DE2724168A1

DE2724168A1 - Verfahren zur herstellung von aluminium

Info

Publication number: DE2724168A1
Application number: DE19772724168
Authority: DE
Inventors: Ernest William Dewing; Jean-Paul Robert Huni; Raman Radha Sood; Frederick William Southam
Original assignee: Alcan Research and Development Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1977-12-08
Also published as: JPS5727173B2; US4213599A; NO152566B; AU509732B2; JPS52146708A; NO152566C; CH637164A5; ES459180A1; IN155948B; SU1055340A3; BR7703468A; GB1590431A; PL198446A1; CA1084974A; DE2724168C2; HU176637B; AU2543677A; NL7705872A; NO771867L; FR2352889B1

Description

HOFFMANN · EITLX 6 TA RTNlSR

PAT E N TAN WALTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . Dl PL.-! N G. W. E ITLE · D R. RE R. NAT. K. H OFFM AN N ■ Dl ΡΙ.-ΟΛ.Λ /EflN£ Q DIPL.-ING. K.FQCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN fc / 4. H I DO

ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-SOOO MD N CH EN 81 ■ TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)

29 365 o/wa

ALCAN RESEARCH AND DEVELOPMENT LIMITED, MONTREAL

KANADA

Verfahren zur Herstellung von Aluminium

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium durch direkte Reduktion von Aluminiumoxid bzw. Tonerde durch Kohle.

Die direkte carbothermisehe Reduktion von Aluminiumoxid wird in den US-Patentschriften 2 829 961 und 2 974 032 beschrieben und die wissenschaftlichen Grundlagen der bei diesem Verfahren angewendeten Chemie und Thermodynamik sind

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1S ,

allgemein bekannt (P.T. Stroup, Trans. Met. Soc. AIME, 230, 356-72 (1964), W.L. Worrell, Can. Met. Quarterly, 4, 87-95 (1965), CN. Cochran, Metal-Slag-Gas Reactions and Processes, 299-316 (1975) sowie die anderen dort angeführten Literaturstellen) . Dennoch wurde bisher kein technisches Verfahren, das auf diesen Prinzipien basiert, entwickelt, was zum grossen Teil auf den Schwierigkeiten beruht, die erforderliche Wärme in die Reaktion einzuführen und das ausserordentlich heisse Gas, das während der Reaktion gebildet wird und welches erhebliche Mengen an Aluminiumwerten enthält, zu handhaben. Beispielsweise wird beim Verfahren gemäss US-PS 2 974 032 das Erhitzen der Reaktionsmischung von oben mit einem offenen Bogen von Kohleelektroden gefordert; eine erhebliche örtliche Überhitzung ist unvermeidbar, wodurch die Schwierigkeiten hinsichtlich der Rauchprobleme erhöht werden und ausserdem sind offene Bögen elektrisch von geringer Wirksamkeit und die Kohleelektroden werden einer sehr aggressiven Umgebung ausgesetzt.

Es ist schon seit langem bekannt (US-PS 2 829 961), dass die Gesamtreaktion

Al₂O₃ +3C= 2Al + 3CO (i)

stattfindet oder dass sie in zwei Stufen vorgenommen werden kann

2Al₉O-, + 9C = Al₄C, + 6CO (ii)

Al₄C₃ + Al₂O₃ = 6Al + 3CO (iii)

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Wegen der niedrigeren Temperatur und der niedrigeren thermodynamischen Aktivität von Aluminium, bei welcher die Reaktion (ii) stattfinden kann, ist die Konzentration an Rauch (in Form von gasförmigem Al und gasförmigem Al^O) die mit dem Reaktionsgas bei der Reaktion (ii) abgeführt wird, viel niedriger, wenn sie bei einer Temperatur, die für diese Reaktion angemessen ist, vorgenommen wird, als die Konzentration an Rauch, die in dem Gas bei einer für die Reaktion (iii) angemessenen Temperatur abgeführt wird. Ausserdem ist das Volumen an CO bei der Reaktion (iii) nur halb so gross wie das Volumen bei der Reaktion (ii)-

Beide der angegebenen Reaktionsstufen sind endotherm und es sind Daten bekannt, dass die für jede der beiden Stufen benötigte Energie in der gleichen Grössenordnung liegt.

Die vorliegende Erfindung beruht darauf, dass man einen umlaufenden Strom aus geschmolzener Aluminiumoxid- bzw. Tonerceschlacke bildet, welche Kohlenstoff in Form von Aluminiumcarbid oder -oxycarbid in kombinierter Form enthält, dass man den Strom aus der geschmolzenen Aluminiumoxidschlacke durch eine Zone niedriger Temperatur (die wenigstens zum Teil bei der Temperatur oder oberhalb der Temperatur gehalten wird, die für die Reaktion (ii) benötigt v/ird, aber unterhalb der Temperatur gehalten wird, die für die Reaktion (iii) benötigt wird) zirkuliert, dass man den Strom von geschmolzenem Aluminiumoxid einer Zone hoher Temperatur zuführt (die wenigstens zum Teil bei einer Temperatur gehalten wird, die bei oder oberhalb der für die Reaktion (iii) benötigten Temperatur liegt), dass man das gebildete metallische Aluminium sammelt und aus der Zone hoher Temperatur entfernt, dass man die geschmolzene

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Munüniurnoxid-bzw. Tonerdeschlacke von der Zone hoher Temperatur zu der gleichen oder einer nachfolgenden Zone niedriger Temperatur zurückführt, dass man Kohlenstoff in den umlaufenden Strom aus der geschmolzenen Aluminiumoxidschlacke in der Zone niedriger Temperatur zugibt und dass man Aluminiumoxid in den umlaufenden Strom einführt. Die Einführung von Aluminiumoxid in den umlaufenden Strom kann an der gleichen Stelle oder an einer Stelle die verschieden von der Zugabe des Kohlenstoffs ist, erfolgen. Dabei ist es möglich, dass die geschmolzene Schlacke durch eine Zone niedriger Temperatur und eine Zone hoher Temperatur zirkuliert oder durch ein System zirkuliert, welches aus einer Reihe von alternativ angeordneten Zonen niedriger Temperatur und Zonen hoher Temperatur besteht. Auch wenn eine Reihe von alternativ angeordneten Zonen niedriger Temperatur und hoher Temperatur vorliegt, ist es möglich, das Aluminiumoxid an einer einzigen Stelle zuzugeben.

