DE2701261C3

DE2701261C3 - Verfahren zur Entfernung von Natrium aus Aluminiumschmelzen mittels reaktivem Chlor in einem Filterbett

Info

Publication number: DE2701261C3
Application number: DE2701261A
Authority: DE
Inventors: Adolf Howald; Rudolf Dipl.-Ing. Stary
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1976-12-21
Filing date: 1977-01-13
Publication date: 1979-08-09
Also published as: ZA776957B; NO149394B; US4144054A; ATA913377A; AT357338B; NO774344L; FR2375328A1; GB1542358A; FR2375328B1; DE2701261B2; NO149394C; DE2701261A1; YU279377A; IT1089704B; CH599978A5

Description

Es ist bekannt, daß durch Behandeln von Aluminiumschmelzen mit reaktivem Chlor vor allem der Gehalt an Natrium bis auf einige ppm gesenkt werden kann. Das Chlor wird dabei vorwiegend im Gemisch mit einem inerten Trägergas eingesetzt, dem die Aufgabe zufällt, das als Reaktionsprodukt entstehende Natriumchlorid an die Badoberfläche zu spülen und gleichzeitig durch Herabsetzen des Wasserstoffpartialdrucks den Wasserstoffgehalt der Schmelze zu verringern. Die Handhabung von gasförmigem Chlor im Betrieb gestaltet sich aufgrund der gesundheitsschädlichen Wirkung des Chlors schwierig. Aus diesem Grunde wurde bereits vor längerer Zeit versucht, durch Einsatz von oberflächenaktiven Substanzen die umzusetzenden Chlor-Mengen zu reduzieren und gleichzeitig den Wirkungsgrad des Chlors zu erhöhen. So beschreibt beispielsweise die DE-PS 8 15 106 ein Verfahren, bei dem mit Chlor beladene oberflächenaktive Stoffe, vorzugsweise Aktivkohle oder Kieselgel, mittels besonderer Behälter, gegebenenfalls unter Benutzung einer normalen Tauchglocke, in die Schmelze eingebracht werden.

Die US-PS 37 37 303 schlägt ein Verfahren vor, bei dem das flüssige Aluminium durch ein Filterbett aus feuerfestem Material geleitet wird, wobei reaktives Chlor im Gegenstrom zur Aluminiumschmelze periodisch oder kontinuierlich eingeleitet wird.

In der DE-OS 19 12 887 wird ein Verfahren zur Behandlung von Aluminiumschmelzen vorgeschlagen, bei dem das geschmolzene Metall mit einem Flußmittel abgedeckt wird, das bei der Behandlungstemperatur in flüssigem Zustand vorliegt und in der Lage ist, den größten Teil des durch die Chlorbehandlung entstehenden NaCl zu binden. Als Flußmittel dienen dabei Salzgemische, die Alkali- und/oder Erdalkalihalogenide enthalten und Zusätze eines Komplexsalzes, wie Natriumhexafluoroaluminat und ähnliche aufweisen.

Die in der DE-OS 19 12 887 und der US-PS 37 37 303 beschriebenen Verfahren — das Abdecken des Bades mit einem Flußmittel und die Verwendung von Filterbetten aus feuerfestem Material — repräsentieren den Stand der Technik. Beiden Verfahren haften jedoch einige Nachteile an, die ihre Anwendung in der Praxis erschweren.

Bei dem zur Abdeckung der Aluminiumschmelze verwendeten Flußmittel, reichert sich mit der Zeit Aluminiumchlorid in der Deckschicht an, bildet mit den darin enthaltenen Alkali- und Erdalkalihalogeniden Doppelsalze, die mit der Luftfeuchtigkeit hydrolisieren können und dabei eine unerwünschte Rauchentwicklung zeigen und einen Anstieg der Viskosität bewirken können. Dieser Rauch besteht vorwiegend aus Salzsäure, sowie feinteiligem Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid. Weiter besteht die Gefahr, daß die Salzschmelze und deren Hydrolyseprodukte in die Ofenwandung eindiffundieren, was zur Korrosion der Ofenausmauerung führen kann.

Durch die schlechte Verteilung des Chlors im Bad ist der Wirkungsgrad des Chlors für die industrielle Anwendung meist zu klein, da ohnehin zur Durchführung des Verfahrens verhältnismäßig aufwendige Gießereianlagen notwendig sind.

