DE22150C - Verfahren zur Darstellung von Aluminium durch Behandlung eines innigen Gemenges von Thonerde und Kohle mit Kohlensäure in einem geschlossenen erhitzten Gefäfse - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 40: Hüttenwesen.

Das vorliegende Verfahren bezweckt eine Verbesserung in der Gewinnung von metallischem Aluminium aus Thonerde oder aus den Chlor- und Schwefel- sowie anderen chemischen Verbindungen derselben; durch dieses Verfahren soll das Metall billiger hergestellt werden, als dies bisher möglich war.

Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, dafs eine innige Mischung von Thonerde und Kohle in einem dicht geschlossenen Gefäfse, z. B. einer Retorte, zur Verbrennungstemperatur der Kohle erhitzt und der Wirkung von Kohlensäure ausgesetzt wird, wobei sich Kohlenoxydgas bildet und die Thonerde ganz oder theilweise in metallisches Aluminium reducirt wird.

Die innige Mischung von Thonerde mit Kohle kann auf beliebige bekannte Weise vorbereitet werden, doch empfiehlt sich besonders die nachbeschriebene Behandlungsweise. Diese Mischung wird dann in einem geschlossenen Gefäfse unter Erhitzung einem Strome Kohlensäure ausgesetzt, welche ganz frei von Feuchtigkeit ist.

Die Behandlung geschieht zweckmäfsig in schmiedeisernen Röhren oder Retorten, durch welche die Kohlensäure hindurchgetrieben wird, wobei sie die Mischung von Thonerde und Kohle durchstreicht oder darüber hingeht.

Die Mischung wird zweckmäfsig auf folgende Weise bereitet:

Ein lösliches Thonerdesalz (am besten die Chlorverbindungen der Thonerde) wird, gelöst, mit pulverisirter Holzkohle gemischt; auch kann Lampenrufs hinzugefügt werden, z. B. ein Gewichtstheil Holzkohle auf 1 ^!/₈ Gewichtstheil Lampenrufs. Die Mischung wird dann abge-¹ dampft, bis sie eine zähe, plastische Masse bildet, welche in Kugeln geformt wird. Bei der Abdampfung der Mischung entweicht das Chlor als Chlorwasserstoffsäure, und es bleibt Thonerde zurück, welche sich in den Poren der Kohle vertheilt findet.

Bei der Herstellung der Kugeln aus der vorgedachten Mischung ist es für das weitere Verfahren von gröfster Wichtigkeit, dafs die Thonerde mit der Kohle einestheils in möglichst innige Berührung oder Vermengung gebracht wird, anderentheils, dafs die Kugeln so porös sind, dafs sie von der Kohlensäure leicht durchdrungen werden.

Aus diesem Grunde empfiehlt sich die Beimischung des Lampenrufses zur Holzkohle, indem ersterer sich vollkommen mit der Thonerde mischt, während die gröbere Structur der Kohle die Porosität der Kugeln herbeiführt. Aus gleichem Grunde kann auch das Verhältnifs der Kohle zum Lampenrufs verändert werden, denn je feiner die Kohle gemahlen wird, um so weniger Rufs braucht man zuzusetzen, und umgekehrt. Rufs, welcher theerige Substanzen enthält, mufs vermieden werden.

Bei der Formung der Kugeln von Hand oder durch mechanische Vorrichtungen mufs die Masse noch Feuchtigkeit genug enthalten, um zusammenzuhalten, doch darf auch nicht zu viel Feuchtigkeit vorhanden sein.

Das Mischungsverhältnifs zwischen Thonerde und Kohle kann innerhalb gewisser Grenzen verändert werden; nach der Natur des Verfahrens wird man jedoch stets eine beträchtlich gröfsere Menge Kohle nehmen müssen, als nach

der theoretischenBerechnung nöthig wäre. In der Praxis empfiehlt es sich, ein Gewichtstheil Thonerde auf ι Y₄ Gewichtstheil Kohle zu nehmen. Das Gewichtsverhältnifs der Thonerde bezieht sich auf das Oxyd, nicht auf das Hydroxyd; die absorbirte Feuchtigkeit, sowohl im Thonerdesalz als in der Kohle oder dem Rufs, kommt dabei nicht in Anschlag.

