DE1173665B - Verfahren zur Gewinnung von Aluminium - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C 22 b

Deutsche Kl.: 40 a - 21/00

Nummer: 1173 665

Aktenzeichen: V 21288 VI a / 40 a

Anmeldetag: 9. September 1961

Auslegetag: 9. Juli 1964

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Gewinnung von Aluminium und benutzt dabei ein Reaktionsprodukt, das durch thermische Umsetzung von Aluminiumoxyd mit kohlenstoffhaltigem Material besteht.

Die verschiedenen thermischen Aluminiumgewinnungsverfahren sind in einem Aufsatz »Die elektrothermische Gewinnung von Aluminium im Lichte des Patentschrifttums« von E. Herr man η in der Zeitschrift »Aluminium«, 1961, S. 143 bis 149, 215 bis 219, erläutert worden. Danach und durch andere Veröffentlichungen war es beispielsweise bereits bekannt, zur Gewinnung von Aluminium auf thermischem Wege von Aluminiumoxyd und kohlenstoffhaltigem Material auszugehen und diese Ausgangsmaterialien auf eine Mindesttemperatur von etwa 2400° C zu erhitzen. Dabei fällt ein Aluminium-Aluminiumkarbid-Gemisch mit geringem Aluminiumoxydgehalt an, das zur Reindarstellung des Metalls noch weiterbehandelt werden muß. Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren sind besonders die angewandten sehr hohen Temperaturen.

Weiterhin wurde ein Verfahren geschützt, nach dem für die Gewinnung von Aluminium Aluminiumoxyd und Kohlenstoff zunächst über die Gasphase zu reinem Aluminiumkarbid umgesetzt werden, aus dem dann durch thermische Zersetzung bei einer Temperatur von etwa 2000° C das Aluminium gewonnen wird.

Zur Zersetzung von Aluminiumkarbid bei niedrigerer Temperatur war bereits ein Verfahren bekannt, aus Aluminiumkarbid und Magnesiumfluorid bestehende Briketts bei 1145° C und einem Druck von 0,37 mm Hg zu erhitzen. Als Ergebnis dieser Reaktion scheiden sich am kühleren Ende der Retorte Aluminiumkügelchen ab.

Die Destillation von Aluminium durch Einwirkung von gasförmigem Halogenid auf aluminiumhaltiges Material unter zwischenzeitlicher Bildung von Subhalogenid war gleichfalls bekannt. Es ist dabei angegeben worden, daß unter »aluminiumhaltigem Material« neben vielen anderen möglichen Ausgangsstoffen auch Aluminiumkarbid verstanden werden soll, jedoch liegen keine Angaben für die Arbeitsbedingungen zur Behandlung des Aluminiumkarbids vor. Dagegen ist einem in diesem Zusammenhang ausgeführten Beispiel zu entnehmen, daß Briketts aus einer Mischung von 2 Gewichtsteilen Aluminiumoxydpulver und 1 Gewichtsteil Kohlepulver auf 1200 bzw. 1500° C erhitzt worden sind, wobei gleichzeitig dampfförmiges Aluminiumtrichlorid in den Reaktionsraum eingebracht wurde. Das bei der tieferen Verfahren zur Gewinnung von Aluminium

Anmelder:

