CH651320A5 - Verfahren zur entfernung von alkalimetallen und erdalkalimetallen aus einer aluminiumschmelze. - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von verunreinigenden Mengen von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen von schmelzflüssigem Aluminium mittels Umsetzung mit Fluoraluminium sowie eine Vorrichtung zur 30 Durchführung des Verfahrens.

Schmelzflüssiges Aluminium, das aus Elektrolysereduktionszellen entnommen wird, enthält kleine Mengen von Alkalimetallen, beispielsweise Lithium und Natrium und kleine Mengen von Erdalkalimetallen, beispielsweise Magnesium 35 und Kalzium. Das Vorhandensein dieser verunreinigenden Alkalimetalle und Erdalkalimetalle ist für verschiedene Anwendungen, für welche das Hüttenaluminium eingesetzt wird, schädlich.

Beispielsweise kann bei der Herstellung von Blechen oder 40 Platten aus einer Aluminiumlegierung, die Magnesium enthält, Natriumkryolith in Mengen von ungefähr 2 ppm oder mehr eine Wärmebrüchigkeit bzw. während des Warmwalzens ein Reissen bei den Rädern bewirken. Spurenmengen von Lithium und/oder Natrium vergrössern das Ausmass der 45 Oxidation einer Aluminiumschmelze. Dieses erhöht die Verluste beim Schmelzverfahren und erzeugt eine dicke Schlak-kenschicht, welche Ausgüsse von Gussmaschinen verstopfen kann und die Fliessfähigkeit des Metalles vermindern kann. Deshalb bedingen ökonomische und technische Erwägungen, so dass diese Elemente nach dem Entnehmen des Hüttenaluminiums aus den Reduktionszellen so schnell als möglich entfernt werden, um die Zeitspanne, während welcher schmelzflüssige Aluminium das Lithium und/oder Natrium enthält, der Umgebung ausgesetzt ist. In kleinen Mengen vorhande-55 nes Magnesium ist schädlich im Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit und sollte von solchem Hüttenaluminium entfernt werden, welches zur Herstellung von Erzeugnissen bestimmt ist, bei denen diese Eigenschaft wichtig ist.

Entsprechend ist es erkannt worden, dass es ein Bedürfnis 60 ist, die Konzentration von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen, die Verunreinigungen bilden, zu 2 ppm oder vorzugsweise sogar weniger zu vermindern. Ein solches Entfernen ist auch unter anderen Umständen erwünscht, bei denen Aluminium oder eine Aluminiumlegierung (der Ausdruck «Alumi-65 nium», der hier allgemein gebraucht wird, ist breit auszulegen, um dessen Legierungen und auch reines metallisches Aluminium zu umfassen) mit kleinen Mengen von Alkalimetallen und/oder Erdalkalimetallen verunreinigt ist.

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Es ist bekannt, dass der Gehalt an gelösten Alkalimetallen und/oder Erdalkalimetallen vermindert werden kann, indem schmelzflüssiges Aluminium in Berührung mit Fluoraluminium (A1F3) (oder einen Stoff, der Fluoraluminium enthält) gebracht wird. Der verunreinigende Stoff setzt sich mit dem Fluoraluminium um, um gemischte Zusammensetzungen zu bilden (z.B. kryolithionitische Zusammensetzungen oder Gemenge beispielsweise 3LiF.3NaF.2AlF3). Üblicherweise wird Fluoraluminium in Form von Feststoffteilchen in Berührung mit der Aluminiumschmelze gebracht. Der Behandlungsstoff kann weitgehend aus Fluoraluminium bestehen oder er kann gänzlich oder teilweise aus alkalischen Fluoaluminaten zusammengesetzt sein, welche bei der Temperatur der Metallschmelze ein Feststoff sind. Ein Beispiel der letztgenannten Art Stoffe (zur Verwendung zum Entfernen von Lithium, Magnesium und Kalzium) ist körniges bzw. teilchenförmiges Natriumkryolith oder lithiumfreier Reduktionszellenelektrolyt, der ein kleines Gewichtsverhältnis von Nariumflorid zu Fluoraluminium aufweist, derart, dass er Fluoraluminium in einer Menge aufweist, die grösser ist, als der stöchiometrische Bedarf von Na3AlF6 mit einer solchen Zusammensetzung, dass bei der Behandlungstemperatur ein grösserer Anteil fest bleibt, wie dies üblicherweise der Fall ist unter der Voraussetzung, dass das oben genannte Gewichtsverhältnis innerhalb eines Bereiches von 1,3-1,5 bleibt. Es ist in der Tat nicht notwendig, dass der Zusatz in einer festen Form bleibt; eine Zusammensetzung, die einen tiefen Schmelzpunkt aufweist (ungefähr 725 °C) und die einen grossen Überschuss an A1F3 aufweist (beispielsweise ein sehr kleines Gewichtsverhältnis NaF:AlF3 im Bereich von 0,6-0,7), welche beim Einbringen in eine Aluminiumschmelze schmilzt, würde in gleicher Weise wirksam sein, um Alkalimetalle oder Erdalkalimetalle zu entfernen. Der aktive Fluoridstoff kann auch ein chemischer Trägerstoff enthalten, beispielsweise Aluminiumoxid und diesen Stoff in einem Anteil bis zu 50 Gew.-% obwohl 7-20% der üblichere Anteil an Aluminiumoxid des handelsüblichen Fluoraluminiums ist.

Im Vergleich mit einem Zugeben bzw. Durchspülen mit Chlorgas oder Gemischen aus Chlorgas und chemisch trägen Gasen werden Behandlungen mit Fluoraluminium zum Entfernen von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen als vorteilhafter betrachtet, weil die Durchspülungen mit Gas schädliche gasförmige Nebenprodukte erzeugen und auch sonst beschwerlich und unangenehm sind.

Bei früheren Behandlungen, bei denen A1F3 verwendet worden ist, wie in den US-PS Nrs. 3 305 351; 3 528 801 und 4 138 246 beschrieben ist, ist die Aluminiumschmelze durch ein dichtes Filterbett aus festem teilchenförmigem Stoff, der nur Fluoraluminium oder ein Gemisch von Fluoraluminium mit einem kohlenstoffhaltigen Stoff, beispielsweise Koks enthielt, hindurchgeführt worden. Gemäss der US-PS 4 277 280 wird eine gleiche Wirkung erzielt, indem eine Aluminiumschmelze aufwärts durch ein reaktives Bett aus einem grobkörniges A1F3 enthaltender Stoff geführt wurde, welches Bett kein Filter ist. Jedoch weist die Verwendung von reaktiven Betten oder Filterbetten aus reaktiven Stoffen mehrere Nachteile auf. Ein grosser Teil der Erzeugnisse der Umsetzungen des Alkalimetalles (Li, Na, Mg) mit dem Fluoraluminium verbleibt auf oder innerhalb des reaktiven Bettes oder dem dazu gehörigen Filterstoff gefangen, so dass ein frühes Verstopfen bewirkt wird; Elektrolyt von der Reduktionszelle, Schlacke und/oder weitere im festen oder flüssigen Zustand vorhandene Verunreinigungen, die von der Elektrolysisre-duktionszelle herübergetragen werden, erzeugen dieselben Auswirkungen. Aus ähnlichen oder gleichen Gründen kann innerhalb des reaktiven Bettes ein ausgeprägter Strömungsweg bzw. Durchströmkanal entstehen, so dass die Wirksamkeit im Bezug auf das Entfernen der Alkalimetalle ernsthaft vermindert wird. Die Menge an Fluoraluminiumstoff, die während der Behandlung des schmelzflüssigen Metalles aufgebracht wird und somit die Ergiebigkeit der Arbeit eines re-5 aktiven Bettes ist während dessen Einsatzzeit nicht konstant, nicht gleichförmig.