Ein geeignetes chlorhaltiges Thonerdesalz wird beispielsweise durch Lösung von Thonerde in starker Chlorwasserstoffsäule hergestellt; diese Lösung wird mit Wasser verdünnt. Will man andere chemische Verbindungen der Thonerde zu dem Verfahren benutzen, so nimmt man eine entsprechende Menge davon zu der Mischung mit Kohle.

Je sorgfältiger man die beim Verfahren angewendete Erhitzung reguliren kann, je geringer braucht der Ueberschufs an Kohle zu sein, immerhin ist ein erheblicher Ueberschufs nothwendig.

Nach Formung der vorbeschriebenen Kugeln werden dieselben an der Luft getrocknet; diese Trocknung kann durch leichte Erwärmung beschleunigt werden.

Diese Kugeln enthalten nun immer noch eine geringe Menge Chlor in Verbindung mit Thonerde; um diesen Rest zu beseitigen, legt man sie zweckmäfsig in Röhren oder andere geschlossene Gefäfse und setzt sie einem Dampfstrom aus, wobei die Röhren oder Gefäfse von aufsen so weit erhitzt werden, dafs der Dampf sich nicht condensiren kann, anderenfalls die Kugeln wieder teigartig erweicht würden. Durch den Dampf wird Chlorwasserstoffsäure entwickelt. Durch diese Behandlung werden die Kugeln anfserdem in ihrer Härte gemildert; sie bestehen nun aus Thonerdehydrat, Kohle und Feuchtigkeit; nachdem man das gebundene und freie AVasser ausgetrieben hat, sind die Kugeln zur weiteren Behandlung fertig.

Diese Abdampfung des Wassers geschieht durch Erhitzung in denselben oder anderen Röhren, oder geschlossenen Gefäfsen, unter Ausschlufs von Luft, oder durch einen Strom Wasserstoffgas oder anderen neutralen oder gemischten Gases; auch kann die zur Reduction benützte Kohlensäure zur Trocknung dienen. In letzterem Falle tritt die reducirende Wirkung jedoch nicht eher ein, als bis alle Feuchtigkeit ausgetrieben ist. Die dabei nutzlos verbrennende Kohle ist von geringem Belang.

Die Reduction der Thonerde in den metallischen Zustand wird durch den Strom Kohlensäure bewirkt, welcher durch die Röhre oder Retorte geschickt wird, in der die Kugeln aus Thonerde und Kohle enthalten sind. Die Kohlensäure wird durch die Kohle in Kohlenoxydgas verwandelt, und dieses Gas Wird wiederum im Entstehen durch seine Verbindung mit dem Sauerstoff der Thonerde in Kohlensäure verwandelt, so dafs die Thonerde nunmehr in Aluminium reducirt ist. Von dem Kohlenoxydgas wird jedoch nur ein Theil in Kohlensäure zurückverwandelt, ein grofser Theil entweicht unverändert aus der Röhre oder Retorte.

Die' Abdampfung der Kugeln behufs Austreibung des Chlors, die Erwärmung zur Austreibung der Feuchtigkeit und die Reduction durch Kohlensäure können sämmtlich in demselben Behälter geschehen, ohne dafs die Kugeln bei den einzelnen Proceduren herausgenommen werden.

Diese Behälter können zweckmäfsig aus schmiedeisernen Röhren bestehen, welche durch Umkleidung mit Lehm oder Kitt, oder durch Bestreuen mit Boraxpulver, oder auf sonstige Weise gegen die Einwirkung des Feuers geschützt werden. Zur besseren Regulirung der Erhitzung empfiehlt es sich, Gasfeuerung anzuwenden.