Obwohl es möglich ist, das erfindungsgemässe Verfahren so durchzuführen, dass die geschmolzene Aluminiumoxidschlacke zwischen Zonen niedriger und hoher Temperatur im gleichen Gefäss zirkuliert wird, wird im allgemeinen bevorzugt, dass diese Zonen in verschiedenen Gefässen aufrechterhalten werden, so dass das bei der Reaktion (iii) entwickelte Kohlenmonoxid getrennt von dem in der Reaktion (ii) gebildeten weggeführt werden kann, wodurch der Verlust an gasförmigem Aluminium und Aluminiumsuboxid vermindert wird.

Das gebildete Aluminium und wenigstens der grössere Teil des bei der Reaktion (iii) entwickelten Gases werden vorzugsweise von der geschmolzenen Schlacke durch Schwerkrafteinfluss

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At

getrennt, indem man sie durch die geschmolzene Schlacke in der Zone hoher Temperatur aufsteigen lässt, so dass sich das gebildete Aluminium als obenauf schwimmende Schicht auf der Schlacke sammelt und das entwickelte Gas zu einer Gasausgangsleitung strömt, welche zu einer Vorrichtung für die Rauchentfernung führt.

Es liegen drei Gründe vor, Wärmeenergie in das System einzuführen, nämlich (a) um die Reaktion (ii) zu unterstützen, (b) um die Reaktion (iii) zu unterstützen und (c) um Wärmeverluste auszugleichen. Die gemäss (a) benötigte Wärme kann durch die Eigenwärme der Schlacke beim Eintreten in die Zone niedriger Temperatur zur Verfügung gestellt v/erden, falls die Wärmeverluste in dem Teil des Systems zwischen dem Punkt der Aluminiumbildung und der Gasbildung und der Zone niedriger Temperatur ausreichend vermindert v/erden können, ist es nicht erforderlich, irgendwelche zusätzliche Energie in den Schlackestrom während des Durchflusses durch diesen Teil des Systems zuzuführen, weil er bereits eine ausreichende Eigenwärme hat. In nahezu allen Fällen, bei denen elektrische Widerstandsheizung angewendet wird, findet in diesem Teil des Systems eine Wärmeerzeugung statt und dies kann dazu dienen, die verfügbare Wärmeenergie zum Antreiben der Reaktion (ii) zu erhöhen.

In der Zone niedriger Temperatur ist ein scharfer Temperaturabfall an dem Punkt, an dem Kohlenstoff in den Schlackestrom eingegeben wird, und zwar wegen der endothermen Reaktionswärme der Reaktion (ii). Um die Temperatur der Schlacke beim Weiterlaufen von diesem Punkt zur Zone der hohen Temperatur zu erhöhen, wird Energie benötigt und daher wird der

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grösste Teil oder die gesamte der benötigten Energie der Schlacke zugeführt, während dieses Fortschreitens und dem Fortschreiten durch die Zone hoher Temperatur bis zum Ende dieser Region, bei welcher Aluminium und Gas gebildet werden. Die Haupteinführung der Energie wird im allgemeinen erzielt, indem man elektrischen Strom durch die Schmelze schickt. Am einfachsten ist es, einen kontinuierlichen Strom durch die Schmelze zu schicken, wobei die physikalische Anordnung des Schlackestroms so vorgenommen wird, dass die grössere Freigabe der Wärmeenergie erfolgt im Laufe des Fortschreitens der Schlacke von dem Punkt der niedrigsten Temperatur in der niedrigen Temperaturzone bis zu dem Ende der Region, bei welcher Aluminium und Gas gebildet werden.

Nach einer bevorzugten Verfahrensweise gemäss der Erfindung erzielt man die zyklische Bewegung der geschmolzenen Schlacke zwischen den Zonen, wo die Reaktionen (ii) und (iii) stattfinden und wobei in der Reaktion (ii) die Schlacke an AI.C3 angereichert wird und bei der Reaktion (iii) eine Verminderung an Al₄C₃ stattfindet unter gleichzeitiger Freigabe des Metalls, wenn man die in der Reaktion (iii) erzeugten Gasblasen als eine Gashubpumpe gebraucht. Vorzugsweise sind die Zonen zur Durchführung der Reaktionen (ii) und (iii) physikalisch voneinander getrennt aber es ist möglich, wenn auch weniger wünschenswert, die Reaktionen (ii) und (iii) in den unterschiedlichen Regionen eines einzigen Gefässes vorzunehmen, wobei die elektrisch erhitzte geschmolzene Schlacke zwischen diesen verschiedenen Regionen durch den Gasauftrieb und/oder thermische Konvektion zirkuliert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben:

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Fig. 1 zeigt einen Betriebszyklus nach einer be

vorzugten Verfahrensweise geinäss der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 + 3 stellen jeweils eine Draufsicht und eine seitliche Ansicht einer einfachen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrenszyklus geinäss Fig. 1 dar,

Fig. 4 stellt eine modifizierte Vorrichtung dar,

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung ge-

mäss Fig. 4 mit einem angeschlossenen Gasreiniger,

Fig. 6 zeigt die Endansicht der Vorrichtung gemäss

Fig. 4,

Fig. 7+8 stellen jeweils Drauf- bzw. Seitenansichten

einer modifizierten Form der Apparaturen gemäss Fig. 4 und 6 dar,

Fig. 9+10 stellen jeweils Drauf- und Seitenansichten von

weiter modifizierten Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dar,

Fig. 11 stellt eine Seitenansicht einer weiteren Modifizierungsart der Vorrichtung gemäss Fig. 4 bis 6 dar,

Fig. 12+13 stellen jeweils eine Drauf- bzw. Seitenansicht

einer noch weiter modifizierten Art der Vorrichtung gemäss Fig. 4 bis 6 dar,

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Fig. 14 ist eine Seitenansicht einer nochmals weitermodifizierten Form der Apparaturen gemäss Fig. 4 bis 6,

Fig. 15+16 sind Drauf- bzw. Seitenansichten der Apparaturen geraäss Fig. 4 bis 6 mit einer veränderten Elektrodenanordnung,

Fig. 17 ist eine Draufsicht einer Apparatur mit einer

noch weiter veränderten Elektrodenanordnung,

Fig. 18 ist eine Draufsicht einer Apparatur, die mit

dreiphasigem Wechselstrom betrieben wird, und

Fig. 19A + 19B stellen ein Temperaturprofil bzw. ein Profil

der eingeführten elektrischen Energie bei den Systemen gemäss Fig. 2 und 3 dar.

