DE1067601B

DE1067601B - Verfahren zur Herstellung einer hochprozentigen eisenfreien Titan-Aluminium-Legierung aus titanhaltigen Rohstoffen

Info

Publication number: DE1067601B
Application number: DEV9270A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Ginsberg; Dr-Ing Guenter Wilde
Original assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Current assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Priority date: 1955-07-29
Filing date: 1955-07-29
Publication date: 1959-10-22
Also published as: US2939786A; FR1150399A

Description

Bekanntlich werden titanhaltige Aluminiumlegierungen bei der Aluminiumschmelzflußelektrolyse hergestellt. Als Ausgangsstoff dient hierfür Titandioxyd, das zusammen mit der Tonerde in den Elektrolyten eingetragen wird, Der Elektrolyt entspricht in seiner Zusammensetzung im wesentlichen weitgehend dem Kryolith. Durch dieses Verfahren gelingt es zwar, Titangehalte bis etwa 1 % zu erreichen, aber es versagt bei der Herstellung von Legierungen mit höheren Titangehalten.

Die Erfindung behebt diese Schwierigkeiten und gestattet es, Titan-Aluminium-Legierungen eisenfrei und mit höheren Titangehalten in an sich bekannter Weise herzustellen. Zu diesem Zweck werden zunächst titanhaltige Rohstoffe, wie Bauxit oder Ilmenit, mit kohlenstoffhaltigen Stoffen reduzierend vorbehandelt oder aber eisenarmes Ausgangsmaterial, z. B. Rutil, ohne Kohlenstoffzugabe kalziniert, was beispielsweise in einem Drehrohr- oder Etagenofen geschehen kann. Anschließend hieran werden erfindungsgemäß die erhaltenen Produkte zusammen mit Kryolith bei etwa IOOO⁰C unter Trennung des Eisens vom Titandioxyd niedergeschmolzen, wobei das Eisen ausgeschieden und das Titandioxyd von der KryohthschmBlze quantitativ aufgenommen wird; in einer zweiten Stufe wird bei einer Temperatur von etwa IOOO⁰C unter Zusatz von Aluminium in Form von Spänen, Schrott oder Abfällen durch aluminothermische Reaktion die Titansäure in an sich bekannter Weise reduziert, wobei das metallische Titan sich im Metallsumpf absetzt, während die äquivalente Menge Aluminium als Tonerde in der Kryolithschmelze in Lösung geht.

Beim Reduzieren und Niederschmelzen der eisenhaltigen Erze, wie Bauxit oder Ilmenit, scheidet-sich das Eisen mit über 90 % Fe-Gehalt in verwertbarer Form ab, während die Titansäure bei diesen Temperaturen nicht reduziert wird, sondern überraschenderweise als einziger Bestandteil unter den übrigen Begleitstoffen quantitativ von der Salzschmelze aufgenommen wird. Durch diese Maßnahme findet eine nahezu vollständige Trennung zwischen Eisen und Titandioxyd statt. Auch bei der Kalzinierung z. B. des eisenarmen Rutils ohne Kohlenstoffzugabe gelingt eine Trennung von TiO₂ und Fe₂O₃. Dies wird durch die geringe Löslichkeit des Eisenoxyds im Kryolith bewirkt, so daß dieses ausgeschieden wird. Es wird somit möglich, eine einfache und praktisch vollständige Eisen-Titan-Trennung herbeizuführen, was bei den anderen bekannten Verfahren mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.

In einer zweiten Stufe wird erfindungsgemäß eine eisenfreie Titan-Aluminium-Legierung aus der Kryolithschmelze dadurch gewonnen, daß eine aluminothermische Reduktion bei einer Temperatur von etwa IOOO⁰C unter Zusatz von Aluminium in Form von Spänen, Schrott oder Abfällen herbeigeführt wird. Hierdurch wird die Titansäure zu Titan reduziert, welches sich im Metall-Verfahren zur Herstellung
einer hochprozentigen eisenfreien
Titan - Aluminium - Legierung
aus titanhaltigen Rohstoffen

Anmelder:

Vereinigte Aluminium-Werke
Aktiengesellschaft,
Bonn, Am Nordbahnhof

Dr.-Ing. Hans Ginsberg, Bad Godesberg,
und Dr.-Ing. Günter Wilde, Lünen (Westf.),
sind als Erfinder genannt worden

sumpf des Reaktionsgefäßes anreichert, während die äquivalente Menge Aluminium als Tonerde in der Kryolithschmelze in Lösung geht. Zweckmäßig wird hierfür ein Induktionsofen verwendet, in welchem Falle der im Boden befindliche Metallsumpf durch den elektromagnetischen Rühreffekt aufgewirbelt werden kann. Hierbei ist eine durch die Ofengröße bzw. den Badinhalt bedingte Rührzeit und Mindestabsetzzeit einzuhalten. Dabei sind Überhitzungen im Bade, die zu starke Konvektionen verursachen können, zu vermeiden. Auch darf die Temperatur etwa IOOO⁰C nicht überschreiten.

