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Verfahren zur Herstellung von Legierungen hochschmelzender Metalle
Die Erfindung betrifft ein einstufiges Verfahren zur Herstellung von Legierungen,
insbesondere von Vorlegierungen, die als Bestandteile hochschmelzende Elemente,
wie Titan, Zirkonium, Molybdän, Vanadium, Bor, Chrom oder Mangan, enthalten, durch
Reduktion der Oxyde dieser hochschmelzenden Elemente mit Aluminium oder Magnesium
unter Verwendung eines Überschusses an Flußmittel aus einem geschmolzenen Metallsalz,
vorzugsweise Kryolith.
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Legierungen mit einem verhältnismäßig kleinen Prozentsatz hochschmelzender
Metalle gewinnen zunehmend an Bedeutung. So wurde gefunden, daß ein geringer Prozentsatz
von 0,5 °/o Titan die Festigkeit einiger Aluminiumlegierungen um 30 °/o erhöht _
und daß verhältnismäßig geringe Mengen Titan die Korrosionsbeständigkeit von Magnesiumlegierungen
erhöhen, eine Kornfeinung des Stahls bewirken und das Altern von Aluminiumlegierungen
verzögern.
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Bei der Herstellung dieser Legierungen ergeben sich jedoch beträchtliche
Schwierigkeiten, die darauf beruhen, daß der Schmelzpunkt der hochschmelzenden Metalle,
wie Titan, Zirkonium, Molybdän usw., eben verhältnismäßig hoch und meist beträchtlich
höher als der Schmelzpunkt der meisten Metalle oder Legierungen liegt, deren Eigenschaften
durch Zugabe solcher hochschmelzender Metalle beeinflußt werden sollen. Tatsächlich
liegt der Schmelzpunkt der meisten hochschmelzenden Metalle über 1700°C. Außerdem
sind Titan, Zirkonium usw. in ihrer metallischen Form verhältnismäßig teuer, so
daß die- Herstellung einer Legierung, die einen wenn auch nur geringen Prozentsatz
an hochschmelzendem Metall enthalten soll, sehr kostspielig ist. Darüber hinaus
erfordern die bei der Herstellung der Legierungen verwendeten hohen Temperaturen
außerordentlich hitzebeständige Schmelztiegel, die teuer und schwer herzustellen
sind. Weiterhin führt das notwendige Überhitzen der Hauptbestandteile fast bis zum
Schmelzpunkt des hochschmelzenden Metalls wegen Verdampfung und Oxydation zu beträchtlichen
Metallverlusten. Schließlich geht dabei auch eine beträchtliche Wärmeenergie verloren.
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Zur Vermeidung der genannten Schwierigkeiten wurden bereits Legierungen
aus Aluminium mit hochschmelzenden Metallen dadurch hergestellt, daß das hochschmelzende
Metall in das geschmolzene Aluminium in Form einer Halogenverbindung eingebracht
wurde. Aber auch ein solches Verfahren ist unbefriedigend, weil die Herstellung
der Halogenverbindung kostspielig ist und schon die geringste Feuchtigkeit zu Explosionen
in der Schmelze führen kann.
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Weiterhin wurde versucht, die Halogenverbindung des hochschmelzenden
Metalls durch ein weniger kostspieliges Oxyd dieses Metalls und Kryolith zu ersetzen.
Auf diese Weise wurde bereits Plutoniumfluorid in einer Reaktion von Plutoniumoxyd
und Aluminiumfluorid in Kryolith bei einer Temperatur von 1000°C in einem Aluminiumbad
gebildet, wobei gleichzeitig eine Plutonium-Aluminium-Legierung entstand.
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Wenn das Oxyd des hochschmelzenden Metalls in einer Kryolithschmelze
gelöst wird, kann das Metall aus der Schmelze mit überschüssigem Aluminium legiert
mittels Aluminiumschrott entfernt werden. Erfahrungsgemäß reagieren jedoch nur kleine
Mengen des Metalloxydes mit dem Aluminiumfluorid, und die Löslichkeit des Metalloxydes
in Kryolith ist mit wenigen Ausnahmen (z. B. von Ah03) sehr begrenzt. TiO2 weist
lediglich eine Löslichkeit von 1 Teil in 100 Teilen Kryolith auf und benötigt somit
mindestens 100 Teile Kryolith für 1 Teil Ti0, Aus diesem Grunde eignen sich auch
solche Verfahren nicht zu einer wirtschaftlichen Herstellung der Legierung mit einem
hochschmelzenden Metall.