Die Grundlagen des Verfahrens können am besten aus der Fig. 1 ersehen werden, bei v/elcher die Bedingungen für einen typischen Verfahrenszyklus in einem Phasendiagramm des Systems Al₃O₃ - Al₄C₃ aufgetragen wurden. Die Linie ABCD zeigt die Grenzen zwischen den Solidus- und Liquidusphasen an. Die Linie EF gibt die Temperaturbedingungen und die Zusammensetzung, die zum Ablauf der Reaktion (ii) bei einer Atmosphäre Druck erforderlich ist, an und die Linie GH zeigt die Temperaturbedingungen und die erforderliche Zusammensetzung für das Ablaufen der Reaktion (iii) bei einer Atmosphäre an. Es ist selbstverständlich dass die Position der Linien EF und GH sich nach oben verschiebt mit einer Zunahme des Druckes.

Nach dem Abtrennen des gebildeten Al-und CO-Gases hat die

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geschmolzene Schlacke (bei annähernd 1 Atm Gesamtdruck) eine Temperatur und eine Zusammensetzung, die dem Punkt U entspricht. Beim Kontakt mit dem zugeführten Kohlenstoff bei der Zone, in welcher die Reaktion niedriger Temperatur (ii) verläuft, findet die Reaktion (ii) statt, wodurch sich die Schlacke an Al.C- anreichert und die Temperatur erniedrigt wird (da die Reaktion endotherm verläuft), bis der Punkt V erreicht ist. Die angereicherte Schlacke aus der Reaktion niedriger Temperatur (ii) wird dann erhitzt. Die Reaktion (iii) verläuft in der Zone hoher Temperatur, wobei CO und Al abgegeben werden, v/enn der Reaktionsdruck der Flüssigkeit dem örtlichen statischen Druck gleich ist, was am Punkt X der Fall ist; anschliessend wird bei weiterer Wärmezufuhr und/ oder Abnahme des örtlichen statischen Drucks (aufgrund der Flüssig/Gas-Mischung) der Ablauf der Reaktion (iii) veranlasst und der Al^C^-Gehalt der Schmelze fällt ab. Bei einem konstanten Betrieb stellen sich die Bedingungen des Punktes U ein. Es ist offensichtlich, dass man zum Erzielen dieses Ergebnisses ein Gleichgewicht herstellen muss zwischen der Zufuhrgeschwindigkeit der Rohmaterialien, der Energiezugabe und der Umlaufgeschwindigkeit. Der durch das Dreieck UVX wiedergegebene Betriebszyklus ist idealisiert und die Vierte von U und V, die in Fig. 1 angegeben sind, stellen nur eine mögliche Kombination von Betriebswerten dar.

Es ist wünschenswert mit einem Wert U, der so nahe als möglich beim Punkt K liegt, zu arbeiten, um die Temperatur des entv/ickelten Gases so niedrig wie möglich zu halten und infolgedessen auch den Anteil an Rauch. Versucht man jedoch, den Punkt V mit einer Zusammensetzung, die zu reich an Al₄C₃ ist, auszuv/ählen, d.h. unterhalb dem Punkt F, so

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fällt festes Al₄C₃ in der Schlacke aus und dies ist unter Umständen unerwünscht.

Obwohl Aluminiumoxid bzw. Tonerde mit dem Kohlenstoff in der Reaktionszone (ii) zugegeben werden kann, ist dies nicht unbedingt erforderlich. Aluminiumoxid kann der Region zugegeben werden, welche Aluminiummetall enthält, wobei möglicherweise ein vorteilhafter Abfall der in dem Metall gelösten Menge an Al₄C₃ erzielt wird. Da Aluminiumoxid dichter ist, fliesst es durch die obenauf schwimmende Schicht aus geschmolzenem Metall in die geschmolzene Schlacke. Falls die Aluminiumzufuhr nicht vollständig vorerhitzt ist, wird die Wärme vorzugsweise in der Schlacke während der Zurückführung zur Reaktionszone (ii) zugegeben, um den entstehenden Temperaturabfall auszugleichen.

Zum besseren Verständnis der praktischen Anwendbarkeit des Verfahrens sind die hervorstechenden Merkmale der zyklischen Betriebsweise schematisch in den Fig. 2 und 3 angegeben. Die geschmolzene Schlacke kommt aus der (ii) Reaktionszone A bei einer Temperatur im Bereich von beispielsweise 1950 bis 205O⁰C und ist mit Al₄C₃ angereichert und fliesst dann in eine im allgemeinen ü-förmige geheizte Leitung (HD) in welcher sie mittels eines zwischen den beiden Elektroden (E) fliessenden Stromes durch Widerstandsheizung erhitzt wird. Beim Weiterfliessen in der Leitung (HD) steigt die Temperatur bis zu dem Punkt, an dem die Reaktion (iii) (etwa 2050 bis 215O°C je nach der Schlackenzusammensetzung und dem örtlichen Druck) ablaufen kann. Dieser Punkt kann als der Punkt angesehen werden, bei welchem die schon erwähnte Zone hoher Temperatur beginnt. Von dort bis zum weiteren Verlauf zur

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Vf

Produktsammelzone (C) wird die zugeführte Energie zum Antrieb der Reaktion (iii) verwendet, wobei Gasblasen und Metalltröpfchen (B) gebildet werden. Die Leitung in dieser Region sollte vertikal verlaufen oder schräg nach oben in Richtung des Flusses, damit die aufsteigenden Blasen als Pumpe wirken können. In der Produktsammelzone (C) wird das Gas am Gasauslass (GE) entfernt und das flüssige Al sammelt sich oben auf der geschmolzenen Schlacke und kann am Abziehpunkt (TO) entfernt werden. Das flüssige Aluminium hat einen grossen Anteil an gelöstem Al.C^. Es sind jedoch Verfahren bekannt, um Al.C, aus flüssigem Aluminium zu entfernen, so dass diese nicht in die vorliegende Erfindung eingeschlossen sind. Die Region, in welcher die Reaktion (iii) stattfindet, besteht somit hauptsächlich aus dem ansteigenden Teil der Heizleitung (HD) obwohl in gewissem Umfang auch eine Reaktion in der Produktsammelzone (C) stattfinden kann, wenn der statische Druck der ansteigenden Schlacke weiter fällt. Die Schlacke, die an Al₄C₃ verarmt ist und im wesentlichen die Temperatur des Punktes U in Fig. 1 hat, läuft nun in das Rückleitungsrohr (RD) welches, da es elektrisch parallel mit der Heizleitung (HD) verläuft, so dimensioniert ist, dass es einen höheren elektrischen Widerstand als die Heizleitung (HD) aufweist und somit weniger Strom aufnimmt. Beim Erreichen der niedrigen Temperatur der Reaktion (ii) in der Zone (A), in welcher der Kohlenstoff (CR) und Aluminiumoxid (AR) zugegeben werden, reagiert die Schlacke mit diesen Stoffen, weil die Schlackentemperatur oberhalb des Gleichgev/ichtes ist. Die Enthalpie der endothermen Reaktion wird durch Kühlung der Flüssigkeit bereitgestellt. Das Gas aus der Reaktion (ii) wird in der Zone (A) erzeugt und wird durch einen zweiten Gasauslass (GE2) weggeführt.

