DE2347610A1 - Verfahren zur reinigung von geschmolzenem aluminium - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE _„. ...,..-.. Dr.-(ng. HANS RUSCHKE I Darf nicht geändert werden

.Dipl.-Ing. CL¹¹F RUSCHKE

Dipl.-Ing. HANS E. RUSCHKE

1 BERLIN 33 Auguste-Vikto/ia-Straße 65

1397 -

Aluminum Company of America, Pittsburgh, Pennsylvania, V.öt.A.

Verfahren zur Reinigung von geschmolzenem Aluminium

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur üeinigung von geschmolzenem Aluminium.

Wie bekannt, behandelt man Aluminium, um ihm verschiedene Verunreinigungen wie gelöste Gase, Oxide und metallische Verunreinigungen zu entziehen. Der Ausdruck "Aluminium¹¹ soll hierbei Aluminium und dessen Legierungen mit mindestens 5o -J» oder 75 & oder mehr Aluminium bedeuten. In aluminium finden sich häufig bestimmte metallische Verunreinigungen, und zwar unabhängig davon, ob das Aluminium durch Verhüuten von xonerde oder Aluminiumschrntt erhalten wurde. Bei diesen metallischen Verunreinigungen handelt es sich hauptsächlich um Magnesium, aber es treten auch Natrium und Kalzium auf; diese Metalle stammen aus der Schmelzaufbereitung von Aluminiumschrott oder auch aus der Vergütungsbehandlung. Es ist häufig erwünscht, diese Metalle zu entfernen insbesondere Magnesium, das speziell bei der üchrottaufbereitung auf einen Anteil von 5 .» ansteigen kann.

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»ίο man den Magnesiumßehalt drücken will, nutzt man die bekannte Tatsache aus, daß sich Magnesium und andere Metalle, die elektropositiver sind, sich ausziehen lassen, indem man die Aluminiumschmelze mit Chlor oder einem reaktionsfähigen Chloriddampf in Berührung bringt, um das Chloridsalz des verunreinigenden Metalls zu bilden, das dann zum bchmelzenspiegel aufsteigt· Dieses Verfahren wird als Chloridierung von aluminium bezeichnet und ist in der Form weit verbreitet, daß man einfach gasförmiges Chlor durch die in einem Ofen oder einem Gefäß befindliche üluminiumschmelze perlen läßt. Obgleich die-.ses Verfahren nützlich ist, wenn man metallische Verunreinigungen wie Magnesium entfernen und auch den Gehalt an Gasen und nichtmetallischen Bestandteilen (Oxiden) reduzieren will, ist sein wirkungsgrad hinsichtlich der Ausnutzung des Chlors und seiner Umsetzung in das gewünschte Chlorid der Metallischen Verunreinigung äußerst gering; außerdem entstehen dabei erhebliche Mengen an giftigen Dämpfen und unerwünschten teilchenförmigen Ausflüssen, die erhebliche Verschmutzungsproble- *e ait sich bringen. Bei diesen Gasen handelt es sich größtenteils um nicht abgesetztes Chlor und ,iluminiumohlorid, das sich unter Bedingungen bildet, bei denen das Chlor nicht unmittelbar mit dem Verunreinigungsmetall reagieren kann. Bei Berührung mit der Luftfeuchtigkeit hydrolysiert das üluminiumchlorid zu HCl und Al₂0,-Staub, die beide Probleme der Luftverschmutzung aufwerfen.

Zur Behebung dieser Schwierigkeiten sind zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden. Man hat bspw. vorgeschlagen, Chlor unter einer Salzdecke durch die Schmelze zu schicken und die Zusammensetzung und Dicke der oalzdecke so einzustellen, daß das ^luminiumchloridgas, das sich bei unzureichender Berührung von Metall und Chlor bildet, gelöst wird. Das in der Salzdekke gelöste ^luminiumchlorid steht dann für die Rückreaktion mit den metallischen Verunreinigungen (bspw. Magnesium) zur Verfügung, die entfernt werden sollen. Sin solches System kann

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unter verminderter Dampfentwicklung oder auch frei von Dämpfen betrieben werden und bietet gegenüber der herkömmlichen Of ensclimGlzunc, einige Vorteile. Die Ergebnisse weisen aber darauf hin, darj dieses Verfahren zu einer wirkungsvollen Chlorausnutzung in einem kontinuierlichen Verfahren nicht in der Lage ist. Um eine hohe Chlorausnutzung zu erreichen, verlangt das oysten eine n-ückführteehnik, bei der das Metall wiederholt durch eine Chloridienmgskammer geführt wird, damit die ChIoridierung und die Rückreaktion in ausreichendem Laße stattfinden können, um eine angemessene Chlorausnutzung zu gewährleisten.

I, ach der vorliegenden Erfindung werden die höchßttnöclichen Chlorausnutzungsgrade bei sehr hohen Metalldurchsätzen erreicht, wodurch ein Durchlauf betrieb ohne lietallrückführung möglich wird und sich Chlorausnutzungsgrade von 1oo ,'j oder fast ioo -o erzielen, lassen. Lach diesem System findet die ChIoridierung unter gesteuerten Bedingungen der Chlor-Metall-Be— rührung statt, die den wirkungsgrad der Umsetzung zwischen Chlor und den metallischen Verunreinigungen im wesentlichen auf Werte steigern, die bisher für kommerzielle Zwecke nicht für erreichbar gehalten wurden. Der erwähnte wirkungsgrad basiert nicht nur auf der Umsetzung des Chlors alleine, sondern, was v/esentlicher ist, auf der gewünschten umsetzung des Chlors in das Chlorsalz der Verunreinigung. Hit anderen worten: Bei annähme einer -vluminiumschmelze, aus der wagnesium entfernt werden soll, ist ein 1oo ,«dger v.irkungsgrad der Umsetzung von Ctiior nicht so wichtig wie die 'Tatsache, daü das gesamte Chlor mit dem Magnesium (im uegensatz zum aluminium) reagiert.

weiterer Vorteil der Jrfinding ist, dab der Gehalt an Verunreinigungen - bspw. Magnesium - das behandelten aluminiums sieb sehr £enau einstellen läßt, und dies allein ist bereits ein I unkt höchster dichtigkeit für die gewerbliche Durcli-

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führung. Lias verbesserte verfahren zur ^ehandlun^ von luminium erlaubt es, den ιÄ^nesiumgehalt in einom kontinuierlichen. Verfaaren auf +^ o,o2 ,j einzustellen. Jiese Äigenschaft ist äußerst erwünscht für einen .rittenbetrieb, bei deo. ein äbermäßiges ^ntfernon von. hi'.gnesium zu betrieblichen ;törun.,on führen kann, denn aus >-iel einer -behandlung des .luminiums i&t oft nicht einfach dio >b8enku.a_(J des '-,e'.i'-lt;j ...i oinoa vorunreinijenüen i-ietall, wie z.._:j. htignesium, sondern dessen bsekun-.; auf einen bestiranten und. kontrollierton .ert.

Die folgende i)eschreibun£ nimmt iiezu£ auf die Zeichnun;-;en:

D'ig.. 1 ist ein schnitt, der schematisch den Letrieb des verbesserten oyütems sowie eine für die Uurchführuny der Erfindung geeignete anordnung zeigt.

]}'!&. 2 ist eine Draufsicht der ütreuvorrichtunc der iig. 1.

Pig. 3 bis 5 zeigen schematisch /usführungsformen der vorliegenden Erfindung, die von der in der i'ig. 1 gezeigten abweichen.

