DE1087812B

DE1087812B - Method and device for the production of aluminum from aluminum nitride

Info

Publication number: DE1087812B
Application number: DEP17328A
Authority: DE
Inventors: Rene Perieres; Louis Ruelle
Original assignee: Pechiney SA
Current assignee: Pechiney SA
Priority date: 1955-11-04
Filing date: 1956-11-03
Publication date: 1960-08-25

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Aluminium aus Aluminiumnitrid Bekanntlich dissoziiert Aluminiumnitrid bei hoher Temperatur gemäß folgender Gleichung: 2 AIN = 2 Al + N2. fest gasförmig Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Gewinnung von Aluminium von obiger Reaktion Gebrauch zu machen, wobei der entstehende Aluminiumdampf kondensiert wird. Praktisch erwies es sich jedoch als unmöglich, auf Grund dieser Reaktion ein technisch brauchbares Verfahren zu entwickeln, da dabei sehr unreines Aluminium anfällt, das durch Aluminiumnitrid und Aluminiumcärbid sowie durch Aluminiumoxyd verunreinigt ist. Außerdem befindet sich das Metall teilweise in außerordentlich fein, verteiltem Zustand und ist aus diesem Grund schwer zu gewinnen. Die Ausbeute an technischem Aluminium war daher in allen Fällen nur mäßig, was bisher die Ausnutzung des Verfahrens im technischen Maßstab, verhinderte. Das Verfahren nach der Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten.Method and apparatus for producing aluminum from aluminum nitride It is known that aluminum nitride dissociates at high temperature according to the following equation: 2 AIN = 2 Al + N2. solid gaseous It has already been proposed to make use of the above reaction for the production of aluminum, the resulting aluminum vapor being condensed. In practice, however, it turned out to be impossible to develop a technically useful process on the basis of this reaction, since very impure aluminum is obtained which is contaminated by aluminum nitride and aluminum citride as well as by aluminum oxide. In addition, some of the metal is in an extremely fine, dispersed state and is therefore difficult to extract. The yield of technical aluminum was therefore only moderate in all cases, which has hitherto prevented the process from being used on an industrial scale. The method according to the invention overcomes these difficulties.

Die Dissoziation von Aluminiumnitrid beginnt bei Atmosphärendruck oberhalb 2200° C; man. muß daher möglichst bei vermindertem Druck arbeiten. Auf Grund ausgedehnter Untersuchungen. ließ sich eine angenäherte Formel aufstellen, welche den Gesamtdissoziationsdruck p in Abhängigkeit von der Temperatur ausdrückt: In dieser Formel bedeutet p den Druck in mm Hg und T die absolute Temperatur in ° K. Die Basis des Logarithmus ist 10.The dissociation of aluminum nitride begins at atmospheric pressure above 2200 ° C; man must therefore work as much as possible at reduced pressure. On the basis of extensive investigations. an approximate formula could be drawn up, which expresses the total dissociation pressure p as a function of the temperature: In this formula, p means the pressure in mm Hg and T the absolute temperature in ° K. The base of the logarithm is 10.

Erfindungsgemäß arbeitet man bei Drücken von unter 40 mm Hg und bei Temperaturen bis zu 2000° C. Das Verfahren nach. der Erfindung berücksichtigt insbesondere die Tatsache, daß unter den Temperatur-und Druckbedingungen nach der Formel eine neue Verbindung gebildet wird, die das Cyanid des einwertigen Aluminiums darstellt und die Formel Al C N hat.According to the invention one works at pressures below 40 mm Hg and at Temperatures up to 2000 ° C. The process according to. the invention takes particular into account the fact that under the temperature and pressure conditions according to the formula a new compound is formed, which is the cyanide of monovalent aluminum and has the formula Al C N.

Allerdings konnte diese Verbindung, die bei Normaldruck bei etwa 2200° C übergeht, ohne zu schmelzen, bisher in festem Zustand nicht isoliert werden. da sie sich beim Kühlen zu Kohlenstoff und Aluminiumnitrid zersetzt.However, this connection could work at normal pressure at about 2200 ° C passes without melting and has not yet been isolated in the solid state. there it decomposes to carbon and aluminum nitride on cooling.

Zersetzt sich Aluminiumnitrid unter vermindertem Druck in der Hitze in Anwesenheit von Kohlenstoff, so bildet sich unter dem Einfluß des letzteren bei Temperaturen über 1500° C gasförmiges Al C N. Nun enthält aber das technische, durch Reaktion von Stickstoff mit einem Gemisch aus Aluminiumoxyd und Kohle gewonnene Aluminium stets etwas Kohlenstoff und Aluminiumoxyd, wenn man zweckmäßigerweise auch von einem Aluminiumnitrid mit möglichst geringem Kohlenstoffgehalt ausgeht.Aluminum nitride decomposes under reduced pressure in the heat in the presence of carbon, it forms under the influence of the latter Temperatures above 1500 ° C gaseous Al C N. Now, however, the technical, through Reaction of nitrogen with a mixture of aluminum oxide and charcoal Aluminum always some carbon and aluminum oxide, if one expediently also starts from an aluminum nitride with the lowest possible carbon content.