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Aluminiumcarbid, das schliesslich von dem abgezogenen Metall als Produkt abgetrennt wird, wird dem System wieder zugeführt und zwar vorzugsweise bei der Produktsammeizone (C), weil es unvermeidlich Metall enthält, welches gewonnen werden sollte.

Obwohl es im allgemeinen vorteilhaft ist, eine Vorrichtung zu bauen, in welcher die Reaktionen (ii) und (iii) getrennt durchgeführt werden, gibt es doch einige Fälle, wo die Einfachheit der Vorrichtung für die Durchführung der Reaktionen in einem einzigen Gefäss mehr ins Gewicht fällt als die Nachteile. In diesem Fall kann die Schlacke auch durch Widerstandsheizung erhitzt werden und sie kann auch umlaufen, entweder durch den Auftrieb des Gases oder, falls der statische Druck zu hoch ist, um eine Blasenbildung zu ermöglichen, durch thermisch induzierte Konvektion. Die Widerstandsheizung kann beispielsweise erfolgen, indem man einen Strom zwischen vertikal angeordneten, in die Schlacke eingetauchte Elektroden laufen lässt.

Die Energiezufuhr durch Widerstandsheizung hat erhebliche Vorteile in elektrischer Hinsicht. Weil der flüssige Widerstand, der durch einen Körper aus geschmolzener Schlacke gebildet wird, so ausgebildet sein kann, dass er einen ziemlich hohen elektrischen Widerstand hat, kann er bei einer höheren Spannung und einem niederen Strom (entweder Wechsel oder Gleichstrom) als in einem Bogenofen vergleichbarer Energieaufnahme betrieben werden; es treten keine Probleme mit niedrigen Leistungsfaktoren auf und die Wärme wird in der Schlacke erzeugt, wo sie benötigt wird, so dass keine Probleme hinsichtlich des Wärmeübergangs vorliegen und Wärmeverluste vermindert werden. Eine überhitzung in der Reaktionszone wird

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SO

vermieden, was sich vorteilhaft in einer Verminderung der Raucherzeugung im Vergleich zu dem bereits erwähnten Bogenverfahren auswirkt. Gleichzeitig können die Elektroden unter viel günstigeren Bedingungen betrieben werden, denn sie leiten einen niedrigeren Strom und sie können in eine viel weniger aggressive Umgebung eingebracht werden. Werden sie in den Zonen angebracht, in welchen die Reaktion (ii) verläuft, so ist die Temperatur verhältnismässig niedrig und das Gas enthält nur geringe Mengen an aggressiven Verbindungen und ein örtlicher überschuss an Kohlenstoff kann aufrechterhalten werden, indem man den Kohlenstoff um die Elektroden herum zugibt, so dass kaum eine Tendenz besteht, dass die Elektroden selbst angegriffen werden. Werden sie andererseits in der Region angebracht, in welcher das Aluminiummetall gesammelt wird, so können sie an den Stellen, wo ein elektrischer Kontakt mit der Schlacke durch das geschmolzene Aluminiummetall besteht, vergleichsweise kühl gehalten werden. In dem Schema der Fig. 2 und 3 werden diese Elektrodenanordnungen für die Elektroden E angev/endet.

Trotz der bereits erwähnten Verminderung des Rauchproblems beim erfindungsgemässen Verfahren verbleiben doch noch einige Probleme. Frühere Versuche (wie beispielsweise CA-PS 798 927) Rauchverluste zu vermindern., indem man das entwickelte CO mit zugeführtem Kohlenstoff und Aluminiumoxid in einem carbothermischen Reduktionsverfahren in Berührung bringt, sind auf Schwierigkeiten gestossen, wegen des teilweisen Schmelzens des dabei gebildeten Aluminiumoxycarbids, das sich durch die Umsetzung von Kohlenstoff und Al^O-, bildet und wodurch der Ansatz zähflüssig wird. Nach einem bevorzugten Verfahren wird deshalb vorgeschlagen, den Kohlenstoff und das Aluminiumoxid getrennt mit dem Gas in Berührung zu

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bringen. Das durch die Umsetzung zwischen Kohlenstoff und verdampftem Aluminium gebildete A1.C-, ist bei der betroffenen Temperatur fest und nicht zähflüssig. Das Gas wird somit zunächst mit dem Kohlenstoff umgesetzt, welcher das Aluminiumsuboxid und die Dämpfe aus Aluminiummetall aus dem Gas entfernen. Das so gereinigte Gas wird dann verwendet um das zugeführte Aluminiumoxid aufzuheizen und mit diesem in Berührung zu kommen. Durch Getrennthalten der Kohlenstoff- und Aluminiumoxidkomponenten ist es auch möglich, diese beiden Reaktanten an verschiedenen Stellen des Systems, wie vorher beschrieben, einzuführen.

Für eine maximale Wärmewirtschaftlichkeit kann der zugeführte Kohlenstoff aus unkalziniertem Koks oder Kohleteilchen bestehen und das zugeführte Aluminiumoxid aus Aluminiumoxidhydrat, so dass die Eigenwärme des Kohlenmonoxid verwendet werden kann, um diese Stoffe zu Kalzinieren. Zu diesem Zwecke kann erforderlichenfalls ein Teil des CO verbrannt werden.

Die Reaktionszone (ii) enthält vorzugsweise einen Sumpf, damit alle Komponenten, die dichter als die geschmolzene Schlacke sind, darin gesammelt und aus dem System herausgeführt werden können. Dadurch wird ermöglicht, dass zumindest ein Teil von irgendwelchen metallischen Verunreinigungen (wie Fe oder Si), die in den Ansatz geraten sind, in Form einer Fe-Si-Al-Legierung entfernt v/erden. Es kann tatsächlich erforderlich sein, Eisen oder Eisenverbindungen zuzugeben, um sicherzustellen, dass die dadurch gebildete Legierung dicht genug ist, um niederzusinken.