Eine geeignete Vorrichtung zur iusführung des Verfahrens n&ch der Erfindung ist in. der ^ig. 1 gezeigt. Das Jystern Ίο wei-1 eine erste (12) und eine zweite (16) Chloridier- oder ^eaktionskammer bzw. -zone auf, die durch eine Trennwand 18 voneinander getrennt sind, ui.no weitere irennwand 22 trexint die zweite aeaktionskammer 16 von einer Absetzkammer 24, die ihrerseits durch eine Trennwand 28 von der ^usgangskammer 26 mit dem gereinigten Metall getrennt ist. Das Metall strömt in die Anordnung durch den Einlaß 3o ein und durch die erste heaktionszone 12, aus der es unter der Trennwand 18 hindurch in die zweite

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Zone 16 gelangt. In jeder Reaktions- bzw. OhIoridierkammer wird die ;.luminiumschmelze durch Berührung mit einem reaktionsfähigen chlorhaltigen Gas - vorzugsweise Chlor - unter im folgenden zu beschreibenden und sorgfältig kontrollierten Bedingungen chloridiert, die sehr hohe Ohloridiergeschwindigkeiten und -wirkunßsgrade ergeben, l'ie reaktionsprodukte der Chloridierung, die Ghlorsalze der metallischen Verunreinigungen, bilden auf der ^luminiumschmelze eine dalzschicht 2o.

aus der zweiten xxeaktionskammer 16 fließt das metall unter der irennwand 22 hindurch in die erste absetzkammer 24, wo sich das schwerere Metall von den salzförmigen ileaktionsprodukten der Ghloridierunc absetzt. .Sine Bev/egung in die Kammer 24 ist durch die Bodenplatte 32 gewährleistet, die der iüetall-öalz-Mischung eine aufwärts zur Kammer 24 gerichtete Bewegung erteilt, um die gewünschte Trennung der Phasen zu erreichen und eine Strömung in die Kammer 26 unter Umgehung der Kammer 24 zu verhindern. Das hetall strömt dann von der Kammer 24 unter der Trennwand 28 hindurch in die Kammer 26, bevor es durch den Auslaß 4o ausfließt. Eine x^bstreichwand 29 laßt sich vorsehen, um am Vuslaß 4o eine im wesentlichen salzfreie Strömung zu gewährleisten. Der .behälter 11, der das dystem enthält, ist durch einen geeigneten Jeckel 13 verschlossen, um eine feuchtigkeitsfreie atmosphäre zu erreichen und die Bildung von Oxiden und ein Entweichen von Dämpfen an die umgebungsluft zu vermeiden.

In diesem Zusammenhang wird man bei dein System vorzugsweise eine im wesentlichen konstante öpülung mit einem trocknen, nicht reaktionsfähigen üas wie Stickstoff oder Argon oder einem der träfen Gase oder Kohlendioxid vorsehen, das man durch den Einlaß 7o einführt und durch den ^uslaü 72 abzieht. Das trockene inerte Spülgas bietet den Vorteil der feuchtigrkeitsfreien Atmosphäre über der üalz- und der hetallsatomeise; wa&. nisst aucb

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das aus ä&a Metall austretende ..asser stoffes ^"t sich. Vorzugsweise sieht m^n für jede Ohloridierungszone einen eigenen Spülgaseinlaß 70 vor (ver^l. Iig. 1), um die beste Sicherheit Ce gen das Vorhandensein von Luft über der Chloriclierun^osone zu erreichen, denn Luft kann erliebliche Korrosionsprobleme insbesondere für div sich drehenden Laufrsidv.'ell en - -vufverfon,

Die Trennwand 18 hat eine öffnung 19, die so angeordnet ist, daß die Salzphasen 2o in beiden Reaktionszonen 12, 16 miteinander in Verbindung stehen. Ebenfalls liegt die Oberkante der Trennwand 22 so, daß auch hier eine Verbindung der ;Jalzphasen zustandekommt. Die gegenseitige Verbindung der balzphasen in den Reaktions- und /ibsetzzonen verhindert eine übermäiiige •Salzansammlung in einer bestimmten Zone und erleichtert das iSntfernen des dalzes aus den .ionen oder Bannern einer ^nlt-ge. Natürlich ist eine Verbindung der Salzph&sen über die trennwand 28 zur Zone 26, die das gereinigte Metall enthält und im wesentlichen salzfrei sein soll, unerwünscht. ~ie, wie weiter unten erläutert wird, aus einem geeigneten wärmefesten iiaterial bestehenden Behälterwände werden vorzugsweise in einsr wassergekühlten Ummantelung angeordnet, die in geeigneter ..eise aus iStahl besteht. Die Kühlung der »jände verhindert eine ..änderung der Salzschmelze durch das feuerfeste material, indem sie im feuerfesten haterial für eine ^rstarrungslinie sorgt· Dieser tunkt ist besonders wichtig für den übergang der Trennwand 28 zu den oeitenwänden des Behälters 11. Die I'rennwand ist in die oeitenwände eingelassen j daß ^aIz könnte jedoch um die I'rennwand herum in die Zone 26 Eilt dem reinen Metall hineindiffundieren, .bine solche Oalzwanderung wird verhindert, indem man vor der äußersten seitlichen ausdehnung der trennwand 28 iür eine jjratarrungslinie sorgt.

In jeder der Heaktionskammern 1st ein otreuglied 5o aus einer

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eile 5"' ¹JE-¹- einer :Diir c^'iifelanordriunr bzv;. einer. Laufrad _y ^l\- uajeord-.-ict. j io eile 52 it-.t innen hohl (56); dieser Hohlriiu::i dient als Leitung f l-r ö'js Chlor- oder endor ο chlorhaltige C:.ε j d. £· vorn Jas-usl .£ /} urter lcm Laufrad 5^ i*i die Jchnele-e einströmt, wie es die ϊfeile Go .v.nsoir^on. 'Jle Welle 5-¹? des I-lührwerks vird von einer "£ir. richtung 62 - bspw. einem elektrisch··!?, oder luft getriebenen lotor - gedreht. u^.s Ohlor_oar tritt durch die /erbindimg 66 ein und strömt durch die Lnitunf., 56 nt ch unten, um aus dem Gasauslaü 59 in die in die erste jieaktionskammer 12 eingeführte iietallschmelze einzuströmen. Entsprechendes gilt für die zweite £oiie Ί6. Das in der ^■i'j. 2 dargestellte Laufrad y\- h^t eixioa turbineiiyrtigen ._;-ufb-j.u mit ^iner *,abe 55 und radial verlaufeaden odu-ufein 57· ,ias Ohlor wird in die i3chmelze durch den iasausla^ im ^oden . dee Laufrades eingeführt und vom sich drehenden Laufrad, in kleinen bl'ischen über die gesamte iieaktionskammer 12 verteilt. Das liagnesium oder andere metallische Verunreinigungen in der Schmelze reagieren mit dem Ghlor, v/o'üoi öicb, i-iagtiösiumchlorid oder das entsprechende .-ietallchlorid zur JalzschmelEschicht 2o bildet.

Jm die n^ch der Erfindung erreichbaren Ohlorierungswirkungegrade su erreichen, muß eine Keihe von Faktoren sorgfältig kontrolliert werden, äs ist wesentlich, daß die Tiefe-des Metalls zwischen der lietall-.öalz-Grenzsehicht und dem ürt der Einführung des Chlors mindestens Io inches (25»4 cm), vorzugsweise mindestens 15 inches (38,1 cm) beträgt, wobei 2o inches (5o,7) oder mehr wünschenswert sind. Diese iiefeist die senkrechte iaitfernung von der Hetall-oalz-ürenafläche 21 bis hinab zum Boden des Laufrades, d.h. dem ürt der Serstreuung des Gases. Diese Bedingung erfüllt man, indem man die Kammer 11 so auslegt, daß die iiefe dea Laufrades y± eine solche Entfernung d zuläßt. Eine richtige 'üiefe d der Aluminiumschmelze über de» Ort des ChlorZutritts hat sich als kritisch für das

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Erreichen der Gas-Iietall-Iiontaktzeit erwiesen, die erforderlich, ist, um die hohen ..irkungurgade nach der iCrfindunc zu gewährleisten, ϊΐ&η könnte zwar annehmen, daß das Durchrühren der Chloridierzonen von größerem Einfluß ist als Faktoren wie die Cchmelzentiefe. Dennoch hat sich erwiesen, daß die Schmelztiefe von großer Wichtigkeit für das verbesserte Verfahren ist, da sie für die geeignete üasrückhaltzeit in der Ueaktionszone sorgt. Wenn die Tiefe auf unter 15 inches (38,1 cm) absinkt, sinken auch die Wirkungsgrade der Ohloridierung bei einigen Anwendungen unter die erwünschten Werte ab; entsprechend sind 15 inches (38,1 cm) das vorzugsweise angewandte Minimum. Wenn die Tiefe erheblich geringer ist als 1o inches (25,4 cm), sinkt auch der Wirkungsgrad übermäßig ab. Als Folge dieses Abfalls des Wirkungsgrades können erhebliche Gasmengen aus der Metallphase entweichen und damit der direkten Chloridie^- rungsreaktion verlorengehend, die für die hohen Chloridierungswirkungsgrade nach der vorliegenden Erfindung so wesentlich ißt· Diese hohen Wirkungsgrade durch direkte Chloridierung sind für den Erfolg des kontinuierlichen Verfahrens äußerst wichtig.

