DE1144010B - Process for the simultaneous production of sodium-aluminum double fluorides and silicon or aluminum-silicon alloys - Google Patents
Process for the simultaneous production of sodium-aluminum double fluorides and silicon or aluminum-silicon alloysInfo
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Description
Es ist bekannt, durch Umsetzung von Natriumsilikofluorid mit Aluminium ein Natrium-Aluminium-Doppelfluorid sowie Silicium oder eine Aluminium-Silicium-Legierung herzustellen nach folgender Gleichung: It is known by reacting sodium silicofluoride with aluminum, a sodium-aluminum double fluoride and silicon or an aluminum-silicon alloy manufactured according to the following equation:
3 Na2SiF6 + (4 + x)Al->- 6NaF + 4 AlF3 + 3 Si(+xAl)3 Na 2 SiF 6 + (4 + x) Al -> - 6NaF + 4 AlF 3 + 3 Si (+ xAl)
Zu diesem Zweck wird ein Gemisch von Natriumsilikofluorid und Aluminium oder Natriumsilikofluorid allein in eine Aluminiumschmelze eingetragen. Dabei muß durch Ausschluß von Luftfeuchtigkeit und durch innige Mischung durch Rühren dafür Sorge getragen werden, daß sich das Natriumsilikofluorid nicht zersetzt und eventuell abgespaltenes Siliciumtetrafluorid nicht entweicht. Bei der Reaktion *5 entsteht eine flüssige Aluminium-Silicium-Legierung sowie eine Salzschmelze mit einer dem Chiolith (3AlF3* 5NaF) ähnlichen Zusammensetzung. Chiolith kann in der Aluminiumindustrie als Fluß- oder Raffinationsmittel verwendet werden; begehrter ist a° jedoch der Kryolith mit einer etwas anderen Zusammensetzung (AlF3 · 3NaF). Die praktische Durchführung dieses Verfahrens wird erschwert durch das notwendige intensive Rühren und den Ausschluß jeglicher Feuchtigkeit.For this purpose, a mixture of sodium silicofluoride and aluminum or sodium silicofluoride alone is introduced into an aluminum melt. Care must be taken by excluding atmospheric moisture and thorough mixing by stirring that the sodium silicofluoride does not decompose and any silicon tetrafluoride that may have split off does not escape. The reaction * 5 produces a liquid aluminum-silicon alloy and a molten salt with a composition similar to chiolite (3AlF 3 * 5NaF). Chiolite can be used as a flux or refining agent in the aluminum industry; However, cryolite with a slightly different composition (AlF 3 · 3NaF) is more sought-after. The practical implementation of this process is made difficult by the necessary intensive stirring and the exclusion of any moisture.
Nach einem anderen Verfahren werden das Natriumsilikofluorid und das Aluminium in eine Fluoridschmelze eingetragen und dort durch intensives Rühren gemischt und zur Reaktion gebracht, wobei wieder alle Feuchtigkeit ausgeschlossen werden sollte. Es wurde dabei auch schon vorgeschlagen, der Fluoridschmelze so viel Natriumfluorid zuzusetzen, daß an Stelle von Chiolith Kryolith erhalten wird.Another method is to combine the sodium fluoride silicofluoride and aluminum into a fluoride melt entered and mixed there by vigorous stirring and reacted, wherein again all moisture should be excluded. It has already been suggested that fluoride melt be used add so much sodium fluoride that cryolite is obtained instead of chiolite.
Es ist auch bekannt, eine innige Mischung von Salz und Aluminiumgrieß zur Reaktion zu bringen. In allen Fällen wird jedoch die Reaktion in flüssiger Phase durchgeführt, wobei immer Aluminium im Überschuß vorhanden ist.It is also known to cause an intimate mixture of salt and aluminum powder to react. In all cases, however, the reaction is carried out in the liquid phase, with aluminum always in the Excess is present.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Natrium-Aluminium-Doppelfluoriden und Silicium oder Aluminium-Silicium-Legierungen, bei der die bekannte Umsetzung zwischen Natriumsilikofluorid und Aluminium auf einfachere Weise und insbesondere ohne Rühren und ohne Ausschluß von Luft und Feuchtigkeit in offenen Gefäßen unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt werden kann.The invention now relates to a process for the simultaneous production of sodium-aluminum double fluorides and silicon or aluminum-silicon alloys, in which the known reaction between Sodium fluosilicate and aluminum in a simpler way and in particular without stirring and without Exclusion of air and moisture carried out in open vessels under atmospheric conditions can be.