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Es wurde weiterhin bereits vorgeschlagen, hochschmelzende Metalle
in ein Aluminiumbad einzubringen, indem an der Oberfläche des Aluminiumbades mittels
eines elektrischen Lichtbogens eine aluminothermische Reduktion des Oxydes des zu
legierenden Metalls hervorgerufen wurde. Dabei entstehen örtliche Temperaturen von
über 3000°C, die
beträchtliche Verluste an Metalloxyd und Aluminium
zur Folge haben. Teile des gebildeten Aluminiumoxydes sinken gemeinsam mit dem reduzierten
Metall zum Boden des Bades hinab und machen die Schmelze nach der Abkühlung spröde.
An der Oberfläche des Bades entsteht außerdem eine Kruste aus A1203 und verhindert
das Einbringen zusätzlichen Metalls in das Bad. Das Entfernen der Kruste, z. B.
durch Sintern mittels der Flamme des Lichtbogens, durch Abschöpfen, durch Zusatz
eines Flußmittels zur Reinigung der Oberfläche usw., ist eine zeitraubende Angelegenheit
und macht dieses Verfahren ebenfalls für eine fortlaufende wirtschaftliche Anwendung
ungeeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel
zu vermeiden und Legierungen mit kleinen Anteilen hochschmelzender Metalle auf einfachere
und wirtschaftlichere Weise zu ermöglichen.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch
gelöst, daß die Reduktion des Oxydes eines der genannten hochschmelzenden Elemente
in Gegenwart eines erheblichen Überschusses des Reduktionsmetalls stattfindet, der
mit dem hochschmelzenden Metall eine geschmolzene Legierungsschicht bildet, während
das im Überschuß angewandte Flußmittel mit dem Oxyd des Reduktionsmetalls eine Schicht
einer flüssigen Schlacke bildet, die von der Legierungsschicht abgezogen wird.
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Während das überschüssige Reduktionsmetall, welsches einen Bestandteil
der herzustellenden Legierung bildet, als Verdünnungsmittel wirkt und die Reaktionsgeschwindigkeit
zwischen dem Reduktionsmetall und dem Oxyd herabsetzt, sorgt der Überschuß an Flußmittel
dafür, daß das gebildete Oxyd des Reduktionsmetalls vollständig gelöst und aus der
Metallphase entfernt wird.
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Die erfindungsgemäße Reduktion findet innerhalb des Bades des geschmolzenen
überschüssigen, nicht reagierenden Metalls statt, wodurch sich eine sehr gute Verteilung
des hochschmelzenden Metalls durch die ganze Schmelze hindurch ergibt. Die Reaktionswärme
wird schnell abgeleitet, und der nicht reagierende Metallüberschuß und das Flußmittel
bzw. die flüssige Schlacke wirken im Sinne einer zusätzlichen Dämpfung der Reaktionstemperatur.
Daraus ergibt sich insgesamt eine große Ausbeute an gewonnenem hochschmelzendem
Metall in der Legierung und ein Minimum an Verlusten von allen beteiligten Metallen.
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Die Erfindung geht im einzelnen von der Tatsache der sehr guten Löslichkeit
von A1203 in Kryolith (18 Teile in 100 Teilen) und der geringen Löslichkeit des
Oxydes des hochschmelzenden Metalls in diesem Flußmittel aus. Es werden also keine
übermäßigen Mengen an Flußmittel benötigt, und über 1000°C ist die Schlacke vollständig
flüssig. Die flüssige Schlacke, die wiederum die fortlaufende weitere Einbringung
von Metalloxyd während des Reduktionsvorganges gestattet, läßt sich leicht von der
Metallphase trennen. Statt der Entfernung der A1203 Schlacke durch mechanische Mittel
kann die im Flußmittel vollständig gelöste Schlacke mühelos mittels eines einfachen
Abstiches aus dem Schmelztiegel abgelassen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die flüssige
Legierungsschicht und die flüssige Schlackenschicht fortwährend abgezogen und frische
Zusätze des Oxydes der hochschmelzenden Elemente, des Reduktionsmetalls und des
Flußmittels fortwährend in berechneten Mengen, in die Reaktionszone eingeführt,
wobei die Legierungsschicht und die Schicht der flüssigen Schlacke fortwährend erneuert
werden. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders wirtschaftliches fortlaufendes
Herstellungsverfahren der zu gewinnenden Legierung.