Die Tiefe der Metallschmelze vor dem Anlauf des Systems sollte erheblich größer sein als die, die zu dem gewünschten Miniaalabatand d führt; da die Salzschicht 2o während des Betriebes ständig dicker wird und dazu neigt, dabei iietall nach unten zu verdrängen. Während also die anfängliche Iletalltlefe 24- inches (61 ca) sein kann, ist bei mehrere Stunden andauernden Betrieb eine Saleachieht von 5 his 9 oder 1o inches (12,7 bis 22,9 oder 25«7 ca) Dicke entstanden, die die Tiefe der Metallschicht auf 2o bis 16 inches (5o,7 bis 4o,5 cm) verringert. Ein regelmäßiges Entfernen des Salzes ist vorteilhaft und wird vorzugsweise vorgenoaaen, ua su gewährleisten, daß bei durch gehendem Betrieb laser eine geeignete Metallbadtiefe vorliegt« BeIa Anlauf werden Wirkungsgrade von I00 # ohne Zugabe einer

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üalzschieht erreicht. Hei der durchführung der Erfindung wird man, um die bestmöglichen Wirkungsgrade au erreichan» die cialzschichtdicke vorzugsweise durch regelmäßiges i;.bnehmen unter Zontrolle halten - bspw. auf nicht mehr als 4 inches (1o,2 cm) und vorzugsweise nicht mehr als 2 inches (5*1 cm).

PJin weiterer wichtiger i"aktor bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung ist, die Bedingungen am Laufrad 54 zu kontrollieren. Die Chlorgasbläschen müssen im wesentlichen gleichmäßig durch den gesamten Schmelzkörper in einer Chloridierkammer oder' -zone zerstreut oder dispergiert werden. Das Laufrad muß so konstruiert sein und gesteuert werden, daß sich die gewünschte c turning der Jhlorgasbläschen ergibt· Nach Luft-Wassermodellstudien in der Chloridierkammer sollten mindestens 8o /j einen Durchmesser von weniger als 1/8 inch O»175 mm), 4o # einen Durchmesser von weniger als 1/16 inch, (1 »587 mm) und nicht mehr als 1o ,;■ einen Durchmesser von mehr als 1/4 inch (6,25 mm) haben. Offensichtlich ist es praktisch nicht möglich, die Größe und das ätreuverhalten von Chlorgasbläschen in einer Aluminiumschmelze zu bestimmen. Die Verwendung von '..asser-Luft-Ilodellen in Verbindung mit der Zeitrafferphotographie ist jedoch von großem Nutzen, wenn man die Betriebsbedingungen bestimmen will, die gut mit denen übereinstimmen, die sich im tatsächlichen Betrieb als erfolgreich herausgestellt haben, venn also die Bläschengrößen für vorgegebene Betriebsbedingungen hinsichtlich des Laufrades und der Kammer im Modell das oben beschriebene Bläschenmuster ergeben, sollten die Bedingungen auch ausreichen, um die erforderliche Chlorbläschengröße und -verteilung in der Aluminiumschmölze zu erreichen. Faktoren, die von Einfluß auf die Bläschengrösse sind und sich variieren lassen, um die geeigneten Bläschengrößen zu erhalten, sind die «rt, Größe und Konfiguration des Laufrades (Schaufelgröße und -zahl), der Turbinendurchmesser (insbesondere im Verhältnis zur Kammergröße), die Laufgeschwindigkeit, die Turbinenanordnung und die Lage des Ortes, ah dem

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das Gas eingeführt wird. Die Bläschdndichte hängt natürlich von diesen Faktoren.und zusätzlich von der zugeführten Gasmenge ab.

Ein weiterer sehr wichtiger Punkt für das System i£, daß es sich nach der Erfindung herausgestellt hat, daß das Metall im wesentlichen nicht in Ströme oder Teilchen zerschert werden darf. Eine solche Zerscherung würde zur Bildung einer Metall-Salz-Emulsion führen, die nicht nur Trennungsprobleme in den Kammern 24 und 26 aufwirft. Als schwerwiegender hat sich her-.ausgestellt, daß, wenn das Metall zu Strömen oder Tröpfchen zerschlagen bzw. zerschert wird, die Tröpfchen von den flüssigen Reaktionsprodukten aufgesogen werden. Dieser Vorgang verhindert ein Erreichen der höchstmöglichen Ghloridierwirkungsgrade und muß also vermieden werden. Weiterhin wirlt eine Emulsion als kontinuierliche Salzphase (diskontinuierliche Metallphase) und hat auf die Gaskontaktzeit den gleichen Einfluß wie eine verstärkte Salzphase (abnehmende Metallphase und Tiefe d). ähnlich wie bei der Bläschengröße, aber in geringerem Ausmaß, können Wassermodelle hier nützlich sein, um zu bestimmen, ob eine vorgegebene Menge von Bedingungen die flüssige Phase so zerstreut, daß sich eine Emulgierung ergeben könnte.

Das in Fig. 2 gezeigte turbinenartige Laufrad bewirkt bei richtiger Dimensionierung und richtigem Betrieb die gewünschte Auf- und Verteilung der Chlorbläschen, während es eine Zerscherung der Schmelze im wesentlichen unterbindet« In einem typischen System, wo die Kcpuner in der Draufsicht eine Größe von etwa 2 χ 2 ft. (ο,62 χ ο,62 m) oder einen wirksamen Durchmesser von etwa 2 ft, ( ο,61 m) hat, hat die Laufradnabe 55 einen Durchmesser von etwa 8 inches (2o,32 cm), wobei 12 radiale Schaufeln 66 einer Größe von etwa 2x2 inches (5*1 x 5,1 cm) vorliegen. Die Dicke (vertikale Ausdehnung) des Lauf-

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rades beträgt dann etwa 2 inches (5»1 cm); sein Außenrand hat einen Durchmesser von etwa 12 inches (3.0,5 cm). Dreht wan dieses Laufrad mit Geschwindigkeiten von etwa 15o bis 4-00 U/min (d.h. bei Umfangsgeschwindigkeiten von etwa 8 bis 2o ft./s oder 2,4 bis 6,1 m/s), ergibt sich der gewünschte Rühreffekt. Vorzugsweise ist die Drehgeschwindigkeit des Laufrades etwa 185 bis 275 U/min (Umfangsgeschwindigkeit von 9»25 bis 14 ft./s bzw. 2,822 bis 4,27 m/s). Eine gute Nenngeschwindigkeit ist etwa 2oo bis 22o U/min (1o bis 11 ft./s bzw. 3,o5 bis 3»36 m/s Umfangsgeschwindigkeit)· Entsprechend weisen die vorzugsweise eingesetzten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Gasstreueinrichtung mit radialen Behäufeln auf, die sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 8 bis 2o ft./s (2,4 bis 6,1 m/s) und vorzugsweise 9 bis 14 ft./s (2,74 bis 4,27 m/s) durch die Schmelze bewegen. Für die Durchführung der Erfindung sind das Rühren und die Gasverteilung vorgesehen, die sich aus diesen Betriebsbedingungen mindestens einer Chlorierkammer mit einem wirksamen Durchmesser von 1,5 bis 2 ft. oder bis 3 ft. (ο,46 bis ο,61 oder bis su o,91 a) ergeben. Wie bereits angegeben, wirken bei zu hoher Laufge» schwindigkeit die Metauschereffekte einer vollständigen Chloridierung entgegen, während,eine zu geringe Laufgeschwindigkeit eine unzureichende Gasaufteilung in BläBchen, eine schlechte Bläschenverteilung und dann ebenfalls eine unvollständige Chloridierung bewirkt, d.h. also denjenigen Schwierigkeiten, denen die Chloridierung nach dem Stand der Technik unterworfen war.