Erfindungsgemäß wird ein inniges, pulveriges, dicht geschüttetes Gemisch aus Natriumsilikofluorid, Natriumfluorid und Aluminium durch Erhitzen zur Reaktion in festem Zustand gebracht. Der Natriumfluoridgehalt der Reaktionsmischung ist der ge-Verfahren zur gleichzeitigen HerstellungAccording to the invention, an intimate, powdery, densely packed mixture of sodium silicofluoride, Sodium fluoride and aluminum reacted in a solid state by heating. The sodium fluoride content the reaction mixture is the ge method of simultaneous preparation
von Natrium-Aluminium-Doppelfluoridenof sodium-aluminum double fluorides
und Silicium oder Aluminium-Silicium-and silicon or aluminum-silicon
LegierungenAlloys
Anmelder:Applicant:
Aluminium - Industrie -Aktien - Gesellschaft,
Chippis (Schweiz)Aluminum Industry Shares Society
Chippis (Switzerland)
Vertreter: Dr. K. SchwarzhansRepresentative: Dr. K. Schwarzhans
und Dipl.-Chem. Dr. phil. E. Jung, Patentanwälte,and Dipl.-Chem. Dr. phil. E. Jung, patent attorneys,
München 19, Romanplatz 10Munich 19, Romanplatz 10
Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 10. Dezember 1959 (Nr. 81 692)Claimed priority:
Switzerland of December 10, 1959 (No. 81 692)
Dr. Chem. Remi Alexis Chaperon, Zürich (Schweiz), ist als Erfinder genannt wordenDr. Chem. Remi Alexis Chaperon, Zurich (Switzerland), has been named as the inventor
wünschtenZusammensetzung des entstehendenDoppelfluorides angepaßt, während der Aluminiumgehalt mindestens zur Reduktion des Siliciums ausreicht. Das Gemisch wird so hoch erhitzt, daß die Reaktion abläuft, das Reaktionsprodukt jedoch nicht geschmolzen wird. Erst nach der Reaktion wird dieses durch Schmelzen in Salz und Metall getrennt.to the desired composition of the resulting double fluoride, while the aluminum content is at least sufficient to reduce the silicon. The mixture is heated so high that the reaction occurs, but the reaction product is not melted. Only after the reaction does this become separated by melting into salt and metal.
Die Reaktion findet nicht in einem Schmelzfluß statt wie bei den bekannten Verfahren. Ein Rühren erübrigt sich; es genügt, wenn die Reaktionsteilnehmer in einer innigen, pulverförmigen, dicht geschütteten Mischung vorliegen. Luft und deren Feuchtigkeit müssen nicht ausgeschlossen werden. Die Reaktion kann in einem gewöhnlichen Schmelzofen oder in einem Tiegel durchgeführt werden. Das Reaktionsgemisch kann z. B. durch Widerstands-, Induktionsoder Elektrodenheizung oder auch durch ein aluminothermisches Gemisch erhitzt werden. Die Reaktion setzt bei Temperaturen über 6000C ein und erfaßt unter Wärmeentwicklung das ganze Pulvergemisch,The reaction does not take place in a melt flow as in the known processes. There is no need to stir; it is sufficient if the reactants are present in an intimate, powdery, densely packed mixture. Air and its moisture do not have to be excluded. The reaction can be carried out in an ordinary melting furnace or in a crucible. The reaction mixture can, for. B. be heated by resistance, induction or electrode heating or by an aluminothermic mixture. The reaction begins at temperatures above 600 ° C. and, with the development of heat, covers the entire powder mixture,
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ohne daß dieses jedoch niedergeschmolzen wird. Eine Rauchentwicklung durch entweichendes, von einer Zersetzung des Natriumsilikofluorides herrührendes Siliciumtetrafluorid findet nicht oder nur in sehr geringem Ausmaß statt. Sie ist um so geringer, je höher der Natriumfluoridgehalt der Mischung ist. Die Zersetzung des Natriumsilikofluorides wird durch die Gegenwart von Natriumfluorid zurückgedrängt, τ··,..·".but without this being melted down. A smoke development through escaping, from Silicon tetrafluoride resulting from decomposition of the sodium silicofluoride does not or only takes place to a very small extent. The higher the sodium fluoride content of the mixture, the lower it is is. The decomposition of the sodium silicofluoride is suppressed by the presence of sodium fluoride, τ ··, .. · ".
