter lauge unmittelbar nach beendetem fraktioniertem Kri stallisieren soweit wie möglich abgezogen.
An den Ober flächen anhaftende oder eingeschlossene Mutterlauge ist nicht beweglich und kann daher gewöhnlich nicht leicht abgezogen oder dekantiert werden. Während des Ab ziehens wird die Temperatur in, dem :
Gefäss im @all- gemeinan möglichst nahe bei der Temperaturgehalten, bei der die fraktionierte Kristallisation durchgeführt wor den ist, so dass ein wesentliches Erstarren (der Mutter lauge, oderumgekehrt, ein wesentliches Schmelzen Ader Kristalle vermieden wird. Nach beendetem Abziehen wird die Kristallmasse zwecks erneutem Schmelzen und Gewinnen des kristallisierten Materials erhitzt,
das nach dem Schmelzen aus der .A:bstichöffnung 18 in irgendeine geeignete Form oder eine Kühlvorrichtung oder einen Aufbewahrungsbehälter fliesst.
Wenn das kristallisierte Material nach dem Abzie- hDn der Mutterlauge eine solche @durchschnittliche Rein heit besitzt, die bereits für das Endpradu:
ktengemessen 'ist, dann kann das WIedexerschmelzen der Kristallmasse nach irgendeinem Verfahren erfolgen. Wenn jedoch das aufzubereitende unreine Aluminium, id. h.
Idas Ausgangs- material, Primäraluminium ist und eine wesentliche Fraktion mit einer Reinheit von 99,99 % oder darüber erzeugt werden soll, wird eine wesentliche Fraktion ge- wöhnlich nur dann erhalten, wein das Wieadererschmel- zen so durchgeführt wird,
dass der obere Anteil der Kristallmasse in der Abscheidungszone zunächst Aals :ge- trennte Fraktion oder Fraktionen zuerst geschmolzen ,
und erst dann der untere Anteil der Kristallmasse als Endfraktion geschmolzen wird. 'Diese Endfraktion be- sitzt die gewünschte grösste Reinheit.
Dieses aufeinander- folgende erneute Schmelzen kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen, wobei jedoch die besten Ergebnisse dann erhalten werden, wenn die ;
zum erneuten Schmel zen benötigte Wärme der oberen Oberfläche der von der Mutterlauge befreiten zugeführt wird, so dass ein nach unten fortschreitendes, aufe'inanderfol- g;
ndes Schmelzern der Käistalle in praktisch waägrechten Abschnitten erfolgt. Wenn die Soliduskurve S (vergleiche Fig. 1) steil ist, dann ist, wie bereits oben erwähnt, ,
die Zusammensetzung von auMnanderfollgend kristal- lisierten Kristallen wahrscheinlich nicht sehr verschie den, wobei dieser Unterschied tatsächlich nicht so gross ist, wie die Unterschiede in der Zusammensetzung der Mutterlauge sein können,
die -die abgeschiedenen Kri stalle in den unteren Abschnitten des Gefässes umgibt oder an diesen haftet. Wenn man rannimmt, .dass ein .Teil der Mutterlauge, durch die die Kristalle anfangs hin durchgehen, auf der Kristalloberfläche festgehalten oder in irgendeiner anderen Weise mitgerissen wird,
dann kann man daraus schliessen, @dass die zuerst .gebildeten Kristalle, die i:
n der Abschei@dungszone abgeschieden werden, auf ihnen Oberflächen eine Mutterlauge mit einem .geringeren Gehalt an Verunreinitoungen als die Kristalle laufweisen, die erst später gebildet worden sind. Wenn diese Annahme zutreffend ist', dann werden die oben angegebenen Ergebnisse erhalten, weil beim Fort schreitender Kristallisation :
die Konzentration der Ver- unrefnigungen ä der Mutterlauge ansteigt. Wenn !die, in waagrechten Anteilen in dem oberen Abschnitt der ivon der Mutterlauge :befreiten Kristallmasse liegenden Kri stalle zuerst geschmolzen und:
die geschmolzene Schmelze abgezogen wind, kann .eine Trennung in wiedererschmol zene Fraktionen mit einer ansteigenden Reinheit erfol gen, wobei der letzte :der fortschreitend nach unten er schmolzenen waagrechten Anteile die Fraktion mit der grössten Reinheit liefert.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfin- dung, beider Aluminium mit einer Reinheit von 99 oder .darüber aufbereitet und eine wesentliche Fraktion mit ,einer Reinhait von 99,99 % oder darüber erhalten wird, wird nachdem an Hand von Fig. 7 schematisch gezeigtem. Verfahren gearbeitet, die den in Fing.
5 ge zeigten Behälter mit Zubehör bei der Stufe des Ver fahrens zolgt, bei der die entfernbare M utterlauge von der verdichteten Kristallmasse abgezogen worden ,ist, .die nunmehr in der Abschei:dungszone 13 liegt.
Bei die ser Stufe des Verfahrens sind die in Eig. 5 :gezeigten Verdichtungsvorrichtungen bereits entfernt und durch eine auf dem Behälter angeordnete Deckplatte 23 er setzt worden, die mehrere Erhitzungsvorrichtungen 22 aufweist, die ingendeino praktische Bauart besitzen kön nen,
hier aber schematisch Aals Gasbrenner gezeigt wor- ,dien sind, (deren iGasanschluss nicht gezeigt ist.