Während die oben beschriebenen Betriebsbedingungen eine vorzugsweise eingesetzte Ausführungsfora der Erfindung betreffen, umfaßt die Erfindung auch Bedingungen, dit den folgenden Beziekungen genügen:

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- 1,5 : 1 bis 2 : 1 (1)

V^dH * ¹»5 : 1 (2)

d^j/Bj -6:1 (3)

c4,/B_L =6:1 (4)

mit D * wirksamer Durchmesser der Chloridierkammer, dm * Außendurchmesser der Turbine, drr * Durchmesser der Turbinennabe, B_m » Dicke der Turbinenschaufeln, Länge der Turbinenschaufeln·

Diese Beziehungen scheinen für Laufgeschwindigkeiten des Laufrades zwischen 2oo und 4oo U/min und einen wirksamen Durchmesser der Chloridierkammer bis 3 ft. (ο,91 m) geeignet zu sein. Bei dem wirksamen Durchmesser handelt es sich um die Seitenlänge eines Quadrats oder die kleinere ^uerabmessung eines in der Draufsicht rechteckigen Kammerquerschnitts.

Die hier beschriebenen Betriebsbedingungen Bind im wesentlichen als Richtlinien angegeben und sollen die Erfindung nicht unbedingt einschränken. Sie stellen Richtlinien dar, die zusammen mit Wasser-Luft-Modellen den Fachmann die Durchführung der Erfindung erleichtern.

Wie bereits erwähnt, sollen die Turbinenschaufeln und der Ort der Gaseinführung so weit unten in der Schmelze liegen, wie es praktisch möglich ist· Es hat sich bspw. als wünschenswert herausgestellt, die Schaufeln und den Ort des Gaseintritts etwa o,5 bis 2 inches (12,7 bis 5o,8 em) über dem Boden der

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Reaktionskammern 12 und 16 anzuordnen. Ordnet man das Laufrad bspw. 1 inch (25»4· mm) aber dem Boden an, bildet das aus deai Gasauslaß 59 austretende Gas unter der I^rabe-55 des Laufrades fi>\ eine große Blase, die von ofen Schaufeln 56 £,^run<llich zerschlagen wird; diese Wirkung tritt im wesentlichen ohne Jegliche Metallzerscherung auf. Die resultierende Bläschen- . dispersion durchdringt im wesentlichen den gesamten Schmelzehlcörper innerhalb der xiefe d, ohne dabei die ialz schicht 2o in .Bewegung zu setzen. D.h., es ist zuweilen wichtig, daß die t.irkuag des Laufrades die Grenzfläche 21 zwischen der Schmelze in der Kammer 12 und der üalzschicht 2o angestört läßt und man das Laufrad so nahe wie möglich am boden anordnet. Bei Störungen der Grenzfläche würde man Salz aus den Reaktionsorten in der Kammer 12 lösen, nach unten in die Schmelze drükken und so die rteaktionsbedingungen beeinträchtigen« Zusätzlich zu einer tiefen Laufradlage ist eine ruhige Grenzschicht von einer Laufradkonstruktion begünstigt, die keine starken Aufwärtsströmungen erzeugt. Ein Laufrad mit geneigten Sehaufeln erzeugt eine solche Aufwärtsbewegung und wird vorzugsweise vermieden gegenüber einem Laufrad, dessen Schaufeln eine im wesentlichen waagerecht gerichtete Bewegung der Schmelze erzeugen.

Bei der Durchführung der Erfindung beträgt die Verweilzeit des Metalls beim Durchlaufen des Systems in jeder Reaktionszono etwa 2 bis 6 Minuten. Die mittlere Chlorrückhaltezeit im System ist etwa 4 Sekunden pro Stufe, basierend auf empirischen Beziehungen unter Einbeziehung der Eingangsleistung und dex* üasströmungsgeschwindigkeit. Es hat sich herausgestellt, daß diese Kontakt ζ ei ten f^:;r eine vollständige Chloridierun_o, eine vollständige Ausnutzung des Chlors oder chlorhaltigen Gases und ein gründliches und kontrolliertes Entfernen metallischer Verunreinigungen aus der Schmelze äußerst vorteilhaft 3ind.

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Die Kapazität des Systems ist größtenteils eine Punktion der Metallströmungsgeschwindigkeiten und gewünschten Gefalle in der Zusammensetzung des eintretenden gegenüber dem auiretenden ochmelzstrom, Ein wesentlicher Gesichtspunkt des Systems nach der vorliegenden Erfindung ist der einer genauen Einstellung des Gehalts an metallischen Verunreinigungen im austretenden Metallstrom. Es hat sich herausgestellt, daß sich mit der vorliegenden Erfindung eine Genauigkeit von £ o,o2 ,o des Gehalts an irgendeinem bestimmten Metall ohne ochwieripkeiten erreichen läßt; dieser Faktor ist häufig wichtig bei Verunreinigungen wie bspw. Magnesium, bei dem ein bestimmter definierter Gehalt wesentlicher ist als eine vollständige Entfernung. Hinsichtlich der Verunreinigungen wie Natrium oder Kalzium, die in unbehandeltem ^-laminium typischerweise .ait weniger als o,o2 yo vorliegen, läßt sich mit dem vorliegenden System ein Anteil von o_fooo1 -M oder auch weniger erreichen. Da der Systemwirkungsgrad im wesentlichen 1oo ,ό beträgt» kann das System als im wesentlichen stöchJLometrisch betrachtet werden, obgleich es kontinuierlich betrieben wird; nach Kenntnis der Anmelderin hat bisher kein kommerziell ausgeführtes System eine solche Leistungsfähigkeit erreicht. Um einen gewünschten Anteil einer metallischen Verunreinigung wie z.B. Magnesium zu erreichen, wird eine Materialbil^nz auf Grundlage der Metallströmungsgeschwindigkelt und des Hagnesiumanteilsgefalles zwischen ein- und austretendem Strom aufgestellt, um unter Zugrundelegung eines stöchiometrischen Betriebes die Chlormenge zu bestimmen.

Das in den Figuren gezeigte Üystem arbeitet mit waagerechter Üchmelzein- und -ausführung ("level flow condition«"), was es mit bestehenden Aluminiumverhüttungsanlagen kompatibel nacht, die meistens ebenfalls waagerechte Eingüsse ("level pour systess") aufweisen, da hierbei eine geringere Oxidbildung als bei Systemen ait beträchtlichen Höhenunterschied auf·

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tritt.

Der Einlaß Jo kann also (und ist vorzugsweise) in etwa der gleichen Höhe wie der Auslaß 4o bzw. nur einige Zoll hoher angeordnet, wobei die Schmelze unter solchen .bedingungen man in die Reaktionskammer 12 einführt, daß der Schmelzspiegel über dem höchsten Punkt des Einlasses Jo liegt; vergl. die Bigur.

Weiterhin zeigen die Figuren vorzugsweise eingesetzte Ausführungsformen, bei denen die Schmelze zwei oder mehr Reaktionskammern nacheinander, gefolgt von einer oder mehreren in Reihe geschalteten ^bsetzkammern durchläuft, denn es hat eich herausgestellt, daß ein solches System den wirksamsten Betrieb unter dem Gesichtswinkel der höchsten Chlorausnetzung und bester .Entfernung metallischer Verunreinigungen gestattet· Falls erwünscht, kann jedoch auch eine einzige oder können sehr als zwei in Reihe geschaltete Chloridierkammern eingesetzt werden. Eine einzige Kammer bewirkt zwar eine geringere maxiaale Entfernung von Verunreinigungen, ist aber hinsichtlich dee Kostenaufwandes günstiger; mehrere Kammern sind zwar für die Reinigung des Metalls günstiger, aber teurer.