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Bei der Verwendung von Aluminium als Reaktionsmetall ist die Verwendung
von Kryolith als Flußmittel besonders vorteilhaft. Wenn auch die anfänglichen Kosten
zur Beschaffung des Kryoliths verhältnismäßig hoch sind, so ist doch zu beachten,
daß es stets wieder zurückgewonnen und praktisch unbegrenzt weiterverwendet werden
kann. Es sind aber für das erfindungsgemäße Verfahren außer Kryolith auch andere
Fluoride sowie Chloride und Gemische von Fluoriden und Chloriden von Metallen der
1. bis 111. Gruppe des Periodischen Systems geeignet, wobei zur Ausführung
des Verfahrens ein Temperaturbereich von 800 bis 1600°C in Frage kommt. Wesentlich
ist dabei stets, daß das Sekundäroxyd gut löslich ist, während das Primäroxyd des
hochschmelzenden Metalls durch das Flußmittel möglichst nicht gelöst werden soll.
Dem im Überfluß verwendeten Flußmittel kommt dabei schließlich noch die vorteilhafte
Aufgabe zu, aus dem Reaktionsgemisch Wärmeenergie aufzunehmen und damit weiterhin
dämpfend auf die Reaktion einzuwirken.
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Die Reduktion des Oxydes des hochschmelzenden Metalls kann bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren bei einer Temperatur durchgeführt werden, die wesentlich
unter dem Schmelzpunkt der hochschmelzenden Metalle und z. B. weit niedriger als
die der bekannten aluminothermischen Verfahren liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren
wird vorzugsweise in einem Elektroofen mit inerter Atmosphäre durchgeführt. Es können
jedoch auch in anderer Weise geheizte Ofen verwendet werden.
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Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist auch dadurch besonders groß,
weil die Oxyde der hochschmelzenden Metalle weit billiger und im allgemeinen auch
leichter erhältlich sind als hochschmelzende Metalle in Metallform.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung
von Vorlegierungen, d. h. Legierungen, die einen verhältnismäßig hohen Prozentsatz,
beispielsweise 5 bis 40°/0, an hochschmelzendem Metall enthalten. Der Schmelzpunkt
einer solchen Vorlegierung liegt etwas höher als der des Metalls oder der Legierung,
die den Grundbestandteil ohne den hochschmelzenden Anteil bildet, jedoch bedeutend
unter dem des hochschmelzenden Metalls selbst. Um eine Legierung mit einem verhältnismäßig
geringen Gehalt an hochschmelzendem Metall aus einer solchen Vorlegierung herzustellen,
braucht das zu legierende Grundmaterial nur geschmolzen und bis zum Schmelzpunkt
der Vorlegierung erhitzt zu werden, woraufhin eine vorbestimmte Menge an Vorlegierung
zugesetzt wird. Der Gehalt ein hochschmelzendem Metall der Vorlegierung wird auf
diese Weise verdünnt und eine Legierung mit einem geringeren Gehalt an hochschmelzendem
Metall erhalten. Da, wie gesagt, der Schmelzpunkt der Vorlegierung unter dem des
betreffenden hochschmelzenden Metalls liegt, sind durch das erfindungsgemäße Verfahren
die Nachteile bekannter Verfahren ausgeschaltet.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren können die Reduktionsmetalle in Form
von Pulver, Barren oder Spänen verwendet werden.
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Im folgenden sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben,
ohne daß deren Anwendungsbereich hierdurch beschränkt werden soll.
Beispiel
l 75 g Aluminium wurden durch elektrischen Lichtbogen in einem Magnesia-Schmelztiegel
in einer Argongasatmosphäre geschmolzen.
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Darauf wurden 48 g Eisenoxyd (Fe203), 59,5 g Manganoxyd (Mn304) und
62,3 g Titandioxyd (Ti02) pulverisiert und innig miteinander vermischt. Diese Mischung
wurde zu dem geschmolzenen Metall unter Rühren zugegeben und darauf 300 g einer
geschmolzenen Mischung aus 980/, Kryolith und 20/, Zinkchlorid in die Mischung
eingeführt. Die Reaktion zwischen dem geschmolzenen Aluminium und den Metalloxyden
wurde mittels des Lichtbogens eingeleitet. Durch die Reaktionswärme stieg die Temperatur
der Mischung allmählich auf 1600°C. Sobald die Reaktion nachließ, wurde diese Temperatur
durch den elektrischen Lichtbogen aufrechterhalten.
