CH657152A5

CH657152A5 - Verfahren zur herstellung von aluminium-silizium-legierungen.

Info

Publication number: CH657152A5
Application number: CH2752/83A
Authority: CH
Inventors: Sune Eriksson
Original assignee: Skf Steel Eng Ab
Priority date: 1982-10-22
Filing date: 1983-05-19
Publication date: 1986-08-15
Also published as: US4481031A; FI70253C; CA1189478A; NO830224L; NO161383B; JPS5976836A; GB2128635B; BR8300695A; AU549922B2; FR2534930B1; SE8206002L; GB8303088D0; YU25383A; ZA831133B; SE450583B; SE8206002D0; GB2128635A; NL8300405A; NO161383C; IT1160712B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen aus Naturmineral und kohlenstoffhaltigem Reduziermittel.

Ein geringer Prozentsatz von Silizium wird oftmals Aluminium zugesetzt, um dem Aluminium eine grössere Härte zu vermitteln und dadurch seine Verwendbarkeit als Konstruktionsmaterial zu erhöhen. Silizium und Aluminium werden normalerweise getrennt hergestellt und dann gemischt, wenn das Aluminium geschmolzen wird, um anschliessend zu verschiedenen Bauteilen vergossen zu werden.

Eine Aluminium-Silizium-Legierung wird oftmals hergestellt, welche dann beim Legieren von Aluminium mit Silizium verwendet wird, wie beispielsweise Silumin, welches 12% Silizium und im übrigen Aluminium enthält.

Hüttenaluminium wird im allgemeinen aus Bauxit hergestellt, wobei die Schmelzelektrolyse angewendet wird, was ein äusserst kostspieliges Verfahren ist. Silizium wird in Lichtbogenöfen aus reichem Quarz und extrem reiner Kohle wie extrem reinem Koks hergestellt. Beide Verfahren erfordern beträchtliche Energiemengen und stellen hohe Anforderungen an die Ausgangsstoffe. Es wäre daher äusserst interessant, eine Aluminium-Silizium-Legierung direkt aus den in grossem Umfang zur Verfügung stehenden Aluminium-Sili-zium-Mineralien wie beispielsweise Zyanit und Andalusit gewinnen zu können. Der Energieverbrauch bei einem derartigen Verfahren kann beträchtlich geringer sein. Versuche in dieser Richtung wurden auch bereits beispielsweise in der Sowjetunion durchgeführt, wo Versuche unternommen wurden, um Aluminium-Silizium-Legierungen aus verschiedenen Aluminium-Silizium-Mineralien karbothermisch in einem Lichtbogenofen zu gewinnen. Hierbei werden Mineral und Kohlepulver vermischt und zu Briketts verformt. Nach der Wärmebehandlung werden die Briketts in einen Lichtbogenofen eingebracht.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Anforderungen an die Briketts extrem hoch sind, dass die Menge an Kohlenstoff sehr genau eingehalten werden muss und dass die Briketts fest genug sein müssen, um beim Einbringen in den Ofen und im Ofen nicht zu zerfallen.

Es ist äusserst wichtig, dass im Ofen eine korrekte Porosität und Leitfähigkeit herrscht. Ausserdem sind die Investitionen für die Herstellung der Charge extrem hoch infolge der Einrichtungen zum Mahlen, Mischen, zur Brikettierung, zur Wärmebehandlung usw., während gleichzeitig die Elektrodenkosten hoch sind.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren anzugeben, mittels welchem die Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen in einem einzigen Schritt und auch unter Verwendung von pulverisierten Rohstoffen möglich ist, wobei die vorgenannten Nachteile vermieden werden sollen.