Es gibt eine Anzahl von Anordnungen mit mehrfachen Chloridierzonen, wie sie die Fig. 3 bis 5 zeigen. In der Fig. 3 sind die erste und die zweite Chloridierkammer 12 und 16 durch eine !Trennwand 18 wie in der Fig. 1 getrennt, unter der die Schmelze hindurchfließt. Anstatt unter der Trennwand 22, die die zweite Reaktionskajuaer 16 von der Absetzkammer 24 wie in der Fig· 1 trennt, hindurchzufließen, findet in der Aüsführungsfora der Dif. 3 ein überfließen der irennwand 22 statt. Diese Ausführung bietet den Vorteil einer längeren Kontaktzeit in der Zone 1.6 und kann unter diesem Gesichtswinkel der Anordnung der

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Fig. 1 gegenüber vorzugsweise eingesetzt werden. In der Fig. eind die erste und die zweite Chloridierzone 12 und 16 die gleichen wie in der Fig. 5; die Trennwand 22 bildet jedoch hier eine dritte Ghloridierkammer 116, aus der das Metall unter der Trennwand 122 hindurch in die Absetzzone 24 strömt, aus der es auf die in der Fig. 1 gezeigten Weise abfließt. Die Fig. 5 zeigt für Jede Chloridierzone eine eigene Absetzzone. In der Fig. J? verläßt das behandelte Metall die erete Chloridierzone 12 durch Unterströmen der Trennwand 18 und durchströmt eine erste Absetzzone 24, bevor es über die Trennwand 118 in die zweite Chloridierkammer 16, aus dieser unter der Trennwand 22 hindurch in die zweite Absetakammer 124 und von dort entsprechend den anderen Anordnungen weiterfließt. Der mögliche Vorteil der Anordnung nach der Fig.5 liegt darin, daß eine Metall-ßalz-Emul3ion, die sich in der ersten Ohloridierzone 12 gebildet haben kann, eine Gelegenheit zum Absetzen erhält, bevor die Schmelze in die zweite Chloridierzone 16 gelangt» Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung kann jede sinnvolle Anzahl von Chloridier- und Absetzkammern verwendet werden; die erste und die letzte Trennwand, d.h. die nach der ersten Chloridierzone 12 und vor der Zone 26 mit dem gereinigten Metall, müssen jedoch unterströmt werden.

Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung ist der, daß beim Beaufschlagen der Schmelze mit Wärme in den Reaktions- und Abeetzkamaern keine Verbrennungsprodukte in das System eingeführt werden. Es ist also einer indirekten Erwärmung der Vorzug zu geben; sie läßt sich durch Tauchrohre erreichen, die von der Innenfläche her befeuert oder sonstwie — bspw. elektrisch - beheizt werden.

Da die Chloridierung von Aluminium exotherm verläuft, ist der Hauptzweck der Beheizung die Schmelzhaltung während Betriebsunterbrechungen oder Ausfallzeiten.

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Von Standpunkt der !.aumaterialien Wird man die Laufradwelle und das Laufrad selbst aus einem hochtempei&turfesten Material \iie bspv/. Graphit herstellen, das jedoch von der -aluminiumschmolze nicht angegriffen werden darf. Dichte und verbrennungsbestUndige Graphitarten sind für diesen Zwoek geeignet, wobei die V'elle aus verbrennungsbeständigem und das Laufrad auä dichtem Graphit (Bestimdigkeit gegenüber /irocion) bestehen sollten. Weiterhin wird man im System vorzugsweise keine eisenhaltigen Metalle verwenden, wenn man auich, um die üußenflachen der l.'ände 11 herum, einen otahlmantel legen kann, der wassergekühlt ist. Die wände 11-und der .Boden sowie die Trennwände können aus irgendeinem temperaturfesten Material wie Siliziumkeirbid, i'onörde oder¹ Giⁱaphit bestehen, mit dem wesentlichen Tunkt, daß das Material hochwertig und gegen die f.luminiumschmelae, Ghlorgas und die salzigen Heaktionsx^rodukte beständig ist.

Beim Einfahren des Systems wird der .behälter 1o zuerst bis zu einer Höhe, die sowohl den Ein- als auch den /Uislaß überdekct, mit tluminiumschmelze gefüllt. Die Tiefe muß natürlich so groß sein, daß sich die für die Reaktionskammern 12 und 16 definierte Minimaltiefe d ergibt; es wird hier noch einmal darauf verwiesen, daß die Tiefe d im Verlauf des Verfahrens durch Verdrängung durch die Schmelzsalzschicht 2o geringer wird. Wo also eine Minimaltiefe d von 15 inches (38$1 cm) über dem Gaseinlaß 59 aufrechterhalten werden soll, wird man Hit einer Schmelztiefe von mindestens 22 oder 24 inches (55»9 bis 6o_t9 cm) beginnen. Wenn dann die Salzschichtdicke zunimmt, muß die üalzschicht regelmäßig abgenommen werden, bevor die Schmelztiefe unoer die gewünschte Kinimaltiefe, d.fe. 15 inches (38,1 cm) absinkt.

dem ζ infahren des Systems braucht man normalerweise auf die Schmelze kein c-alz aufzubringen; eine solche Salzschicht

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bringt bei der Durchführung des Verfahrens keinen wesentlichen Vorteil, aber unter Umständen den Nachteil, die Schmelze zu verdrängen· Beginnt man also das Verfahren mit einer Salzschicht von 2 bis 3 inches (5f1 bis 7$6 cm), kann sich in einigen Fällen der Nachteil ergeben, daß der Zeitpunkt, an dem die Salzschicht entfernt werden muß, zu früh eintritt.

Man führt dem System Wärme zu, um den Wärmegehalt der Aluminiumschmelze beizubehalten, und bringt Chlor ein, sowie die Schaufeln des Laufrades sich zu bewegen beginnen. Da die Chloridierreaktion exotherm verläuft, kann man die Wärmezufuhr einstellen, wenn die Reaktion beginnen hat. Haben die Laufradschaufeln sich in Bewegung gesetzt und die Chlorzufuhr begonnen, läßt man die Schmelze durch die Einheit strömen, da die Chloridiergeschwindigkeit und der Betriebswirkungsgrad so hoch sind, daß beim Stillstand der Schmelze eine übermäßige Dampfbildung eintritt, da die reaktionsfähigen metallischen Verunreinigungen sehr schnell aufgebraucht werden.

Zur Erläuterung der Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen nun einige Beispiele gegeben werden· In jedem Beispiel - ausser den Beispielen δ und 1ο- handelte es sich bei dem behandelten Metall um nl-Si-Schrott, wie er für sekundären Al-Schritt typisch ist. Falls nicht andere vermerkt, wurde im Prinzip die dargestellte Anordnung verwendet, und zwar alt einem Laufrad, wie es oben als vorzugsweise mit einem ümfangsdurchmesser von 12 inches (3o,5 cm), einem Nabendurchmesser von 8 inches (2o,3 cm) und mit zwölf Schaufeln von 2x2 inches (5,1 3c 5,1 cm) Fläche versehen beschrieben wurde. Bei den Beispielen 1 und 2 handelt· es sich um kontinuierliche Verfahren, bei denen etwa 13ooo lbs./h (59oo kg/h) aluminium in einer Anordnung nach Fig. 1 bei einer Laufradgeschwindigkeit von 2oo U/min behandelt wurden. Die Tabelle 1 gibt die Einzelheiten der Beispiele 1 und 2 wieder.

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T ab β 1 1 β 1

Beispiel 1

Mg-Konzentration am Eingang,

(Gew.-^) o,53 o,6o

Mg-Konzentration am Ausgang

(Gew.-#) o,18 o

Cl₂-Zufulir (lbs.A (kg/h)) 128,o(58,1) 132,3(6o,1)

Mg-Auszug (lbs./h(kg/h)) 43,9(19,9)

Gl₂-ümsatm su MgGIg (#) loo I00

Erzeugtes MgCl₀

(lbs./fa (kgA)J 172 (78,1) 178 (80,8)

mittl. Reaktionstenperatur

( °9) 737 75o

H-Gehalt d»a Produktes

(ml/1oo g) o,12 .0,12

Die Beispiele 1 und 2 erweisen die dirch die vorliegende Erfindung erreichbaren hohen Wirkungsgrade. Das erzeugte HgCl₂ ist wasserfrei und hat eine Reinheit von typischerweise 95 bis 98 % oder besser und ist daher ein wertvolles Beiprodukt·

Die Beispiele 3 und 4 vergleichen das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung mit eines herkömmlichen Of ensehmel as verfahren; die Einzelheiten ergeben sich aus der Tabelle 2.