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Durch die Reaktion des Aluminiums mit den Metalloxyden bildete sich
Aluminiumoxyd, welches sich in der geschmolzenen Mischung der nichtmetallischen
Verbindung löst. Diese geschmolzene Mischung bildet eine Schicht, die auf der Oberfläche
der gebildeten Legierung schwimmt und leicht von dieser abgetrennt werden kann.
Die gebildete Legierung wog 99 g und enthielt die folgenden Bestandteile: Titan
................................. 1904
Aluminium ...........................
21% Mangan .............................. 33% Eisen .................................
24% Unlösliche Bestandteile ........... . ..... Rest Diese Legierung
kann als Vorlegierung zur Herstellung eines Stahls mit niedrigem Titangehalt verwendet
werden.
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Beispiel 2 Um die Wirkung des Überschusses an Flußmittel auf die Ausbeute
an hochschmelzendem Metall zu bestimmen, wurden eine Reihe von Aluminium-Titan-Vorlegierungen
hergestellt; die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle aufgezeichnet.
| Theo- |
| An- Zusammensetzung des retische Verhältnis Ein- |
| satz Ausgangsmaterials (g) Aus- von A1903 legiertes |
| beute zu Titan |
| Nr. Alumi- an A1903 K.yolith |
| nium Ti09 Kryolith (g) |
| 1 646 200 200 170 1 : 1,18 9,5 |
| 2 374 100 150 85 1:1,77 30,2 |
| 3 352 100 255 85 1:3,0 67,3 |
| 4 388 175 600 149 1:4,02 70,7 |
| 5 444 140 594 119 1:5,0 75,8 |
| 6 356 100 583 85 1:6,85 82,4 |
Die Ergebnisse der sechs Versuche sind in der Zeichnung graphisch dargestellt; diese
Zeichnung zeigt die Abhängigkeit des einlegierten Titans (in 0/0) von dem Verhältnis
A1203 zu Kryolith. Aus der so erhaltenen Kurve ist leicht zu ersehen, daß die Ausbeute
an Titan nur gering ist (weniger als 40 0/0), wenn das Verhältnis A1203 zu Kryohth
geringer als 1 : 2 ist. Wird dieses Verhältnis auf mehr als 1 : 2,2 erhöht, so steigt
die Ausbeute an Titan beträchtlich. Es ist weiterhin ersichtlich, daß bei einem
2,2- bis 8fachen Überschuß an Kyrolith außerordentlich günstige Ergebnisse erzielt
werden; wird dieses Verhältnis erhöht, so steigt die zusätzliche Ausbeute an Titan
in so geringem Maße an, daß sich die Kosten für einen weiteren Überschuß an Kryolith
nicht lohnen. Zweckmäßigerweise beträgt daher das Verhältnis Kryolith zu A1203 2,2
bis
8,0: 1. Beispiel 3 200g Kryolith wurden innig mit l00 g Natriumchlorid,
50g Titandioxyd und 10g Calciumchlorid vermischt. Darauf wurden 135g eines Magnesiumblockes
in einen Magnesiaschmelztiegel gelegt und die vorbereitete Mischung um diesen Block
gepackt. Der Magnesia-Schmelztiegel wurde in einen Graphit-Schmelztiegel gestellt
und in der Wicklung eines Induktionsofens gelagert. Die Beschickung wurde unter
einer Argonatmosphäre so lange erhitzt, bis sie schmolz, und dann abkühlen gelassen.
Das Metall setzte sich in mehreren Einzelteilen auf der Oberfläche der geschmolzenen
nichtmetallischen Phase ab. Diese Metallteilchen wurden mit einer Mischung aus 85
g Natriumchlorid und 15 g Calciumfluorid erneut erhitzt und bildeten einen einzigen,
65 g schweren Regulus der folgenden Zusammensetzung: Titan ...........................
5,6% Magnesium
..................... 93,20/, Unlösliche Bestandteile
........... Rest Beispiel 4 Es wurden 789g Aluminium durch Induktionswärme
in einem Magnesia-Schmelztiegel geschmolzen. Zu diesem geschmolzenen Aluminium wurde
unter einer Argonatmosphäre eine Mischung aus 144 g Molybdäntrioxyd und 560 g Kryolith
allmählich mit solcher Geschwindigkeit zugegeben, daß die Temperatur der Schmelze
auf über 1000°C gehalten wurde.