Diese ,Deckplatte kann, Wie gezeigt, auf (der Öffnung des Be- hälters engeondnet werden. .Wenn @an den Innenwänden des B-ehälte4s hl, wie bei 1 in Iden Fig. 2 und 3 gezeigt, massiv erstarrtes Material vorliegt, und wenn dieses erstarrte Material nicht erneut geschmolzen wer den soll, dann,
kann die Deckplatte 23 derart bemessen sein, @dass sie .in den Behälter 1 -in einer Ebene oberhalb der Oberfläche der abgeschiedenenKristalle, jedoch un terhalb des massiv !erstarrten Materials,
an den Seiten wänden eingesetzt werden kann. Bei jeder dieser beiden Ausführungsformen werden nach dem Auflegen der Deckplatt- 23 die Erhitzungsvorrichtungen in Betrieb genommen, worauf mit :dem erneuten Schmelzen der oberen Anteile der in der Absch:eidungszone liegenden Kristallmasse begonnen wird. Beim Wiederschmelzen :
der Kristalle bahnt sich die Schmelze !ihren Weg zu dem Boden des. Behälters und zu der Abstichöffnung 18, :aus der sie ausfliesst und in geeignete Formen zwecks Wiederverwendung gegossen werden kann.
Wenn eine .ausreichende Menge des oberen Anteils der Kristall- masse lern43ut geschmolzen und ,eine gewünschte Menge dieser Fraktion erhalten worden ist, dann kann das. aus der Abstichöffinung austretende Metall ;
zu anderen For men oder Behältern geleitet werden, die die nächste Fraktion aufnehmen, wobei dieses Verfahren fortgesetzt wird, bis die gesamte Menge der Kristalle erneut ge- schmolzen worden List.
Die Wiedererschmelzungstempt- :ratur ist nicht hoch und wird gewöhnlich nur wenige Grade oberhalb der Temperatur gehalten, bei der die Kristalle erneut schmelzen. Eine solche Vorsichtsmass-
EMI0009.0001
rahme <SEP> ist <SEP> zweckmässig, <SEP> damit <SEP> eine <SEP> Wärmeansammlung
<tb> in <SEP> dem <SEP> erneut <SEP> ,geschmolzenen <SEP> Metall <SEP> vermieden <SEP> wird,
<tb> die <SEP> zu <SEP> :
einem <SEP> unerwünschten <SEP> Schmelzen <SEP> von <SEP> anderen
<tb> Kristallen <SEP> führen <SEP> würde, <SEP> mit <SEP> denen <SEP> das <SEP> wiedererschmol zene <SEP> Metall <SEP> bei. <SEP> seinem <SEP> Weg <SEP> nach <SEP> unten <SEP> und <SEP> gegebenen falls <SEP> zu <SEP> der <SEP> Abstichöffnung <SEP> 18 <SEP> in <SEP> Berührung <SEP> kommen
<tb> kann.
<tb>
Die <SEP> genaue <SEP> Menge <SEP> und <SEP> Reinheit <SEP> jeder <SEP> Fraktion, <SEP> die
<tb> nach <SEP> :den <SEP> Lehrender <SEP> Erfiindung <SEP> wiedererschmolzen <SEP> wird,
<tb> werden <SEP> von <SEP> wirtschaftlichen <SEP> iGesichtspunkten, <SEP> ,die <SEP> durch
<tb> das <SEP> folgendeBeispiel <SEP> erläutert.werd" n <SEP> können, <SEP> bestimmt.
<tb> Wenn <SEP> ein <SEP> !als <SEP> Ausgangsmaterial <SEP> verwendetes <SEP> Primäralu minium <SEP> eine <SEP> Reinheit <SEP> von <SEP> etwa <SEP> 99,6 <SEP> GewA <SEP> Aluminium
<tb> ,besitzt, <SEP> dann <SEP> kann <SEP> nach <SEP> -der <SEP> 'bevorzugten <SEP> Ausführungs form <SEP> der <SEP> Erfindung, <SEP> deren <SEP> verschiedene <SEP> Stufen <SEP> oben
<tb> beschrieben <SEP> worden <SEP> sind, <SEP> .eine <SEP> wiedererschmolzene <SEP> End- fraktion <SEP> .mit <SEP> einer <SEP> Reinheit <SEP> von <SEP> 99,
9 <SEP> GewA <SEP> Aluminium
<tb> oderbesser <SEP> erzeugt <SEP> wenden, <SEP> wobei <SEP> die <SEP> Menge: <SEP> dieser
<tb> Fraktion <SEP> etwa <SEP> 20-30 <SEP> Geiw.% <SEP> :des <SEP> Ausgangsgewichts <SEP> des
<tb> Metalls <SEP> mit <SEP> ;einer <SEP> Reinheit <SEP> von <SEP> 99;6% <SEP> ausmacht. <SEP> Wenn
<tb> die, <SEP> fraktionierte <SEP> Krictallisationbis <SEP> zu <SEP> dem <SEP> Punkt <SEP> fort geführt <SEP> worden <SEP> ist, <SEP> bei <SEP> dem <SEP> das <SEP> Gewicht <SEP> ider <SEP> a@bge;zoge nen <SEP> Mutterlauge <SEP> etwa <SEP> 15 <SEP> Gew.% <SEP> des <SEP> Ausgangsgewichts
<tb> des <SEP> unreilnen <SEP> Aluminiums <SEP> ausmacht, <SEP> dann <SEP> enthält <SEP> diese
<tb> Fraktion <SEP> den <SEP> grössten <SEP> Teil <SEP> ,der <SEP> in <SEP> :dem;
<SEP> Ausgangsmaterial
<tb> enthaltenen <SEP> eutektischen <SEP> Verunreinigungen, <SEP> so <SEP> dass <SEP> eine
<tb> verringerte <SEP> Reinheit <SEP> von <SEP> etwa <SEP> 98 <SEP> GewA <SEP> Aluminium <SEP> er halten <SEP> wird. <SEP> Die <SEP> restlichen <SEP> Fraktionen <SEP> machen <SEP> etwa
<tb> 55-6.5 <SEP> % <SEP> des <SEP> ,ursprünQ) <SEP> ch!en <SEP> Ausgangsgewichts <SEP> :aus <SEP> und
<tb> besitzen, <SEP> wenn <SEP> sie <SEP> als <SEP> ,eine <SEP> Durchsvhmttsfraktion <SEP> enge-.