Wird unreiner Rohstoff, z. B. Bauxit, verwendet, so werden auch alle anderen Metalle im Metallsumpf abgeschieden, die elektropositiver sind als Aluminium. Überraschenderweise wurde auch festgestellt, daß entgegen den theoretischen Erwartungen auf Grund der freien Reaktionsverhältnisse der Oxyde auch die Kieselsäure von der Titansäure getrennt wird. Während die Entfernung der Titansäure nahezu quantitativ erfolgt, wird von der Kieselsäure nur ein kleiner Teil aus der Schmelze reduziert.

Das titanhaltige Metall wird von Zeit zu Zeit durch Abstechen aus dem Reduzierbad entfernt. Eine weitere erhebliche Anreicherung an Titan wird erfindungsgemäß anschließend daran bei der Temperatur von IOOO⁰C oder mehr durch Ausseigerung der Verbindung Al₃Ti mit einem Gehalt von 37,2 °/„ und mehr Titan erzielt. Hierbei sind die Kryolithverdampfungsverluste niedrig gehalten.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, daß das aus dem Reduzierbad abgestochene titanhaltige Metall nachträglich durch Schmelzen bei IOOO⁰C oder mehr durch Ausseigerungen der Verbindung Al₃Ti mit

- ' · 909'639/284

Claims

einem Gehalt von 37% un^ mehr Titan eine Anreicherung des Titans erzielt wird. Ausführungsbeispiel Griechischer Bauxit mit einem Fe2O3-Gehalt von 18 %, einem Tonerdegehalt von 56% und einem Titangehalt von 3,2 % wurde zunächst in einem Drehofen unter Zugabe von Koks reduzierend kalziniert und anschließend bei IOOO0C in einer Kryolithschmelze unter Umrühren eingebracht. Die Salzschmelze wurde 20 Minuten bei IOOO0C in ruhigem Schmelzfluß gehalten und danach abgestochen. Im Tiegel verblieb dann ein Bodenkörper, der nach der Analyse 95% des Fe2O3, in der Hauptsache als Fe, 16% des SiO2, hauptsächlich als Si, und kein TiO2 bzw. Ti enthielt. Somit war das Titan restlos vom Kryolith aufgenommen und konnte auf titanhaltige Aluminiumvorlegierungen weiterverarbeitet werden. Patentanspr Cche: 20

1. Verfahren zur Herstellung einer hochprozentigen eisenfreien Titan-Aluminium-Legierung aus titanhaltigen Rohstoffen, z. B. Bauxit, Ilmenit oder Rutil, bei dem die Rohstoffe in einem Drehrohrofen oder Mehretagenofen reduzierend behandelt oder kalziniert werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß daran die erhaltenen Produkte zusammen mit Kryolith bei etwa IOOO⁰C unter Trennung des Eisens vom Titandioxyd niedergeschmolzen werden, wobei das Eisen ausgeschieden und das Titandioxyd von der Kryolithschmelze quantitativ aufgenommen wird, und daß in einer zweiten Stufe bei einer Temperatur von etwa IOOO⁰C unter Zusatz von Aluminium in

Form von Spänen, Schrott oder Abfällen durch aluminothermische Reaktion die Titansäure in an sich bekannter Weise reduziert wird, wobei das metallische Titan sich im Metallsumpf absetzt, während die äquivalente Menge Aluminmm als Tonerde in der Kryolithschmelze in Lösung geht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Durchführung der aluminothermischen Reduktion des Titandioxyds ein Induktionsofen verwendet und dabei der im Boden des Ofens befindliche Metallsumpf durch den elektromagnetischen Rühreffekt aufgewirbelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Reduzierbad abgestochene titanhaltige Metall nachträglich durch Schmelzen bei IOOO⁰C oder mehr durch Ausseigerungen der Verbindung Al₃Ti mit einem Gehalt von 37% und mehr Titan eine Anreicherung des Titans erzielt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kryolithschmelze mit der in Lösung befindlichen Tonerde je nach dem Grad der Anreicherung im normalen Elektrolysebad unter Rückgewinnung von metallischem Aluminium zum Aufschluß der vorbehandelten TiO₂-Rohstoffe verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 855 932;
britische Patentschrift Nr. 733 712;
USA.-Patentschrift Nr. 2 375 268;
^Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie«, i. Band, 3. Auflage (1953), S. 431 und 432.