DD209481A5 - Verfahren zur herstellung von aluminium-silizium-legierungen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid enthaltendem Naturmineral und Kohlepulver. Dazu wird das Naturmineral in Pulverform zusammen mit einem Reduktionsmittel in Form eines Kohlenstofftraegers mit Hilfe eines Traegergases in ein in einem Plasmagenerator erzeugtes Plasmagas eingeblasen. Das auf diese Weise erhitzte Mineral wird dann zusammen mit dem Reduktionsmittel und dem energiereichen Plasmagas in eine Reaktionskammer eingebracht, welche im wesentlichen allseits von festem Reduktionsmittel in grobstueckiger Form umgeben ist. Das Naturmineral wird aus einer Gruppe ausgewaehlt, welche aus Andalusit, Cyanit, Silimit, Nephelin, Quartz, Aluminiumoxid enthaltender Tonerde wie Bauxit und Mischungen von zwei oder mehr dieser Minerale besteht.
Description
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Verfahren zur Herateilung von Aluminium-Silizium-Legierungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen aus Naturmineral und Kohlen stoff pulver.
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
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Energiemengen und stellen hohe Anforderungen an die Ausgangsstoffe, Ss wäre daher äußerst interessant, eine Aluminium-Silizium-Legierung direkt aus den in großem Umfang zur Verfügung stehenden Aluminium-Silizium-Mineralien wie beispielsweise Zyanit und Andalusit gewinnen zu können. Der Energieverbrauch bei einem derartigen Verfahren kann beträchlich 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.
xis ist äußerst wichtig, daß im Ofen eine korrekte Porosität und Leitfähigkeit herrscht. Außerdem sind die Invenstitionen für die Herstellung der Charge extrem hoch infolge der Einrichtungen zum Mahlen, Mischen, zur Brikettierung, zur Wärmebehandlung usw., während gleichzeitig die Elektrodenkosten hoch sind.
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachen und energiesparenden wirtschaftlichen Verfahrens für die
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Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen, das die .Nachteile bekannter Verfahren nicht aufweist»
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels welchem die Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen in einem einzigen Schritt und auch unter Verwendung von pulverisierten Rohstoffen möglich ist.
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 Heduktionsmittel und dem energiereichen Plasmagas in eine Reaktionskaiimer eingebracht wird, welche im wesentlichen allseits von festem Reduktionsmittel in grobstückiger Form umgeben ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das laturmineral aus einer Gruppe ausgewählt, welche aus Andalusit, Cyanit, Silimit, 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 wer-.den· Beispiele von flüchtigen Bestandteilen außer Al2O- und
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SiO2, welche im Mineral eingeschlossen sein können, sind JJa2O 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 Aluminium-Silizium-Legierung·
Die Auswahl von Silizium- und Aluminium-Rohstoffen wird 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 ürdgas, Kohlepulver, Holzkohlepulver, Anthrazit, Petrolkoks, möglicherweise gereinigt, und Koksgruß.
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 zugeführto
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Geeignete feste Reduktionsmittel in grobstückiger Form sind Koks, Holzkohle, Petrolkoks and/oder Ruß, und das im Verfahren verwendete Plasmagas kann zweckmäßigerweise aus Prozeßgas bestehen, welches aus der Reaktionszone zurückgeführt wurde.
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 0 zusammengesetzt ist, wie beispielsweise Sucrose»
Wach 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 ΑΙ^Ο^» SiOp 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 ^icht beschickt wird, welche getrennte, abgedichtete Speisekanäle besitzt oder einen den Umfang des
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Schachtes umgebenden kreisringföriaigen Beschickungskanal·
Das pulverisierte Mineral wird in den Boden des Reaktors durch Rohrleitungen mit Hilfe eines inertes 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 Reaktionskaramer, welche allseits durch das Reduktionsmittel in grobstückiger i?orm umgeben ist. Schmelzen und Reduktion von Al2O., und erfolgen ausgenblicklich in dieser Reduktionszoneβ
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»
üiin Versuch wurde im Maßstab 1 : 2 durchgeführt· Zyanit mit einer Körngröße von weniger als 2 mm wurde als Rohmaterial verwendet. Die "Reaktionskammer" bestand aus Koks, Kohlepulver wurde als Reduktionsmittel, verwendet und gewaschenes Reduktionsgas, bestehend aus CO und EL, wurde als 'Irägergas und Piasinagas verwendet·
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Die zugeführte elektrische Leistung betrug 1000 kW« 3 kg Zyanit/min wurden als Rohprodukt zu 1,2 kg Kohlepulver/min sowie 0,3 kg Koks/min als Reduktionsmittel zugeführt.
Bei dem Versuch wurde eine Gesamtmenge von etwa 500 kg AIuminium-ßilizium-Legierung mit einem Al-Gehalt von 62 % hergestellte Der durchschnittliche Stromverbrauch betrug etwa 11 kwh/kg an erzeugter Aluminium-Silizium-Legierunge
Der Versuch wurde in kleinem Maßstab durchgeführt und der Wärmeverlust war daher beträchtlich· Durch Gasrückgewinnung kann der Stromverbrauch weiter herabgesetzt werden, und die tfärmeverluste dürften in einer größeren Anlage ebenfalls wesentlich geringer sein, .
üiin Versuch wurde im Maßstab 1 : 3 durchgeführt» Quarzsand und AIpOo mit einer Korngröße von weniger als 2 mm wurde als Rohmaterial verwendet« Die "Reaktionskammer" bestand aus Koks* Kohlepulver wurde als Reduktionsmittel verwendet und gewaschenes Reduktionsgas, bestehend aus GO und H2, wurde als l'rägergas und Plasmagas verwendet.
Die zugeführte Stromleistung betrug 1000 kW. 2 kg Al2O- und 1 kg SiOg/min wurden als Rohmaterial eingebracht, sowie 1,2 Kohlepulver/min und 0,3 kg Koks/min als Reduktionsmittel*
Bei dem Versuch wurde eine Gesamtmenge von etwa 500 kg AIuminium-Silizium-legierung mit einem Al-Gehalt von 62 % her-
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gestellt· Der durchschnittliche Stromverbrauch betrug etwa 11 kWh/kg an hergestellter Aluminium-Silizium-Legierunge
Der Versuch, wurde in kleinem Maßstab durchgeführt, so daß der Wärmeverlust beträchtlich war· Bei einer Gasrückgewinnung kann der Stromverbrauch weiter herabgesetzt werden und die Wärmeverluste dürften in einer größeren Anlage ebenfalls wesentlich geringer sein.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiura-Silizium-Legierungen aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid enthaltendem Naturmineral und Kohlepulver, gekennzeichnet dadurch, daß das üaturmineral 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 Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Naturmineral aus einer Gruppe ausgewählt wird, welche aus Andalusit, Cyanit, öilimit, Nephelin, Quarz, Aluminiumoxid enthaltender i'onerde wie Bauxit und Mischungen von zwei oder mehr dieser Minerale besteht»
3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß
als Kohlenstoffträger Kohlenwasserstoff wie Erdgas, Kohlepulver, Holzkohlepulver, Anthrazit, Petrolkoks evtl· in gereinigter Form und Koksgruß eingeblasen wird·
4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als iieduktionsmittel in grobstückiger Form Koks, Holzkohle,
\ Petrolkoks und/oder Ruß verwendet werden«
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5· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Trägergas für das Plasmagas im Verfahreneprozeß aus der Reaktionszone zurückgeführtes Prozeßgas verwendet wird·
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