In den Fig. 4 und 6 zirkukiert ein Strom aus geschmolzener Schlacke 12 durch eine Apparatur, mit Materialzuführungskammern

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It

(Reaktionszone (ii) ) , Produktsammeikammern 5, U-förmige Widerstandsleitungen 2 mit Auslassenden 4, die als Teile der Zone dienen, in denen die Reaktion hoher Temperatur (iii) verläuft und Rückführleitungen 8, die den Endteil der Zone hoher Temperatur bilden und die, weil sie elektrisch in Serie mit der Heizleitung 2 geschaltet sind, einen grösseren Querschnitt und/oder eine kürzere Länge als die erwähnten Heizleitungen haben. Die Rückleitung 8 hat deshalb einen verhältnismässig niedrigen elektrischen Widerstand, wann sie mit dem umlaufenden Strom der geschmolzenen Schlacke 12 gefüllt ist und die Wärmeerzeugung wird vermindert. Die Einlassenden der Leitungen 8 sind unterhalb der unteren Grenze des Aluminiummetalls 13, welches oben auf der geschmolzenen Schlacke 12 schwimmt, angebracht. Die Elektroden 3 sind in den Nebenbehältern 20 der Sammelkammern angebracht, wo sie in Kontakt mit dem geschmolzenen Aluminium 13 sind. Die Trennwände 14 dienen dazu, dass die Temperatur des Metalls 13 in den Nebenbehältern 20 niedriger ist und auch zur Vermeidung, dass das in der Reaktion (iii) gebildete Gas (welches durch die Produktsammeikammer 5 fliesst) die Elektroden 3 erreicht, so dass der Angriff durch den Al- und Al„O-Rauchgehalt des Gases an den Elektroden minimal gehalten wird. Die Kammern 1 und 5 sind mit Gasauslassleitungen 6 und 11 ausgerüstet, um das grosse Volumen an entwickeltem Kohlenmonoxid abzuführen. Dabei ist ersichtlich, dass die Grenze zwischen der Zone niedriger Temperatur und der Zone hoher Temperatur an den Punkten in den Leitungen verläuft, bei welcher die Reaktion (iii) beginnt und wo die Leitung 8 in die Kammer 1 eingeführt wird.

Das über die Gasauslassleitungen 6 und 11 weggeführte Gas

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wird zunächst in einen Gaswäscher 40 geleitet, wo es über körnigen Kohlenstoff geleitet wird. Frisches Kohlenstoffmaterial, das aus Kohle oder "grünem" Koks bestehen kann, wird dem Gaswäscher 40 durch den Einlass 41 zugeführt und läuft im Gegenstrom zu dem Gasstrom durch den Reiniger. Kohlenstoff, angereichert mit Aluminiumcarbid und anderen Aluminium enthaltenden Komponenten kondensiert aus dem Gas und wird der Mater ialzuführungskanimer 1 durch die Versorgungsleitungen 9 zugeführt.

Nach Durchlauf durch den ersten Wäscher 40 tritt das sich immer noch bei einer sehr hohen Temperatur befindende Gas in einen zweiten Wäscher 42 ein, welcher Aluminiumoxid enthält, damit das dem System zugeführte Aluminiumoxid vorerhitzt wird. Aluminiumoxid aus dem Aluminiumoxidbett in dem Wäscher 42 wird zu den Kammern 1 und/oder 5 durch die Versorgungsleitungen 10 zugegeben. Frisches Aluminiumoxid bzw. Tonerde, das in Form von Aluminiumoxid-Trihydrat vorliegen kann, wird dem Wäscher 42 durch den Einlass 43 zugegeben und durchläuft den Wäscher im Gegenstrom zu dem Gasstrom, welcher durch die Auslassleitung 44 weggeführt wird. Das Gas läuft dann durch Wärmeaustauscher zu einer Gasaufnahme- oder Gasverbrennungsvorrichtung für die Gewinnung von Wärmeenergie aus und für die Verbrennung von Kohlenmonoxid und flüchtigen Bestandteilen (falls vorhanden) aus dem zugeführten Kohlenstoffmaterial.

Aluminiumcarbid,des aus dem gebildeten Aluminium gewonnen v/ird, wird von einer Lagerkammer durch die Leitung 15 in die Sammelkammern 5 zurückgeführt.

In allen Figuren, mit Ausnahme von Fig. 5, sind die Leitungen

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9 und 10, die zu den Kammern 1 führen, und dia Leitungen

10 und 15, die zu den Kammern 5 führen, aus Gründen der Einfachheit als Einzelleitung abgebildet v/orden.

Wie bereits dargelegt, wird Energie dem System zugeführt, indem man elektrischen Strom durch die geschmolzene Schlacke 12 durch die zwischen den Elektroden 3 gebildeten Strompfade schickt.

Die geschmolzene Schlacke wird in den Grenzen gehalten, indem man eine Auskleidung aus erstarrter Schlacke innerhalb einer Stahlhülle bildet, wie es allgemein Praxis ist in der Schleifmittelindustrie,bei welcher geschmolzenes Aluminiumoxid gehandhabt wird und wo es bekannt ist, wassergekühlte. Stahlhüllen für diesen Zweck zu verwenden. Um aber die Sicherheit des Systems zu gewährleisten und die Möglichkeit eines Durchbrechens der geschmolzenen Schlacke zu vermeiden, ist es zweckmässig, folgende Massnahmen zu treffen:

1. Es sollten zwei und vollständig unabhängige Wasserkühlsysteme vorliegen, die aus Brausen bestehen, welche auf die Stahlhüllen sprühen, wobei beide mehr als ausreichend sind um die notwendige Begrenzung aus der erstarrten Schlacke aufrechtzuerhalten und wobei normalerweise nur eines der Wasserkühlsysteme in Gebrauch ist.

2. Infrarotstrahlendetektoren oder andere Temperaturfühler sollen zum überwachen der Temperatur der Stahlhüllen vorhanden sein. Falls die Hüllentemperatur eine

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erste, voreingestellte Grenze übersteigt, wird das zweite Kühlsystem automatisch eingeschaltet. Wenn nach einer angemessenen Zeit die Temperatur sich noch immer oberhalb der ersten Grenze befindet oder wenn sie diese Grenze übersteigt zu einer Zeit zu der beide Kühlsysteme in Betrieb sind, so wird die Energiezufuhr zu dem System automatisch unterbrochen. Sofern zu irgendeiner Zeit die Temperatur eine zweite höher eingestellte Grenze übersteigt, wird die Energiezufuhr automatisch unterbrochen.

3. Ein Stromdetektor befindet sich in elektrischer Verbindung mit der Stahlhülle. Sollte sich ein elektrischer Pfad zwischen einer der Elektroden und der Hülle ausbilden, so wird die Energiezufuhr automatisch unterbrochen und das doppelte Wasserkühlsystem eingeschaltet. Um festzustellen ob es sicher ist, wieder Energie zuzuführen, ist ein weiteres System vorgesehen, mittels dem man den elektrischen Widerstand zwischen jeder der Elektroden und der Hülle messen kann.

Diese Merkmale sind nicht in den Fig. 4 bis 6 eingezeichnet worden.

