DE135553C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei der Fabrikation von Aluminium ist es von grofser Wichtigkeit, dafs die zur Elektrolyse benutzte Thonerde vollständig von Verunreinigungen frei ist, weil die Art des dabei benutzten Erzes für die Güte des daraus erhaltenen Aluminiums bestimmend ist. Bisher ist Bauxit gewöhnlich durch ein chemisches Verfahren gereinigt worden, welches darin bestand, dafs man die darin enthaltene Thonerde zunächst in Natriumaluminat verwandelte und das Aluminiumhydroxyd aus der filtrirten Lösung des Aluminats durch Kohlensäure oder durch Bewegung der Flüssigkeit ausfällte, worauf die Thonerde gewaschen, getrocknet und bei heller Rothglut geglüht wurde. Bei dieser Art der. Herstellung machen die Menge der angewendeten Reagentien, besonders die Soda und die Kohlensäure, und die verschiedenen Operationen, denen das Product zu unterwerfen ist, das Verfahren zu einem ziemlich schwerfälligen, so dafs der Preis der schliefslich erhaltenen Thonerde ein mehrfaches Vielfache desjenigen des rohen Erzes ist.

Es ist auch vorgeschlagen worden, die Härte von amorpher Thonerde und thönerdehaltigen Materialien durch Schmelzen zu erhöhen, um das Material in eine krystallinische Form zu verwandeln. Ferner ist von Hafslacher vorgeschlagen worden, das Eisen als Verunreinigung enthaltende Material, beispielsweise Corund, zwecks Entfernung des Eisens im elektrischen Ofen mit einer zur Reduction des Eisenoxyds genügenden Menge Kohle zu schmelzen und das geschmolzene thonerdehaltige Material sofort aus dem Ofen abzuziehen (vergl. die Patentschrift 85021, Kl. 12). ... _:

Diese früheren Verfahren und besonders das Hafslacher'sche Verfahren haben die Herstellung von Siliciumoxyd und Titanoxyd befreiter Thonerde nicht ins Auge gefafst, und angesichts der angewendeten Temperatur und der kurzen Dauer der Schmelzung erhält man dabei nur ein hartes und dichtes, von Eisen freies Product, welches jedoch die oben erwähnten schädlichen Verunreinigungen noch enthält, deren Gegenwart, obschon sie die Verwendung des Products als Schleifmittel in keiner Weise beeinträchtigen, es jedoch für die Zwecke, zu welchen reine Thonerde benutzt wird, nämlich zur Herstellung von Aluminium, ungeeignet machen. Vorliegendes Verfahren entfernt dagegen das Siliciumoxyd, und wenn nicht die Gesammtmenge, so doch den gröfsten Theil des Titanoxyds, wobei ein Product entsteht, welches sich wenig als Schleifmittel eignet, aber wegen seiner grofsen Reinheit bei der Herstellung von Aluminium besonders werthvoll ist.

Bei dem Hafslacher'schen Verfahren wird Corund durch den elektrischen Flammenbogen mit etwas reducirendem Material, welches das Eisen reducirt, geschmolzen, und sobald die Schmelzung vollendet ist, das Material aus dem Ofen entfernt, ohne dafs es einer lang andauernden Schmelzung und Reduction unterworfen war.

Der Erfinder hat nun gefunden, dafs, wenn der geglühte Bauxit geschmolzen und bei hoher Temperatur — bei oder oberhalb des Schmelzpunktes der Thonerde — längere Zeit im Schmelzen erhalten wird, nicht allein das Eisenoxyd, sondern auch das Siliciumoxyd und Titan-

oxyd reducirt werden und, indem sie sich mit dem Eisen oder anderen Schwermetall legiren, welches man, wofern die vorhandene Eisenmenge ungenügend ist, zufügt, eine geschmolzene Legirung bilden, welche sich als compacte Masse in Kügelchen ansammelt und leicht entfernt werden kann.

Das vorliegende Verfahren zur Herstellung reiner Thonerde aus Bauxit ist im Wesentlichen durch folgende Kennzeichen ausgezeichnet: ■

Die Schmelzung des Bauxits findet während längerer Zeit und bei der hohen, oben erwähnten Temperatur statt; die Schmelzung geht in Gegenwart von Eisen oder anderem Schwermetall vor sich, welches entweder von dem Bauxit selbst geliefert oder erforderlichenfalls zugesetzt wird, und die reducirten Verunreinigungen (Silicium und Titan) legiren sich mit dem Eisen und werden mit ihm entfernt.