Die Röhren oder Behälter können natürlich von verschiedener Gröfse und Form sein; da jedoch zweckmäfsig alle einzelnen Kugeln, soweit als thunlich, auf gleicher Temperatur gehalten werden müssen, so empfiehlt es sich, den Gefäfsen eine mäfsige Gröfse zu geben und, wenn es Röhren sind, den Durchmesser im Verhältnifs zur Länge klein zu halten. Um ferner die Temperatur möglichst gleichmäfsig zu machen, kann die Kohlensäure schon vor ihrem Eintritt in das Gefäfs erhitzt werden. Die Kugeln sollten ebenfalls nur eine geringe Gröfse haben.

Die Temperatur der Erhitzung während der Reduction ist so einzurichten, dafs die eisernen Röhren, wenn sie nicht mit einem Schutzmantel umgeben wären, im Dunkeln eine mäfsige Rothglut zeigen würden. Zu Anfang des Betriebes kann die Feuerung eine mäfsige Rothglühhitze erreichen; im Verlauf der Reduction kann sie etwas erhöht werden.

Der Fortgang des Reductionsverfahrens kann an der Menge des entweichenden Kohlenoxydgases wahrgenommen und controlirt werden. Die Temperatur, die Menge der einströmenden Kohlensäure und die anderen Verhältnisse sind so zu reguliren, dafs während des ganzen Reductionsverfahrens ein langsames, aber stetiges Entwickeln von Kohlenoxydgas stattfindet. Diese Entwickelung wird jedoch allmälig in dem Mafse schwächer werden, als die Kohle verzehrt wird, selbst bei Erhöhung der Temperatur.

Die bei dem Verfahren benutzte Kohlensäure kann auf beliebige bekannte Weise gewonnen werden, beispielsweise durch die Einwirkung von Chlorwasserstoffsäure auf kohlensauren Kalk, oder durch Verbrennung von Kohle oder kohlenstoffhaltigen Substanzen, oder bei der Kalkbrennerei (die entweichende Kohlensäure aus Kalköfen), oder aus den Abzugsgasen der Feuerung etc.

Wenn die Kohlensäure durch Verbrennung

von Kohle oder aus der Kalkbrennerei oder ähnlicher Bereitung gewonnen wird, so ist sie mit dem Stickstoff der Luft gemischt, welcher jedoch bei der Reduction nicht mitwirkt, sondern durch die Behälter indifferent hindurchstreicht; es ist nur dafür zu sorgen, dafs nicht auch noch Sauerstoff aus der Luft in dem Gase enthalten ist. Die Kohlensäure, ob mit Stickstoff vermischt oder nicht, ist von Feuchtigkeit zu befreien, indem man sie durch Schwefelsäure oder andere geeignete Agenden hindurchleitet; auch sind alle anderen Unreinigkeiten daraus zu entfernen.

Ist die Kohlensäure mit Stickstoff gemischt, so mufs eine entsprechend gröfsere Menge durch die Retorten hindurchgeleitet werden. Dies Vorhandensein oder Fehlen von Stickstoff in der Kohlensäure wird die Wahrnehmung der Menge des Kohlenoxydgases am Ausgange beeinflussen. Ist kein oder nur wenig Stickstoff gegenwärtig, so wird das aus dem Reductionsgefäfs am verengten Ausgange hervorkommende Kohlenoxydgas brennen, wenn man ein Licht daran hält. Ist jedoch eine gröfsere Menge Stickstoff mit der Kohlensäure vermengt, so wird man genauere Mittel zur Feststellung der jeweiligen in den entweichenden Gasen enthaltenen Menge Kohlenoxydgas anwenden müssen. In jedem Falle kann ein Gemenge von Stickstoff, Kohlensäure und Kohlenoxydgas leicht analysirt werden, da Kohlensäure von einer Lösung kaustischer Kalis, das Kohlenoxydgas von einer Lösung von Kupferchlorür rasch absorbirt wird, während der Stickstoff freibleibt.

