DE2701260C3

DE2701260C3 - Verfahren zur Entfernung von gelöstem metallischem Natrium aus Aluminiumschmelzen

Info

Publication number: DE2701260C3
Application number: DE2701260A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. Neuhausen Stary
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1976-12-21
Filing date: 1977-01-13
Publication date: 1981-08-20
Also published as: CH599979A5; US4138245A; DE2701260A1; FR2375329A1; ZA776956B; DE2701260B2; ATA913477A; AT357339B; GB1542359A; NO149509C; NO774345L; FR2375329B1; IT1088996B; YU279277A; NO149509B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von gelöstem metallischem Natrium aus Aluminiumschmelzen, bei dem die Aluminiunischmelze während des Durchgangs durch ein Filterbett mit reaktivem Chlor behandelt wird.

Es ist bekannt, daß durch die Behandlung von Aluminiunischmelzcn mit reaktivem Chlor der Natriumgehalt der Schmelze bis auf einige ppm verringert werden kann.

Die dem Stand der Technik zugehörenden Verfahren können grob in zwei Gruppen unterteilt weiden.

1. Das durch die DE-OS 19 12 8K7 vorbeschriebenc Verfahren, kann als repräsentativ für die Gruppe angesehen werden, bei der das geschmolzene Metal! mit einem Flußmittel abgedeckt wird, das bei der ßchandlungsiempcratur in flüssigem Zustand vorliegt. Während der Durchführung des Verfahrens, wird dauernd oder periodisch Chlor in die Schmelze cingclcik ι. Das Flußmittel ist dabei in der Lage, den größten Teil ties in der Schmelze enthaltenen Natriums als Natriumchlorid zu binden. Als Flußmittel dienen dabei Salzgemische, die alkali- und/oder Erdalkalihalogcnidc enthalten und Zusätze eines Komplexsalzcs, wie Natriumhexafluoroaluniinat und ähnliche aufweisen.

2. Das durch dii- I¹S I¹S 37 37 30! vorbeschriebene Verfahren k.inn .\\- Venrelcr der /weiten Gruppe angesehen werden, 1-ei der das flüssige Aluminium durch ein Filterbett jus lenerfestem Material geleitet w in', d.is nut reaktivem Chlor begast wird.

Die eingangs beschriebenen Verfahren, bei denen die

Aluminiumschmelzc mit einem Flußmittel abgedeckt wird, weisen den Vorteil auf, daß erhebliche Mengen an Natriumchlorid in der Flußmittelschicht aufgenommen

^r> — »gespeichert« — werden können.

Auf der anderen Seite zeigen diese Verfahren den Nachteil, daß das bei der Behandlungstemperatur flüssige Flußmittel mit Luftfeuchtgkeit hydrolisiert, wobei eine Rauchentwicklung zu beobachten ist. Der

ίο Rauch besteht vorwiegend aus Salzsäure und einem Gemisch aus feinteiligem Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid. Ebenfalls besieht die Möglichkeit, daß die Salzschmelze, bzw. ihre Hydrolyseprodukte in die Ofenwandung eindiffundieren und so eine Korrosion

ι "> der Ofenausmauerung bewirken können.

Der Einsatz von Filterbetten gewährleistet eine optimale Verteilung des in das Bad eingebrachte Chlorstroms und bewirkt so eine optimale Chlorausbeute. Nachteilig wirkt sich hier die geringe Speicherkapa-

2ii zität der feuerfesten Keramik für das gebildete NaCl aus, die bewirkt, daß das NaCI an die Badoberfläche steigt und dort periodisch entfernt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung eines Verfahrens zur Entfernung von gelöstem metallischem

-> Natrium aus Aluminiumschmelzen bei dem die hohe Speicherkapazität des Flußmittels für Natriumchlorid mit der guten Verteilung des Chlorstroms durch ein Filterbett kombiniert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,

)" daß das Filterbett aus einem bei der Behandlungstcmperatur beständigen, körnigen oder schaumförmigen Material besteht, dessen Oberfläche mit einem Salzgcmisch überzogen ist, das Natriumchlorid und andere Chloride der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle in einer

Ii solchen Zusammensetzung enthält, daß dieses Salzgemisch bei der Behandlungstemperatur in flüssigem Zustand vorliegt.