Das feste Reaktionsprodukt wird durch Schmelzen in eine Salz- und eine Metallschicht getrennt. Die notwendige Temperatur richtet sich nach der Zusammensetzung des entstehenden Doppelfluorides. Bei Kryolith sind etwa 10000C notwendig. Ist weniger oder mehr NaF vorhanden, so senkt sich die Temperatur entsprechend dem Zustandsdiagramm AlF3-NaF. Die Schmelzung kann je nach Erfordernis direkt anschließend an die Umsetzungsreaktion im selben Gefäß oder erst später in einem besonderen Ofen durchgeführt werden. Zur Herstellung einer Aluminium-Silicium-Legierung kann das gebrochene Reaktionsprodukt auch in eine auf die notwendige Temperatur erhitzte Aluminiumschmelze eingetragen werden.The solid reaction product is separated into a salt and a metal layer by melting. The required temperature depends on the composition of the resulting double fluoride. In the case of cryolite, around 1000 ° C. are necessary. If there is less or more NaF, the temperature is reduced according to the AlF 3 -NaF state diagram. Depending on the requirements, the melting can be carried out directly after the conversion reaction in the same vessel or later in a special furnace. To produce an aluminum-silicon alloy, the broken reaction product can also be introduced into an aluminum melt heated to the required temperature.
Beim bekannten Versuch mit Natriumsilikofluorid, Natriumfluorid und Aluminiumgrieß im Überschuß konnte nur eine Silieiumausbeute von 86% erzielt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht die Silieiumausbeute hingegen ohne Schwierigkeit 95°/o und mehr, selbst im technischen Großeinsatz. In the known experiment with sodium silicofluoride, sodium fluoride and aluminum powder in excess a silicon yield of only 86% could be achieved. With the method according to the invention On the other hand, the silicon yield reaches 95% and more without difficulty, even in large-scale technical operations.
Das Aluminium kann als Pulver oder Grieß verwendet werden. Vorzugsweise setzt man etwas mehr ein als die stöchiometrische Menge, die zur Reduktion des Siliciums notwendig ist, damit das Silicium schon im status nascendi in einer Aluminium-Silicium-Legierung gebunden wird. Es läßt sich auf diese Weise besser von der Salzschmelze trennen, und zudem wird die Silieiumausbeute erhöht.The aluminum can be used as powder or grit. It is preferable to bet a little more one than the stoichiometric amount that is necessary to reduce the silicon, so that the silicon already in status nascendi in an aluminum-silicon alloy is bound. It can be separated better from the molten salt in this way, and moreover the silicon yield is increased.
Dem Gemisch von Natriumsilikofluorid, Natriumfluorid und Aluminiumpulver wird vorteilhafterweise noch etwas Tonerde zugesetzt. Es wird dadurch der Schmelzpunkt des Reaktionsproduktes herabgesetzt, so daß die Trennung in Salz und Legierung rascher erfolgt. Wenn so viel Tonerde zugesetzt wird, daß der entstehende Kryolith daran gesättigt ist, so besteht auch nicht die Gefahr, daß beim Arbeiten in mit Tonerdesteinen ausgekleideten öfen Tonerde aus dem Ofenfutter herausgelöst wird. Wenn der entstehende Kryolith für die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse verwendet wird, so stört die zugesetzte Tonerde nicht, da ja dort auch Tonerde zugegeben wird. Das Reaktionsgemisch besteht z. B. aus 50 Teilen Natriumsilikofluorid, 25 Teilen Natriumfluorid und 25 Teilen Aluminium, dem noch bis 15 % Tonerde zugesetzt werden können.The mixture of sodium silicofluoride, sodium fluoride and aluminum powder is advantageously added a little more clay. It becomes the Melting point of the reaction product lowered so that the separation into salt and alloy more quickly he follows. If so much clay is added that the resulting cryolite is saturated with it, then there is nor the risk of alumina from working in kilns lined with alumina stones is removed from the oven lining. When the resulting cryolite for the production of aluminum is used by fused-salt electrolysis, the added alumina does not interfere, as there is Alumina is added. The reaction mixture consists, for. B. from 50 parts of sodium silicofluoride, 25 parts of sodium fluoride and 25 parts of aluminum to which up to 15% alumina are added can.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Umsetzung und das anschließende Schmelzen zwecks Trennung des Reaktionsproduktes oder auch nur die letztere Operation in einem in Betrieb stehenden Elektrolyseofen zur Herstellung von Aluminium aus Tonerde in einer Fluoridschmelze durchgeführt. Das Verfahren kann somit in einer Aluminiumhütte auf ein- 65 ■ fache Weise in bestehenden Einrichtungen ausgeführt werden; die Elektrolyse des Aluminiums wird dabei nicht gestört. Es entstehen bei entsprechender Zusammensetzung der Ausgangsmischung eine AIuminium-Silicium-Legierung und Kryolith, wie letzteres auch schon im Elektrolyseofen vorliegt. Beide können periodisch aus dem Ofen ausgeschöpft werden.In a particular embodiment of the process according to the invention, the implementation and the subsequent melting to separate the reaction product or just the latter Operation in an operating electrolysis furnace for the production of aluminum from alumina carried out in a fluoride melt. The process can thus be carried out in an aluminum smelter on one 65 ■ multiple ways in existing facilities; the electrolysis of the aluminum is taking place not bothered. With the appropriate composition of the starting mixture, an aluminum-silicon alloy is created and cryolite, as the latter is already in the electrolysis furnace. Both can periodically exhausted from the oven.