Zur Reduction der Verunreinigungen kann man jedes geeignete reducirende Agens, beispielsweise Kohle, benutzen, welche man ganz oder zum Theil durch andere reducirende ♦ Agentien, wie Aluminium oder Aluminiurnlegirung, ersetzen kann. Die Kohle, welche die Reduction zu Wege bringt, kann entweder von den Elektroden herrühren oder kann auch gesondert zugeführt werden. Wofern Gleichstrom benutzt wird, wird die Reduction durch die elektrolytische Wirkung des Stromes unterstützt. .

Das im Bauxit vorhandene Eisen oder wenigstens die gröfste Menge desselben wird sehr schnell reducirt. Dann folgt das Siliciumoxyd in der Reductionswirkung, während die Reduction des Titanoxyds am schwierigsten vor sich geht und die längste Zeit erfordert. Für manche Zwecke ist es nicht nothwendig, die Gesammtmenge des Titanoxyds zu entfernen; wofern eine kleine Menge davon bei der Thonerde zurückbleibt, wird dieselbe ebenfalls während der nachfolgenden elektrolytischen Behandlung zwecks Reduction der Thonerde zu Aluminium reducirt, so dafs das entstehende Aluminium eine kleine Beimengung von Titan enthält, welche für manche Zwecke unschädlich ist.

■Das Verfahren wird so geleitet, dafs die reducirten Verunreinigungen sich zusammenballen und in Form einer geschmolzenen Legirung mit einem Schwermetall von der Thonerde abtrennen. Zu diesem Zweck wird Bauxit, welcher eine beträchtliche Menge Eisen enthält, angewendet, oder man fügt Eisen oder Eisenoxyd oder ein anderes Schwermetall oder dessen Oxyd dem Material zu, wofern es nur wenig Eisen enthält. . ...

.Nachdem man die Masse abkühlen gelassen hat, .wird sie aus dem Ofen. entfernt, und das die anderen.Verunreinigungen enthaltende Eisen wird davon abgetrennt, wobei man die kleineren, durch die ganze Masse als Kügelchen vertheilten Metalltheilchen vermittelst eines Magneten oder in anderer Weise entfernt.

Bei Arbeiten im Grofsen dürfte es sich als vorteilhaft erweisen, die gereinigte Thonerde im geschmolzenen Zustande abzuziehen. Die so erhaltene Thonerde wird gepulvert und zur Herstellung von Aluminium angewendet.

Um die Ausführung dieses Theiles des Verfahrens an einem Beispiel, klar zu machen, mag im Folgenden die Anwendung des Verfahrens auf französischen Bauxit von ungefähr folgender Zusammensetzung beschrieben werden:

Thonerde ...... 60 pCt.,

Eisenoxyd ...... i8pCt.,

Kieselsäure ..... 1,5 bis 3 pCt.,

Titansäure 2,4 bis 4,5 pCt.,

Wasser 1 5 bis 19 pCt.

Der Bauxit wird zunächst geglüht, um das Wasser zu entfernen, er wird alsdann gepulvert und mit 7y₂pCt. seines Gewichts granulirter oder gepulverter Kohle gemengt und nach der Einführung in den elektrischen Ofen geschmolzen. Als zweckmäfsig hat sich der in der Zeichnung dargestellte Ofen erwiesen, dessen Herd ungefähr 20 cm Durchmesser besitzt und 45 cm tief ist. Um den elektrischen Strom einzuleiten, wird die Elektrode 4 mit dem Kohlenfutter am Boden des Schmelztiegels in Berührung gebracht, indem dieses Kohlenfutter als die andere Elektrode benutzt wird. Der Strom wird eingeleitet und die Mischung von Kohle und Bauxit um die Elektrode angehäuft und dann die Elektrode selbst etwas angehoben, wobei der Strom durch Heben und Senken der Elektrode regulirt wird. Man verwendet beim Arbeiten mit einem Ofen der oben erwähnten Dimensionen einen Strom von annähernd 25 Volt und 1500 Ampere. Die Menge des in dem Ofen geschmolzenen Materials beläuft sich dabei auf 25 bis 30 Pfund und die Operation selbst dauert bei den eben angegebenen Bedingungen etwa 1'/., Stunde.