Um eine Pyrohydrolyse des Fluoraluminiums und Verluste an Metall in reaktiven Betten zu verhindern, ist es zu bevorzugen, Fluoraluminium dauernd vollständig in der Me-10 tallschmelze eingetaucht zu halten; dieses benötigt jedoch ein dauerndes Heizen und einen dauernden Brennstoffverbrauch, sogar dann, wenn die Einrichtung nicht in Betrieb steht, welches die Kosten der Behandlung erhöht. Eine Änderung der Zusammensetzung des Metalles, das mittels einer solchen 15 Einrichtung behandelt wird, bedeutet in jedem Fall Metallverluste. Auch besteht die Neigung, dass während einem ersten Vorwärmen des A1F3 Bettes eine Zersetzung aufgrund der Pyrohydrolyse (d.h. eine Umsetzung mit Wasserdampf in den Verbrennungserzeugnissen) entsteht.

20 Es ist schwierig, eine wirksame Berührung zwischen losen Fluoraluminiumteilchen und des metallenen schmelzflüssigen Aluminiums zu bewirken. Der Grund dazu ist, dass aufgrund der hohen Oberflächenspannung der Aluminiumschmelze und des kleinen Unterschiedes der Dichte zwischen dem 25 Fluoraluminiumpulver und dem schmelzflüssigen Aluminium A1F3 Pulver auf der Oberfläche, dem Spiegel der Aluminiumschmelze schwimmt. Zusätzliches Fluoraluminiumpulver wird von der Aluminiumschmelze nicht einfach benetzt und ist thermisch sehr stabil, d.h. es schmilzt nicht bei Atmo-30 sphärendruck und weist eine Sublimationstemperatur von ungefähr 1270 °C auf, so dass bei der Behandlungstemperatür des schmelzflüssigen Aluminiums (660 "C-900 °C) eine Umsetzung zwischen den Flüssigkeit-Flüssigkeit oder Gas-Gas Phasen unmöglich ist. Diese physikalischen Eigenschaften er-35 klären das unbefriedigende Arbeiten früherer Versuche, bei denen Fluoraluminium in Form einzelner Körner in die Aluminiumschmelze eingebracht worden sind.

Es ist möglich, Fluoraluminiumteilchen in einem Strahl eines Trägergases in die Aluminiumschmelze einzuspritzen, 40 welches Trägergas beispielsweise Luft oder Stickstoff ist, wozu eine Einspritzlanze verwendet wird. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass solche Einspritz- bzw. Einbringverfahren beträchtliche Zeitspannen benötigen, und der hohe Gasdruck, der im Metall vorherrscht, ist eine Gefahrenquelle; zusätzlich 45 kann die Verwendung von Luft als Trägergas zu einem Bilden einer übergrossen Menge Schlacke oder eines übergrossen Oxidfilmes führen.

Es ist auch möglich, auf dem Boden eines leeren Schmelztiegels vor der Zugabe des Metalles eine grosse Menge Fluor-50 aluminiumpulver anzuordnen. Es ist jedoch beobachtet worden, dass das Fluoraluminiumpulver vorzugsweise sich mit dem Elektrolyten der Zelle umsetzt (welcher zusammen mit dem geschmolzenen Aluminiummetall in jedem Fall aus der Reduktionszelle abgezogen wird), um eine feste Masse zu bilden, welche an der Auskleidung des Tiegels haften bleibt. Damit wird eine wirksame Berührung mit dem schmelzflüssigen Aluminium verhindert.

Aus der obigen Erklärung geht hervor, dass eine beträchtliche Zeitspanne notwendig ist, um die wirksame Umsetzung zwischen dem AlF3-enthaltenden Stoff, der A1F3 in Form einzelner Teilchen enthält, und den Alkalimetall und Erdalkalimetall, welche Verunreinigungen in dem geschmolzenen Aluminiummetall bilden, zu bewirken.

65 Das Verfahren der Erfindung benötigt die Zugabe einer zweckdienlichen Charge des Behandlungsstoffes (A1F3 oder AIF3 enthaltender Stoff) in das schmelzflüssige Aluminium bei solchen Zuständen, welche ein Wiederumlaufen und wie-

60

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derholtes Umlaufen des behandelnden Stoffes innerhalb der Gemäss den Zeichnungen enthält ein zylindrischer Tiegel Metallschmelze zum Inhalt hat, währenddem eine übergrosse 10 eine Aluminiumschmelze 11. Ein gesonderter Deckel 12 Störung der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls verhin- trägt ein exzentrisch, d.h. seitlich angeordnetes Flügelrad 14, dert wird, um damit ein Oxidieren des Metalles so klein als das von einem Motor 16 angetrieben ist. Das Flügelrad 14 möglich zu halten. Gemäss des Verfahrens der Erfindung 5 weist eine Welle 18 auf, welche Flügel 20 trägt, die dazu bewird der behandelnde Stoff im schmelzflüssigen Aluminium stimmt sind, in der Aluminiumschmelze 11 eingetaucht zu mitgerissen, indem dieser behandelnde Stoff einer Wirbelströ- sein. Der Deckel 12 weist zusätzlich einen Kanal 22 auf, durch mung zugegeben wird, die in der Schmelze, die in einem Be- welchen dem Tiegel Behandlungsstoff zugeführt wird; weiter hälter angeordnet ist, gebildet wird. Die Einrichtung, die weist er einen Auslasskanal 24 auf, durch den im Tiegel ent-diese Wirbelströmung erzeugt, dient auch dazu, im Bereich 10 stehende Abgase ausgebracht werden. Üblicherweise weist der Grenzen des Behälters in der Metallschmelze nach oben der Tiegel eine stählerne Schale auf und ist mit einer Ausklei-schraubenlinienförmig verlaufende Strömungen zu erzeugen, dung aus einem feuerfesten Stoff versehen, der sich mit dem so dass eine längere Berührung der Teilchen des Behand- schmelzflüssigen Aluminium nicht umsetzt. Der Deckel 12 lungsstoffes mit der Metallschmelze stattfindet. Das Umlau- und dazugehörige Bauteile enthalten eine Vorrichtung zum fenlassen der Metallschmelze aufgrund der Erzeugung des 15 Erzeugen einer Wirbelströmung und kann transportiert wer-Wirbels wird während einer Zeitspanne beibehalten, die genü- den, so dass dasselbe Rührwerk dazu gebraucht werden kann, gend gross ist, dass der Anteil von Alkalimetallen und Erdal- Chargen von Metallschmelzen, die in einer Folge verschiede-kalimetallen in schmelzflüssigem Metall zu einem erwünsch- ner fahrbaren Tiegel enthalten sind, zu rühren.

ten kleinen Wert vermindert wird, worauf dann die umlaufen- Zum Entfernen der verunreinigenden Alkalimetallen und/

den Strömungen beendet werden. Einige der Erzeugnisse der 20 oder Erdalkalimetallen aus der Aluminiumschmelze wird

Umsetzung, welche mit übrigbleibendem Behandlungsstoff schmelzflüssiges Aluminiummetall in einer zweckdienlichen gemischt sind, werden in Form von Schlacke gegen die Ober- Menge in den Tiegel 10 eingebracht. Darauf wird der Deckel fläche aufsteigen, wobei die Metallschmelze von der Schlacke 12 auf den Tiegel aufgesetzt, so dass der Flügel aufweisende befreit werden kann, indem man die Schlacke abschöpft oder Abschnitt des Flügelrades 14 eingetaucht ist. Teilchenförmi-

das Metall entleert oder indem entsprechend anderer bekann- 25 ger Behandlungsstoff, der Fluoraluminium (A1F3) enthält ter Verfahren vorgegangen wird. Jedoch neigt der grössere oder ist, welcher Stoff bei der Temperatur des schmelzflüssi-