Erfindungsgemäß vermeidet man aber vor allem auch jeden Kontakt zwischen Kohlenstoff und dem zu dissoziierenden Nitrid, um die Bildung von A1 C N durch aus der Apparatur stammenden Kohlenstoff zu verhindern. Dieses Cyanid des einwertigen Aluminiums ist in größeren Mengen nämlich insofern sehr störend, als es beim Abkühlen mit gasförmigem Aluminium nach der Gleichung 3 A1 C N + 4A1 = A14 C3 + 3A1 N gasförmig gasförmig reagiert, was zur Entstehung- von Carbonitridablagerungen in Form von sehr harten, braunere Krusten führt und überdies einen Gewichtsverlust von 5,25 Teilen Aluminium je Teil Kohlenstoff bedeutet. Will man daher zu einer befriedigenden Aluminiumausbeute kommen, so darf das zu dissoziierende Nitrid wenigstens von außen keinen Kohlenstoff aufnehmen. Andererseits kann die Carbidbildung nach obiger Gleichung zur Entfernung der geringen im Ausgangsmaterial enthaltenen Kohlenstoffmengen ausgenutzt werden. Untersuchungen haben gezeigt, daß es noch eine andere Ursache für die Bildung des Cyanids des einwertigen, Aluminiums (Al C N) gibt, und zwar ist dies die Reaktion von Aluminiumsuboxyd (A.12 Ct) im Dampfzustand mit Kohlenstoff in Gegenwart von Stickstoff nach der Gleichung A1,0 + 3 C + N2 = 2 AICN + CO gasförmig gasförmig Das so entstandene Al C N absorbiert ebenfalls Aluminium und gibt Veranlassung zur Entstehung von A12 03 und A1 N-Ablagerungen.According to the invention, however, above all any contact between carbon and the nitride to be dissociated is avoided in order to prevent the formation of A1 CN by carbon originating from the apparatus. This cyanide of monovalent aluminum is very troublesome in larger quantities, as it is when cooled with gaseous aluminum according to the equation 3 A1 CN + 4A1 = A14 C3 + 3A1 N gaseous gaseous reacts, which leads to the formation of carbonitride deposits in the form of very hard, brownish crusts and, moreover, a weight loss of 5.25 parts of aluminum per part of carbon. If, therefore, a satisfactory aluminum yield is to be achieved, the nitride to be dissociated must at least not absorb any carbon from the outside. On the other hand, the carbide formation can be used according to the above equation to remove the small amounts of carbon contained in the starting material. Investigations have shown that there is another cause for the formation of the cyanide of monovalent aluminum (Al CN), and that is the reaction of aluminum suboxide (A.12 Ct) in the vapor state with carbon in the presence of nitrogen according to the equation A1.0 + 3 C + N2 = 2 AICN + CO gaseous gaseous The resulting Al CN also absorbs aluminum and gives rise to A12 03 and A1 N deposits.

Wie bereits erwähnt, enthält das technische Nitrid außerKohlenstoff auch eine kleine MengeAluminiumoxyd, das bei der Dissoziation auf Kosten des frei werdenden Aluminiums in A120 übergeht nach folgender Gleichung: A1203 -f- 4A1 = 3 A1,0 gasförmig gasförmig Die Umsetzung des so gebildeten A12 O mit C und N muß daher ebenfalls berücksichtigt werden, obgleich sie sich, wie noch deutlich werden wird, ebenfalls im obigen Sinne positiv auswirken kann.As already mentioned, in addition to carbon, technical nitride also contains a small amount of aluminum oxide, which is converted into A120 during dissociation at the expense of the released aluminum according to the following equation: A1203 -f- 4A1 = 3 A1.0 gaseous gaseous The conversion of the A12 O formed in this way with C and N must therefore also be taken into account, although, as will become clear, it can also have a positive effect in the above sense.

Abgesehen von diesen den Reaktionsmechanismus betreffenden Betrachtungen ist es natürlich stets ein Vorteil, wenn. ein Aluminiumnitrid zur Verfügung steht, das möglichst wenig Kohlenstoff und Aluminiumoxyd enthält.Apart from these considerations relating to the reaction mechanism it is of course always an advantage if. an aluminum nitride is available, that contains as little carbon and aluminum oxide as possible.