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Die Reaktion des geschmolzenen Aluminiums mit dem Molybdäntrioxyd
setzte auf Grund der Wärme der Schmelze sofort ein. Nach der letzten Zugabe von
Molybdänoxyd wurde die Schmelze so lange erhitzt, bis sie eine Temperatur von 1180°C
besaß und gießbar war. Darauf wurde die Schmelze in vorgewärmte Stahlformen gegossen
und erstarren gelassen. In der Form trennte sich das Metall von der nichtmetallischen
Phase. Die Legierung wog 704 g und hatte die folgende Zusammensetzung: Molybdän
...................... 8,94% Aluminium ..................... 89,60/0
Unlösliche
Bestandteile ........... Rest Beispiels Es wurden 376g Aluminium durch Induktionswärme
in einem Magnesia-Schmelztiegel geschmolzen. Darauf wurden 69,1 g Boroxyd (B203)
und 495 g Kryolith innig miteinander vermischt und in kleinen Anteilen zu dem geschmolzenen
Aluminium bei einer Temperatur von etwa 970°C unter einer Argonatmosphäre zugegeben.
Die Reaktion zwischen dem Aluminium und dem Boroxyd setzte auf Grund der Wärme des
geschmolzenen Metalls sofort ein. Nachdem die Reaktion nachgelassen hatte, wurde
die Reaktionsmischung so lange erhitzt, bis sie eine Temperatur von 1120°C besaß
und in eine vorgewärmte Stahlform gegossen werden konnte. Die nach der Verfestigung
von der nichtmetallischen Phase abgetrennte
Legierung wog insgesamt
331 g und besaß folgende Zusammensetzung: Bor ............................
4,30/0 Aluminium ..................... 93,80/0 Unlösliche Bestandteile
........... Rest Beispiel 6 Es wurden 392,5 g Kupfer durch Induktionswärme
in einem Zirkonerde-Schmelztiegel geschmolzen. Zu dem geschmolzenen Kupfer wurden
138 g Aluminium zugegeben.
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Darauf wurde eine pulverisierte innige Mischung aus 209 g Mangandioxyd
und 590 g Kryolith hergestellt und unter Argonatmosphäre in kleinen Portionen zu
der geschmolzenen Grundlegierung zugegeben. Die Reaktion zwischen dem Aluminium
und dem Mangandioxyd setzte auf Grund der Wärme des geschmolzenen Metalls sofort
ein. Nachdem die Reaktion nachgelassen hatte, wurde der Inhalt des Schmelztiegels
so lange erhitzt, bis die Temperatur der überstehenden nichtmetallischen Schmelze
1100°C betrug und die Schmelze gießbar war. Sie wurde dann in eine vorgewärmte Stahlform
gegossen. Die Legierung, die sich von der nichtmetallischen Phase abtrennte, wog
421 g und hatte folgende Zusammensetzung: Mangan ........................ 7,9°/o
Aluminium ..................... 3,10/0 Kupfer ......................... 88,950/,
Beispiel
7 Es wurden 617g Kupfer in einem Zirkonerde-Schmelztiegel durch Induktionswärme
geschmolzen und 51 g Aluminium in dem geschmolzenen Kupfer gelöst.
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Unter einer Argonatmosphäre wurde eine pulverisierte Mischung aus
122 g Titandioxyd und 500 g Kryolith zugegeben. Die Reaktion zwischen dem Aluminium
und dem Titanoxyd setzte am Schmelzpunkt der Kupfer-Aluminium-Legierung sofort ein.
Nachdem die Reaktion nachgelassen hatte, wurde wieder erhitzt, um die Legierung
gießbar zu machen. Dann wurde die Schmelze in eine vorgewärmte Stahlform gegossen
und abkühlen gelassen.
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Man erhielt 630 g einer Legierung der folgenden Zusammensetzung: Titan
........................... 7,60/0 Kupfer ......................... 85,050/,
Aluminium
..................... 3,60/, Unlösliche Bestandteile ........... Rest
Wie aus den Beispielen 1 bis 7 ersichtlich ist, werden 60 bis 850/0 der in Form
ihrer Oxyde eingeführten hochschmelzenden Metalle bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
in den Legierungen wiedergewonnen. Die Ergebnisse waren besonders günstig bei Legierungen
aus Titan und Aluminium, bei denen 72 bis 900/,
des als Oxyd zugegebenen Titans
wiedergewonnen wurden. Von den zugegebenen gewöhnlichen Metallen wurden etwa 90
bis 95";'o in den Legierungen wiedergewonnen.