Das in der Schmelze gelöst vorliegende Natrium reagiert mit chemisorbiertem Aluminiumchlorid unter

tu Freisetzung von Aluminium zu Natriumchlorid, welches durch die flüssige Salzschicht auf dem Filtermaterial abgebunden wird.

Weiter besteht die Möglichkeit, zur Erniedrigung des Schmelzpunktes, bzw. zur Erreichung einer bestimmten

•f> Viskosität dem Salzgemisch ein Doppelsalz des Typs

Me [AIX₄]oder Me₁[AIXb]

zuzusetzen, wobei Mc für Alkalimetall und X für Fluor oder Chlor steht.

■'•n Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, als bei der Behandlungstemperatur beständiges Material feuerfeste Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxidkeramik, oder Stein einzusetzen. Wird zur Bildung des Filtcrbctles Keramik verwendet, kann das Filter mit Kcramik-

Ί^Γ' Granulat oder mit Keramik-Schaumstoff gebildet werden. Bei der Verwendung eines geeigneten feuerfesten Materials besteht die Möglichkeit, den »Träger« als poröse oder Löcher (Kanäle) enthaltende Platte auszubilden, oder Platten in Form von Schikanen in den

cn Filtertopf einzubauen.

Vor allem bei der Verwendung von Keramik-Schaumstoff hat sich gezeigt, daß die Poren nach lungeren Bctricbszciicn durch das auf der Oberfläche absorbierte Natriumchlorid verstopft werden können.

<>'· Fs hat sich daher als vorteilhalt erwiesen die Filierschicht aus mehreren Schaumstoffschichtcn mit in Richtung des Aluminiumflusses abnehmender Porengröße zu verwenden. Der gleiche Effekt, die Erreichung

längerer Filterstandzeiten, kann bei Verwendung von Granulat erreicht werden, indem die Korngröße des Granulates in Richtung des Aluminiumflusses kontinuierlich oder schichtweise verkleinert wird.

Das Filterbett weist vorzugsweise eine Dicke von mindestens 5 cm auf, z. B. 15 bis 35 cm.

Um zu verhindern, daß Tropfen der Salzschmelze durch das strömende Aluminium aus dem Filter mitgerissen werden, hat es sich weiter als vorteilhaft erwiesen, das Filterbett mit einem mechanisch wirkenden Filter abzudecken. Damit der mechanisch wirkende Filter nicht mit Salzen verunreinigt wird, ist es bei Anwendung desselben günstig, den Gasstrom im Gleichstrom mit der Aluminiumschmelze durch das Filterbett zu leiten, d. h. Gasstrom und Metallstrom werden von der dem mechanischen Filter abgewandten Seite in das Filterbett geführt.

Das »Gleichstromverfahren« hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn kein mechanisches Filter verwendet wird, da beim Gleichstromverfahren eine Verunreinigung der filtrierten Schmelze mit AICb oder anderen Reaktionsprodukten vermieden wird.

Unter der Bezeichnung »Aluminium« werden sowohl reines Aluminium, wie auch Legierungen mit Aluminium als Hauptkomponente verstanden.

Ebenfalls wird unter der Bezeichnung »reaktives Chlor« sowohl elementares Chlor, wie auch Chlor-Verbindunen, die bei der Behandlungstemperatur in gasförmigem Zustand vorliegen, verstanden, die in der Lage sind, mit flüssigem Aluminium quantitativ zu Aluminiumchloid zu reagieren. Als Chlorverbindungen werden z. B. C₂CIf, oder CCU eingesetzt.

Zur Durchführung des Verfahrens wird das Filterbett, bzw. die flüssige Salzschicht auf den Filterkörpern dauernd oder periodisch mit »reaktivem Chlor« aktiviert. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, einen dauernden Strom eines inerten Gases, beispielsweise Argon, parallel zum Chlorstrom durch die Schmelze zu leiten.