<tb> sehen <SEP> werden, <SEP> eine <SEP> Reinheit, <SEP> die <SEP> ,etwa <SEP> d <SEP> er <SEP> des <SEP> Ausgangs materials <SEP> entspricht.. <SEP> Der <SEP> tatsächliche <SEP> wirtschaftliche <SEP> Ge winn <SEP> ergibt <SEP> sich <SEP> daher <SEP> aus <SEP> dem <SEP> Unterschied <SEP> ,zwischen
<tb> :
dem <SEP> -aufgewerteten <SEP> Wert <SEP> der <SEP> Fraktion <SEP> in't <SEP> einer <SEP> Rein heit <SEP> von <SEP> <B>99,91%</B> <SEP> und <SEP> :dem <SEP> verringerten <SEP> Wert <SEP> der <SEP> Fr. <SEP> ak trion <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Reinheit <SEP> von. <SEP> 98 <SEP> %, <SEP> woben: <SEP> natürlich <SEP> ,noch
<tb> die <SEP> Kosten <SEP> für <SEP> das <SEP> oben <SEP> ,beschriebene <SEP> Kristallisafiions un!d <SEP> Gew'nnungsverfabnenberücksichtigt <SEP> . <SEP> werden:
<SEP> müs sen. <SEP> Durch <SEP> Betrachtungen <SEP> !dieser <SEP> Art <SEP> wird <SEP> daher <SEP> die
<tb> Entscheidung <SEP> bestimmt, <SEP> weviel <SEP> Fraktionen <SEP> bei <SEP> dem
<tb> nach <SEP> unten <SEP> fortschreitenden <SEP> Wiedererschmel<U>zen</U> <SEP> der <SEP> ab igeschnedenen <SEP> Kristall.,- <SEP> übgenommem <SEP> werden <SEP> und <SEP> wie
<tb> ,gross <SEP> diese <SEP> Fraktionen <SEP> bemessen <SEP> werden. <SEP> Wenn <SEP> z. <SEP> B,
<tb> eine <SEP> Fraktion, <SEP> die <SEP> 25 <SEP> % <SEP> ,des <SEP> Ausgangsmaterials <SEP> :ausmacht
<tb> und <SEP> ,eine <SEP> Reinheit <SEP> von <SEP> 99,98 <SEP> % <SEP> beisitzt, <SEP> und <SEP> eines <SEP> Frak tion, <SEP> die <SEP> 10 <SEP> %. <SEP> ,des <SEP> Ausgangsmaterüals <SEP> rausmacht <SEP> und <SEP> die
<tb> eine <SEP> Reinheit <SEP> von <SEP> 99,9- <SEP> % <SEP> aufweist,:
<SEP> zuzüglich <SEP> einem
<tb> Rest <SEP> ,mit <SEP> eigner <SEP> Reinheit <SEP> von <SEP> <B>99,6%</B> <SEP> . <SEP> einen <SEP> höheren <SEP> Wert
<tb> als.eine <SEP> grössere <SEP> !Fraktion <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Reinheit <SEP> von. <SEP> 99,99
<tb> <U>zuz</U>üglich <SEP> einer <SEP> restlichen. <SEP> Fraktion <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Reinheit
<tb> von <SEP> 99,6/o, <SEP> haben, <SEP> dann <SEP> ,kann <SEP> bei <SEP> oder <SEP> Ausführung <SEP> des
<tb> Verfahrens <SEP> die <SEP> Verteilung <SEP> des;
<SEP> wiedererschmolzenen <SEP> Me talle <SEP> diesen <SEP> Verhältnissen <SEP> iangepasst <SEP> werden, <SEP> :das, <SEP> beihn.