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Eine noch größere Wiedergewinnung der hochschmelzenden Metalle und
eine noch größere Wirtschaftlichkeit in bezug auf Wärme können gemäß dem nachstehenden
Beispiel durch kontinuierliche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt
werden.
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Beispiel 8 715g Aluminium wurden durch Induktionswärme in einem Schmelztiegel
geschmolzen. Der Schmelztiegel war mit zwei Abstichöffnungen versehen, von denen
die eine am Boden des Gefäßes und die andere in etwa einem Drittel der Höhe unterhalb
des oberen Randes des Tiegels angeordnet war.
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Darauf wurden 165g Titandioxyd sorgfältig mit 86 g Aluminiumpulver
und 904 g Kryolith vermischt. Die Mischung wurde unter einer Argonatmosphäre in
kleinen Portionen zu dem geschmolzenen Aluminium zugegeben. Schreitet die Reaktion
zu langsam fort, so wird der Tiegel nach Bedarf von außen erhitzt.
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Die Reaktion zwischen dem Aluminium und dem Titandioxyd setzte sofort
ein. Nachdem etwa die Hälfte der Mischung aus Kryolith und Titandioxyd zugegeben
worden war, ließ man die Reaktion abklingen, der Inhalt des Schmelztiegels wurde
auf etwa 1070°C erhitzt und der größere Teil der überstehenden nichtmetallischen
Schmelze durch die obere Abstichöffnung abgezogen.
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Darauf wurde der Ofen erneut beheizt, und die zweite Hälfte des Titandioxyds
und Kryoliths wird, wie oben beschrieben, in kleinen Anteilen zugegeben. Nach Beendigung
der letzten Zugabe wurde der Schmelztiegel auf 1300°C erhitzt und das Metall durch
die untere Abstichöffnung am Boden des Schmelztiegels zusammen mit einem Teil der
nichtmetallischen Phase in eine Stahlform gegossen.
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Man erhielt 714 g einer Legierung der folgenden Zusammensetzung: Titan
........................... 12,980/,
Aluminium .....................
84,3 0/0 Unlösliche Bestandteile ........... Rest Die angefallene nichtmetallische
Phase hatte die folgende Zusammensetzung: Aluminiumoxyd .................
13,90/() Titandioxyd ..................... 1,10/0 Kryolith ........................
85,0% Sie bestand somit im wesentlichen aus einer Lösung von Aluminiumoxyd in Kryolith.
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Die nichtmetallische Schmelze wurde in eine Elektrolysezelle eingeführt,
die mit einer Kohlenstoffanode versehen war und deren Wände mit Kohlenstoff belegt
waren und somit als Kathode dienten. Die Schmelze wurde durch Durchleiten eines
elektrischen Stromes auf einer Temperatur von 950°C gehalten und in bekannter Weise
der Elektrolyse unterworfen. Eine Spannung von 5 V an den Elektroden der Zellen
liefert eine anodische Stromdichte von 1,08 A/cm2. Am Boden der Zelle sammelte sich
Aluminium in geschmolzenem Zustand, das abgezogen und dem Schmelztiegel für den
Reduktionsprozeß wieder zugeführt wurde. Das von der Tonerde befreite Kryolith wurde
vom oberen Teil der Zelle abgezogen und konnte erneut verwendet werden.
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Obgleich in dem obigen Beispiel ein absatzweises Verfahren beschrieben
ist, kann das Verfahren auch vollständig kontinuierlich durchgeführt werden, indem
dem
Reaktionsgefäß eine Mischung aus Aluminium und Titanoxyd in einem Verhältnis zugeführt
wird, das praktisch der Zusammensetzung der herzustellenden Legierung entspricht,
und die die erforderlichen kleinen Mengen an Kryolith enthält, die benötigt werden,
um die durch Verdampfen auftretenden Verluste auszugleichen. Die Kryolithschmelze
zirkuliert zwischen dem Reaktionsgefäß, in dem die Reaktion zwischen dem Aluminium
und dem Titandioxyd stattfindet, und der Elektrolysezelle, in der das Aluminiumoxyd
entfernt wird. Es wurde gefunden, daß sich das Titandioxyd nicht in der nichtmetallischen
Phase anreichert, sondern bei 1,10/, einen maximalen Gleichgewichtswert erreicht,
der der Löslichkeit von Titandioxyd in Kryolith bei etwa 1000°C entspricht.