Teil dazu, während des Rührens an der Auskleidung des Tie- gen Aluminiums einen festen Aggregatszustand aufweist,

gels haften zu bleiben, von welcher Auskleidung dieser Teil wird dann durch Schwerkraft durch den Kanal 22 hindurch dann entfernt werden kann, wenn der Tiegel leer ist. eingebracht. Das Rotieren des Flügelrades sollte vorzugs-

Im metallurgischen Verfahren ist es bekannt, reaktive 30 weise vor dem Einbringen des Behandlungsstoffes begonnen Stoffe in Wirbelströmungen der Metallschmelze einzubrin- werden (kann jedoch auch nach diesem Einbringen in Betrieb gen, welche Wirbelströmungen in Gefassen erzeugt werden, genommen werden), welches Rotieren in der Aluminiumaus welchen die Metallschmelze in Form eines ununterbro- schmelze 11 eine stabile Wirbelströmung, einen stabilen Wir-chenen Stromes entnommen wird. Beim vorliegenden Verfah- bei aufrecht hält. Die Erzeugung des Wirbelstromes bewirkt, ren dient die Erzeugung einer Wirbelströmung sowohl als 35 dass in der Metallschmelze eine Kombination von axial geMittel, um teilchenförmigen Stoff in Form eines feinen Pul- richteten und radial gerichteten Strömungskomponenten vor-vers mit einem verhältnismässig tiefen Schüttgewicht in Be- handen ist. Die A1F3-Teilchen werden in die Wirbelströmung rührung mit dem geschmolzenen Metall zu bringen und auch hereingezogen und dann entlang Strömungswegen durch die als Mittel, um die Teilchen eines solchen Stoffes innerhalb der Schmelze geführt und im Umlauf gehalten, die bei 28 ange-Metallschmelze verteilt zu halten und dabei eine enge Berüh- deutet sind. Es ist nicht notwendig, das Fluoraluminium un-rung zwischen der Metallschmelze und dem behandelnden mittelbar in die Wirbelströmung einzubringen, weil der Stoff Stoff beizubehalten, so dass dieser Zustand während einer aufgrund des hohen Masses des Umlaufes des Metalles bei langen Zeitspanne beibehalten wird, bis der Wirbel beendet der Oberfläche der Schmelze zur Wirbelströmung bewegt wird. wird.

Der Wirbel, bzw. die Wirbelströmung wird vorteilhaft er- Das Rotieren des Flügelrades wird fortgesetzt, wobei zeugt und aufrechterhalten, indem ein sich drehendes Rühr- auch die Wirbelströmung 26 und das Umlaufen der Fluoraluwerk gebraucht wird, das ein mehrflügliges Flügelrad auf- miniumteilchen fortgesetzt wird, bis eine genügend grosse weist, das in einer Metallschmelze eingetaucht ist, die in ei- Umsetzung zwischen dem Fluoraluminium und den gelösten nem Tiegel enthalten ist, welches Flügelrad um eine vertikale verunreinigenden Alkalimetallen und/oder Erdalkalimetallen Achse gedreht wird, wobei die Flügel derart schiefwinklig an- geschehen ist, so dass der Anteil dieser Verunreinigungen in geordnet sind, dass jeder Flügel eine Hauptfläche aufweist, der Schmelze bis zu einem erwünschten tiefen Wert vermin-die derart nach unten weist, dass mit der Vertikalen ein spitzer dert worden ist. Die Zeitspanne, die zum Erreichen dieses ErWinkel eingeschlossen ist. Der Rotor des Flügelrades ist im gebnis notwendig ist, beträgt kennzeichnenderweise nicht Tiegel vorzugsweise exzentrisch zur vertikalen Mittellinie des mehr als ungefähr 10 Minuten und beträgt tatsächlich oft beTiegels, d.h. seitlich dazu angeordnet. Es ist auch möglich, ein trächtlich weniger als 10 Minuten. Stoffe, Stoffgemische, wie elektromagnetisches Induktionsrühren zum Erzeugen einer beispielsweise kryolithionitische Zusammensetzungen, wel-Wirbelströmung zu verwenden. Zweckdienlich angeordnete che durch die Umsetzung der verunreinigenden Alkalimetal-Induktionswindungen können ausserhalb eines Tiegels oder len und Erdalkalimetallen mit dem Fluoraluminium erzeugt eines anderen Gefässes, das die Metallschmelze enthält, ange- 6Q werden, schwimmen auf der Oberfläche der Schmelze und ordnet sein. können mittels eines Abschöpfens oder irgendwelchen ande-Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der ren Verfahrens dann sehr einfach entfernt werden, wenn das Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt: Rotieren des Flügelrades beendet und der Deckel vom Tiegel Fig. 1 vereinfacht einen waagrecht verlaufenden Schnitt weggehoben worden ist. Darauf kann die gesäuberte Metalleiner Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen 65 schmelze aus dem Tiegel ausgegossen oder sonstwie daraus Verfahrens, und entfernt werden.

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Mittels dieses Verfahrens ist es möglich, das Ausmass der

Fìg-1- Verunreinigungen von einem kennzeichnenden Gehalt von

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ungefähr 20 ppm Lithium und ungefähr 30-60 ppm Natrium te angeordnet ist, befindet sich die Exzentrizität, der seitliche zu weniger als 1 ppm zu vermindern, und dies während einer Abstand x der Welle des Flügelrades üblicherweise in einem Zeitspanne von 10 Minuten oder weniger, während welcher Bereich von 0,1-0,25D und bevorzugterweise beträgt dieser mit dem Flügelrad dauernd gerührt wird. Weil eine gewisse Bereich 0,25-0,7 d. Insbesondere bevorzugt ist die Verwen-Verminderung der Anteile dieser Verunreinigungen an sich 5 dung von 3 Flügeln, die jeweils einen Winkelabstand von 120° während des Durchführens weiterer Schritte entsteht, die üb- aufweisen und mit der Vertikalen einen Winkel von 30°-35° licherweise beim Behandeln einer Aluminiumschmelze durch- aufweisen, wobei das Verhältnis d/D ungefähr 0,25 beträgt, geführt werden, ist es oft möglich, eine befriedigende Vermin- Bevorzugterweise ist die Exzentrizität, der seitliche Abstand x derung des Anteiles der verunreinigenden Metallen innerhalb des Flügelrades 0,5d.

sogar einer kürzeren Zeitdauer zu z.B. 2 ppm Li zu erreichen, io Die beschriebene Anordnung des Flügelrades ist zur Er-Obwohl das Fluoraluminium einen Anteil an T onerde, an zeugung einer stabilen Wirbelströmung ohne die Verwendung Aluminiumoxid aufweisen kann, dient die Spülwirkung des von Leitblechen vorteilhaft, welche Leitbleche bei austausch-fluoraluminatischen Reaktionsproduktes dazu, die unlösbare baren, fahrbaren Tiegeln unpraktisch wären. Die Funktion Tonerde zu entfernen. Es ist in der Tat beobachtet worden, der herkömmlichen Leitbleche im Bezug auf das Erzeugen dass das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zufalli- is von Wirbelströmungen, indem ein hohes Mass der relativen gerweise auch die Wirkung hat, Einschlüsse bildende Stoffe, Rotation zwischen dem Flügelrad und der Flüssigkeit beibe-beispielsweise Aluminiumcarbid (A14C3) zu entfernen, welche halten wird, wird in der vorliegenden Flügelradanordnung Stoffe in der Schmelze vor der genannten Behandlung vor- durch die Kombination von radial gerichteten und axial ge-handen waren. richteten Strömungskomponenten, die durch das Flügelrad