Es wird beispielsweise ein homogenes Gemisch aus 50% Natriumsilikofluorid, 25% Natriumfluorid und 25% Aluminiumgrieß portionsweise, je 2 kg in eine Aluminiumfolie eingepackt, in den Schmelzfluß eines Aluminiumelektrolyseofens von 40 000 A mit vorgebrannten Anoden eingetragen, und zwar 300 bis 400 kg in 24 Stunden. Die Pakete, die vorzugsweise auf eine Temperatur unterhalb der Reaktionstemperatur vorgewärmt werden, werden durch Eintauchen in den Fluß mit einer Flußkruste überzogen, in deren Inneres die Umsetzungsreaktion abläuft. Die Pakete zerfallen erst nach Beendigung der Reaktion unter Aufschmelzen und Trennen der Reaktionsprodukte. Die entstandene Aluminium-Silicium-Legierung gelangt in das elektrolytisch abgeschiedene Aluminium, und der Kryolith mischt sich mit dem ebenfalls aus Kryolith bestehenden Ofenfluß. Ohne Störung des Ofenganges konnten auf diese Weise in 4wöchigem Betrieb 7500 kg Kryolith gewonnen werden. Die Silieiumausbeute als Aluminium-Silicium-Legierung betrug 95%·For example, it becomes a homogeneous mixture of 50% sodium silicofluoride, 25% sodium fluoride and 25% aluminum grits in portions, each 2 kg wrapped in an aluminum foil, in the melt flow of an aluminum electrolysis furnace of 40,000 A with pre-burned anodes, namely 300 to 400 kg in 24 hours. The packets, which are preferably preheated to a temperature below the reaction temperature, are immersed covered in the river with a river crust, in the interior of which the conversion reaction takes place. The packets only disintegrate after the reaction has ended, with the reaction products melting and separating. The resulting aluminum-silicon alloy gets into the electrodeposited aluminum and the cryolite mixes with it furnace flow also consisting of cryolite. In this way, they could without disturbing the oven 7500 kg of cryolite can be obtained in 4-week operation. The silicon yield as an aluminum-silicon alloy was 95%
Das Reaktionsgemisch kann auch in Papiersäcke eingefüllt sein. Beim Einlegen in den Ofenfluß verbrennt der Papiersack sofort, und die Mischung wird von einer Ofenflußkruste eingehüllt, ohne zu zerfallen. Das Reaktionsgemisch kann auch in brikettierter Form eingesetzt werden. Wichtig ist, daß es nicht einfach lose auf den Ofenfluß geschüttet wird.The reaction mixture can also be filled into paper sacks. Burns when placed in the furnace flow the paper sack immediately, and the mixture is enveloped in an oven river crust without disintegrating. The reaction mixture can also be used in briquetted form. The important thing is that it doesn't simply poured loosely onto the furnace flow.
Es kann auch so vorgegangen werden, daß das Reaktionsgemisch in einem separaten Behälter durch langsames Aufheizen zur Reaktion gebracht und das zerkleinerte Reaktionsprodukt, vorzugsweise noch in warmem Zustand, in den Aluminiumelektrolyseofen eingetragen wird, wo dann die Trennnung in Metall und Salz stattfindet.It is also possible to proceed in such a way that the reaction mixture passes through in a separate container slow heating brought to reaction and the comminuted reaction product, preferably still in warm state, is entered in the aluminum electrolysis furnace, where the separation in metal and salt takes place.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH8169259A CH402826A (en) | 1959-12-10 | 1959-12-10 | Process for the simultaneous production of sodium-aluminum double fluorides and silicon or aluminum-silicon alloys |
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ID=4539045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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1960
- 1960-12-08 FR FR846266A patent/FR1278812A/en not_active Expired
- 1960-12-09 DE DE1960A0036245 patent/DE1144010B/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US1464625A (en) * | 1920-03-18 | 1923-08-14 | Pacz Aladar | Electrolyte for aluminum production and method of preparing same |
Also Published As
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FR1278812A (en) | 1961-12-15 |
CH402826A (en) | 1965-11-30 |
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