Es muß aber erfindungsgemäß vor allem verhindert werden, daß der Al, O- bzw. AI-Dampf mit Kohlenstoff aus den Ofenwänden reagiert, weshalb, dieser in Zonen des Ofens, wo die Temperatur 1500° C überschreitet, nicht mit den Dämpfen in Berührung kommen darf.According to the invention, however, it must above all be prevented that the Al, O or AI vapor reacts with carbon from the furnace walls, which is why this in Zones of the furnace where the temperature exceeds 1500 ° C, not with the vapors may come into contact.

Das Suboxyd A12 O zersetzt sich übrigens beim Abkühlen und ergibt feinverteiltes Aluminium, das innerhalb eines Netzes von festem Aluminiumoxyd festgehalten wird. Es ist auch aus diesem Grunde von Vorteil, wenn der Alüminiumoxydgehalt des Aluminiumnitrids nicht allzu hoch ist.Incidentally, the suboxide A12 O decomposes on cooling and results finely divided aluminum held within a network of solid aluminum oxide will. For this reason, too, it is advantageous if the aluminum oxide content of the Aluminum nitride is not too high.

Aus technischen Gründen strebt man ein Kondensat an, das sich im flüssigen Zustand abziehen läßt, so daß man kontinuierlich arbeiten kann. Die Beobachtung hat nun gezeigt, daß, falls man auf ein Metall hinarbeitet, das beim gemeinsamen Kondensieren aller durch Dissoziation des Nitrids erzeugten Dämpfe fließfähig bleibt und von der Schlacke gut trennbar ist, das Ausgangsmaterial bei Abwesenheit von Aluminiumoxyd weniger als 0,9°/o Kohlenstoff und bei Abwesenheit von Kohlenstoff weniger als 6,8 Oh) Aluminiumoxyd enthalten müßte. Enthält das Nitrid (wie dies praktisch fast immer der Fall ist) gleichzeitig ao/o Aluminiumoxyd und c"/o Kohlenstoff, so ist es von Vorteil, wenn das Verhältnis der beiden Mengen zueinander durch die Gleichung a+7,5c<6,8 gegeben ist, wobei vorausgesetzt ist, daß die Dämpfe nicht von außen Kohlenstoff aufnehmen.For technical reasons, one strives for a condensate that is in the liquid State can be deducted so that you can work continuously. The observation has now shown that if one works towards a metal, the common Condensation of all vapors generated by dissociation of the nitride remains fluid and is easily separable from the slag, the starting material in the absence of Aluminum oxide less than 0.9 per cent carbon and in the absence of carbon should contain less than 6.8 Oh) aluminum oxide. Contains the nitride (like this is practically almost always the case) at the same time ao / o aluminum oxide and c "/ o carbon, So it is advantageous if the ratio of the two quantities to one another by the Equation a + 7.5c <6.8 is given, assuming that the vapors are not absorb carbon from the outside.

Ein technisches Nitrid von derartig hohem Reinheitsgrad ist jedoch schwer erhältlich, und das Verfahren nach der Erfindung ist daher in erster Linie auf ein Ausgangsmaterial abgestellt, das mehr Kohlenstoff und Aluminiumoxyd enthält, als dies der obigen Formel entspricht.However, an industrial nitride of such a high degree of purity is difficult to obtain and the process of the invention is therefore primarily based on a starting material that contains more carbon and aluminum oxide, than corresponds to the above formula.

Es ist erfindungsgemäß ohne weiteres möglich, ein Handelsmetall üblicher Reinheit unmittelbar im flüssigen Zustand schlackenfrei zu gewinnen, und zwar nicht nur aus einem Nitrid mit niedrigem Kohlenstoff-und Aluminiumoxydgehalt, sondern auch aus einem Nitrid, bei welchem der Aluminiumoxyd- und Kohlenstoffgehalt nicht in dem aus obiger Formel hervorgehenden Verhältnis stehen..According to the invention, it is readily possible to use a commercial metal more commonly To gain purity directly in the liquid state without slag, and indeed not only made of a nitride with low carbon and alumina content, but rather also from a nitride in which the aluminum oxide and carbon content are not are in the relationship resulting from the above formula ..

Es wurde gefunden, daß es bei einem bestimmten Vakuum möglich ist: 1. die Al C N-Dämpfe bei einer Temperatur zu halten, die oberhalb -des Kondensationspunktes der Aluminiumdämpfe liegt, und 2. Aluminium bei einer oberhalb des Umwandlungspunktes der A12 O-Dämpfe in A12 03 -I- A1 liegenden Temperatur zu kondensieren.It has been found that at a certain vacuum it is possible: 1. To keep the Al C N vapors at a temperature above the condensation point the aluminum vapors is, and 2. aluminum at one above the transition point to condense the A12 O vapors in A12 03 -I- A1 lying temperature.