<tb> nach <SEP> unten <SEP> verlaufenden <SEP> Schmelzen <SEP> .der <SEP> Kristallmasse
<tb> erhalten <SEP> wird. <SEP> .Die <SEP> oben <SEP> angegebenen <SEP> Zahlen <SEP> dienen
<tb> nur <SEP> zur <SEP> Erläuterung <SEP> :der <SEP> wirtschaftlichen <SEP> Gesichtspunkte,
<tb> durch <SEP> die <SEP> die <SEP> Anzahl <SEP> ,und <SEP> die. <SEP> :Grösse <SEP> ider <SEP> Fraktionen
<tb> bestimmt <SEP> werden,, <SEP> ih <SEP> die <SEP> ,das <SEP> wiedererschmolzene <SEP> Metall
<tb> auf <SEP> einanderfolgend <SEP> @getenlt <SEP> wird.
<tb>
*Beider <SEP> praktischen; <SEP> Ausfühzung <SEP> ,des <SEP> Verfahrens, <SEP> im
<tb> technischen <SEP> Massstab, <SEP> ,und <SEP> zwar <SEP> ,bei; <SEP> der <SEP> Aufbereitung
<tb> von <SEP> Pnmäraluminilum <SEP> mit <SEP> einem <SEP> Ausgangsgewicht <SEP> von
<tb> etwa <SEP> 90900 <SEP> kg, <SEP> wenden <SEP> stets <SEP> Fraktionen <SEP> nnit <SEP> einer
<tb> Reinheit <SEP> von <SEP> 99,99 <SEP> % <SEP> Aluminium <SEP> oder <SEP> darüber,:
<SEP> die <SEP> etwa
<tb> 20-30. <SEP> GewA <SEP> des <SEP> Ausgangsmaterials <SEP> :ausmachen, <SEP> erhal ten, <SEP> ohne <SEP> idass <SEP> :mehr <SEP> :als <SEP> etwa <SEP> <B>1;5</B> <SEP> Gew.% <SEP> des. <SEP> Ausgangs materials <SEP> verschlechtert <SEP> w <SEP> erden, <SEP> wobei <SEP> ein, <SEP> Aluminium- metall mit einer Reinheit erhalten wird, die für viele Zwecke noch angemessen. .ist. In Iden meisten Fällen ist der auftretende, Metallverlust nicht igrösser als der, :
der .auf Grund einer Oxydation ,und Schaumbildung :und beim Handhaben, z. B. durch Verspritzen, auftritt, wenn ähnliche Aluminiummengen für andere Zwecke geschmolzen und gehandhabt werden.
In den folgenden Beispielen wird die Ausführung der Verfahren .der Erfindung .erläutert.
EMI0009.0034
<I>Beispiel <SEP> 1</I>
<tb> Das <SEP> verwendete <SEP> Material <SEP> bestand <SEP> aus <SEP> 21,3 <SEP> kg <SEP> un reinem <SEP> .Prümäralumiinium <SEP> mit <SEP> !einer <SEP> Aluminiumreinheit
<tb> von <SEP> etwa <SEP> 99,8 <SEP> .GewA, <SEP> in <SEP> dem <SEP> die <SEP> eutektischen <SEP> Ver unreinigungen <SEP> zum <SEP> .grössten <SEP> Teil <SEP> .aus <SEP> 0,094 <SEP> G.ewA <SEP> Eisen,
<tb> 0,06.7 <SEP> iGewA. <SEP> Silicium <SEP> und <SEP> 0,017 <SEP> GewA <SEP> Gallium <SEP> bestan ,den., <SEP> Die <SEP> Gesamtmenge <SEP> der <SEP> perteiktischen <SEP> Verunreiini gu:
ngen <SEP> betrug <SEP> etwa <SEP> 0,011 <SEP> GewA, <SEP> wobei <SEP> Ptian <SEP> in <SEP> einer
<tb> Menge <SEP> von <SEP> 0,005 <SEP> GewA <SEP> zugegen <SEP> war <SEP> ,und <SEP> die <SEP> haupt sächliche <SEP> Verunreinigung <SEP> ,darstellte. <SEP> Die <SEP> Gesamtmenge
<tb> des <SEP> Materials <SEP> wurde <SEP> in <SEP> einem <SEP> Halteofen <SEP> geschmolzen,
<tb> worauf <SEP> der <SEP> Schmelze <SEP> etwa <SEP> 31,6 <SEP> g <SEP> einer <SEP> Alurnünüum B.or-4Legi!erung, <SEP> die <SEP> etwa <SEP> 3 <SEP> GewA <SEP> Bor <SEP> enthielt, <SEP> einver leibt <SEP> wurden. <SEP> Nach <SEP> ,dem <SEP> Schmelzen <SEP> der <SEP> Legierung <SEP> ,und
<tb> nach <SEP> vollständigem <SEP> Umrührendes <SEP> Gemisches <SEP> wurde <SEP> die
<tb> erhaltene <SEP> Schmelze <SEP> etwa <SEP> 30 <SEP> Minuten <SEP> lang <SEP> :
bei <SEP> einer
<tb> Temperatur <SEP> von <SEP> etwa <SEP> 720 <SEP> C <SEP> in <SEP> einem <SEP> Ruhezustand
<tb> gehalten, <SEP> wobei <SEP> sich <SEP> ,die, <SEP> pertektisch,en <SEP> Verunreinigun gen <SEP> ebschieden <SEP> oder <SEP> iabsetzten. <SEP> Die <SEP> erhaltene <SEP> Schmelze
<tb> wurde <SEP> von <SEP> den <SEP> ,abgeschiedenen <SEP> pertektischen <SEP> Verun reinigungen <SEP> abgetrennt <SEP> .und <SEP> dann, <SEP> Aals <SEP> Beschickungsma terial <SEP> verwendet, <SEP> Idas, <SEP> pertektische <SEP> Verunreinigungen <SEP> in
<tb> :einer <SEP> Gesamtmehge <SEP> von <SEP> nur <SEP> 0;005 <SEP> Ga <SEP> w.% <SEP> enthielt.