Wird die Kohlensäure aus der Verbrennung von Kohle oder auf ähnliche Weise gewonnen, so kann in derselben Kohlenoxydgas enthalten sein; dasselbe hat keinen nachtheiligen Einflufs auf die Reduction, ist jedoch bei der Messung des aus der Retorte entweichenden Kohlenoxydgases mit in Rechnung zu ziehen.

Obgleich die Menge des entweichenden Kohlenoxydgases im allgemeinen den Mafsstab des Fortschreitens der Reduction abgiebt, so ist es doch zweckmäfsig, die Erhitzung der Röhren oder Gefäfse nicht fortzusetzen, bis die Entwickelung dieses Gases ganz oder auch nur nahezu aufgehört hat, da durch geringe Unterschiede in der Consistenz der Kugeln einige derselben früher als die übrigen alle ihre Kohle abgeben können. Wenn in einigen dieser Kugeln schliefslich noch zu viel Kohle enthalten ist, so werden sie zurückgelegt und, wenn sich genügend viele angesammelt haben, nochmals dem Reductionsverfahren unterworfen.

Die Behandlung der Kugeln mit Kohlensäure zum Zweck der Reduction dauert . bei dem beschriebenen Mischungsverhältnifs wenigstens 30 Stunden.

Die beiden aus dem Ofen hervorstehenden Enden des Rohres sind zweckmäfsig durch Draht oder lose schliefsende Thonpfropfen verschlossen, welche bezwecken, dafs keine Kugeln in den Röhren liegen, die nicht der vollen Hitze des Feuers ausgesetzt sind; denn wenn sie kühler liegen als die übrigen, so fahren sie fort, Kohlenoxydgas abzugeben, nachdem die mittleren Kugeln schon alle Kohle verloren haben, so dafs letztere Kugeln leicht zur Weiterverarbeitung unbrauchbar werden.

Das Metall erscheint in einer mehr oder weniger porösen, schwammförmigen Masse; es wird dann durch Schmelzung und event, durch mechanische Vorrichtungen von den Resten nicht reducirter Thonerde wie von Kohlentheilen befreit und in Formen abgelassen. Das so gewonnene Metall in der schwammigen Form oder in Gufsstücken wird im allgemeinen nicht chemisch rein sein. Es kann von dem darin enthaltenen Kohlenstoff und anderen Unreinigkeiten durch ein dem bei der Stahlfabrikation angewendeten Bessern er-Procefs ähnliches Verfahren oder einen sonstigen Läuterungsprocefs raffinirt werden.

Das Schmelzen geschieht zweckmäfsig in besonderen Gefäfsen, und es können dazu Kryolith, Chlornatrium und andere Flufsmittel verwendet werden. Wenn eine stärkere Oxydation und Verlust an Metall befürchtet wird, wenn letzteres z. B. sehr porös ist, so geschieht die Schmelzung oder wenigstens ein vorläufiges Zusammenbacken des Metalles zweckmäfsig in einer Flamme von Wasserstoff oder neutralem Gas.

Die gründliche Vermischung der Thonerde und der Kohle bildet eine wesentliche Bedingung für das vorliegende Verfahren, und die Abdampfung eines mit der Kohle vermischten löslichen Thonerdesalzes läfst eine solche innige Vermischung mit bestem Erfolge herstellen. Diese Art der Mischung von Substanzen ist zwar an sich nicht unbekannt, aber völlig neu in dem Verfahren zur Gewinnung des Aluminiums aus Thonerde.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Das Verfahren zur Gewinnung von Aluminium aus Thonerde oder chemischen Verbindungen derselben, bestehend in der Behandlung eines innigen Gemenges von Thonerde und Kohle mit Kohlensäure in einem geschlossenen, erhitzten Gefäfse.
2. 2. In diesem Verfahren zur Gewinnung des metallischen Aluminiums die Herstellungsweise eines innigen Gemenges von Thonerde und Kohle durch Mengen einer Thonerdesalzlösung mit gepulverter Kohle und mit oder ohne Rufs und durch Austreibung der Säure und Feuchtigkeit, damit die geformten Kugeln porös und von der Kohlensäure durchdrungen werden.