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Verfahren zur Entfernung von leichter flüchtigen Begleitstoffen aus
Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch Vakuumdestillation Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Entfernung von leichter flüchtigen Begleitstoffen, insbesondere
schädlichen Verunreinigungen, wie Zink, Magnesium und/oder Blei, und Gasen aus Aluminium
oder Aluminiumlegierungen durch Vakuumdestillation.
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Die Trennung von Metallen durch Vakuumdestillation ist bekannt; so
kann z. B. Zink von Aluminium in einer Vakuumdestillationsanlage getrennt werden,
wobei das Zink sich in der Vorlage sammelt. Im allgemeinen wird das Verfahren jedoch
wegen der bisher den Anforderungen nicht genügenden Anlagen technisch nicht angewandt
und hat nur für Laboratoriumszwecke Bedeutung. Die in technischer Hinsicht auftretenden
Schwierigkeiten sind darauf zurückzuführen, daß bei den bisher bekannten Anlagen
die Beheizung übereinstimmend während der Destillation vorgenommen wurde. Widerstandsbeheizte
Öfen scheiden wegen der Empfindlichkeit des Heizleitermaterials gegenüber der direkten
Berührung durch Aluminium aus. Für eine Beheizung auf induktivem Wege kommt ein
Hochfrequenzofen nicht in Betracht, da eine vakuumdichte Ummantelung des Ofengehäuses
wegen des Auftretens von Überschlägen an der Ofenspule nicht möglich ist. Aber auch
die Verwendung eines Niederfrequenzofens ist für die Entfernung von flüchtigen Verunreinigungen
aus Aluminium keine einfache Lösung des Problems, weil dieser eine Isolationsfuge
erforderlich macht, welche große Schwierigkeiten verursacht und keineswegs einfach
anzubringen ist. Aus diesem Grunde hat sich auch die Verwendung von Niederfrequenzöfen
für die technische Reinigung von Aluminium nicht eingeführt.
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In den Metallhütten werden daher unerwünschte und schädliche Verunreinigungen,
wie Zink und Blei, aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mangels wirtfchaftlicher
Verfahren nicht entfernt. Magnesium, das sich ebenfalls durch Vakuumdestillation
abtrennen läßt, wird aus wirtschaftlichen Gründen nicht durch dieses Verfahren,
sondern z. B. durch Behandlung mit geschmolzenen Fluoriden im Drehofen oder nach
dem Chlor-Stickstoff-Verfahren entfernt.
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Die Erfindung ermöglicht die Entfernung von unerwünschten Begleitstoffen,
z. B. schädlichen Verunreinigungen wie Zink, Magnesium und/oder Blei sowie gelöste
Gase, aus Aluminium oder dessen Legierungen, vorzugsweise solchen, welche aus Abfällen
erschmolzen werden sollen, durch Vakuumdestillation in einfacher und wirtschaftlicher
Weise dadurch, daß die Vakuumdestillation in demselben, gegebenenfalls drehbaren
Flammofen durchgeführt wird, in dem das Metall eingeschmolzen wird, um z. B. in
Masseln, Barren oder andere Formstücke vergossen zu werden. Der Flammofen kann z.
B. mittels Gas, Öl oder Kohlenstaub beheizt werden, da während der Einschmelzperiode
im Ofen normale Druckverhältnisse herrschen, so daß die Verbrennungsgase ohne Schwierigkeit
abgeleitet werden können. Auch eine Beheizung mit elektrischem Strom ist in manchen
Fällen möglich, so z. B. durch elektrische Heizelemente, die innerhalb des Ofenraumes
angebracht sind.
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Das im Flammofen eingeschmolzene oder flüssig eingebrachte Aluminium
bzw. die Aluminiumlegierung wird nun auf eine hohe Temperatur, z. B. auf über 900°
C, gebracht, und spätestens zu diesem Zeitpunkt wird an dem Ofen eine Vorlage vakuumdicht
befestigt. Zweckmäßig setzt man die Vorlage an die Beschickungsöffnung des Ofens.
Nachdem alle Ofenöffnungen verschlossen worden sind, wird der Ofen samt Vorlage
evakuiert.
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Das Vakuum soll Werte unter 20 Torr, vorzugsweise unter 5 Torr, erreichen.