Dies wird erfindungsgemäss bei dem eingangs erwähnten Verfahren dadurch erreicht, dass das Naturmineral in Pulverform zusammen mit einem Reduktionsmittel in Form eines Kohlenstoffträgers mit Hilfe eines Trägergases in ein in einem Plasmagenerator erzeugtes Plasmagas eingeblasen wird und dann in auf diese Weise erhitztem Zustand zusammen mit dem Reduktionsmittel und dem energiereichen Plasmagas in eine Reaktionskammer eingebracht wird, welche im wesentlichen allseits von festem Reduktionsmittel in grobstückiger Form umgeben ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Naturmineral aus einer Gruppe ausgewählt, welche aus Andalusit, Cyanit, Silimanit, Nephelin, Quarz, Aluminiumoxid enthaltender Tonerde wie Bauxit und Mischungen von zwei oder mehr dieser Minerale besteht. Irgendwelche in den Mineralien enthaltene flüchtige Bestandteile werden verdampft und verlassen die Anlage mit dem Abgas, um herauskondensiert oder auf irgendwie andere geeignete Weise zurückgewonnen zu werden. Beispiele von flüchtigen Bestandteilen ausser AI2O3 und SÌO2, welche im Mineral eingeschlossen sein können, sind Na2Û und K2O. Ein Beispiel eines unterschiedliche Mengen flüchtiger Verbindungen enthaltenden Minerals ist Nephelin.

Das Mineral oder die Mineralien werden durch Reaktion mit dem eingeblasenen Kohlenstoff zum Schmelzen und zur Reduktion gebracht und es entsteht dabei eine flüssige Alu-minium-Silizium-Legierung.

Die Auswahl von Silizium- und Aluminium-Rohstoffen wirkt dank der Verwendung von pulverigen Rohstoffen, wie dies erfindungsgemäss vorgeschlagen wird, erleichtert und die Kosten werden gesenkt. Das erfindungsgemäss vorgeschlagene Verfahren ist auch gegenüber den elektrischen Eigenschaften des Rohmaterials unempfindlich, was die Wahl des Reduktionsmittels erleichtert.

Das eingeblasene Reduktionsmittel kann beispielsweise Kohlenwasserstoff sein, wie Erdgas, Kohlepulver, Holzkohlepulver, Anthrazit, Petrolkoks, möglicherweise gereinigt, und Koksgrus.

Die für das Verfahren erforderliche Temperatur kann durch die Menge an pro Einheit Plasmagas zugeführter elektrischer Energie ohne Schwierigkeiten gesteuert werden, um optimale Bedingungen bei minimalem Stromverbrauch zu erreichen.

Zweckmässigerweise wird das feste Reduktionsmittel, so wie es verbraucht wird, in grobstückiger Form kontinuierlich der Reaktionszone zugeführt.

Geeignete feste Reduktionsmittel in grobstückiger Form sind Koks, Holzkohle, Petrolkoks und/oder Russ, und das im Verfahren verwendete Plasmagas kann zweckmässigerweise aus Prozessgas bestehen, welches aus der Reaktionszone zurückgeführt wurde.

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Das feste Reduktionsmittel in grobstückiger Form kann ein in grobstückige Form umgewandeltes Pulver sein, wobei ein Binder verwendet wird, der aus C und H und möglicherweise auch aus O zusammengesetzt ist, wie beispielsweise Sucrose.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist der Plasmagenerator ein induktiver Plasmagenerator, wodurch Verunreinigungen seitens der Elektroden auf einen absoluten Minimalwert reduziert werden.

Das erfindungsgemäss vorgeschlagene Verfahren lässt sich vorteilhaft für die Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen von hohem Reinheitsgrad verwenden. In diesem Fall können extrem reines AI2O3, SÌO2 und Reduktionsmittel mit extrem geringen Mengen an Verunreinigungen als Rohmaterial verwendet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Beispiele erläutert. Die Reaktionen werden vorzugsweise in einem Reaktor durchgeführt, der einem Schachtofen ähnlich ist, welcher fortlaufend von oben her mit einem festen Reduktionsmittel durch eine Gicht beschickt wird, welche getrennte, abgedichtete Speisekanäle besitzt oder einen den Umfang des Schachtes umgebenden kreisringförmigen Beschickungskanal.

Das pulverisierte Mineral wird in den Boden des Reaktors durch Rohrleitungen mit Hilfe eines inerten Gases oder eines Reduktionsgases eingeblasen. Gleichzeitig kann Kohlenwasserstoff ebenso wie eventuell Sauerstoffgas vorzugsweise durch die gleichen Rohrleitungen eingeblasen werden.

Am Boden des mit Reduktionsmittel in grobstückiger Form gefüllten Schachtes befindet sich eine Reaktionskammer, welche allseits durch das Reduktionsmittel in grobstük-kiger Form umgeben ist. Schmelzen und Reduktion von AI2O3 und SÌO2 erfolgen augenblicklich in dieser Reduktionszone.