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23A7610

- 2ο -

Tabelle 2 Beispiel

Behandlung;	Durchlaufverf. η.d·Erfindung	Ofenschmelz- verfahren
Mg-Auszug	0,2*	O,2 yö
Größe der Schmelze jjlbs.(kg))	44ooo(2oooo)	45500(2o65o)
Clg-Verbrauch
(lbs.(kg))	257 (117)	366 (166^2)
Standzeit (fluxing time)	keine, da Durch laufverfahren	1,72 h
Cl2-Uasatz zu MgCl2	99,92 *	8o t
Abgas:
freies Chlor (mg/sr)	8,3	67o
ppm	2,7	224
Chloride (mg/m5)	7,4	13.800

Aus der Tabelle 2 ergibt sich klar, daß das verbessert· Ver» fahren gegenüber dem Ofenscheelxverfahren hinsichtlich der ChlorauanutKung und der Verhinderung der Luftverschmutzung erhebliche Vorteile bietet«

In den Beispielen 5 bis 7 wurde das vorliegende System im Rücklaufverfahren angewendet, um zu zeigen, daß, während es eich kontinuierlich durchführen läßt, auch ein Block-Rück-

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lauf betrieb möglieb, ist, bei dem die das System verlassende Metall in die Einheit rückgeführt wird. Die Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Beispiele 5 bis 7·

a b e 1 1 e 3

Beispiel

Metalldurchsatz
(lbs./h(kgA))

Anfangs-Mg-Gehalt

115oo(522o)

o,9

Εηφ-Mg-Gehalt 0»)	ο,46
Cl2-Zufuhr
(ibs.A(kgA))	98(44,5)
Mg-Auszug (lbs.A(kgA))	33,6(15,3)
Clo-Uasatz zu MgCl2	1οο
Rücklaufzeit (h)	1
Stufenzahl	1

3,1
o,29

1oo
4
2

12ooo(545o)

3,o o,11

136(61,8) 137(62,2)

46,7(21,2) 46,9(21,3)

1oo 4 2

Das Beispiel 8 beweist die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung, den Magnesiumanteil sehr weit zu senken und gleichzeitig in einem Hochleistungsdurchlaufaystem hohe Chlorausnutzungsgrade beizubehalten. Die Einzelheiten des Beispiels 8 sind wie folgt:

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Metalldurehsatz (lbs./h(kgA)) 58.ooo

Anfangs-Mg-Gehalt. (>S) o,o29

End-Mg-Gehalt (#) o,oo6

Cl₂-Zufubr (lbs./h(kg/h)) 59,8 (18,1)

Mg-Auszug (lbs./h(kg/h)) 13*2 (6,o)

Cl₂-ümsatE zu MgGl₂ (#) 97,ο

Typischer Ausstoß an freiem Cl^ 1»7 ppa

4,8 mg/m⁵

Während der Gblorausnutzungagrucl im Beispiel 8 geriB *r ist als in den vorhergehenden Beispielen, muß beachtet werden, daß das Mg hier auf einen sehr niedrigen anteil ausgezogen wird, bei dem ein Absinken des Wirkungsgrades erwartet werden muß» Dennoch ist der Ausnutzungsgrad von 97 i> eindrucksvoll.

Aus den obigen Beispielen läßt sich ersehen, daß das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, einer Vielfalt von Eingangsbedingungen hinsichtlich des Gehalts an Verunreinigungen gerecht su werden und durchweg Chlorausnutzungsgrade bis zu 1oo $ erreicht. Wichtiger noch ist die Tatsache, daß fast das gesamte Chlor zum Metallsalz der Verunreinigung umgesetzt wird. Es wurde gezeigt, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, Magnesium bis zu einem Gehalt von o,o5 ^ und weniger zu entfernen; in der Tat hat es sich als in der Lage verwiesen, den Mg-Anteil auf o,oo5 ^ zu drücken, obgleich der Wirkungsgrad etwas zurückgeht, wenn der Anteil der Verunreinigung am behandelten Metall unter o,o5# absinkt. Zusätzlich zum

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Entfernen von Magnesium und anderen metallischen Verunreinigungen hü.t das gezeigte Verfahren seine Fähigkeit bewiesen, Qfasverunreinigun(sen bis hinunter zu ο ,15 al pro 1oo g oder weniger zu drücken - bspw. o,1o ml/1oo g oder weniger. Weiterhin läßt sich auch der Oxidgehalt mit dem verbesserten Verfahren im wesentlichen senken, wie es sich aus Vakuumdichttests ergeben hat, die typischerweise eine Zunahme der Metalldichte von 2,4 g/cM"^ am Eingang auf 2,7 g/cnr am Ausgang anzeigten·

T.'ie Erfindung ist bis hierher im wesentlichen unter dem Blickpunkt einer Verrineerung des Gehalts an Magnesium, Natrium und Kalzium beschrieben worden. In einem breiteren binne umfaßt die Erfindung jedoch auch das Ausziehen von anderen Elementen, die in einer Aluminiumschmelze chloridlert werden können, in der das Störelement mit dem ohlor reagiert, um das entsprechende Chlorid zu bilden, 3?ür ein solches Element ist das negative Verhältnis der freien Chloridbildungsenergie, geteilt durch die Wertigkeit, höher als dasjenige von Aluminium in einem Chloridsystem· Bei diesen Elementen handelt es sich neben Hagueslum, Natrium und Kalzium um Strontium, Lithiua und Kalium.

Wo die Erfindung insbesondere für das Entfernen von Elementen wie natrium, Kalzium oder Strontium eingesetzt wird, die gewöhnlich in geringer Konzentration von typischerweise o,oo2 # im unbehandelten Metall vorliegen, die auf o,ooo2 # oder o,ooo1 % oder gar weniger gesenkt werden soll, sieht eine der von der vorliegenden Erfindung umfaßten Verfahrensweisen vor, daß man außer dem chlorhaltigen ein nicht reaktionsfähiges Gas einführt. Da das chlorhaltige Gas in Kengen eingeführt wird, die in stöchiometrischem Verhältnis zu dem Verunreinigungselement des behandelten Gases bzw. der Menge des Elementes, die entfernt werden soll, stehen, und da₉ wie oben beschrieben, bei der Durchführung der Erfindimg bestimmte Blas-

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chenverteilungen vorzugsweise angewandt werden, läßt sich einsehen, daß die zur Erzeugung dieser Bläschenveiteilung erforderliche Gasmenge größter sein kann als die sehr geringe Menge des chlorhaltigen Gases, die stöchiometrisch einen äußerst geringen Anteil eines Störelementes entspricht. Das nicht reaktionsfähige Gas dient nun dem Zweck _} die Ausbildung der gewünschten Bläschenverteilung zu erleichtern, ohne Dabei übermäßige Mengen des chlorhaltigen Gases einsetzen zu müssen, die zu Problemen der Luftverschmutzung führen würden. Geeignete nicht reaktionsfähige Gase sind die sogenannten tragen Gase wie Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon sowie deren Mischungen und auch Stickstoff und, aber weniger wünschenswert, Kohlendioxid. Im Fall von Stickstoff und Kohlendioxid müssen Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden, um die Bildung von Nitriden, Oxiden, Karbiden oder deren Komplexen zu vermeiden. Argon erfüllt die gestellte Aufgabe recht gut und wird vorzugsweise angewandt, da es wirkungsvoll und leicht erhältlich ist·

Die Mengen an chlorhaltigem und trägem Gas, die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, können je nach dem Anteil der Verunreinigungen la üusgangsmaterial und dem gewünschten Endzustand erheblich schwanken. Wo das Aus.gangsmetall erhebliche Magnesiunmengen enthält und große Mengen des chlorhaltigen Gases eingesetzt werden müssen, um den Magnesiumanteil stark zu senken, kann die Mitbenutzung eines trägen Gases einen nur geringen oder auch überhaupt keinen Vorteil erbringen, da die Entfernung des Magnesiums sowie erheblicher Mengen der gas- und oxidförmigen Verunreinigungen bereits unmittelbar durch das chlorhaltige Gas stattfindet, obgleich eine geringer imteil eines tragen Gases auch hler für das Entfernen gasförmiger Verunreinigungen von Vorteil sein kann. Wenn man jedoch Natrium oder Kalzium ausziehen will, deren Konzentrationen selbst im unbehandelten Metall typischerweise einen <ert von o,oo2 % nicht übersteigt, oder wenn man

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bei sehr geringen kagnesiuraanteilen arbeiten will, sinkt die. Menge des einzuführenden chlorhaltigen Gases im Vergleich zum Vorliegen größterer Hagnesiumanteile stark an.