Das Verfahren nach der Erfindung, das die Herstellung von Aluminium durch thermische Zersetzung von gegebenenfalls störende Mengen an Kohlenstoff und Aluminiumoxyd enthaltendem Aluminiumnitrid (z. B. des handelsüblichen Nitrids) zum Gegenstand hat, ist durch folgende Maßnahmen besonders gekennzeichnet: Man arbeitet im Vakuumofen bei Drücken unter 40 mm Hg und erhitzt auf Temperaturen bis höchstens 2000° C; man trennt das hierbei entstehende Dampfgemisch durch fraktionierte Abkühlung derart, daß man zunächst daraus den Al C N-Dampf, der sich durch Umsetzung von A1 N mit dem beigemengten Kohlenstoff gebildet hat, in festet- Form als A14 C3 und A1 N abscheidet; aus dem übrigbleibenden Dampfgemisch, das im wesentlichen aus Al- und Ale O-Dämpfen besteht, kondensiert man das Aluminium als flüssiges Metall.The process according to the invention, which involves the production of aluminum by thermal decomposition of aluminum nitride (e.g. the commercially available nitride) which may contain interfering amounts of carbon and aluminum oxide, is particularly characterized by the following measures: One works in a vacuum furnace at pressures below 40 mm Hg and heated to temperatures up to a maximum of 2000 ° C; the resulting vapor mixture is separated by fractional cooling in such a way that the Al C N vapor, which was formed by the reaction of A1 N with the added carbon, is first deposited therefrom in solid form as A14 C3 and A1 N; The aluminum is condensed as a liquid metal from the remaining vapor mixture, which consists essentially of Al and ale O vapors.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Durchführungsform wird ein Druck von 0,5 mm Hg angewendet, und die Abscheidung des gebildeten A1 C N-Dampfes in Form von festem A14 C3 und A1 N-Ablagerungen erfolgt bei 1400 bis 1500° C, worauf bei 1200 bis 1300° C das Aluminium auf an sich bekannte Art zur Kondensation als Flüssigkeit gebracht wird und die restlichen A12 O-Dämpfe auf 1000 bis 1200° C abgekühlt werden, derart, daß sich das A12 O zu A12 03 und Al disproportioniert.According to a particularly expedient embodiment, a pressure of 0.5 mm Hg is applied, and the A1 C N vapor formed is deposited in the form of solid A14 C3 and A1 N deposits at 1400 to 1500 ° C, followed by 1200 to 1300 ° C the aluminum is brought to condensation as a liquid in a manner known per se and the remaining A12 O vapors are cooled to 1000 to 1200 ° C in such a way that the A12 O is disproportionated to A12 03 and Al.

Das bei der Zersetzung der zunächst erhaltenen A1 C N-Dämpfe entstehende Gemisch aus A14 C3 und A1 N kann an auf dem Weg der Dämpfe zum Kondensator angeordneten Prallflächen abgeschieden werden, die gemäß einer besonderen Durchführungsform des Verfahrens durch vorübergehendes. Überhitzen und bzw. oder nruäkerniedrigung, beispielsweise bei 0,5 mm Hg und 1700° C gereinigt werden. können, wobei die Ablagerungen in gasförmiges Al CN und Al übergeführt werden.The resulting from the decomposition of the A1 C N vapors initially obtained Mixture of A14 C3 and A1 N can be arranged on the way of the vapors to the condenser Impact surfaces are deposited, which according to a special embodiment of the Procedure by temporary. Overheating and / or lowering of the grain size, for example cleaned at 0.5 mm Hg and 1700 ° C. can, with the deposits in gaseous form Al CN and Al are converted.

Vor Durchführung des Reinigungsverfahrens kann man das in dem Carbid A14c, enthaltene Aluminium wiedergewinnen, indem man. den Druck auf etwa 0,1 mm Hg herabsetzt. Das frei gemachte Aluminium wird an dem üblichem, Kondensator gesammelt, und an der Abfangfläche verbleibt ein Gemisch aus A1 N und Kohle. Die Temperatur wird dann auf 1700° C erhöht und das wieder gebildete Al C N an einem Spezialkondensator gesammelt.Before carrying out the cleaning process, the aluminum contained in the carbide A14c can be recovered by. reduces the pressure to about 0.1 mm Hg. The freed aluminum is collected in the usual condenser, and a mixture of A1N and carbon remains on the interception surface. The temperature is then increased to 1700 ° C and the re-formed Al CN is collected on a special condenser.

Das bei der Zersetzung von A'20 entstehende Gemisch aus Aluminiumoxyd und Aluminium kann an einem herausnehmbaren Kondensator abgeschieden und auf übliche Weise weiterbehandelt werden..The mixture of aluminum oxide produced by the decomposition of A'20 and aluminum can be deposited on a removable capacitor and on usual Way to be treated further.