Eine bessere Verteilung des in das Bad eingebrachten Gasstroms wird durch den Einsatz von Filterbetten aus Keramikkörpern erreicht. Das durch die Reaktion des Chlors mit dem Aluminium entstehende Aluminiumchlorid wird zum größten Teil auf den Keramikkörpern abgeschieden, wodurch eine Rauchentwicklung weitgehend verhindert werden kann. Durch die allseitige Bedeckung der Keramikkörper und des auf ihnen abgeschiedenen Aluminiumchlorids durch die Aluminiumschmelze findet keine Hydrolyse des Aluminiumchlorids durch Luftfeuchtigkeit statt, und somit ist kaum Korrosion der Ofenausmauerung zu befürchten. Das Speichervermögen der Keramikkörper für das gebildete Natriumchlorid ist aber verhältnismäßig klein und verlangt ein entsprechend groß dimensioniertes Filterbett mit entsprechend großen Wärnieverlusten.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, die vorstehend erwähnten Nachteile zu beseitigen und insbesondere die Beladungskapazität des Filterbettes für Natrium zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß man das störende Natrium, welches in der Aluminiumschmelze vorhanden ist, dadurch abscheidet, daß man es mit einer durch Chemiesorption gebildeten Komplexverbindung aus NaCl und AICI3 reagieren läßt, der auf der Oberfläche des Filtermaterials gebildet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung von Natrium aus Aluminiumschmelzen mittels reaktivem Chlor in einem Filterbett ist demgemäß dadurch

gekennzeichnet, daß das flüssige Aluminium durch ein Filterbett geleitet wird, wobei zumindest die aktive Oberfläche dieses Filters aus Natriumchlorid oder aus einem Gemisch von Chloriden der Gruppe Alkali und Erdalkalichloride mit Natriumchlorid als "vesentlicher Bestandteil gebildet ist und die Metalltemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Chlorids liegt und daß kontinuierlich oder periodisch reaktives Chlor durch das Filterbett geleitet wird.

Diese Arbeitsweise unterscheidet sich grundsätzlich von bekannten Maßnahmen, die darauf abzielen, feste Verunreinigungen aus der Aluminiumschrr>elze abzufiltrieren, beispielsweise Phosphide und FeCb. Um auch schlackebildende Oxide mittels eines solchen Filtrierverfahrens zu entfernen, ist empfohlen worden, keramische Filterkörper mit Fluoriden zu imprägnieren. Solche Fluoride, z. B. MgF2 oder CaF2, sind aber nicht in der Lage, mit NaCl Chemiesorptionsverbindungen zu bilden und metallisches Natrium aus den Schmelzen abzuscheiden.

Ebenso führt das für das Abtrennen nichtmetallischer Einschlüsse empfohlene Überziehen von Granulaten mit einem zähflüssigen Flußmittel nicht zum Erfolg, weil nur feste Stoffe auf der zähflüssigen Oberzugsschicht kleben bleiben, aber keine in der Schmelze gelösten Stoffe.

Unter »reaktivem Chlor« werden sowohl elementares Chlor wie auch Chlorverbindungen (z. B. C2CU oder CCU), die in der Lage sind, mit dem geschmolzenen Aluminium zu Aluminiumchlorid zu reagieren, verstanden. Unter der Bezeichnung »Aluminium« werden in diesem Zusammenhang reines Aluminium wie auch Legierungen mit Aluminium als Hauptkomponente verstanden.

Bevorzugt ist das Filterbett aus stückigem Natriumchlorid gebildet. Die Korngröße des Filiermaterials beträgt vorzugsweise 5 bis 50 mm. Zweckmäßigerweise beträgt die Dicke des Filterbettes mindestens 5 cm; z. B. 10 bis 25 cm odei mehr.

In einer weiteren bevorzugten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anstelle der betreffenden Chloride in Stückform feuerfestes Material, z. B. Keramik, eingesetzt, dessen Oberfläche mit Natriumchlorid allein oder in Kombination mit Chloriden anderer Alkalimetalle bzw. Erdalkalimetalle beispielsweise durch Tauchen in eine Salzschmelze oder eine konzentrierte wäßrige Salzlösung überzogen wird.