Um jedoch dio für die vorliegende Erfindung erwünschte Bläschenverteilung zu erreichen, muß mehr Gas als die sehr kleine an chlorhaltigem Gas vorliegen; dieser Mangel wird durch oder ein anderes träges Gas ausgeglichen, so daß bspw. o,oo5 s.c.f· (141,5 cm^) oder mehr (chlorhaltiges und träges Gas zusammengenommen) pro Ib. (o,454 kg) Metallschmelze im ■-ystem eingeführt werden. Wo die stöchiometrische Menge an chlorhaltigem Gas diesen Betrag bzw. eine vorzugsweise eingesetzte Menge von o,o1 s.c.f. (284 cm^) oder mehr Gas pro Ib. (o,454 kg) Schmelze im System übersteigt, braucht eine Ergänzung des chlorhaltigen durch ein träges bzw. nicht reaktionsfähiges Gas nicht erforderlich zu sein.

VjO jedoch die stöchiometrische Menge des chlorhaltigen Gases zum Erreichen der angegebenen Menge nicht ausreicht, wird sie* mit Vorteil mit einem nicht reaktionsfähigen Gas ergänzt, um zu gewährleisten, daß sich die gewünschte .Bläschenverteilung einstellt und oxidische und gasförmige ebenso wie metallische Verunreinigungen gebunden werden. Bei der Behandlung einer KIuminiumschmelze auf geringere Natrium- oder Kalziumkonzentration wären die relativen Mengen an chlorhaltigem und trägem Gas von weniger als 1 ;» bis zu 2o # (typischerweise Ibis 5 /0 für das chlorhaltige und 99 oder mehr bis zu 80 ;« (typischerweise 99 bis 95 ;*>) für das träge Gas, obgleich diese Zahlen nur .Richtwerte sind und die Erfindung in ihrem breitesten Sinn auch wesentliche v/eiuere Anüeilsverhältnisse der beiden Gaseumfaßt - wie bspw, so wenig wie 0,5 oder 0,25 % oder weniger (bspw. o,1 ^) oder so viel wie 60 £, 80 £ oder mehr Chlor,

Was also das. Verhältnis des einen Gases zum anderen anbetrifft,

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kann es offensichtlich größer oder kleiner als ^ins sein.

Die Menge an Chlor oder einem anderen chlorhaltigen Gas ist angenähert diejenige, die mit den metallischen Verunreinigungen unter Lildung von deren Chloriden reagiert. Lie ilenge solcher L'lemente und das :usmaß, in dem es gewünscht ist, sie zu entfernen, können innerhalb eines breiten Bereiches schwanken; entsprechend ist auch die Chloriaenge unterschiedlich. Betrachtet man z.B. die Behandlung von aluminium mit einem kleinen Anteil - bspw. o,oo15 j - natrium, ist die erforderliche Chlormenge ebenfalls sehr gering. Liegt dus chloridierbare Element in sehr kleinen Mengen vor - bspw. weniger als o,o3 ;j und insbesondere weniger als o,oo5 /'-> - kann die eingesetzte Chlormenge größer als die genaue stöchiometrische ftenge sein, da die Reaktionsbedingungen bei ^wsr Behandlung äußerst ge* a^er Verunreinigungskonzentrationen einen Überschuß ratsam erscheinen lassen, um die Chloridierung so vollständig wie möglich zu machen. Selbst wenn man die drei- oder vierfache stöchiometrische Menge von ο,οοΊί? # Na ansetzt, ist die C^-iieng-e immer noch extrem klein; der Überschuß wird von anderen reaktionsfähigen Elementen - wie Mg, das oft ebenfalls vorliegt - ohne weiteres aufgenommen. Für sehr kleine Anteile an Verunreinigingen kann die Iienge an chlorhaltigem Gas also das liebrfache des theoretischen genauen stöcUiometrischen Wertes

Liegt jedoch eine erhebliche Menge eines chloridierbaren rftörelementes wie bspw. Magnesium in zuteilen von bspw. o,o5 odor o,5 fi oder mehr vor, geht die einsehbare Menge dee chlorhaltigen Gases näher an den theoretischen ..ert heran, dt. die erheblich größere iienge von der dclimelze kaum aufgenommen oder gar an die Luft abgegeben werden kann. Das gleiche gilt, wenn der Anteil eines Elementes auf einen bestimmten ^;.vert reduziert werden soll - bspw, von 3»5 % Mg auf 2,5 ^ Mg. Die stöchiometrisch einsetzbare Menge ist im wesentlichen dem einen Prozent

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Magnesium, das entfernt werden soll, äquivalent. Eine stöchiometricch einsetzbare Menge an chlorhaltigem Gus steht also zum theoretisch äquivalenten Wert in Beziehung; die Genauigkeit der Beziehung kann aber mit der vorliegenden iienge des chloridierbaren Elementes schwanken· Ist die umgesetzte Menge geringer als etwa o,o3 .- und insbesondere geringer als o,o1 ,ό oder gar ο,οο.¹} ;'/ oder weniger, kann die Menge des Chlors oder chlorhaltigen Gases das theoretische Äquivalent dieses Elementes erheblich übersteigen. Wo der Anteil des zu chloridierenden Elementes etwa o,o3 ti oder höher beträgt, bBingt man Chlor bzw. das chlorhaltige Gas in einer Menge ein, die angenähert dom theoretischen Äquivalent entspricht.

Da, wie oben gezeigt, die Menge des chlorhaltigen Gases in einem breiten Bereich, schwanken kann, gilt das gleiche für die relativen inteile des chlorhaltigen und des tragen Gases; diese ^rjci?sache ist verantwortlich für den sehr breiten Bereich, der oben angegeben wurde (o,1 # C1_P gegenüber Bo # oder mehr in einer Clg-A-Iliscbung).

C.

Setzt man sehr geringe Mengen des chlorhaltigen Gases «in, besteht eine geringere Notwendigkeit (vergl. Fig. 1), dafür «u sorgen, die Reaktionsprodukte von der Aluminiumschmelze zu trennen, du die /!enge des Heaktionsproduktes äußerst gering ist. In solchen lallen ist es gewöhnlich ebenfalls möglich, nur eine einzige anstelle der zwei iieaktionszonen der Fig. 1 einzusetzen, und zwar auB dem gleichen Grunde, nämlich die geringen Mengen an reaktionsfähigen otoffen, mit denen öMne Berührung bewerkstelligt werden muß. In dem System der jfig· 1 ist also für die Behandlung einer Aluminiumschaelse zum Entfernen eines geringen iiatriumgnteils von etwa o,oo1 *> nur eine einzige Reaktions- oder Ghloridierkamiaer 12 erforderlich· Das unter der trennwand 19 durchströmende Metall kann dann unmittelbar in die letate i-.aiamer 2ö gelangen, wobei die zweite Chloridier-

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kammer 16 und eine getrennte absetzkammer 24 wegfallen können, Die Menge des aus der Reaktion entstehenden salzigen Produktes wäre äußerst klein und würde unter normalen Bedingungen keine Probleme auf werfen, selbst wenn erhebliche Teile desselben mit der Schneise ausfließen.