<tb>
Die <SEP> nach <SEP> idmesem <SEP> Verfahren <SEP> behandelte <SEP> Schmelze
<tb> wurde <SEP> dann <SEP> in <SEP> ein, <SEP> isoliertes <SEP> Haltegefäss <SEP> gebracht, <SEP> ,das
<tb> zuvor <SEP> vorezhitzt <SEP> worden <SEP> war, <SEP> so <SEP> dass <SEP> :die <SEP> inneren <SEP> Ober flächen <SEP> .eine <SEP> Temperatur <SEP> von <SEP> etwa <SEP> 6.65 <SEP> C <SEP> hatten. <SEP> Die
<tb> Tiefe <SEP> tiergeschmolzenen <SEP> M <SEP> etallmasse <SEP> betnugetwa <SEP> 28 <SEP> cm,
<tb> und <SEP> die <SEP> mchtibegrenzte, <SEP> obere, <SEP> der <SEP> Luft <SEP> ;ausgesetzte
<tb> Oberfläche,. <SEP> die <SEP> ;als <SEP> :
Grenzfläche <SEP> zwischen <SEP> ,geschmolze nenn <SEP> Metall <SEP> und <SEP> Luftangesehen <SEP> werden <SEP> kann, <SEP> hatte
<tb> eine <SEP> Fläche <SEP> von <SEP> etwa <SEP> 370 <SEP> cm2. <SEP> Dit <SEP> nichtbegrenzte <SEP> Me talloberfläche <SEP> wurde <SEP> :auf <SEP> 660 <SEP> C <SEP> abkühlen <SEP> gelassen, <SEP> wo bei <SEP> ,die <SEP> Kristallisiafon <SEP> edngeleitet <SEP> wurde. <SEP> Während <SEP> des
<tb> fraktionierten <SEP> Krisvallisationsverfahrens <SEP> wurdea <SEP> die <SEP> Tem peratur <SEP> an <SEP> der <SEP> Grenzfläche <SEP> zwischen <SEP> igeschmolzenem
<tb> Metall <SEP> und <SEP> Luft <SEP> ,derart <SEP> geregelt, <SEP> dass <SEP> an <SEP> der <SEP> Grenzfläche
<tb> eine <SEP> Kri@Whsationsgesehwindigkeit <SEP> von <SEP> etwa.
<SEP> 40,06 <SEP> kg
<tb> je <SEP> Stunde <SEP> je <SEP> 929 <SEP> cm2 <SEP> ider <SEP> Grenzfläche <SEP> erzielt <SEP> wurde.
<tb> Die <SEP> fraktionierte <SEP> Kristallisation <SEP> wurde <SEP> rin <SEP> einer <SEP> Zone
<tb> u <SEP> nnu <SEP> 'ttelbar <SEP> an, <SEP> unter <SEP> oder <SEP> parallel <SEP> zu,der <SEP> nichtum#renz ten <SEP> Metalloberfläche <SEP> eingeleitet., <SEP> Die <SEP> Tiefe <SEP> ,der <SEP> Zone <SEP> be trug <SEP> etwa. <SEP> 7,6. <SEP> cm. <SEP> Zwecks <SEP> Vermeidungg <SEP> einer <SEP> Krusten bildung <SEP> @an <SEP> ,der <SEP> Oberfläche <SEP> bei <SEP> der <SEP> Berührung <SEP> ,der <SEP> ge schmolzenen <SEP> Mutterlauge <SEP> .mit <SEP> der <SEP> Luft <SEP> wurde <SEP> ran <SEP> :
der
<tb> Grenzfläche <SEP> ideser <SEP> Kristallisationszone <SEP> von <SEP> Zeit <SEP> zu <SEP> Zeit
<tb> mit <SEP> einem <SEP> Graphitstab <SEP> mässig <SEP> gerührt. <SEP> .Die <SEP> fraktionierte
<tb> Kristallisation, <SEP> wurde <SEP> für <SEP> eine <SEP> Dauer <SEP> von <SEP> ,etwa <SEP> 60 <SEP> Minu ten <SEP> ablaufen <SEP> Egelassen, <SEP> wobei <SEP> nach <SEP> Ablauf <SEP> dieser <SEP> Zeit
<tb> :
etwa <SEP> 8.0 <SEP> GewA <SEP> des <SEP> ursprünglich <SEP> ,geschmolzenen <SEP> Metalls
<tb> in <SEP> fester <SEP> kristalliner <SEP> Form <SEP> vorlagen. <SEP> Die, <SEP> rin <SEP> der <SEP> Kristalli sationszone <SEP> vorliegenden <SEP> Kristalle <SEP> lagen <SEP> in <SEP> Form <SEP> ein zelner <SEP> Kristalle <SEP> vor. <SEP> Innerhalb <SEP> der <SEP> Kristallisati'anszone
<tb> wurde <SEP> keine <SEP> massive <SEP> Erstarrung- <SEP> beobachtet. <SEP> Die <SEP> Kri stelle <SEP> setzten <SEP> sich <SEP> nach <SEP> ihrer <SEP> Bildung <SEP> in <SEP> tieferen <SEP> Ab schnitten. <SEP> des <SEP> Behältielrs <SEP> lab <SEP> und, <SEP> bildeten <SEP> am <SEP> Boden <SEP> des
<tb> Behälters. <SEP> leine <SEP> :
dichte <SEP> Kristallschicht, <SEP> ,die <SEP> etwas <SEP> Mutter- lauge enthielt. Bei dem Verfahren wunden die isolierten Aussenwände des Behälters an der Seite auf einer Tem- perafur von etwa 600 C und am Boden auf einer Temperatur von 670 C gehalten..