Wird das Verfahren in der beschriebenen Weise ausgeführt,. so werden die Verunreinigungen des Bauxits reducirt und setzen sich am Boden in Form einer geschmolzenen Legirung, die Eisen, Silicium und die Hauptmenge des im Bauxit enthaltenen Titans enthält, ab.

Es versteht sich natürlich von selbst,, dafs die oben angegebenen Verhältnisse nicht genau innegehalten zu werden brauchen, und dals man unter' gewissen Umständen auch die Schmelzung und Reduction durch die vermittelst eines Wechselstromes sowie durch Kohle hervorgebrachte Hitze und in jedem be-, liebigen elektrischen Ofen vornehmen kann',· mittelst dessen man eine genügende Hitze und ausreichende Reduction wirksam erzielen kann.

Um das Verfahren zu verdeutlichen, mag noch die Ausführung desselben im grofsen Mafsstabe beschrieben werden. Zu diesem Zweck findet ein mit Kohle ausgefütterter elektrischer Ofen derjenigen Form Anwendung, wie er auf der Zeichnung dargestellt ist, und dessen Hohlraum 76 cm (30 Zoll) Durchmesser und 0,9 in (36 Zoll) Tiefe besitzt. Statt einer Kohlenelektrode verwendet man dann am zweckmäfsigsten eine Gruppe von vier Elektroden, die so angeordnet sind, dafs sie die Ecken eines Quadrats bilden, dessen Seiten etwa 30 bis 35 cm betragen. Diese Kohlenelektroden werden alle in Parallelschaltung verbunden, so dafs sie gewissermafsen eine einzige Elektrode darstellen, während das Kohlenfutter des Ofens die andere Elektrode bildet. Die die Elektroden bildenden Kohlenstäbe werden alle mit dem Boden des Ofens in Berührung gebracht, um den Strom einzuleiten. Man verwendet einen Wechselstrom von ungefähr 50 bis 60 Volt und ungefähr 7000 Ampere bei 3000 Wechseln per Minute. Ist der Strom eingeleitet, so werden die Hängeelektroden etwas angehoben, die Mischung von Bauxit und Kohle wird im Ofen um die Hängeelektroden herum aufgeschichtet. In diesem Fall werden die aus Kohle bestehenden Hängeelektroden in solcher Lage erhalten, dafs das untere Ende jeder derselben sich an oder gerade über der Oberfläche der geschmolzenen Masse befindet. Es ist am besten, den durch jede Kohleelektrode fiiefsenden Strom gesondert zu messen, so dafs man einen gleichmäfsigen Strom in jeder derselben erhalten kann. Der Strom wird dadurch regulirt, dafs man jede Kohlenelektrode unabhängig von den anderen hebt oder senkt. In dem Mafse als das Material schmilzt, werden die Elektroden langsam angehoben und mehr und mehr Material um dieselben aufgeschichtet. Auf diese Weise wird der Ofen gefüllt, wobei das Material, welches zuerst schmolz, während der ganzen Operation im geschmolzenen Zustande verbleibt. Die Verunreinigungen des Bauxits werden reducirt und sinken, wie früher bereits ausgeführt, zu Boden. Ungefähr 1000 kg der Mischung wird im Ofen aufgeschichtet, wovon der gröfsere Theil schmilzt und gereinigt wird. Die Operation dauert etwa 4 bis 5 Stunden, am Ende derselben werden die Elektroden herausgezogen und das geschmolzene Material zweckmäfsigerweise im Ofen abkühlen gelassen. In manchen Fällen, besonders wo Gleichstrom benutzt wird, ist die Zufügung gepulverter Kohle zum Bauxit nicht nothwendig, indem die Kohle der Elektrode und des Ofenfutters die zur Reduction nöthige Kohle liefert.

Wenn metallisches Aluminium als Reductionsmittel an Stelle der Gesammtmenge oder eines Theiles der Kohle angewendet wird, so verwendet man 3 Theile metallisches Aluminium für je 2 Theile Kohle, oder man braucht 6 Theile einer aus 50 pCt. Eisen bestehenden Legirung für je 2 Theile Kohle. Diese Legirung kann leicht gepulvert werden, so dafs sie sich mit dem zu reinigenden Material ohne Weiteres mischt.