Das Beispiel 9 zeigt den Betrieb des Systems nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Chlor-Argon-ilischung zur Behandlung einer Aluminiumschaelze mit o,o53 # Mg. Lie Einzelheiten sind wie folgt:

Metalldurchsatz (lbs./k(kg/h)) 38ooo

Anfange-Mg-Anteil (ύ) o,

End-iig.i-Jiteil (fr) o,o13

Anfanes-H₂-Anteil (ml/1oo g) o,41

End-H₂-Anteil (ml/1oo g) o,1o

Verhältnis Gas ?u Metall

(s.c,f,/lb· (cnVkg) o,o1J insgesamt

Das im Beispiel 9 eingesetzte ύ&β bestand aus 56 /·> Gl₂ und 44 ,o A, wobei die Ohloraengfc etwa der zu entfernenden Mg-Menge entsprach und der Chlorausnutzungsgrad etwa 1oo ρ betrug· Das Argon wurde zugegeben, un des Gas-Metall-Verhältnis auf einen vorzugsv/eise eingesetzten Wert von mehr als o,o1 zu bringen und damit das Entfernen gasförmiger enteile zu verbessern; dies Drückt sich in den sehr niedrigen Wasserstoffgehalt des behandelten Metalls aus.

Beispiel 1o zeigt den Einsäte des verbesserten Verfahrens

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SAD OBi

nach der Erfindung sum Entfernen von metallischen Verunreinigungen aus Natrium und Kalzium sowie Wasserstoffgas und Oxideinschlussen aus einer Aluminiumlegierung des Typs 11oo, und zwar unter Einsatz einer Ghlor-nrgon-IÜLschung mit 0,8 bis 1,7 # Gl₂. Die Einzelheiten eind wie folgt:

Hetalldurchsatz (lbs./h(kg/h))

rnd-Γε.-. nteil (ji) Anfangs-Ca-Anteil (#) End-Ca-^ntoil .Anfangs-R^-Gehalt (ml/100 g) End-H₂-Gehalt («1/100 g) Vakuumgasdichte (g/cm*) vor der Behandlung

Vakuumgasdichte nach der Behandlung

Gasdurchsatz

A Cl,

20000 (9o9o)

o,oo11 <o_tooo2

0,0006 O₁OOOi 0,37

2,59

2,7o 230

2 bis 4

Lie sich unmittelbar zeigt, wurde durch das verbesserte Verfahren die Güte der uluminiumschmelze durch erhebliche Senkung der aiteile an metallischen, oxidischen und gasförmigen Verunreinigungen bemerkenswert verbessert.

^vhnliche Ergebnisse wurden mitAl-Legierungen erhalten, die erhebliche Anteile an Mg aufwiesen, wobei mit dem Verfahren

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- 3ο -

Na und Ca selektiv ohne wesentlichen Hg-Verlust ausgezogen wurden·

Während die Erfindung hier unter Bezug auf vorzugsweise angewandte Ausführungsformen beschrieben wurde, sollen die folgenden Ansprüche alle Ausführungsformen umfassen, die der Grundgedanke der Erfindung einschließt.

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Claims (1)

1. - 31 -

   Fat entansprüche

   1. . Verfahren zum Reinigen geschmolzenen AlusainiuMS· dadurch gekennzeichnet, daß man

   (1) die Aluminiumschmelze in einer ChIoridierkammer mit einem Gas in Berührung bringt, das einen reaktionsfähigen chlorhaltigen Gaeanteil aufv.eist und an einem Ort mindestens 1o inches (25 »4- cm) unter der oberen Fläche des zu behandelnden Schmelzenkorpers eingeführt wird, umdae Chlor «it metallischen Verunreinigungen im nluminium zur Reaktion zu bringen und die Chloridnalze der die Verunreinigungen ausmachenden Ketallü zu bilden; und daß man

   (2) um Ort der Einführung des chlorhaltigen Gases Umrühruodingungen aufrechterhält, die in der Schmelze eine im w&cantliehen gleichmäßige Verteilung von Gasbläschen bewirken, die sich im wesentlichen durch den gesamten Schmelzenkörper in der Chloridierkammer erstreckt, während gldchzeitig jede Aufteilung oder Zersplitterung des geBchmolzenen

   . Met&lls vermieden bleibt, um ein Emulgieren der Schmelze mit der Chloridsalzphase zu vermeiden.

   Verfehren nach Jinpruch 1₁ dadurch gekennzeichnet _f oa.5 aufrechterhaltenen umrührbedingua^en denjenigen entsprechen, die man mit einer turbine eines ..ußendurchmes- iievs von "i2 incliss (3o,5 cm) mit 12 Schaufeln von etwa 2x2 inch (>»1 χ >_t1 cm) x'läche, die sich mit 185 bis 4oo U/min. dreht, erhält·

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   , _: Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Gekennzeichnet, daß es aich bei dem chlorhaltigen Gas um Chlor handelt.

   Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrühreinricbtung ein Turbinenlaufrad ist und man das Chlor im Drehmittelpunkt der Turbine einführt, wobei man die Turbine in einen Abstand von 2 inches (5,1 es) ▼©■ Boden der Chloridierkammer anordnet»

   Verfahren nach eines der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennselohnet, daß man die Metallschaelse durch mehrere Chloridierkameern und Mindestens eine Absetzkammer strömen laßt, üb die Trennung der Sehaelse τοη ßaleeinsohlüseen su erleichtern*

   6. Verfahren nach eine« der vorhergehenden Aneprüehe, dadurch gekennzeichnet, daß man dme Ohlorideals-Eeaktion»» produkt des rerunreinig^enden Metalle aus der Chloridierkasjwr entfernt« ua eine übenpäßige Salsanaaemluag su verhindern und über de» Ort der Einführung des chlorhaltigen Gases «ine ßoheelehöhe von mindeefrene 1o inch (25,^ cm) aufreohtsuerhalteii·

   7* Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß can

   (1) geschnolsenes Aluminium durch eine erste (Jliloridierkae- *mer strömen läßt, in der os in Berührung tritt alt einen Gas aus Chlor, das man an einem Punkt mindestens 1o inches (2^,4- cm) unter dem ßchmelespiegel in die Kammer einführt, damit die metallische Verunreinigung mit dem ühlor unter

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   - - 35 Bildung des Ohloridsalzes reagieren kann;

   (2) im wesentlichen am Ort des üinführens des Chlors Umrührbedingungen aufrechterhält, die eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung durch die Aluminiumschmelze in der Kammer sorgen, wobei die Bläschenverteilung derjeni- . gen entspricht, die sich aus einer Simulation am Luft-Wasser-Modell ergibt und bei der mindestens 6o Φ der Bläschen einen Durchmesser von nicht mehr als 1/8 inch (3,175 mm) haben, und wobei sämtliche Streu- und Zerschereffekte auf das Metall im wesentlichen vermieden werden, wobei diese Umrührbedingungen denjenigen entsprechen, die sich bei Einsäte einer Turbine pit 12 inch (3o,5 cm) Außendurchmesser und 12 Schaufeln von 2x2 inch (5,1 x 5.1 cm) Fläche, die sich mit 183 bis 4oo U/min, dreht, ergeben; und daß man

   (3) das geschmolzene Metall aus der Chloridierkammer in eine Absetzkammer überführt, in' der sich infolge der Absetawirkung in der Absetzkammer Salzeinschlüsse aus der Schmelze absetzen können.

   8· Verfahren nach Anspruch 7 t dadurch gekennzeichnet, daß das Chlor in einer Menge zugeführt wird, die in stöchiometrischem Zusammenhang mit der Menge der zu entfernenden Verunreinigung steht·

   9· Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas zusätzlich zu Chlor einen Anteil eines nichtreaktionsfahisen Gases enthält.

   1o» Verfahren nach Anspruch 9, dadurch, gekennzeichnet, daß die eingeführte Gasmenge mindestens o,oo5 s.c.f.

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   .5 cur) pro Ib. (o,4-l?4 kg) der behandelten Schmelze beträgt·

   11. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die relative Menge des chlorhaltigen Oansa yagen'iber dem nichtreaktionsfähigen Gae gering ist.

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