Die grundlegende Vorrichtung kann in zahlreichen Veränderungen vorliegen, die gewisse betriebliche Vorteile aufweisen können. Solche Modifizierungen werden in den Fig. 7 bis 18 gezeigt.

In den Fig. 7 und 8 wird ein System gezeigt, bei dem die Widerstandsheizungsleitungen 2 aus einfachen aufwärtsgeneigten

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Rohren bestehen, die von dem untersten Teil 1 zu der Kammer 5 führen. Die Kammer 1 enthält einen Sumpf 16 für die Entfernung von metallischen Verunreinigungen, wie Fe oder Si, die mit den zugeführten Materialien (Kohlenstoff oder Aluminiumoxid) entweder in metallischer Form oder als reduzierbare Komponenten eingeführt worden sind. In diesem System wird eine Trennwand 17, deren untere Kante 18 bis
zu dem Niveau des Aluminiummetalls 13 reicht, eingesetzt um die Rückführung der Schlacke aus der Trennkammer 5 zu der Materialzuführungskainmer 1 (welche die Reaktionszone (ii) bildet) zu ermöglichen, ohne dass das Metall 13 passieren kann. In den Fig. 7 und 8 können die Grenzen zwischen der Zone niedriger Temperatur und der Zone hoher Temperatur an jeder Stelle entlang der aufwärtsführenden Leitungen 2 liegen, je nach den ausgewählten Betriebsbedingungen.

Eine Modifizierung dieser Anordnung wird in den Fig. 9 und 10 gezeigt, wo die beiden geradlinig ansteigenden Heizleitungen der Fig. 8 ersetzt worden sind durch eine einfache U-förmige Heizleitung 22 und zwei kleinere Rückführleitungen 28, durch welche die Schlacke aus der Materialzuführungskammer 1 zum Boden der Heizleitung 22 zurückläuft und wodurch Pfade hohen elektrischen Widerstands im Vergleich zu den entsprechenden Teilen der Leitung 22 gebildet werden. In den Fig. 9 und 10 liegt die Grenze zwischen der Zone niedriger Temperatur und der Zone hoher Temperatur in der Leitung zwischen den unteren Enden der Umkehrleitungen 28 und den oberen Enden der Leitung 22.

Bei einer anderen in Fig. 11 gezeigten Ausbildung der Vorrichtung kann die Widerstandsheizleitung aus zwei Beinen

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und 3 5 bestehen, die so geneigt sind, dass sie eine im wesentlichen V-förmige Leitung bilden anstelle eines vertikalen Beins, das den unteren Teil der Reaktionszone (ii) bildet und einem aufwärtsgeneigten Bein, welches in die Trennzone führt, wie es in den Fig. 7 und 8 gezeigt wird. Bei einer weiteren Alternative (Fig. 12 und 13) ist ein Umlauf-Bein 37 mit einem geringeren Durchmesser parallel zu dem aufwärts führenden Bein der Widerstandsheizleitung 2 vorgesehen, um einen Teil der Schlacke aus der Kammer 5 zu dem Boden der Leitung rückzuführen und dadurch einen blasenfreieren Strompfad zu bilden. Dies kann für die elektrische Stabilität des Systems vorteilhaft sein.

Bei einer noch anderen Alternative (Fig. 14)ist das nach unten gerichtete Bein 38 der Widerstandsheizleitungen geneigt und das Aufwärtsbein 39 vertikal. Je nach dem relativen Grad der Erhitzung und des Druckanstieges beim Fliessen der Schlacke durch die Leitung kann die Gasentwicklung aus der Reaktion (iii) stattfinden, bevor der Boden der Leitung erreicht ist. Dies heisst mit anderen Worten, dass die Grenze zwischen der Zone niedriger Temperatur und der Zone hoher Temperatur in dem Bein 38 in Richtung zu dessen unterem Ende liegt. Weil das Gas, welches in dem leicht nach unten geneigten Bein 38 aufsteigt, eine viel geringere Pumpwirkung hat als das Gas in dem vertikalen nach oben führende Bein, wird die Pumpwirkung in der gewünschten Richtung zur Kammer 5 aufrechterhalten und das Gas, das bei der Reaktion (iii) entwickelt wird bevor die Schlacke den Boden der Leitung erreicht, wird im Gegenstrom durch die verhältnismässig kühle absteigende Schlacke in dem Bein 38 gewaschen. Es wird so in rauchvermindortem Zustand durch die Reaktionszone (ii) der Kammer 1 abgeführt.

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Bei einer anderen in den Fig. 15 und 16 gezeigten Modifizierung können die Elektroden 3 elektrisch verbunden sein mit der Schlacke am Boden der U-förmigen Widerstandsheizleitung 2 anstelle oder zusätzlich zu entweder der Lage der Reaktionskammer 1 , in welcher die Reaktion (ii) verläuft, oder der Produktsammelkammer 5. Dies kann man erzielen, indem man jede Elektrode 3 in eine Säule von geschmolzenem Aluminium in einem Standrohr 21, das oben offen ist und das von dem Boden der Widerstandsheizleitung 2 aufsteigt, eintaucht. In diesem Falle beginnt die Zone der hohen Temperatur rechts von dem Standrohr 21, damit Schwierigkeiten die auftreten falls das Gas in das Standrohr eindringt, vermieden werden.

Eine weitere mögliche Ausführungsform für die Vorrichtung der Elektroden wird in Fig. 17 gezeigt, welche eine Aufsicht auf eine modifizierte Art der Vorrichtung gemäss Fig. 7 und 8 darstellt und bei welche·: vier Elektroden 3 verwendet werden, die elektrisch verbunden sind, so dass die Heizströme zu den Durchlässen 2 beschränkt werden, wodurch ein Erhitzen der Schlacke vermieden wird, während sie aus der Sammelkammer zu der Materialzuführungskammer fliesst. Ähnliche Änderungen können bei den anderen Vorrichtungen wie sie in den Figuren gezeigt werden, vorgenommen werden.

Das in den vorerwähnten Figuren beschriebene System kann entweder mit Wechsel- oder Gleichstrom betrieben v/erden. Obwohl Wechselstrom im allgemeinen billiger ist als Gleichstrom, können grosse Einheiten, welche einphasigen Wechselstrom anwenden, unerwünscht sein, weil sie ein Ungleichgewicht in dem elektrischen Verteilungssystem verursachen. Fig. 18 zeigt

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wie die Erfindung unter Verwendung von dreiphasigem Wechselstrom durchgeführt werden kann, so dass ein Betrieb grosser Einheiten mit Wechselstrom bei verhältnismässig hohen Spannungen und niedrigem Strom und den damit verbundenen wirtschaftlichen Vorteilen erfolgen kann.