Die optimale Kombination der axial und radial gerichte- 20 erzeugt werden, erreicht.

ten Strömungskomponenten zum Erreichen einer hohen Weil Winkel ©, welche die Flügel mit der Vertikalen ein-

Mischwirkung der Feststoffteilchen A1F3 mit bzw. in das schliessen, die 45° oder grösser sind, dazu neigen, ein Spritzen schmelzflüssige Aluminium wird durch eine zweckdienliche und Wellen auf der Oberfläche der Schmelze zu erzeugen, ist lokale Anordnung des Flügelrades relativ zum Tiegel und/ es bevorzugt, einen kleineren Winkel zur Vertikalen zu ver-oder durch die Abmessungen und Ausbildung der Flügel des 25 wenden, beispielsweise 30°-35°, so dass das Metall nach unten Flügelrades erzielt. Dazu kann das Flügelrad eine Mehrzahl gedrückt, bzw. geleitet wird, so dass das Fluoridpulver in das im selben Winkelabstand angeordnete, schiefwinklig ange- schmelzflüssige Aluminium hereingezogen wird.

ordnete Flügel 20 aufweisen, die jeweils eine Hauptfläche 20a Die notwendige axiale Komponente der Strömung des aufweisen, welche nach unten weist und mit der Vertikalen ei- schmelzflüssigen Metalls kann sogar mit einem Flügerad, das nen spitzen Winkel einschliesst. Die Axe der Welle des Flügel- 30 vertikal angeordnete Flügel aufweist, angeordnet werden, in-rades ist relativ zur geometrischen Axe des Tiegels exzen- dem das Flügelrad exzentrisch, d.h. seitlich angeordnetes Flü-

trisch, d.h. seitlich dazu angeordnet und die Drehrichtung des gelrad mit schiefwinklig verlaufenden Flügel zu verwenden, Flügelrades ist derart, dass die Flügelflächen 20a die vorlau- so dass Schwingungen und Wellen bei der Oberfläche, d.h. fenden Flächen der Flügel sind derart, dass auf die Alumini- des Spiegels des Metalles so klein als möglich gehalten werden umschmelze eine Kraft ausgeübt wird, die eine nach unten ge- 35 können. Es hat sich herausgestellt, dass diese seitliche Anord-richtete Komponente aufweist. In der Zeichnung bezeichnet nung des Flügelrades erlaubt, dass der Tiegel zu einem grösse-0 den Anstellwinkel der Flügelflächen 20a, d bezeichnet den ren Mass gefüllt werden kann, ohne dass die Gefahr eines Aussendurchmesser des mit Flügel ausgerüsteten Abschnittes Spritzens entsteht, wobei dieses Einfüllen während des Rüh-des Flügelrades, h bezeichnet die Höhe der Flügel des Flügel- rens des Metalles in fahrbaren Tiegeln mit grossen Abmessun-rades, x bezeichnet die Exzentrizität, d.h. den seitlichen Ab- 40 gen durchgeführt werden kann. Diese seitliche, d.h. exzentri-stand der Welle des Flügelrades y bezeichnet den vertikalen sehe Anordnung des Flügelrades bildet eine wichtige Eigen-Abstand vom Boden des Innenraumes des Tiegels bis zum schaff einer bevorzugten Anordnung gemäss der Erfindung, Mittelpunkt der Flügel des Flügelrades, H bezeichnet den ver- weil dieses zulässt, dass in einem Tiegel einer vorgegebenen tikalen Abstand vom Boden des Innenraumes des Tiegels bis Grösse eine wesentich grössere Charge Metall behandelt wer-zum ruhenden Spiegel der Metallschmelze im Tiegel, D be- 45 den kann.

zeichnet den Innendurchmesser des Tiegels und der Pfeil R Bei einem gegebenen Flügelrad ist das kleinste Mass der bezeichnet die Drehrichtung des Flügelrades. Rotation ein solches, das eine stabile Wirbelströmung erzeu-

Gemäss der Erfindung werden als besondere oder bevor- gen und aufrecht erhalten wird, währenddem das grösste zugte Eigenschaften derselben folgende Bereiche von Verhält- Mass an Rotation dasjenige ist, oberhalb welchem Luft in die nissen und Abmessungen bei der Ausbildung und Anordnung 50 Schmelze, die gerührt wird, hereingezogen wird. Diese Werte eines Flügelrades der dargestellten Ausführungsform einge- sind durch den Durchmesser d des Flügelrades bestimmt. Das halten.: optimale Mass an Rotation ist dasjenige, welches eine gute

Wirbelströmung erzeugt, ohne dass ein übermässiges Spritzen Verhältnis Bereichs- Bevorzugter des Metalles und Verlust desselben erzeugt wird oder das für oder Abmessung grenzen Bereich 55 eine Erosion, d.h. Abtragung entweder der feuerfesten Aus-

— kleidung des Tiegels oder des Werkstoffes, aus dem das Flü

gelrad gefertigt ist, verantwortlich wäre. Setzt man ein Flügel-d/D 0, 1- 0,6 0,15-0,40 rad ein, das ein d/D-Verhältnis innerhalb des bevorzugten Be-

h/H 0, 1- 0,7 0, 2 -0,40 reiches von 0,15-0,40 aufweist, ist es zur Zeit bevorzugt, ein

Y 0,12-0)75 H 0,4H-0,6H 60 solches Flügelrad mit einer Drehzahl von ungefähr 100-300

0 0° -45° 30° -40° upm zu rotieren. Jedoch können Drehzahlen ausserhalb die ses Bereiches ebenfalls verwendet werden, solange sie die erwünschte Wirbelströmung erzeugen, ohne dass ein übermässig grosses Spritzen stattfindet. Die Verwendung eines seitlich 65 zur Mittelachse des Tiegels angeordneten Flügelrades, das Obwohl zufriedenstellende Ergebnisse erhalten werden schräg verlaufende Flügel, d.h. Flügel mit einem Anstellwin-können, wenn das Flügelrad in der Mitte angeordnet ist oder kel aufweist, welches Flügelrad im oben genannten Drehsinn auch, wenn das Flügelrad nur eine kleine Strecke von der Mit- gedreht wird, hat sich als besonders zufriedenstellend zum Er-

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zeugen der stabilen Wirbelströmung mit einer stark wirksamen Kombination von axialen und radialen Strömungskomponenten herausgestellt, welches das Eindringen der festen Fluoraluminiumteilchen in die Metallschmelze unterstützt bzw. fördert.

Währenddem die Aluminiumschmelze mit A1F3-Pulver behandelt wird, setzen sich die Alkalimetalle und Erdalkalimetalle mit A1F3 um, um gemischte alkalische kryolithioniti-sche Zusammensetzungen bzw. Stoffgemische zu bilden, beispielsweise Na5Al3Fi4, Na2LiAlF6, und Li3Na3Al2Fi2. Diese Stoffe bzw. Gemische oder Gemenge, die einen verhältnismässig tiefen Schmelzpunkt aufweisen, können sich sehr einfach ansammeln oder können sehr einfach an den Wänden des Tiegels anhaften oder auf der Oberfläche der Metallschmelze schwimmen, an welcher Stelle sie sich mit Metalloxid oder Teilchen des Elektrolyten des Tiegels umsetzen, welche Stoffe nach dem Ausschöpfen, d.h. Entleeren der Elektrolysisreduktionszellen immer vorhanden sind. Bei einem nachfolgenden Überführen von Metall mittels eines Abschöpfens bzw. eines Ablassens verbleibt der grösste Anteil dieser Stoffe bzw. Stoffzusammensetzungen innerhalb des Tiegels und werden damit von der Aluminiumschmelze getrennt.