Durch Aufrechterhal ten dieses Temperaturunterschiedes wurde sichergestellt, dass .in :dem Behälter innerhalb der Abscheidungszone, d. h. in den unteren Abschnitten des .Behälters, in de:m ,die abgeschiedenen Kristallei zur Ruhe kommen, eine: massive Erstarrung nicht erfolgte.
An der Seitenwand, und ,zwar unmittelbar neben der Kristallisationszone, .erfolgte jedoch eine geringe Er starrung. Die Gesamtmenge des massiv erstarrten Metalls betrug etwa 1,8 ig. Das erstarrte Metall bildete ein Rand :mit :
einer Breiite von etwa 2,5 cm an und un mittelbar unter der VerfestIgungszone. Die :grösste Tiefe dieses Bades, das eine vnrzgelmässige Tiefe aufwies, betrug etwa 5 cm.
Nach der Verfestigung von etwa 80 GewA der ursprünglichen Beschickung wurde ein ,seitliches Abstichloch, das in der Höhe des Bodens des Behälters angeordnet war, geöffnet, worauf aus idem Behälter die :abziehbare Mutterlauge entfernt wurde. Von dem Öffnen des Abstichlochs waren die Wände, des Abstichlochs vorerhitzt worden.
Das Abziehen der Mutterlauge erfolgte innerhalb von etwa 1 Minute, wo bei die Menge der .Mutterlauge etwa 3 GewA der Aus- -gangsbeschi'ckung ausmachte und wobei die Mutterlauge etwa 5,5%,der eutektischen Verunriainigungen enthielt, die in :
dem ,Ausgangsgewicht des Primäraluminiums zu gegen waren. Nach beendetem .Abziehen der Mutter lauge wurde die obere Oberfläche der von der Mutter lauge, befreiten Kristallmasse einer ,mehr oder weniger ,gleichmässig verteilten Erhitzung ausgesetzt,
woben eine wiedererschmolzene (Fraktion erhalten wurde, die bei einer Temperatur von etwa 660-670 C laus dem Gefäss -abgezogen wurde.
Dieses Erhitzen wurde fortschreitend nach unten fortgesetzt, bis idie Kristallmasse bis :auf den Boden :geschmolzen war. Ein. erster Schmelzenanteil des wiedererschmolzenen Materials., der bei dem fortschrei- tenden Schmelzen waagrechter ,Anteile erhalten worden war :
und ider etwa 75 % der Massee :ausmachte, wurde abgetrennt und hatte eine Reinheit von 99,8 %, wobei sich die restlichen Verunreiinigungen wie folgt zusam- mensetzten:
0,12 Gew.% Eisen, 0,084 Crew.% Silicium, 0,018 Gew.% Gallium .und 0,008 GewA Wandere Verun- reinigungen.
Der restliche oder zuletzt ,geschmolzene Anteil der nach unten fortschreitend erneut geschmolzenen Kri- stallmasse wurde in Form einer Endfraktion abgetrennt, die eine AluminiumreInheit von 99,97 % und ein.
Gewicht von etwa 5,45<B>k</B>g hatte. Der Gehalt dieser Endfraktion .an Verunreinigungen setzte sich aus 0,008 GewA Eisen, 0,017 GewA Silicium, 0,005 Gew.% Gallium und ;aus 0,005 Gew. % anderen Verunreinigungen zusammen.
Bei dieser Ausführungsform ödes Verfahrens verfolgte keine Verdichtung der Kristallmasse in der Kri@stalliisations- zone. Etwa 1 :
GewA der Gesamtbeschickung gingen durch Verschütten oder durch Oxydation verloren. Wenn. man den bei der Gewinnung des oxydierten oder verschütteten Anteils erhaltenen Wert nicht berücksich tigt, überschreitet der Wert der bei dem Verfahren er haltenen Fraktionen den Wert ödes Ausgangsmaterials um etwa 17 %.
<I>Beispiel 2</I> Das verwendete Material bestand aus 453 kg un reinen Aluminiums mit einer Reinheit von etwa 99,90 % Aluminium. Pertektüsche Verunreinilggungen, zu denen Titan, Chrom, Vanadium und Zirkonium gehörten, waren in einer Menge von etwa 0,
001 Gew.% zub gen. Die Gesamtmenge der eutektischen Verunreim'gunigen betrug 0,094 GewA, und zwar war Eisen in :
einer Menge von. 0,036 Gew.%, S,ihcium in einer Menge von 0,043 GewA .und Gallium in einer Menge von 0.008 GewA zugegen. Das Metall wurde zunächst nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren zwecks Ent- fernung der pertektischen Verunreinigungen behan delt.