Die verschiedenen Ablagerungen können gegebenenfalls nach Extraktion des wiedergewinnbaren Aluminiums in den Nitrierofen zurückgeleitet werden, nachdem man ihnen eine entsprechende Menge Kohle zugefügt hat.The various deposits can optionally after extraction of the recoverable aluminum are returned to the nitriding furnace after a corresponding amount of coal has been added to them.

Das Verfahren nach der Erfindung kann auf verschiedene Weise abgewandelt werden. Hat man beispielsweise ein Aluminiumnitrid mit einem Gehalt an 0,9°/o Kohlenstoff und mehr als 7% Aluminiumoxyd zu verarbeiten, so kann man dieses dissoziieren, ohne eine Abfangfläche für A1 C N zu benutzen, wobei man das A12 O gesondert kondensiert. Dann sind zwar dem am Kondensator abgeschiedenen Aluminium die aus dem A1 C N resultierenden Sinterprodukte beigemischt, es bewegt sich jedoch trotzdem in flüssigem Zustand weiter.The method according to the invention can be modified in various ways will. For example, if you have an aluminum nitride with a content To process 0.9 per cent carbon and more than 7 per cent aluminum oxide, one can dissociate this without using an intercepting surface for A1 C N, whereby the A12 O condensed separately. Then it is true that the aluminum deposited on the capacitor the sintered products resulting from the A1 C N are mixed in, but it moves still in a liquid state.

Das Gemisch aus A12 03 und Al, das aus dem kondensierten A12 O erhalten wurde, kann später auf Aluminium verarbeitet werden, um die Ausbeute zu verbessern.The mixture of A12 03 and Al obtained from the condensed A12 O can later be processed on aluminum to improve the yield.

Will man beispielsweise ein Nitrid mit 2% Kohlenstoff und 6,8%-Aluminiumoxyd dissoziieren, so macht man von den erwähnten. Prallfangflächen für das A1 C N Gebrauch und kondensiert das A12 O zusammen mit dem A1 am Kondensator. Das Kondensat bewegt sich. im flüssigen Zustand weiter.For example, if you want a nitride with 2% carbon and 6.8% aluminum oxide dissociate, that is how one does from those mentioned. Impact surfaces for the A1 C N use and condenses the A12 O together with the A1 on the capacitor. The condensate moves themselves. in the liquid state.

Die Auswahl der günstigsten Arbeitsbedingungen hängt in erster Linie von wirtschaftlichen Faktoren ab, d. h. von den Kosten für das Ausgangsnitrid und für die Gewinnung von Aluminium aus den Ablagerungen oder dem Gemisch aus A12 03 -h Al, das bei der Dissoziation von A12 O entsteht.The selection of the most favorable working conditions depends in the first place on economic factors, d. H. on the cost of the starting nitride and for the extraction of aluminum from the deposits or the mixture of A12 03 -h Al, which results from the dissociation of A12 O.

Eine sehr wichtige Maßnahme ist, wie schon erwähnt, die Verhinderung einer Berührung des Dampfgemisches mit kohlenstoffhaltigen Teilen der Vorrichtung. Die sich daraus ergebende Notwendigkeit, die Anwesenheit von Kohlenstoff in sämtlichen Teilen des Dissoziationsofens, wo die Temperatur 1500° C überschreitet, zu vermeiden, ist sehr erschwerend, denn als ausgezeichnetes hitzebeständiges Material und guter Leiter für Wärme und Elektrizität hat sich beim Bau derartiger Öfen in erster Linie Graphit bewährt. Es ist daher nötig, Maßnahmen zum Schutz des Graphits zu treffen, die dessen Verwendung für die Dissoziationsöfen ermöglichen, ohne daß dabei das Risiko einer Bildung, des Aluminiummonocyanids besteht. Wie festgestellt wurde, worden die gegen hohe Temperaturen widerstandsfähigen feuerfesten Carbide und Nitride, insbesondere diejenigen des Wolframs, des Molybdüns, des Tontals, des Titans, des Zirkoni.ums, allein oder im Gemisch, von dem Aluminiumnitrid bei dessen Dissoziationstemperatur nicht angegriffen und sind außerdem inert gegenüber Al 20-haltigen Dämpfen, wie sie bei der Dissoziation entstehen. Derartige Stoffe können daher grundsätzlich beim Bau des Ofens verwendet werden; auf Grund ihres Gewichtes und ihres Gestehungspreises bedeuten derartige Baustoffe allerdings praktisch eine starke Belastung des Ver=-fahrens.As already mentioned, a very important measure is prevention contact of the vapor mixture with carbon-containing parts of the device. The consequent need for the presence of carbon in all Avoid sharing the dissociation furnace where the temperature exceeds 1500 ° C, is very aggravating because as an excellent heat-resistant material and good Conductor for heat and electricity has been used in the construction of such furnaces in the first place Proven graphite. It is therefore necessary to take measures to protect the graphite, which enable it to be used for dissociation furnaces without the Risk of formation of aluminum monocyanide. As it was found refractory carbides and nitrides, resistant to high temperatures, especially those of tungsten, molybdenum, clay valley, titanium, des Zirconia, alone or in a mixture, of the aluminum nitride at its dissociation temperature not attacked and are also inert to Al 20 -containing vapors, such as they arise during dissociation. Such substances can therefore in principle used in the construction of the furnace; due to their weight and their cost price However, building materials of this type mean in practice a heavy burden on the process.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des Ofens zurr Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist daher der als Baustoff verwendete Graphit mit einem dünnen Schutzüberzug aus den genannten Stoffen versehen.According to a special embodiment of the furnace for performing the Method according to the invention is therefore the graphite used as a building material with provided with a thin protective coating made of the substances mentioned.