Vereinigte Aluminium-Werke Aktiengesellschaft, Bonn, Am Nordbahnhof

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Volker Sparwald, Lünen

Reaktionstemperatur, d. h. bei 1200° C, bei dieser Umsetzung durch Disproportionierung von AIuminiumsubhalogenid erhältliche Aluminium kondensierte zwar praktisch frei von Kohlenstoff und Oxyd, jedoch ließ sich dabei eine technisch unzureichende Menge von nur etwa 1 bis 2% des angewendeten Aluminiumtrichlorids umsetzen. Bei der höheren Reaktionstemperatur, d. h. bei 1500° C, war es zwar möglich, eine höhere Umsetzung zu erzielen, jedoch wurde bei der Kondensation ein Aluminium erhalten, das durch Kohlenstoff und Aluminiumoxyd verunreinigt war.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxyd und Kohlenstoff enthaltenden Ausgangsmaterialien, das ein aluminiumkarbidhaltiges Gemisch als Zwischenprodukt benutzt, ist dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Stufe bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur, beispielsweise etwa 2000° C, die Ausgangsmaterialien nur unvollständig reduziert, derart, daß durch die Reduktion ein Gemisch als Zwischenprodukt erhalten wird, das im wesentlichen Aluminiumkarbid neben noch nicht umgesetztem AIuminiumoxyd und Kohlenstoff enthält, während dieses Gemisch in einer zweiten Stufe mit dampfförmigem Aluminiumtrihalogenid, insbesondere AIuminiumtrichlorid, bei einer unterhalb der Reaktionstemperatur der ersten Stufe liegenden Temperatur, bei der noch in Anwesenheit von dampfförmigem Aluminiumtrihalogenid eine Umsetzung von Aluminiumoxyd mit Kohlenstoff unter Kohlenoxydbildung unterbleibt, beispielsweise etwa 1300° C, über Aluminiumsubhalogenid zu Alumimum umgesetzt wird.

Von besonderem Vorteil ist erfindungsgemäß, daß man im Gegensatz zu dem einen bekannten Verse fahren, welches vorschlägt, Aluminium durch thermische Zersetzung von reinem Aluminiumkarbid zu gewinnen, in der zweiten Verfahrensstufe von einem

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Gemisch ausgehen kann, das neben Aluminiumkarbid noch Kohlenstoff und Aluminiumoxyd aufweist und das trotzdem unter hohem Umsatz des angewandten Aluminiumtrichlorids zu einem Aluminium führt, das frei von Verunreinigungen an Kohlenstoff und Aluminiumoxyd ist. Das ist insofern überraschend, als nach dem Stand der Technik zu erwarten war, daß die Kohlenmonoxydbildung, die eine Verunreinigung des kondensierten Aluminiums durch

Reoxydation zur Folge hat, nur unter Bedingungen io Aluminium.

densator entfernt. Die Untersuchung dieses Aluminiums zeigte, daß es praktisch frei von Verunreinigungen an insbesondere Kohlenstoff und Aluminiumoxyd oder Aluminiumchlorid war.

Im einzelnen ergab die Analyse des erhaltenen Aluminiums Gehalte von < 0,01 % Fe, < 0,01 % Si, < 0,001% Ti. Die Gesamtausbeute betrug 6O°/o Aluminium, bezogen auf das in die Ausgangsmischung in Form von Aluminiumoxyd eingebrachte

unterbleibt, die mit technisch unzureichender Umsetzung verbunden sind. Die zweite Verfahrensstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht es somit infolge der Verwendbarkeit eines alumiumkarbidhaltigen Gemisches, daß in der ersten Verfahrensstufe bei relativ niedrigen Temperaturen gearbeitet werden kann.

Die Durchführung der Reduktion bei relativ niedriger Temperatur sowie die bewußte Beschränkung auf eine unvollständige Umsetzung der eingebrachten Aluminiumoxyd - Kohlenstoff - Mischung verringern auch die Verdampfungsverluste, die sich aus der gleichzeitigen Bildung von Aluminium bzw. Aluminiumsuboxyd ergeben. Außerdem wird dadurch, daß der vollständige Ablauf der Reaktion nicht abgewartet wird, eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute erreicht.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Aluminium wird in hoher Ausbeute erhalten und zeichnet sich durch einen hohen Reinheitsgrad aus, wie aus dem nachstehenden Beispiel zu ersehen ist.