Anschliessend wurde) das behandelte Metall in einen Haltebehälter gebracht, der zuvor worerhitzt womden war, so @dass dessen Innenflächen eine Temperatur von etwa 665-670 C aufwiesen.
Die in dem Behälter ent haltene Metallmassie hatte eines Tiefe von etwa 38 cm und hatte :gegenüber der Luft leine freie, nichtumgrenzte Oberfläche von etwa 5200 cm2. Die Grenzfläche zwi schen geschmolzenem Metall .und Luft wurde auf eine Temperatur von 660 C gebracht,
wobei die Kristallisa- tion eingeleitet wurde. Die Temperatur des Metalls wurde zwecks Bildung einerRTI ID="0010.0240" WI="29" HE="4" LX="1586" LY="878"> Kristalli-sationszone an, un ter und parallel zu der Grenzfläche aus geschmolzenem Metall und Luft mit einer Tiefe von etwa 10 cm auf rechterhalten,
so @dass in dieser Zone Kristalle mit einer Geschwindigkeit von etwa 27 kg je Stunde je 929 cm2 @dieser Grenzfläche abgeschieden wurden.
Bei ;der fol- gernden Kristallisation, die etwa 2,1 Stunden in An- spruch nahm, wurden die .umgrenzendem Wände der Kammer ;
gerade oberhalb der Temperatur des. Metalls gehalten, mit dem sie, in Berührung kommen., so dass ,das massive Erstarren ian den umgrenzenden Aussen seiten :dies Gemisches. :
aus Mutterlauge und Kristallen auf einen geringsten W erh gehalten wurde. Innerhalb der Kristallisationszone wurde kein massives, Erstarren be obachtet, wobei jedoch ein geringes Erstarren an der Seitenwand :unmittelbar neben der Grenzfläche des Me talls gegenüber der Lufterfolgte.
Unmittelbar nach dem Einsetzen der Kristallfsation wurde mit der Verdich- tung der Kristalle begonnen, die sich in den unteren Abschnitten der geschmolzenen Masse :auf Grund. der Schwerkraft absetzten.
Die Verdichtung erfolgte durch :senkrechtes Bewegen von Graphitstäben, :die eine Druck oberfläche von ja etwa 193 cm2 hatten.
Vier dieser Stäbe wurden .hierzu verwendet, wobei iam obersten Punkt jedes senkrechten Hubes jeder Stab zu einer an- deren .Stellung seitlich versetzt wurde,
so @dass beim nächsten Hub einanderer Anteil der Kristallmasse ver dichtet wurde. Die Kristallmasse war über einer Fläche ausgebreitet, die etwa der Fläche der Grenzfläche zwi schen geschmolzenem Metall und Luft entsprach, wenn man diese Fläche senkrecht projiziert.
Die senkrechten Bewegungen der :Graphitstäbe und deren Versetzung nach jedem Hub wurden zeitlich derart bemessen, d.ass die gesamte Fläche einmal in einer halben Minute mit der Druckfläche eines Stabes in Berührung kam.
Die Druckstäbe oder Stampfvorrichtungen hatten eine sol che Länge, @dass :stets ein Anteil davon aus der Grenz- fläche zwischengeschmolzenem Metall und Luft heraus- ragte. Während jedes senkrechten Hubes wurde der Stab von dieser Grenzfläche abgehoben und wurde :
dabei Gasbrennern rausgesetzt, @die zum Erhitzen der Stäbe nach jedem Hub dienen, so dass sein örtliches Abküh len und ein massives Erstarren :
an den Druckstäben verhindert wurde. Beim Fortschreiten ,der Kristallisation wurde der Hub der Stäbe verkürzt, weil die Dicke und die ,Festigkeit des Bettes aus den verdichteten Kristallen zunahm und das Bett dem Druck der Stäbe widerstand.
Nachdem durch die frraktion\ierte Kristallisation etwa 70 % des ursprünglichen Metalls in Form von Kristallen erhalten worden waren, wobei das ver dichbeto Kristall- bett in der Abscheidungszone eine Dicke von etwa 10 cm angenommen hatte,
wurden die Druckstäbe her ausgezogen, wurde ein. vorerhitztes Absrichloch, das an der Aussenseite der verdichteten Masse am Boden -an geordnet war, geöffnet und die iabziehbareMutterlauge daraus .abgezogen,
wodurch die fraktionierte Kristalli- sation .beendet wurde. Diese abziehbare Mutterlauge machte etwa 15 GewA der ursprünglichen Beschickung aus und enthielt <B>35%</B> der Gesamtmenge der in der ursprünglichen Beschickung enthaltenen Verunreinigun- gen.
Auf die obere Oberfläche der von der Mutterlauge befreiten und verdichteten Kristallmasse liess .man eine gleichmässige Wärmequelle :einwirken, um die :
Kristalle erneut zu schmelzen, wobei eine Schmelze mir einer Temperatur von 660-670 C erhalten wurde, die nach ihn,r Bildung durch die Schwerkraft zu dem und durch das Ahstichloch befördert wurde.