Man bereitet zu diesem Zweck eine Aufschwemmung, die sich mit dem Pinsel auftragen läßt, indem man ein hochschmelzendes Metall (W, Mo, Ta usw.) bzw. sein Carbid oder Nitrid in Pulverform in einer organischen Flüssigkeit suspendiert, die nach dem Trocknen und Einbrennen ein Kohlenstoffskelett hinterläßt. Ein ausgezeichneter Wolframanstrich ist beispielsweise erhältlich, indem man 100g Wolframpulver in. 50 g einer alkoholischen Schellacklösung suspendiert.For this purpose a suspension is prepared that deals with the A brush can be applied by using a high-melting metal (W, Mo, Ta, etc.) or its carbide or nitride in powder form suspended in an organic liquid, which leaves a carbon skeleton after drying and baking. An excellent one For example, tungsten paint can be obtained by adding 100g of tungsten powder. 50 g of an alcoholic shellac solution suspended.

Nach Trocknen bei Raumtemperatur läßt sich durch Brennen unter Vakuum bei mehr als 1000° C, vorzugsweise zwischen 1500 und 1800° C, unter Carbidisierung des Wolframs eine ausgezeichnete Härtung des Graphits erreichen, die ihn sowohl weitgehend undurchdringlich als auch widerstandsfähig gegen mechanischen Abrieb und chemische Korrosion durch Al N oder A12 O macht.After drying at room temperature, it can be fired under vacuum at more than 1000 ° C, preferably between 1500 and 1800 ° C, with carbidization of the tungsten achieve an excellent hardening of the graphite, which both largely impenetrable and resistant to mechanical abrasion and chemical corrosion by Al N or A12 O makes.

Auch der Teil des Kondensators, an. dem sich das Aluminium kondensiert, darf das flüssige Metall nicht verunreinigen; agglomeriertes Aluminiumnitrid ist für diesen Zweck besonders gut geeignet.Also the part of the capacitor, on. which the aluminum condenses, must not contaminate the liquid metal; is agglomerated aluminum nitride particularly well suited for this purpose.

Die Prallfläche für die A1 C N-Dämpfe, an der sich diese zu A14 C. und AI N zersetzen, kann aus ungeschütztem Graphit bestehen.The impact surface for the A1 C N vapors, on which they decompose to A14 C. and AI N , can consist of unprotected graphite.

Die Zeichnung stellt im Schnitt zwei beispielhafte Ausführungsformen für Öfen dar, wie sie zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zwecks Gewinnung von Aluminium durch thermische Dissoziation von Aluminiumnitrid im Vakuum geeignet sind.The drawing represents two exemplary embodiments in section for ovens as they are used to carry out the method according to the invention Extraction of aluminum by thermal dissociation of aluminum nitride in a vacuum are suitable.

In Fig. 1 stellt 1 das: Zufuhrrohr für das Nitrid dar; 2 ist der vakuumdichte Stahlmantel; 3 ist die wärmebeständige Auskleidung, die aus Petroleumkoks bestehen kann; 4 ist ein innen mit Molybdäncarbid und an der Außenseite mit einer Schutzschicht gemäß dem Verfahren nach der Erfindung überzogener Graphittiegel.In Fig. 1, 1 represents: the supply pipe for the nitride; 2 is the vacuum density Steel jacket; 3 is the heat resistant lining made of petroleum coke can; 4 is an inside with molybdenum carbide and on the outside with a protective layer graphite crucible coated according to the method according to the invention.