Die Beispiele in den Fig. 4 bis 18 zeigen nur einige der möglichen Anordnungen für die Durchführung der Erfindung; Kombinationen der gezeigten Merkmale sowie auch andere geometrische Änderungen, welche die beschriebenen Prinzipien anwenden, sind auch durch die vorliegende Erfindung umfasst.

Dabei ist es selbstverständlich, dass die Gaswaschvorrichtung gemäss Fig. 5 auch bei den modifizierten Vorrichtungen der Fig. 2, 3 und 7 bis 18 angewendet werden kann.

Zahlreiche verschiedene Mittel zum erstmaligen Einrichten eines Körpers aus geschmolzenem Aluminiumoxid in der Vorrichtung sind denkbar. Die einfachste und bequemste Weise besteht darin, dass man zu Beginn die Vorrichtung mit Thermit (Al+Fe-O₃) füllt und dieses zündet. Das geschmolzene Aluminiumoxid wird anschliessend durch den Durchgang des elektrischen Stromes in geschmolzenem Zustand gehalten.

Fig. 19A zeigt schematisch die Veränderung der Temperatur in dem System der Fig. 2 und 3. Zu Beginn tritt die flüssige Schlacke bei der Reaktionstemperatur T(iii) der Reaktion (iii) in die Kammer A und die Temperatur fällt schnell ab, wenn die Flüssigkeit mit dem zugeführten Kohlenstoff in Berührung kommt, aufgrund der endothermen Reaktion (ii) bis

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die Temperatur die Gleichgewichtstemperatur T(ii) erreicht. Falls ein merklicher Wärmeverlust aus der Kammer (A) vorliegt, fällt die Temperatur der Flüssigkeit weiter, bis sie in die Heizleitung (HD) eintritt. In der Heizleitung wird, wie in Fig. 19B gezeigt wird, elektrische Energie zugeführt und die Temperatur steigt, bis T(iii) wieder erreicht wird. Weitere Energiezufuhr führt nicht zu einem weiteren Temperaturanstieg, sondern zu der Reaktion (iii); das gebildete Gas erhöht den elektrischen Widerstand der Schlacke und der Grad der Energieaufnahme nimmt zu. In der Kammer C nimmt die Temperatur aufgrund der Wärmeverluste wieder ab. In der Rückleitung (RD) wird die Temperatur durch die elektrische Energie wiederum erhöht, bis sie die Temperatur T (iii) erreicht oder auch nicht; falls die Reaktion (iii) wieder stattfindet, wird durch die Gasblasen wiederum der Widerstand erhöht und damit auch der Grad der aufgenommenen Energie. In den Fig. 19A und 19B beziehen sich die ununterbrochenen Linien auf die Leitung RD und zeigen den Fall an, bei dem die Temperatur nicht T(iii) erreicht. Die gestrichelte Linie zeigt den Fall an, bei dem die Temperatur T (iii) an irgendeiner Stelle der Leitung RD erreicht wird.

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Claims

HOFFMANN · EITLE on PARTNER

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DI Pt.-I N G. W. EITlE ■ D R. RER. NAT. K. HOFFMAN N · Dl PL.-ING. W. IEH N

DIPL.-ING. K. FOCHSLE - DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELtASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-3000 MO N CH E N 81 ■ TELE FON (08?) »11087 · TELEX 05-:?«» (PATHE)

29 355 o/wa

ALCAN RESEARCH AND DEVELOPMENT LIMITED, MONTREAL

KANADA

Verfahren zur Herstellung von Aluminium

PATENTANSPRÜCHE

π I Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium,

gekennzeichnet durch die Stufen:

Einrichtung eines umlaufenden Stromes von geschmolzener Aluminiumoxid- bzw. Tonerdeschlacke, enthaltend kombiniert Kohlenstoff in Form von Aluminiumcarbid und/oder Aluminiumoxycarbid,

Umlaufenlassen des Stromes aus geschmolzener Aluminiumoxidschlacke durch eine Reihe von alternativ angeordneten Zonen niedriger Temperatur und hoher Temperatur, wobei jede Zone niedriger Temperatur wenigstens zum Teil bei einer Temperatur gehalten wird, die bei oder oberhalb der Temperatur liegt, die für die Umsetzung von Aluminiumoxid mit Kohlenstoff unter Bildung von

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Aluminiumcarbid erforderlich ist, aber überall unterhalb der Temperatur liegt, die für die Umsetzung von Aluminiumcarbid mit Aluminiumoxid unter Bildung von metallischem Aluminium liegt,

Weiterführung des genannten Stromes aus geschmolzener Aluminiumoxidschlacke aus einer Zone niedriger Temperatur zu einer Zone hoher Temperatur, die wenigstens zum Teil bei einer Temperatur bei oder oberhalb der Temperatur gehalten wird, die erforderlich ist für die Umsetzung von Aluminiumcarbid mit Aluminiumoxid unter Bildung von metallischem Aluminium,

Sammeln und Entfernen des gebildeten metallischen Aluminiums aus der genannten Zone hoher Temperatur,

Weiterführung der genannten geschmolzenen Almuiniuiüoxidschlacke aus der genannten Zone hoher Temperatur zu einer anschliessenden Zone niedriger Temperatur,

Zugabe von Kohlenstoff zu dem umlaufenden Strom aus der Aluminiumoxidschlacke in der Zone niedriger Temperatur,

Zugabe von Aluminiumoxid zu dem genannten umlaufenden Schlackestrom an wenigstens einer Stelle und Entfernen des gebildeten Gases,

wobei die Reihe von Zonen wenigstens eine Zone niedriger Temperatur und wenigstens eine Zone hoher Temperatur einschliesst.