Bei der Verwendung eines feuerfesten Trägers besteht die Möglichkeit, anstelle eines konventionellen Filterbettes, d. h. ein Filterbett aus stückigem oder körnigem Material, Platten einzusetzen, die porös sind oder auch in Form von Schikanen im Filtertopf angeordnet sind.

Um ein Mitreißen von Salzpartikeln durch die strömende Schmelze zu verhindern, ist es günstig, das Filterbett mit einem mechanisch wirkenden Filter abzudecken. Diese Maßnahme kann durch den Aufbau des Filterbettes unterstützt werden — die Korngröße des Filtermaterials wird in Richtung der strömenden Schmelze schichtenförmig oder kontinuierlich verkleinert.

Zur Aufrechterhaltung eines minimalen Aluminiumchloridgehaltes, kann dauernd oder periodisch gasförmiges Chlor in die Schmelze eingeleitet werden. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, parallel vom Chlorstrom ein inertes Gas, wie Argon oder Stickstoff durch den Filter zu leiten.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand eines Beispiels und einer Figur näher ί erläutert.

Die Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Versuchsanordnung in der Kilternnne.

In einem mit öl beheizten Tiegelofen wurden 250 kg Aluminium 99,85% mit durchschnittlich 15 ppm Natrium bei 690 —750⁰C erschmolzen. Die Schmelze wurde mit einer Geschwindigkeit von 6 kg/min durch ein Filterbett — gemäß der Figur — aus 2 kg Natriumchlorid der Körnung 10 mm geleitet. Der Filter wurde dauernd mit 1 l/min Argon durchströmt, dem periodisch 2) alle 10 min für 5 min 1 l/min Chlor beigemischt wurde. Beide Gase wurden, wie die Figur zeigt, im Gleichstrom durch den Filter geleitet.

Die Wirkungsweise des Filters ist folgendermaßen zu verstehen:
so

Unmittelbar nach Eintritt des Chlors in die Schmelze reagiert dieses mit dem Aluminium quantitativ zu Aluminiumchlorid. Das entstandene Aluminiumchlorid wird mit der strömenden r> Schmelze dem Filter zugeführt und auf dem Natriumchlorid chemisorbiert. bzw. reagiert nach dem Gleichgewicht:

A' NaCl₁S, + yAICI,,—> (NaCl)_x ■ (AlCI,),· _|S|

Das in der Schmelze gelöst vorliegende Natrium reagiert im aktivierten Filterbett mit dem chemisorbierten Aluminiumchlorid nach der Reaktionsgleichung:

3 vNa + (NaCI)_x ·

,·^, M3.v + .v)NaCl,_Sl + vAl,_fll

Der Natriumgehalt der so gereinigten Aluminiumschmelze konnte auf einen durchschnittlichen Wert von 2,5 ppm gesenkt werden, was einem Reinigungsgrad

■>o von rund 83% entspricht. Es ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchaus möglich, dem Chlorid bzw. Chloridgemisch weitere Salze beizugeben, sofern dadurch der Schmelzpunkt des Salzgemisches nicht unter die Metalltemperatur des Aluminiums

>·■> erniedrigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entfernung von Natrium aus Aluminiumschmelzen mittels reaktivem Chlor in , einem Filterbett dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Aluminium durch ein Filterbett geleitet wird, wobei zumindest die aktive Oberfläche dieses Filters aus Natriumchlorid oder aus einem Gemisch von Chloriden der Gruppe Alkali und m Erdalkalichloride mit Natriumchlorid als wesentlicher Bestandteil gebildet ist, und die Metalltemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Chlorids liegt, und daß kontinuierlich oder periodisch reaktives Chlor durch das Filterbett geleitet wird. ι ■-,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterbett aus stückigem Natriumchlorid gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Chlorid auf einen feuerfesten Träger aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein plattenförmiger feuerfester Träger verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 2> zeichnet, daß der feuerfeste Träger als Granulat verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korngröße des Filtermaterials zwischen 5 und 50 mm verwendet wird. κι

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumschmelze zwischen 690 und 750⁰C behandelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filterbett, das mit einem r> mechanisch wirkenden Filter abgedeckt ist, verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filtermaterial, dessen Korngröße in Richtung der strömenden Schmelze schichtenförmig oder kontinuierlich abnimmt, verwendet wird.