Der Tiegel enthält die-Charge des zu dissoziierenden Nitrids, und diese wird mittels eines darin eintauchenden axialen Heizelementes 5 auf entsprechende Temperatur gebracht. Das Heizelement besteht aus vollkommen mit Molybdäncarbid überzogenem Graphit. 6 ist ein Heizraum mit Widerständen 7, die dazu dienen, die Oberfläche der aus Graphit bestehenden Zwischenwände 8 zu beheizen. An der oberen Hälfte dieser Zwischenwände setzen sich im vorliegenden Fall die Zersetzungsprodukte (A14 C3, Al N) aus dem allenfalls gebildeten Al C N-Dampf an. Sie werden von Zeit zu Zeit durch Aufheizen mittels der Widerstände 7 entfernt. An der unteren Hälfte der Zwischenwände 8 (und im Kanal 11) wird das sich abscheidende Ale O zu Al und A12 03 disproportioniert. 9 ist der wassergekühlte Kondensator für das metallische Aluminium, dessen Kopf 10 aus Aluminiumnitrid besteht, 11 ist der Dampfkanal aus agglomeriertem A.luminiumnitrid, an dem die A120-Dämpfe sich zersetzen, und 12 ist der Vakuumstutzen. Das Aluminium, das sich am Kondensatorkopf 10 im flüssigen Zustand kondensiert, wird bei 13 gesammelt.The crucible contains the charge of the nitride to be dissociated, and this is brought to the appropriate temperature by means of an axial heating element 5 immersed therein. The heating element consists of graphite completely coated with molybdenum carbide. 6 is a heating room with resistors 7 which serve to heat the surface of the partition walls 8 made of graphite. In the present case, the decomposition products (A14 C3, Al N) from any Al C N vapor formed attach to the upper half of these partition walls. They are removed from time to time by heating up by means of the resistors 7. On the lower half of the partition walls 8 (and in the channel 11) the ale O that separates out is disproportionate to Al and A12 03. 9 is the water-cooled condenser for the metallic aluminum, the head 10 of which is made of aluminum nitride, 11 is the vapor channel made of agglomerated aluminum nitride, on which the A120 vapors decompose, and 12 is the vacuum port. The aluminum that condenses on the condenser head 10 in the liquid state is collected at 13.

Fig. 2 zeigt im wesentlichen die gleichen Anordnungen wie Fig. 1, nur daß der Tiegel 4, der das Aluminiumnitrid enthält, das dissoziiert werden soll, mittels einer Induktionsspule 15 geheizt wird, wobei der Graphitzylinder 17, der innen mit einer Molybdäncarbid-Schutzschicht ausgekleidet ist, den anderen Pol bildet. Die doppelte Prallfläche 14 besteht aus zwei siebartigen Graphitplatten, die das Durchstreichen der Dämpfe erlauben. und mittels der Induktionsspule 16 beheizt werden. Beispiel 1 In den Tiegel 4 einer Vorrichtung nach Fig. 2 führt man durch das Zufuhrrohr 1100 kg technisches Aluminiumnitrid von der Zusammensetzung 93,5 0/a A1 N, 6% A1203 und 0,5'°/o C ein. Der Ofen, wird auf etwa 0,5 mm Hg evakuiert und mittels der Spule 15 aufgeheizt, bis die Temperatur des -zu dissoziierenden Nitrids etwa 1700° C erreicht. Die doppelte Prallfläche 14 wird mittels der Spule 16 auf 1400 bis 1500° C erhitzt, wobei der Kondensatorkopf 10 auf 1200 bis 1300° C und der Dampfkanal 11 auf 1000 bis 1200° C kommt. Die Abfangfläche 14 für das Al C N hält etwa 3,7 kg Ablagerungen aus A14 C3 -1- Al N zurück; - die Aluminiumdämpfe kondensieren sich bei 10 und das flüssige Aluminium fließt in den Räum 13, ohne die Wände des Dampfkanals 11 zu berühren, an welchen sich das A120 unter Bildung einer festen Kruste aus Aluminiumoxyd und. sehr fein verteiltem Aluminium (etwa 13,1 kg) zersetzt hat.FIG. 2 shows essentially the same arrangements as FIG. 1, except that the crucible 4, which contains the aluminum nitride which is to be dissociated, is heated by means of an induction coil 15, the graphite cylinder 17 being lined on the inside with a protective layer of molybdenum carbide is, forms the other pole. The double baffle 14 consists of two sieve-like graphite plates that allow the vapors to pass through. and heated by means of the induction coil 16. EXAMPLE 1 1100 kg of technical aluminum nitride with the composition 93.5% A1N, 6% A1203 and 0.5% ° C. are introduced into the crucible 4 of a device according to FIG. The furnace is evacuated to about 0.5 mm Hg and heated by means of the coil 15 until the temperature of the nitride to be dissociated reaches about 1700 ° C. The double baffle surface 14 is heated to 1400 to 1500 ° C. by means of the coil 16, the condenser head 10 coming to 1200 to 1300 ° C. and the steam channel 11 to 1000 to 1200 ° C. The interception surface 14 for the Al CN holds back about 3.7 kg of deposits of A14 C3 -1- Al N; - The aluminum vapors condense at 10 and the liquid aluminum flows into the space 13 without touching the walls of the steam channel 11, on which the A120 is attached to form a solid crust of aluminum oxide and. has decomposed very finely divided aluminum (about 13.1 kg).