Bei der Behandlung von inagnesiumhaltigen Legierungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren traten anfänglich Schwierigkeiten auf, d. h. neben Natrium wurde auch Magnesium aus der Schmelze entfernt. Es hat sich gezeigt, daß diese Verarmung der Schmelze an Magnesium nach einer Reaktion des Typs

2 Me¹AlCl₄ + Mg -2 Me¹Cl + 3 MgCI₂+ 2 Al

verläuft und vermieden werden kann, wenn dem Salzgemisch als Hauptkomponente MgCb zugefügt wird. Das bei der Begasung der Schmelze entstehende AICl) reagiert mit MgCI₂ zu einem Doppelsalz, das mit dem in der Schmelze gelöst vorliegenden Magnesium in

einem thermodynamisch begünstigten Gleichgewicht steht.

Die Vorteilhafligkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand von zwei Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

In einem mit öl beheizten Tiegelofen wurden 250 kg einer magnesiumhaltigen Aluminiumlegierung mit 3% Magnesium und einem durchschnittlichen Natriumge-

H) halt von 20 ppm bei 690-750⁰C erschmolzen. Die Schmelze wurde mit einer Geschwindigkeit von 6 kg/min durch ein Filterbett mit den Dimensionen 20 χ 20 χ 20 cm geleitet, bestehend aus AI₂Oj-Keramik mit Granulatdurchmesser 1,5 cm, durch Tauchen in

π einer Salzschmelze überzogen mit einem Salzgemisch aus

85% MgCl₂
15% NaCI

Der Filter wurde dauernd mit 1 l/min Argon durchströmt, dem periodisch alle 10 min für 5 min 1 l/min Chlor beigemischt wurde. Beide Gase wurden im Gleichstrom mit der Aluminiumschmelze durch den Filter geleitet.

>·-> Der Natriumgehalt der Aluminiumlegierung konnte auf einen durchschnittlichen Wert von 7,5 ppm gesenkt werden, was einem Reinigungsgrad von 62,5% entspricht. Eine Abnahme des Magnesiumgchaltes konnte nicht festgestellt werden.

Beispiel 2

In der gleichen Anlage und unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurden 250 kg Aluminium 99,8% mit einem durchschnittlichen Natriumgehalt von

)ί 35 ppm erschmolzen. Die Schmelze wurde mit einer Geschwindigkeit von 6 kg/min durch ein Filterbett geleitet, bestehend aus einem AbOj-Keramik-Schaumstoffilter mit den Dimensionen 20 χ 20 χ 30 cm. welches durch Tauchen in eine konzentrierte wäßrige Lösung von

40% NaCl
30% KCI
30% NaF

r> und anschließendes Trocknen bei ca. 200⁰C mit dem Saizgemisch beschichtet wurde. Das »aktive« Filterbett wurde mit einem als mechanisches Filier wirkenden AbOi-Schaumfilter mit den Dimensionen 20 χ 20 χ 10 cm abgedeckt. Die weiteren Versuchspara-

•>ii meter entsprachen denen in Beispiel 1.

Der Natriumgehalt des Aluminiums konnte auf einen durchschnittlichen Wert von 3 ppm gesenkt werden, was einem Reinigungsgrad von 91,4% entspricht.

Claims

Patentansprüche: 27 Ol 260

1. Verfahren zur Entfernung von gelöstem metallischem Natrium aus Aluminiumschmelzen unter Verwendung von reaktivem Chlor, wobei die Schmelze im Gleich- oder Gegenstrom mit dem Chlorstrom durch ein Filterbett geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Filierbett aus einem bei der Behandlungstemperatur beständigen, körnigen oder schaumförmigen Material besteht, dessen Oberfläche mit einem Salzgemisch überzogen ist, das Natriumchlorid und andere Chloride der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle in einer solchen Zusammensetzung enthält, daß dieses Salzgemisch bei der Behandlungstemperatur in flüssigem Zustand vorliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Salzgemisch ein Doppelsalz des Typs

Me₁ [AIX Joder Me [AlX₄]

enthält, wobei Me für Alkalimetall und X für F oder Cl steht.

3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterbett aus Aluminiumoxid-Keramik besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Filterbett mit einem mechanisch wirkenden Filter abgedeckt ist.

5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung des Verfahrens auf magnesiumhaltige Aluminiumlcgierungen die weitere Hauptkomponente des Salzgemisches MgCb ist.