Infolge der Isolierung des Schmelzofens fällt die Temperatur der Metallschmelze
nur sehr langsam ab, und die Verdampfung der Verunreinigungen, z. B. Zink, Magnesium,
Blei usw., vollzieht sich ungestört. Die Dämpfe werden in der Vorlage durch Kondensation
bzw. Sublimation niedergeschlagen und eventuell auftretende Gase durch die Vakuumpumpe
entfernt. Die Vorlage besteht z. B. aus Stahlblech und ist nicht isoliert, infolgedessen
stellt
sie den kältesten Teil des Systems dar, wo sich die Dämpfe niederschlagen. Dabei
ist eine besondere Kühlung in der Regel nicht notwendig. Je nach der Bauart der
Vorlage kann es jedoch vorteilhaft sein, die Vorlage ganz oder teilweise zu kühlen,
z. B. die Anschlußstelle der Vakuumleitung zum Schutze der Vakuumpumpe. Diese Anschlußstelle
der Verbindungsleitung zur Vakuumpumpe wird zweckmäßig an dem dem Ofen gegenüberliegenden
Ende der Vorlage angeordnet. Alle Verunreinigungen, die bei der Arbeitstemperatur
einen Dampfdruck haben, der über dem des Aluminiums bzw. über dem der Komponenten
der Aluminiumlegierung liegt, können auf diese Weise aus der Schmelze entfernt werden.
Da es sich hierbei um sehr geringe Dampfdrücke handelt, kann die Verdampfung nur
unmittelbar an der Metalloberfläche stattfinden. Es hat sich daher bei dem Verfahren
als zweckmäßig erwiesen, die Metallschmelze in Bewegung zu halten, damit immer wieder
neue Teilchen an die Oberfläche geführt werden.
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Die Bewegung der Metallschmelze kann mit beliebigen Mitteln geschehen;
als wirkungsvoll ist das überfließen des Metalls über eine im Ofen angeordnete wehrähnliche
Barriere festgestellt worden, das durch kleine Drehbewegungen des Ofens um eine
Horizontalachse hervorgerufen wird.
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Nach der Vakuumdestillation, die bei den üblichen Flammöfen und bei
Chargen von 4 Tonnen etwa 2 bis 3 Stunden andauert, ist es ohne weiteres möglich,
nach Aufhebung des Vakuums und entsprechender Abkühlung des Metalls den Ofen als
Gießofen zu benutzen, wofür er mit einer Ausgußschnauze und entsprechender Drehvorrichtung
versehen sein kann. Die Drehvorrichtung kann die gleiche sein, mit der die beschriebene
Metallbewegung erzeugt wird.
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Zur Erzielung eines sehr reinen Gusses wird das Vakuum im Ofen nicht
aufgehoben, sondern eine vakuumdichte Gießform an die Ausgußöffnung des Ofens angeschlossen
und diese ebenfalls evakuiert. Die Gießform wird dann, z. B. durch Drehen des Ofens,
unter Vakuum mit Metall gefüllt. Der so erzeugte Guß ist besonders rein, da während
des Gießens keine Gasaufnahme des Metalls stattfindet und sich auch keine Oxydhäutchen
bilden können.
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Es hat sich ferner als zweckmäßig gezeigt, das Vakuum in der Gießform
nach dem Guß vor dem Erstarren des Metalls wieder aufzuheben. Dadurch wird die Bildung
von kleinen schaumförmigen Lunkerstellen auf der Gußoberfläche vermieden.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß das
Aluminium oder die Aluminium-Legierungen in einem z. B. mit Gas, Öl oder Kohlenstaub
beheizten Flammofen eingeschmolzen und nach Erreichen der erforderlichen Temperatur
in demselben Ofen einer Vakuumdestillation zur Entfernung unerwünschter und schädlicher
Verunreinigungen unterzogen und anschließend aus demselben Ofen unter Vakuum oder
bei atmosphärischem Druck vergossen werden kann.
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Der vakuumdichte Verschluß des Ofens ist einfach und ohne komplizierte
Vorrichtungen durchzuführen und ein Vakuum unter 5 Torr ohne Schwierigkeiten zu
erreichen.