Obwohl es erwünscht ist, ein A1F3 hoher Güte für ein schnelles Umsetzen mit den Alkalimetallen zu verwenden, könnte ein höheres Zugabeverhältnis von A1F3-A1 ein Pulver kleiner Güte ausgleichen. Andere Gemische, welche verwendet werden können sind A1F3 kleinerer Güte (z.B. A1F3 gemischt mit A1203) oder ein Elektrolysenbadstoff, der einen hohen Überschuss an A1F3 (d.h. Na3AlF6 mit einem Über-schuss an A1F3) enthält.

Um die Erfindung noch weiter zu erläutern wird nun auf die folgenden Beispiele Bezug genommen:

Beispiel 1

130 kg-Proben einer Aluminiumschmelze mit einem Reinheitsgehalt von 99,7%, die zwischen ungefähr 20 und 25 p.p.m Li enthielten wurden mit festem A1F3 behandelt, bis zu einer Siebfeinheit - 35 gemahlen, wobei jedes der nachstehenden Verfahren durchgeführt wurde:

A. 300 g A1F3 Teilchen der Oberfläche der Schmelze zugegeben ohne ein Umrühren.

B. 200 g A1F3 Teilchen der Oberfläche der Schmelze zugegeben, wobei die Schmelze mittels eines Rotors umgerührt wird, der mit 900 u.p.m. rotiert; ohne Erzeugung einer Wirbelströmung.

C. 300 g AIF3 Teilchen in der Schmelze unterhalb ihrer Oberfläche durch eine Graphitlanze eingebracht, wobei Stickstoff als Trägergas verwendet wurde.

D. 200 g A1F3 Teilchen wie in C. eingebracht, wobei jedoch die Schmelze mittels eines Rotors umgerührt wird (oberhalb des Mundstückes der Lanze angeordnet), welcher Rotor mit 900 u.p.m. rotiert.

E. 200 g (E-l) und 300 g (E-2) A1F3 Teilchen der Oberfläche der Schmelze hinzugegeben, währenddem in der Schmelze eine stabile Wirbelströmung erzeugt und beibehalten wird, wozu ein Rührwerk verwendet wird, das mit 225 u.p.m. rotiert, dies gemäss des vorliegenden Verfahrens.

Bei einer weiteren Ausführung (F) wurde kein A1F3 verwendet, jedoch wurde die Schmelze umgerührt (ohne dass eine Wirbelströmung erzeugt wurde) indem ein Rotor verwendet wurde, der mit 900 u.p.m. dreht. Die Ergebnisse waren die folgenden:

Vorgang Li(p.p.m) verbleibend nach einer Behandlungsdauer von:

OMin.

i (Beginn) 3 Min. 6 Min. 9 Min. 12 Min.

A

24

14

9

6

4

B

22

10

7

5

3

C

23

9

4

2

1

io D

15

7

2

1

1

E-l

20

2

2

1

1

E-2

24

3

2

1

1

F

22

16

14

12

11

i5 Die Vorgänge, die eine Ausführung des vorliegenden Verfahrens sind (E-l und E-2) brachten eine merkbar schnellere Verminderung des Gehaltes an Lithium denn irgendwelcher anderer Vorgang, um das Ausmass an Lithium, das nach 9 Min. (1 p.p.m.) mittels der Vorgänge gemäss des vorliegenden 20 Verfahrens erreicht wurde, wurde nur durch das Vorgehen (D) erreicht, bei dem in Kombination ein Einbringen und ein Umrühren verwendet wurde, wobei das ursprüngliche Ausmass an verunreinigendem Lithium viel tiefer war.

Die Abmessungen und die Anordnung des Rührwerkes, 25 d.h. dessen Flügelrades in diesem Beispiel waren die folgenden:

Der Durchmesser des Flügelrades d, betrug 12,5 cm und das Flügelrad war ein vierblättriges Flügelrad, wobei die Flügelhöhe 8,8 cm betrug und die Flügel um einen Winkel von 35° zur Vertikalen schiefwinklig angeordnet war.

Der Durchmesser des Tiegels betrug 50 cm und die Werte von H und x waren 37,5 cm bzw. d/2.

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Beispiel 2

Indem eine Vorrichtung der Ausführung verwendet wurde, die in der Zeichnung gezeigt ist, welche Vorrichtung einen zylindrischen Tiegel aufweist, der einen Innendurchmesser von ungefähr 160 cm und ein Nennfassungsvermögen von ungefähr 4500 kg Aluminiumschmelze aufweist, wurde eine Fol-40 ge von Mengen schmelzflüssigen Aluminiums, das jeweils mit Lithium und Natrium verunreinigt war, gemäss des vorliegenden Verfahrens behandelt. Bei jedem Versuch bzw. in jedem Fall war der Tiegel mit dem schmelzflüssigem Aluminium bis zu einer Höhe von 100 cm angefüllt und es wurde A1F3 45 Pulver in einen Mengenstrom von ungefähr 1,7 kg pro metrische Tonne Aluminium der Oberfläche des schmelzflüssigen Aluminiums zugegeben. Ein Flügelrad mit schrägstehenden Flügeln, die eine Flügelhöhe von 25 cm aufwiesen, und welches Flügelrad einen Durchmesser von 45 cm aufwies, wurde 50 in die Aluminiumschmelze eingetaucht, wobei das Flügelrad eine Exzentrizität, d.h. eine seitlich verschobene Stellung von 20-30 cm (vorzugsweise 22,5 cm) aufwies, wobei der Mittelpunkt der Flügel des Flügelrades 37,5 cm oberhalb des Bodens des Tiegels angeordnet war, derart, dass die oberen Rä-55 der der Flügel in der Mitte zwischen dem Spiegel der Schmelze und dem Boden des Tiegels angeordnet waren (womit entsprechend die Flügel vollständig in der unteren Hälfte der Schmelze angeordnet waren); in jedem Fall bzw. bei jedem Versuch wurde das Flügelrad während 10 Minuten in einer 60 Drehzahl zwischen ungefähr 130 und 135 u.p.m. rotiert, um eine stabile Wirbelströmung zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Die Art und Weise der Zugabe der A1F3 Teilchen und die Temperatur der Metallschmelze wurden von Prüfung zu Prüfung unterschiedlich gehalten. Die Ergebnisse 20 aufein-65 anderfolgender Prüfungen waren die folgenden.:

Lithium (p.p.m.) Natrium (p.p.m.)