Das so aufgefangene Aluminium (etwa 51,9 kg) hat einen Reinheitsgrad von mehr als 99,711/a und enthält noch folgende Verunreinigungen: Fe .................... 0,18°/o Si .................... 0',0411/a Die Ausbeute beträgt 84,3°/o auf der Grundlage des an Stickstoff gebundenen Aluminiums und kann durch Extraktion von Aluminium aus" dem in den Carbönitridablagerungen enthaltenen Carbid noch auf 86,7 0/11 gesteigert werden.The aluminum (about 51.9 kg) collected in this way has a degree of purity of more than 99.711 / a and still contains the following impurities: Fe .................... 0.18 ° / o Si .................... 0 ', 0411 / a The yield is 84.3 ° / o based on the nitrogen-bound aluminum and can be through Extraction of aluminum from "the carbide contained in the carbonitride deposits can be increased to 86.7 0/11.

Wird als Aüsgangsprodukt ein reineres Alumin.iuinnitrid benutzt, so kann die Prallfläche 14 entbehrlich werden, da dann der Gehalt an freiem Aluminiummetall ausreicht, um das Kondensat in flüssigem Zustand abzuziehen. Diese Arbeitsweise ist im Beispiel 2 erläutert.If a purer aluminum nitride is used as the starting product, so the baffle 14 can be dispensed with, since then the content of free aluminum metal sufficient to draw off the condensate in the liquid state. This way of working is explained in example 2.

Beispiel 2 Bei dem Ofen nach Fig. 2, in dem jedoch die Prallfläche 14 ausgebaut wurde und die Konden.satortemperatur auf 1000° C gehalten wird, so da$ sich die Aluminiumdämpfe und die Ablagerungen dort ge@-meinsam kondensieren, werden 100 g Aluminiumnitrid mit 0,5-°/o C und 2,5'°/o A1203 in den Tiegel 4 eingeführt. Es wird ein Vakuum von 0,5 mm Hg errichtet und der Tiegel 4 auf 1700° C erhitzt, wobei die in diesem Fall besonders geschützten Wände mittels der Spule 16 auf 1500° C erhitzt werden.Example 2 In the furnace according to FIG. 2, in which, however, the baffle 14 has been removed and the condenser temperature is kept at 1000 ° C. so that the aluminum vapors and the deposits condense there together, 100 g of aluminum nitride are obtained Introduced into crucible 4 at 0.5 ° / o C and 2.5 ° / o A1203. A vacuum of 0.5 mm Hg is established and the crucible 4 is heated to 1700 ° C., the walls, which are particularly protected in this case, being heated to 1500 ° C. by means of the coil 16.

Es, werden 67,8 kg flüssiges Kondensat, das nach dem Raum 13 abfließt, erhalten., aus welchem unter Umschmelzen finit einem Flußmittel 61,2 kg handelsübliches Aluminium gewonnen wird. 67.8 kg of liquid condensate, which flows off to space 13, are obtained, from which 61.2 kg of commercially available aluminum are obtained by remelting finitely with a flux.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A process for the production of aluminum by thermal decomposition of aluminum nitride, which contains possibly strengthening amounts of carbon and aluminum oxide as impurities, characterized in that the aluminum nitride in a vacuum furnace at pressures below 40 mm H- to temperatures of up to 2000 ° C and the resulting vapor mixture is separated by fractional cooling, in such a way that the aluminum cyanide vapor formed by the reaction of aluminum nitride with the added carbon is first deposited therefrom in solid form as aluminum carbide and aluminum nitride, whereupon aluminum is separated from the mixture - and aluminum sub-oxide vapors the aluminum condenses in liquid form.

2. The method according to claim 1, characterized in that one a pressure of 0.5 mm H- applies and the aluminum cyanide in the form of aluminum carbide and aluminum nitride is deposited at 1400 to 1500 ° C, from the remaining vapor mixture the aluminum condenses at 1200 to 1300 ° C and the remaining aluminum suboxide vapors cools to 1000 to 1200 ° C, so that it turns into solid aluminum oxide and aluminum disproportionate.

3. Procedure. according to claim 1 and 2, characterized in that that one obtained by reaction of the aluminum cyanide content on baffles aluminum carbide and aluminum nitride deposited within the device temporary overheating of the baffles and / or pressure reduction in gaseous form Aluminum cyanide and aluminum vapor transferred.

4. Oven to carry out the procedure according to claim 1 to 3, characterized in that all with the aluminum nitride or its decomposition products that come into contact with parts that have a temperature Reach over 1500 ° C, made of high melting point material, preferably a carbide or nitride of tungsten, molybdenum, tantalum, titanium or zinc, or preferably consist of graphite with a protective coating of the carbides or nitrides mentioned,