Als erste erneut ge- schmolzene Fraktion wurde idie Schmelze der obersten 70 % der Kristallmasse erhalten.
Die erste Fraktion hatte ein Gewicht von etwa 27.2 kg, machte 60 % der ur- sprünglichen Beschickung raus, hatte eine Aluminium- reinheit von 99,90 GewA, einen Gehalt an pertekti- schen Verunreinigungen von 0,
000 .GewA und einen Gehalt en eurektischen Vsnunreinibaungen von 0,10 GewA, wovon Eisen 0,038 Gew.%, Silicium 0,045 Gew. .und Gallium 0,008 GewA ausmachte.
Eine zweite und endgültige. Fraktion wurde dann :gewonnen, indem der Rest der Kristalle erneut geschmolzen wurde. Die zweite Fraktion hatte ein Gewicht von etwa 113 kg und besass eine Aluminiumreinheit von 99,
99 Gew.%. Diese End- fraktion enthielt nur noch 3 % der ursprünglichen euteUschen Verunreibigungen, bezogen auf das Ge wicht der gesamtem Fraktion. Bei dem gesamten Ver fahren betrug der durch Oxydation und Verspritzen her vorgerufene,
Metallverlust etwa 1 GewA des Ausba:ngs- materials. Wenn man den beider Gewinnung des oxy dierten oder verspritzten Materials erhaltenen Wert nicht berücksichtigt, ist 4er :
Gesamtwert der abgezogenen Mut- terlaugenfraktion, der ersten wiedererschmolzenen Frak tion und der zweiten wiedeLnerschmolaenen Fraktion um etwa 31 % ,grösser Tals der ursprüngliche Wert des Aus gangsmaterials, wenn man, wie bei Beispiel 1, alle Werte unter Berücksichtigung der gegenwärtig erzielten Marktpreise berechnet,
<I>Beispiel 3</I> Das in Beispiel 2 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei jedoch Idas Abziehen der abziehbaren Mutterlauge in zwei Stufen wie folgt !durchgeführt wurde.
Das erste Abziehen erfolgte durch ein vorerhitztes Ab- stich:loch, das unmittelbar oberhalb der Oberfläche der verdichteten Kristallmasse :angeordnet war.
Anschlie ssend wurde ein Abstichloch, Idas an der Aussenseite :der verdichteten l < #ristallmasise und in der Höhe des Bo dens dieser Masse angeordnet war, geöffnet, wobei der Rest der abziehbaren Mutterlauge entfernt wurde.
Durch dieses zweistufige Abziehverfahren wurde @die Alumi niumausbeute der aufgewerteten Fraktion etwas, und zwar auf eitwa 80 % absolut, erhöht.
Bei der technischen Ausführung des. bevorzugten Verfahrens, bei der Ausgangsmaterialien mit einem Ge wicht vom etwa 750 leg verwendet werden, wird ,stets eine wiedererschmolzene Endfraktion mit einer Reinheit von 99,99 Gew.% Aluminium oder darüber in einer Menge von etwa 16 % des Gesamtgewichts des Aus gangsmaterials und werden andere Fraktionen mit einem solchen Wert erhalten,
dass bei den gegenwärtig vorlie genden Marktpreisen der Wert des Ausgangsmaterials um mindestens 19 % erhöht wird.
Die bei der praktischen Ausführung des Verfahrens erhaltenen Ergebnisse können durch Regeln von ,anderen Veränderlichen noch verbessert werden.
Es, ist z.#B. ge funden worden, dass den Wänden des- Behälters, die die Schmelze umfassen, vorzugsweise eine solche Form ge geben werden sollte, dass scharfe oder einspringende Winkel vermieden werden, wobei :
such die Wände der art, geneigt sein sollten, dass das Fliessen zu dem Ab stichloch oder der Öffnung durch die Schwerkraft er leichtert wird, durch die die Mutterlauge oder die Schmelze abgezogen wird, die beim erneuten Schmelzen der abgeschiedenen Kristalle erhalten wird. Auch ist eine Ausführung des Verfahrens zweckmässig,
bei der die Bildung von Oxyd an der Grenzfläch , zwischen geschmolzenem Metall und :Luft verringert oder ver mieden wird. Eine solche Regelung kann in bekannter Weise erfolgen,
indem entweder das Oxyd 4urch Ab heben mechanisch entfernt oder indem die Oxydbildung durch Verwendung einer inerten Atmosphäre verhindert wird.
Ob und in welchem Ausmass eine solche Regelung zweckmässig ist, wird von wirtschaftlichen. Gesichtspunk- ten, und zwar dadurch bestimmt, ob die erhaltene er höhte Wärmeübertragung @an der Grenzfläche den Ko sten für d've Regelung entspricht.
Da-, erfindungsgemäss vorgeschlagene Verfahren ist zur Aufbereitung von unreinem Aluminium mit ver- schiedenartigem Gehalt an Verunreinig-ungen brauch bar, obwohl das Verfahren :
besonders zur Aufbereitung von #Primäralummlum oder einem ähnlichen Aluminium brauchbar ist, wobei die eutektischen Verunreinigun- gen in einer iabgewerteten Fraktion konzentriert werden und gleichzeitig Fraktionen mit einer Alumimumremheit von 99,99 Gew. % oder besser erzeugt werden.