Art und Weise der Zugabe von A1F3

zum Spiegel der

Beginn

Nach

% entfernt

Beginn

Nach

% entfernt

Metalltem

Schmelze **

10 Min.

10 Min.

peratur (°C)

a

19.9

0.9

95

63

<1

-100%

743

a

16.2

1.1

93

43

<1

~ 100%

780

b

19.7

0.5

97

42

<1

-100%

705

b

18.1

1.0

94

35

<1

- 100%

765

b

18.5

0.4

98

33

<1

-100%

735

b

20.6

0.8

96

47

<1

-100%

720

b

15.4

0.3

98

39

<1

-100 %

722

b

15.7

0.9

94

39

<1

-100%

720

b

14.9

1.3

91

44

<1

-100%

800

b

12.1

1.4

88

31

<1

-100%

725

b

21.0

0.5

98

61

<1

-100%

730

c

16.5

1.2

93

28

<1

-100%

745

d

21.2

1.0

95

48

<1

-100%

785

d

19.8

2.4

88

58

1

-100%

870

e

17.7

1.7

90

32

<1

-100%

810

f

16.7

1.2

93

41

<1

-100%

*

f

17.6

1.6

91

42

<1

-100%

*

g

6.8

0.8

88

7

<1

-100%

*

g

13.2

2.3

83

43

2

-100%

*

g

16.8

1.7

90

35

<1

- 95%

*

* nicht gemessen

** a 50% AIF3 beim Beginn zugegeben;

50% nachdem das Flügelrad 1 Minute lang im Betrieb war b 33% beim Beginn hinzugegeben,

33% nach 30 Sekunden, 33% nach 1 Minute nach Beginn des Rotierens des Flügelrades c fortlaufendes Zugeben während 1,5 Minuten beginnend mit dem Betrieb des Flügelrades,

d fortlaufendes Zugeben während 1,0 Minuten vom Beginn des Betriebes des Flügelrades e fortlaufendes Zugeben während 0,5 Minuten nach Beginn des Betriebes des Flügelrades f 33% beim Beginn, 33% nach Ablauf von 15 Sekunden, 33% nach Ablauf von 30 Sekunden nach Beginn des Betriebes des Flügelrades,

g 33% bei Beginn, 33% nach Ablauf von 10 Sekunden, 33% nach Ablauf von 20 Sekunden hinzugegeben.

651320 8

Die Daten zeigen die nachteilige Einwirkung einer erhöh- krön, 75 % grösser als 65 Mikron. Bei diesen Behandlungsver-ten Metalltemperatur im Bezug auf die Wirksamkeit der Ent- fahren enthielten die Tiegel jeweils ungefähr 3,500 kg ge-fernung von Lithium, welches einem thermodynamisch ge- schmolzenes Aluminium. Ein Flügelrad mit 3 Flügeln mit ei-steuerten Lithiumgleichgewicht zwischen dem Fluoridstoff nem Winkel zur Vertikalen der Flügel (Winkel ©) von 35°, ei-und dem Metall zuzuschreiben ist, welches ein 100% wirksa- 5 nen Durchmesser (d) von 46 cm und eine Flügelhöhe (h) von mes Entfernen von Lithium aus dem heissen Metall verhin- 25 cm wurde verwendet und in Drehung versetzt, um eine sta-dert; eine gleiche Wirkung konnte für Natrium nicht beob- bile Wirbelströmung zu erzeugen und aufrecht zu erhalten; achtet werden, weil Natrium den höheren Dampfdruck auf- Die Verhältnisse d/D und h/H betrugen jeweils 0,25 und die weist, welcher das Entfernen des Natriums unterstützt. maximale Behandlungsdauer betrug 6 Minuten. Die Exzen-Für die 20 Prüfungen, die in der vorstehenden Tabelle an- 10 trizität des Flügelrades, d.h. dessen Seitenstellung x betrug geführt sind, war die durchschnittliche Wirksamkeit im Bezug d/2. In jeder Prüfungsfolge wurden mehrere Tiegel behandelt, auf das Entfernen von Lithium nach einer Behandlungszeit Aus Vergleichsgründen wurde eine Folge (Folge 1) ohne Ver-von 10 Minuten 93 %. Dieses entspricht einem Lithiumanteil Wendung von Fluoraluminium durchgeführt. Die verbleiben-(für das behandelte Metall) der zufriedenstellend ist, d.h. für den 6 Folgen der Behandlung waren Ausführungen des erfin-die meisten Zwecke unterhalb des maximalen annehmbaren IS dungsgemässen Verfahrens. In den Folgen 2-5 wurde die geGrenzwertes. samte Menge Fluoraluminium beim oder vor dem Beginn des

Rührens hinzugegeben; in den Folgen 6 und 7 wurde l/i des

Beispiel 3 Fluoraluminiums bei Beginn des Rührens zugegeben, 1/3 nach

Mehrere Behandlungsfolgen wurden in fahrbaren Tiegeln einer halben Minute und ein drittes Drittel nach Ablauf einer in Aluminium durchgeführt, welches Aluminium aus Elektro- 20 Minute nach Beginn des Rührens. Das Metall in den Tiegel lysisreduktionszellen in die Tiegel überführt worden war. Das der Folgen 7 enthielt ursprünglich 101 p.p.m. Magnesium;

verwendete Fluoraluminiumpulver (92% Gew.-% A1F3, un- das Metall in den anderen 6 Folgen enthielt weniger als 10

gefähr 8 Gew.% A1203) wies ein Schüttgewicht von 1,5—1,7 p.p.m. Magnesium.

g/cm3 auf und die Verteilung der Korngrösse war die fol- Die Ergebnisse waren die folgenden:

gende: 25% grösser als 100 Mikron, 50% grösser als 80 Mi- 25

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--J --J •£»■ -Ê*. O --J

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òbòwb^jo

Prüffolge Nr.

Anzahl behandelter Tiegel

W/metrische

Tonne/Al zugegebenen

AlJr-

3

■JvlUiOOOsl , .

<ji o o o o (u.p.m.)

Rührgeschwindigkeit

Nj "sj sj 00 OO Os L/i t^/i 4^ —J i—1 ( o/~»\

OUÌK)^O^hh l VJ

Metalltemperatur

E 3 5 K SS 3 £2 ppm W

"bùibt-lo qg et' 3

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Lu b-v Lo b\ io !o

2 S £ 5i oo È d % Entfernung ^

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% Entfernung

I

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% Entfernung

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tO K) W K) W W tO

ppm Beginn

O

PPm 3min g.

H-« £ 3

A A A A A A A ppm 6 min m is9

6

651320 10

Die Folgen 1 illustrieren das Entfernen von Alkalimetal- wenn Mg vorhanden ist, sogar in einer Konzentration, die len aufgrund ausschliesslich des Umrührens des Aluminiums. grösser ist als die anderen Alkalimetalle, dieses Mg die Wirk-

Die höhere Wirksamkeit im Bezug auf das Entfernen von Na- samkeit des Verfahrens nicht spürbar beeinflusst. Der Grund,

trium nach 3 und 6 Minuten (61 % und 72%) verglichen mit dass in diesen Prüfungen Mg vorhanden war, war die Ver-

der kleineren Wirksamkeit in Bezug auf das Entfernen von 5 Wendung eines LiF-MgF2 Elektrolyten in den Elektrolysisre-

Lithium (15% und 19%) ist dem viel kleineren Dampfdruck duktionszellen. Das Vorhandensein von Magnesium im Me-

von Lithium im Vergleich mit Natrium zuzuschreiben. In der tali aufgrund anderer Gründe (z.B. Verunreinigungen, die

Tat weist Natrium bei Umgebungsdruck einen Siedepunkt von Al-Mg Legierungen stammt) könnte auch toleriert wer-

von882 °C im Vergleich mit 1,329 °C für Lithium auf. den. Falls jedoch die Mg-Konzentration ansteigt, müsste die

Die Folgen 2,3 und 4 vergleichen die Auswirkung der 10 Zugabe von A1F3 entsprechend geändert werden, so dass eine

Menge von A1F3 im Bezug auf die Entfernung von Natrium bleibende Wirksamkeit im Bezug auf das Entfernen von Li-

und Lithium. Es ist ersichtlich, dass ein Erhöhen des Mengen- thium und Natrium aufrecht erhalten wird.