Das ausströmende Reaktorgas, welches aus einer Mischung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff in hoher Konzentration besteht, kann erneut in Umlauf gebracht werden und als Trägergas für das Plasmagas verwendet werden. Überschüssiges Gas kann vorzugsweise zur Energieerzeugung verwendet werden.

Beispiel 1

Ein Versuch wurde im Massstab 1:2 durchgeführt. Zyanit mit einer Korngrösse von weniger als 2 mm wurde als Rohmaterial verwendet. Die «Reaktionskammer» bestand aus 5 Koks, Kohlepulver wurde als Reduktionsmittel verwendet und gewaschenes Reduktionsgas, bestehend aus CO und H2, wurde als Trägergas und Plasmagas verwendet.

Die zugeführte elektrische Leistung betrug 1000 kW. 3 kg Zyanit/min wurden als Rohprodukt zu 1,2 kg Kohlenpulver/ 10 min sowie 0,3 kg Koks/min als Reduktionsmittel zugeführt.

Bei dem Versuch wurde eine Gesamtmenge von etwa 500 kg Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Al-Gehalt von 62% hergestellt. Der durchschnittliche Stromverbrauch betrug etwa 11 kWh/kg an erzeugter Aluminium-Silizium-15 Legierung.

Der Versuch wurde in kleinem Massstabe durchgeführt und der Wärmeverlust war daher beträchtlich. Durch Gasrückgewinnung kann der Stromverbrauch weiter herabgesetzt werden, und die Wärmeverluste dürften in einer grösseren 20 Anlage ebenfalls wesentlich geringer sein.

Beispiel 2

Ein Versuch wurde im Massstab 1:3 durchgeführt. Quarzsand und AI2O3 mit einer Korngrösse von weniger als 2 mm 25 wurde als Rohmaterial verwendet. Die «Reaktionskammer» bestand aus Koks. Kohlepulver wurde als Reduktionsmittel verwendet und gewaschenes Reduktionsgas, bestehend aus CO und H2, wurde als Trägergas und Plasmagas verwendet.

Die zugeführte Stromleistung betrug 1000 kW. 2 kg AI2O3 30 und 1 kg Si02/min wurden als Rohmaterial eingebracht sowie 1,2 kg Kohlenpulver/min und 0,3 kg Koks/min als Reduktionsmittel.

Bei dem Versuch wurde eine Gesamtmenge von etwa 500 kg Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Al-Gehalt 35 von 62% hergestellt. Der durchschnittliche Stromverbrauch betrug etwa 11 kWh/kg an hergestellter Aluminium-Silizium-Legierung.

Der Versuch wurde in kleinem Massstabe durchgeführt, so dass der Wärmeverlust beträchtlich war. Bei einer Gas-40 rückgewinnung kann der Stromverbrauch weiter herabgesetzt werden und die Wärmeverluste dürften in einer grösseren Anlage ebenfalls wesentlich geringer sein.

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Claims

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1. Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid enthaltendem Naturmineral und kohlenstoffhaltigem Reduziermittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturmineral in Pulverform zusammen mit einem Reduktionsmittel in Form eines Kohlenstoffträgers mit Hilfe eines Trägergases in ein in einem Plasmagenerator erzeugtes Plasmagas eingeblasen wird und dann in auf diese Weise erhitztem Zustand zusammen mit dem Reduktionsmittel und dem energiereichen Plasmagas in eine Reaktionskammer eingebracht wird, welche im wesentlichen allseits von festem Reduktionsmittel in grobstückiger Form umgeben ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturmineral aus einer Gruppe ausgewählt wird, welche aus Andalusit, Cyanit, Silimanit, Nephelin, Quarz, Aluminiumoxid enthaltender Tonerde wie Bauxit und Mischungen von zwei oder mehr dieser Minerale besteht.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenstoffträger Kohlenwasserstoff wie Erdgas, Kohlepulver, Holzkohlepulver, Anthrazit, Petrolkoks evtl. in gereinigter Form und Koksgrus eingeblasen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsmittel in grobstückiger Form Koks, Holzkohle, Petrolkoks und/oder Russ verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas für das Plasmagas im Verfahrensprozess aus der Reaktionszone zurückgeführtes Prozessgas verwendet wird.