Beispiel

Mit einem Heißbindemittel hergestellte Briketts aus einer Mischung von 1 Gewichtsteil Aluminiumoxyd und 1 Gewichtsteil kohlenstoffhaltigen Materials wurden in einem elektrisch beheizten, zweckmäßig mit Kohlenstoff ausgekleideten Ofen auf eine Temperatur von etwa 2000° C erhitzt. Man führt die Reduktion nur unvollständig durch, derart, daß Aluminiumkarbid gebildet wird, das anfallende Reaktionsgemisch jedoch noch bedeutende Anteile an Kohlenstoff und Aluminiumoxyd enthält. In einem zweiten Reaktionsbehälter wurde in einer kohlenoxydfreien Atmosphäre bei einer Temperatur, die wesentlich unterhalb der Reaktionstemperatur der ersten Stufe lag und bei der somit ein Fortschreiten der Reduktion unter Entstehen von weiterem Kohlenoxyd nicht mehr möglich ist, beispielsweise bei 1300° C, über das Reaktionsgemisch der ersten Stufe dampfförmiges Aluminiumtrichlorid geleitet, das vorher in einem gesonderten Reaktionsbehälter durch Erhitzen von festem Aluminiumtrichlorid auf etwa 200° C verdampft worden war. Die Umsetzung der zweiten Stufe erfolgte in einem mit AJuminiumoxydsteinen ausgekleideten Reaktionsbehälter, wobei die Erwärmung des Gemisches durch Widerstandsbeheizung mittels einer kohlenstoffhaltigen Schüttung geschah. Die in diesem Reaktionsraum entstandenen Dämpfe, die im wesentlichen aus gasförmigem Aluminiumsubchlorid bestanden, wurden in einen getrennten Kondensationsraum geleitet, der auf einer Temperatur von etwa 700 bis 800⁰C gehalten

40 Die in der zweiten Verfahrensstufe überdestilliegende Menge Aluminium entsprach einer 15- bis 2O°/oigen Umsetzung des angewendeten Aluminiumtrichlorids.

Der Austrag an festem Material aus der zweiten Stufe wurde — gegebenenfalls unter Zusatz weiteren Aluminiumoxyds und Kohlenstoffs — in die erste Stufe zurückgeführt und erneut umgesetzt, woran sich die beschriebenen weiteren Schritte anschlossen.

In vielen Fällen ist es zweckmäßig, entweder die erste Stufe und/oder die zweite Stufe des Prozesses unter vermindertem Druck durchzuführen, beispielsweise bei 40 mm Hg.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxyd und Kohlenstoff enthaltenden Ausgangsmaterialien über ein aluminiumkarbidhaltiges Gemisch als Zwischenprodukt, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Stufe bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur, beispielsweise etwa 2000° C, die Ausgangsmaterialien nur unvollständig reduziert, derart, daß durch die Reduktion ein Gemisch als Zwischenprodukt erhalten wird, das im wesentlichen Aluminiumkarbid neben noch nicht umgesetztem Aluminiumoxyd und Kohlenstoff enthält, während dieses Gemisch in einer zweiten Stufe mit dampfförmigem Aluminiumtrihalogenid, insbesondere Aluminiumtrichlorid, bei einer unterhalb der Reaktionstemperatur der ersten Stufe liegenden Temperatur, bei der noch in Anwesenheit von dampfförmigem Aluminiumtrihalogenid eine Umsetzung von Aluminiumoxyd mit Kohlenstoff unter Kohlenoxydbildung unterbleibt, beispielsweise etwa 1300° C, über AIuminiumsubhalogenid zu Aluminium umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der ersten Stufe erhaltene Aluminiumkarbid—Aluminiumoxyd enthaltende Reaktionsgemisch anschließend in der zweiten Stufe in einem gesonderten Behälter der Behandlung mit dampfförmigem Aluminiumtrihalogenid unterworfen und hiernach gegebenenfalls unter Zusatz von frischem Aluminiumoxyd und kohlenstoffhaltigem Material in die erste Stufe zurückgeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 830113, 1100 976; »Zeitschrift für Erzbergbau und Metallhüttenwesen«, VII (1954), S. 189 bis 191;

K. Schneider, »DieVerhüttung von Aluminiumwurde. Im Kondensator schlug sich das Aluminium 65 schrott«, 2. Auflage, 1957, S. 193;

nieder und wurde nach dem Erkalten aus dem Kon-Zeitschrift »Metall«, 14 (1960), S. 186 bis 188.

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