Verhältnisses kg AlF3/metrische Tonne AI von 0,7 bis 3,3 eine spürbare Auswirkung auf das Entfernen von Lithium aufweist. Diese Wirkung ist im Bezug auf Natrium nicht so stark 15 Beispiel 4 augenfällig, weil ein schnelleres Entfernen von Natrium auf- In zwei weiteren Prüffolgen, in welchen dieselbe Ausrügrund von lediglich Oxidation erfolgt. stung verwendet wurde, die in dem Beispiel 3 beschrieben ist,

Die Folgen 5 sind dieselben wie die Folgen 3 mit der Aus- wurden Gruppen von fahrbaren Tiegeln, die jeweils ungefähr nähme, dass die Drehzahl, u.p.m. von 100 zu 150 erhöht 3400 kg geschmolzenen Aluminiums enthielten, gemäss der wurde. Dieses erhöhte die Wirkungszeit im Bezug auf das 20 vorhegenden Erfindung behandelt. Jedem Tiegel wurde A1F3 Entfernen von Natrium und Lithium von 89% zu 92%, bzw. Pulver in einem Ausmass von 2,0 kg AlF3/metrische Tonne 74% zu 85%. Die Folgen 6 zeigen den Einfluss einer nachfol- AI in drei gleichen Teilen zugegeben, ein erster Teil beim Be-genden Zugabe von A1F3 Pulver auf die Menge Alkalimetalle, ginn, ein zweiter 30 Sekunden nach dem Beginn des Rührens die entfernt wird für 7 fahrbare Tiegel. Es ist ersichtlich, dass und der dritte Teil nach Ablauf einer Minute nach Beginn des dieses ebenfalls zu einer Erhöhung des Ausmasses des Entfer- 25 Rührens. Das Rühren wurde 6 Minuten lang bei 175 u.p.m. nens beihilft, möglicherweise, indem die Kontaktfläche zwi- durchgeführt, wobei eine stabile Wirbelströmung wie in der sehen dem Pulver und dem Aluminium erhöht wird (die Zu- Prüfung 6 des Beispieles 3 erzeugt und aufrechterhalten gäbe einer grossen Menge A1F3 in einer Charge kann bewir- wurde. Das behandelte Metall der einen Folge wurde zum ken, dass sich das Pulver zusammenballt und damit die wirk- Herstellen einer ersten Legierung verwendet (die bei der Alusame Berührung mit dem Aluminium vermindert wird. 30 minium Association als AA-1350 definiert ist) und das behan-

Die Folgen 7 zeigen den Einfluss von Mg Metall, das zu- delte Metall der zweiten Folge wurde zum Herstellen einer sätzlich zu Li, Na und Ca vorhanden ist. Der Gehalt an Mg zweiten Legierung verwendet (von der Aluminium Associa-

betrug nach einem 3-minütigen Umrühren 46 p.p.m. (54% tion als AA-5154 definiert). Nach dem Herstellen der Legie-

entfernt) und nach einer Umrührdauer von 6 Minuten 30 rung wurde der Anteil an Alkalimetall und an Erdalkalime-

p.p.m. (70% entfernt). Daraus kann geschlossen werden, dass 35 tali gemessen. Die Ergebnisse waren die folgenden:

Durchschnittliche Analyse

Hergestellte Legierung

AA-1350

AA-5154

Gesamtgewicht des behandelten Metalles

(metrische Tonnen) 7.1 (21 Tiegel)

85 (25 Tiegel)

Vor der

Behandlung

PPm

Na-29 Li-17 Ca-2

Na-37

Li-17

Ca-3

Nach der

Behandlung ppm

1.7 2.6 <1

% Entfernung Vor dem Giessen (Nach dem Legieren) ppm

2.1 2.7 <1

94% 85%

94% 84%

<1

0.2 <1

<1

0.6 <1

Es ist ersichtlich, dass die Wirksamkeit dieselbe Grössen-ordnung wie die der Prüfung 6 des Beispieles 3 aufweist. Es kann auch ausgeschlossen werden, dass die Konzentration von Natrium und Lithium nach der Behandlung weiterhin abnimmt. Dieses kann verschiedenen Bearbeitungen des Metalles und anderer darauf einwirkender Einflüsse zugeschrieben werden (Überführen, Legieren, Rühren, Wärmen, bei einer Temperaturhaltung etc.), welche Einwirkungen das Oxi-dieren der Alkahmetalle im Ofen beschleunigen.

Beispiel 5

«o Indem wieder dieselbe Ausrüstung und dasselbe A1F3 Pulver gemäss den Beispielen 3 und 4 verwendet wurden, wurde schmelzflüssiges Aluminium in fahrbaren Tiegeln, von denen jeder 3500 kg Aluminium enthielt, während 10 Minuten bei 100 u.p.m. gerührt, wobei eine stabile Wirbelströmung er-65 zeugt und beibehalten wurde. Nach der Behandlung wurde das Metall für 10 Minuten stehen gelassen und darauf der Anteil an Alkalimetallen gemessen. Die Ergebnisse waren die folgenden:

11

651 320

Analyse (p.p.m.)

Während der 10 Min. nach der

Behandlung (Min.) Behandlung

Prüfung

A1F3

Temp.

Beginn

6

10

Nr.

kgs/Tonne

(°C)

A

2.0

760

Li

18.3

6.0

3.6

3.1

Na

43

9.0

4.0

3

B

2.6

825

Li

15

4.3

2.7

2.5

Na

40

5

2

1

Die beobachtete weitere Abnahme des Gehaltes an Alkalimetallen, nachdem das Rühren beendet worden war,

kann durch das hohe Mass der Wirksamkeit der AlF3-reichen Umsetzungserzeugnisse, die in Berührung mit dem schmelzflüssigen Aluminium standen erklärt werden. Sogar, falls dieses Abnehmen dieser Alkalimetalle während des Stehenlassens nach der Behandlung nicht stark wichtig ist im Vergleich der Verminderung des Gehaltes während der Behandlung selbst, ist dennoch zu schliessen, dass während des Haltens der Schmelze im fahrbaren Tiegel zwischen der Behandlung der Schmelze und dem Überführen zum Gussofen die Gefahr einer Rückumsetzung (Aufnahme alkalischer Metalle) nicht vorhanden ist. Dieses würde nicht der Fall sein, falls die Alkalimetalle entfernt werden würden, indem eine Behandlung mit Chlorgas, d.h. eine Umsetzung mit Chlorgas durchgeführt würde.

Beispiel 6

Um die Auswirkung der Schrägstellung der Flügel des Flügelrades zu erläutern, wurde eine Folge Prüfungen mit Proben von jeweils 125 kg schmelzflüssigem Aluminiums mit einem Reinheitsgrad von 199,7% bei einer Temperatur von 825 °C durchgeführt, wobei ein Fluoraluminiumpulver mit einer Korngrösse entsprechend einer Siebfeinheit von — 35 Mesh zugegeben wurde, wobei die Zugabe im Verhältnis 0,8 kg/metrische Tonne AI betrug. Es wurden Flügelräder mit Flügeln unterschiedlicher Winkel zur Vertikalen verwendet. In jedem Falle war d = 1,5 cm; h = 11 cm; d/D = 0,25; und h/H = 0,25 und x = d/2. Das Rühren wurde während 6 Minuten bei 250 u.p.m. durchgeführt. Die Ergebnisse waren die folgenden:

Winkel, der mit Anzahl der Vertikalen Flügel eingeschlossen ist©

Lithium Konzentration ppm (% Entfernung)

Zeitdauer des Rührens - Min.