Wenn das Material nur wenig Eisen enthält, so mufs, wie bereits erwähnt, Eisen zugefügt werden, und zwar derart, dafs die Menge des in der aus der Reduction der Kieselsäure und Titansäure entstehenden Legirung enthaltenen Eisens im Allgemeinen das Doppelte der Gesammtmenge des Siliciums und Titans erreicht.

Als Beispiel zur Ausführung des Verfahrens in einem solchen Falle, wo das Material wenig Eisen enthält, mögen folgende Verhältnisse erwähnt werden.

Es werde bei der fraglichen Ausführungsform beispielsweise ein Bauxit benutzt, welcher nach dem Glühen die folgende Zusammensetzung zeigt:

Thonerde. . . 87 pCt.,

Eisenoxyd 2

■ ■ ■. Kieselsäure .5 -

Titansäure 6 - .

Hierzu wird dann so viel Kohle zugefügt, dafs sie etwa 4'/2PCt₁ des Einsatzes beträgt, und Eisen im Betrage von etwa io'/„ pCt. des Einsatzes. Das .Eisen kann beispielsweise in Form von Eisendrehspänen oder in Form der äquivalenten Menge Eisenoxyd zugegeben werden. Die Schmelzung dieser Mischung findet in der beschriebenen Weise statt.

In der beiliegenden Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel die Construction eines elektrischen Ofens angegeben, welcher sich zur Ausführung des Verfahrens als besonders geeignet erweist. Der Ofen besteht aus einem Metallmantel 2, der innen mit Kohle 2¹ ausgekleidet ist. Die geschmolzene Masse kann durch die Abstichöffnung 3 . abfliefseri. Die eine Elektrode 5 ist mit dem metallischen Mantel verbunden, während die andere Elektrode 4 in den geschmolzenen Bauxit 6 hineinreicht. Mit 7 ist der noch nicht geschmolzene Theil des Einsatzes und mit 8 sind die Verunreinigungen bezeichnet. Die in die Masse eingesenkte Elektrode 4 ist mit dem einen Pole der Dynamomaschine in Verbindung, während die Ofenauskleidung, welche die andere Elektrode darstellt, mit dem anderen Pol in Verbindung steht. Es versteht sich jedoch von selbst, dafs auch zwei Hängeelektroden angewendet werden können, von welchen jede mit einem Pol der Dynamomaschine in Verbindung steht. Es hat sich gezeigt, dafs, wenn mit Gleichstrom bei einem so construirten Ofen gearbeitet wird, es am besten ist, die Operation so zu leiten, dafs die Seitenwände des Ofens nicht zu heifs wer-

den; zu diesem Zweck ist die Elektrode so eingestellt, dafs der Strom von ihr direct nach dem unteren Theil der Beschickung geht.

Es empfiehlt sich, die Schmelze im elektrischen Ofen mit einer Decke von Kohle zu bedecken oder sie in anderer Weise vor dem Zutritt der Luft zu schützen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   i. Verfahren zur Reinigung von Bauxit mittels eines von einer Reduction hegleiteten Schmelzprocesses im elektrischen Ofen unter Zusatz von Kohle, dadurch gekennzeichnet, dafs die Masse so lange einer intensiven Schmelztemperatur ausgesetzt wird, bis nicht nur das Eisenoxyd, sondern auch die Kieselsäure und Titansäure im Wesentlichen reducirt sind und dieReductionsproducte, Silicium und Titan, sich mit dem durch Reduction erhaltenen oder zu diesem Zweck zugefügten Schwermetall zu einer geschmolzenen Legirung zusammengeballt haben·, welche nach Beendigung des Verfahrens von der gereinigten Thonerde abgetrennt wird.
   Eine Ausführungsform des Verfahrens nach" Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs die als Reductionsmittel verwendete Kohle ganz oder theilweise durch Aluminiummetall oder eine Alumimumlegirung ersetzt wird.

   Eine Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, dafs, sofern die im Material vorhandene Eisenmenge zur Bildung einer Legirung mit den Reductionsproducten der Kieselsäure und der Titansäure nicht ausreicht, ein Zusatz einer entsprechenden Menge eines Schwermetalles, beispielsweise von Eisen,' gegeben wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.