Beginn 3

4 4 4 4

0° 30° 35° 45°

35°

27 40 26 26

26

13 (52%) 12(70%) 5(81%) 4(85%)

11

(60%) (80%) 3.5(86%) 3 (88%)

4(85%) 1 (96%)

Ein Vergrössern des Anstellwinkels erhöhte die prozentuale Entfernung von Li nach 3 und 6 Minuten und die An-

25

35

40

45

55

60

zahl Flügel schien ebenfalls die Wirksamkeit des Entfernens zu beeinflussen.

Beispiel 7

Eine künstliche Mischung, die jeweils 50% Kryolit (Na3AlF6) und A1F3 (Gewichtsverhältnis von NaF/AlF3 = 0,43) enthielt, wurde hergestellt, indem man diese zwei Stoffe zusammen brachte und dann zu einer Korngrösse entsprechend einer Siebfeinheit von — 35 Mesh mahlte und darauf zur Behandlung des schmelzflüssigen Aluminiums entsprechend des vorliegenden Verfahrens verwendete. Es wurden zwei Proben Aluminium von jeweils 150 kg bei jeweils 825 °C behandelt, indem ein Rührwerk verwendet wurde, das vier Flügel aufwies, wobei ein Winkel © von 30° und ein Durchmesser (d) von 12,5 cm gewählt wurde; Höhe der Flügel h war 11 cm und der, in welchem die Behandlung durchgeführt wurde, war derart bemessen, dass die Verhältnisse D/d und h/H jeweils = 0,25 waren; bei einer der zwei Prüfungen wurde ein Fluorid enthaltender Stoff verwendet, der aus 85 Gew.-% A1F3 und 15 Gew.-% A1203 bestand und die andere wurde mit dem oben erwähnten Kryolit-Alf3 Gemisch verwendet, wobei beide in einem Anteil von 2,0 kg pro metrische Tonne Aluminium zugegeben wurde. Die Ergebnisse waren die folgenden:

A1F3-

enthaltender Stoff

85% A1F3 15% A1203

50% A1F3/ 50% Na3AlF6

Lithium-Konzentration (ppm) bei Dauer des Rührens (min).

Beginn 1 21 6.3

2

3.8

2.5

(88%)

4

1.5

30

7.5 3.6

2.4 1.5

(92%)

1.0

(95%)

I

(> 97%)

65

Die hohe Wirksamkeit des AlF3/Na3AlF6 Gemisches ist möglicherweise der Bildung von Phasen mit einem tiefen Schmelzpunkt (ungefähr 700 °C) zuzuschreiben. Dieses Gemisch schmilzt daher, nachdem es in Berührung mit dem schmelzflüssigen Aluminium gekommen ist, so dass eine Flüssigkeit-Flüssigkeitsumsetzung und nicht die Feststoff-Flüssigkeitsumsetzung mit dem A1F3-Pulver stattfand, welches die Verdünnung des Fluoraluminiums ausgleicht.

Zusätzlich wurde Fluoraluminiumpulver in Mischungen mit einem grossen Bereich unterschiedlicher Teilchengrössen-verteilung verwendet, wobei die durchschnittliche Abmessung der Teilchen sich zwischen 1 und 0.05 mm bewegte.

1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1. 651 320

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zur Entfernung verunreinigender Alkalimetalle und Erdalkalimetalle aus schmelzflüssigem Aluminium durch ein Umsetzen mit Fluoraluminium, um Fluoralumi-nate solcher Verunreinigungen zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass

   (1) eine Charge des verunreinigten Aluminiumetalls in ein aufrecht stehendes, weitgehend zylindrisches Gefäss eingebracht wird,

   (2) die Aluminiumschmelze im Gefäss derart umgerührt wird, dass darin ein Wirbelstrom und Strömungsflüsse in der Aluminiumschmelze erzeugt werden, die beim unteren Ende des Wirbelstromes sowohl nach unten gerichtete und seitliche Komponenten aufweisen und beim Umfangsbereich des Ge-fässes nach oben schraubenlinienförmig verlaufende Strömungen erzeugen,

   (3) teilchenförmiger Fluoraluminium enthaltender Stoff zum Eindringen in den Wirbel zugeführt wird,

   (4) das Rühren der Aluminiumschmelze so lange weitergeführt wird, bis der Gehalt an Alkalimetall und Erdalkalimetall auf einen erwünschten unteren Wert gesunken ist,

   (5) das schmelzflüssige Aluminium von den schmelzflüssigen fluoraluminatischen Erzeugnissen der Umsetzungen getrennt wird.
2. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstrom exzentrisch relativ zur Achse des Behälters erzeugt wird.
3. 3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstrom durch ein mehrflügliges Flügelrad erzeugt und aufrecht gehalten wird, welches Flügel aufweist, die schief zur Rotationsachse verlaufen.
4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzflüssige Metall mit pulverförmigem A1F3 oder NaF.AlF3 mit einem kleinen Gewichtsverhältnis NaF/A1F3 behandelt wird.
5. 5. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Innendurchmesser D des Gefässes, welches mit der Schmelze bis zu einer Höhe H gefüllt ist, und bei einem Durchmesser d des Flügelrades und einer Flügelhöhe h das Verhältnis d/D zwischen 0,1 und 0,6 und das Verhältnis h/H zwischen 0,1 und 0.7 liegt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse des Flügelrades um eine Strecke x exzentrisch zur Gefässachse angeordnet ist, die 0,1 bis 0,25D beträgt.
7. 7. Verfahren nachAnspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt der Flügel vom Boden des Gefasses um eine Strecke y, zwischen 0,25 H und 0,75 H entfernt ist.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass d/D zwischen 0,15 und 0,40 liegt und das Flügelrad in einem Mass zwischen 100 und 300 u.p.m. gedreht wird.
9. 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsstoff eine kurze Zeitdauer nach dem Bilden der Wirbelströme der Metallschmelze in getrennten Mengen oder fortlaufend zugeführt wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse des Flügelrades relativ zur Achse des Gefasses um eine Strecke x vom Wert 0,25-0,6 d exzentrisch angeordnet ist.
11. 11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

    (a) ein zylindrisches Gefäss, das eine vertikale geometrische Achse und einen Innendurchmesser D aufweist und dazu dient, eine Aluminiumschmelze mit einem Spiegelstand bis zu einer Höhe H oberhalb des Bodens des Gefässes aufzunehmen, welches Gefäss weitgehend keine inneren Leitbleche aufweist, und

    (b) einen Deckel für das Gefäss, der ein mehrflügeliges Flügelrad aufweist, Mittel aufweist, die dazu dienen, das Flügelrad um eine vertikale Achse anzutreiben, und Mittel aufweist, die dazu dienen, das Flügelrad zu rotieren, welches Flü-

    s gelrad einen Durchmesser d aufweist und dessen Flügel eine Höhe h aufweisen, wobei der Mittelpunkt der Flügel oberhalb des Bodens des Gefässes im Abstand y davon angeordnet sind, die Rotationsachse des Flügelrades von der geometrischen Achse um eine Strecke x entfernt ist, und die Flügel io Hauptflächen aufweisen, die gegen den Gefässboden gerichtet sind und mit der Vertikalen einen Winkel © einschliessen;

    (c) wobei die Werte von d, D, h, H und © derart sind, dass d/D zwischen 0,1 und 0,6; h/H zwischen 0,1 und 0,7; x zwischen 0,1-0,25 D; y zwischen 0,25 H und 0,75 H; und 0 zwi-

    15 sehen 0° und 45° liegt;

    (d) welcher Deckel auch Mittel trägt, die dazu dienen, den teilchenförmigen Stoff zuzugeben und Gase abzuführen.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass d/D zwischen 0,15 und 0,40; h/H zwischen 0,2 und 20 0,40; und y zwischen 0,4H und 0,6H; und © zwischen 30° und 40° hegt.

    25