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2. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man den genannten Strom aus geschmolzener Aluminiumoxidschlacke von einer Zone niedriger Temperatur zu einer anschliessenden Zone hoher Temperatur durch einen aufwärtsgerichteten Durchgang umlaufen lässt und die Bewegung der geschmolzenen Aluminiumoxidschlacke durch den Durchgang mittels eines aufsteigenden Stromes von Gasblasen in dem Durchgang antreibt.
3. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man Wärmeenergie in den umlaufenden Strom aus geschmolzener Aluminiumoxidschlacke einführt durch Einleiten von elektrischem Strom in den Strom aus Aluminiumoxidschlacke, der zwischen der Zone niedriger Temperatur und der anschliessenden Zone hoher Temperatur verläuft.
4. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium gemäss Anspruch 3, gekennzeichnet durch:

Umlaufenlassen von geschmolzener Aluminiumoxidschlacke durch eine Reihe von zwei Zonen niedriger Temperatur und zwei Zonen hoher Temperatur, Durchlaufenlassen eines elektrischen Stromes durch die genannte geschmolzene Aluminiumoxidschlacke zwischen einem Elektrodenpaar, das jeweils in elektrischem Kontakt mit der Schlacke in den beiden genannten Zonen hoher Temperatur angeordnet ist, wobei dafür gesorgt wird, dass der elektrische Widerstand der geschmolzenen Aluminiumoxidschlacke zwischen einer Zone niedriger Temperatur und der anschliessenden Zone

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hoher Temperatur höher ist als der elektrische Widerstand der geschmolzenen Aluminiumoxidschlacke zwischen einer Zone hoher Temperatur und der anschliessenden Zone niedriger Temperatur.
5. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass man geschmolzene Aluminiumoxidschlacke durch eine Zone niedriger Temperatur und eine Zone hoher Temperatur umlaufen lässt, dass man elektrischen Strom durch die genannte Schlacke aus geschmolzenem Aluminiumoxid zwischen einem Eiektrodenpaar, das jeweils in elektrischem Kontakt mit der Schlacke in den genannten Zonen niedriger Temperatur und in den genannten Zonen hoher Temperatur angeordnet ist, leitet, wobei man dafür Sorge trägt, dass der elektrische Widerstand der geschmolzenen Aluminiumoxidschlacke in dem Durchgang der von der Zone niedriger Temperatur zu der Zone hoher Temperatur führt, niedriger ist als der elektrische Widerstand der geschmolzenen Aluminiumoxidschiacke in den Rückführdurchgang von der Zone hoher Temperatur zu der Zone niedriger Temperatur.
6. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass schwer lösliche Verunreinigungen aus dem genannten umlaufenden Strom aus geschmolzener Aluminiumoxidschlacke in einer Zone niedriger Temperatur abgetrennt werden.
7. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminiumoxid gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der umlaufenden Schlacke aus

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geschmolzenem Aluminiumoxid von jeder Zone hoher Temperatur zu der vorhergehenden Zone niedriger Temperatur rückgeführt wird.
8. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man die geschmolzene Aluminiumoxidschlacke zu einer Zone hoher Temperatur durch eine Produktsammeizone leitet, das gebildete metallische Aluminium in der Produktsammelzone sich aus der Schlacke abscheiden lässt, so dass es als Schicht aus metallischem Aluminium auf der Schlacke schwimmt, wobei man das gebildete metallische Aluminium von dieser Schicht von Zeit zu Zeit gewinnt.
9. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass man einen elektrischen Strom durch die genannte Schlacke aus geschmolzenem Aluminiumoxid zwischen einer Elektrode, die in elektrischem Kontakt mit der genannten sctmimmenden Schicht von metallischem Aluminium und einer in Abstend davon angeordneten getrennten Elektrode ist, fliessen lässt.
10. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmelze aus geschmolzenem Aluminiumoxid durch eine Reihe von zw-üi Zonen niedriger Temperatur und zwei Zonen hoher Temperatur umlaufen gelassen wird, dass ein elektrischer Strom durch die genannte Schmelze aus Aluminiumoxidschlacke zwischen einem Elektrodenpaar fliessen gelassen wird, das jeweils in elektrischem Kontakt mit der Schlacke in den beiden Zonen niedriger Temperatur

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angeordnet ist, und dass man dafür sorgt, dass der elektrische Widerstand der Schlacke aus geschmolzenem Aluminiumoxid zwischen einer Zone niedriger Temperatur und der anschliessenden Zone hoher Temperatur grosser ist als der elektrische Widerstand der Schlacke aus geschmolzenem Aluminiumoxid zwischen einer Zone hoher Temperatur und der anschliessenden Zone niedriger Temperatur .
11. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man die genannte Schlacke aus geschmolzenem Aluminiumoxid von einer Zone niedriger Temperatur zu einer anschliessenden Zone hoher Temperatur durch einen Durchgang umlaufen lässt, der aus einem am Anfang verlängerten flachen, nach unten geneigten Anteil besteht, der von der Zone niedriger Temperatur nach unten führt, und einem anschliessend verhältnismässig kurzen aufwärts geneigten Teil, welcher den Anfangsteil der genannten Zone hoher Temperatur bildet besteht, dass man einen elektrischen Strom durch die Schmelze aus geschmolzenem Aluminiumoxid in den Durchgang leitet, wodurch die Temperatur der genannten Schlacke auf eine Temperatur erhöht wird die ausreicht, um die Umsetzung zwischen Aluminiumcarbid und Aluminiumoxid einzuleiten, bevor die Schlacke den niedrigsten Punkt in dem genannten Durchgang erreicht und wobei ein umgekehrter Kohlenmonoxidstrom entlang dem nach unten geneigten Anteil des genannten Durchganges zu der Zone niedriger Temperatur fliesst.
12. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

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dass eine geschmolzene Aluminiumoxidschlacke durch eine Reihe von zwei Zonen niedriger Temperatur und zwei Zonen hoher Temperatur umläuft, dass die geschmolzene Aluminiumoxidschlacke von jeder Zone niedriger Temperatur zu der anschliessenden Zone hoher Temperatur durch einen im allgemeinen U-förmig ausgebildeten Durchgang geführt wird, dass eine stationär aufwärtsgerichtete Säule aus geschmolzenem Aluminium aufrechterhalten wird, die auf und in Kontakt mit der geschmolzenen Schlacke in einem unteren Teil des genannten Durchganges sich befindet, und dass man einen elektrischen Strom durch die genannte geschmolzene Schlacke zwischen Elektroden fliessen lässt, welche in die oberen Enden der Säulen aus geschmolzenem Aluminium eintauchen.
13. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium durch direkte Reduktion von Aluminiumoxid bzw. Tonerde mit Kohlenstoff, bei dem Kohlenstoff und Aluminiumoxid einer geschmolzenen Aluminiumoxidschlacke zugegeben werden, welche gebundenen Kohlenstoff in Form von Aluminiumcarbid und/oder Aluminiumoxycarbid enthält und Abführung des gebildeten Gases, das im wesentlichen aus einem grösseren Anteil an Kohlenmonoxid in Mischung mit einem kleineren Anteil an Aluminium- und Aluminiumsuboxiddämpfen besteht, dadurch gekennzeichnet , dass man das gebildete Gas durch ein Bett leitet, das im wesentlichen aus Kohlenstoff und im wesentlichen frei von zugemischtem Aluminiumoxid ist, wobei sich die genannten Aluminium- und Aluminiumsuboxiddämpfe kondensieren und wenigstens zum Teil mit dem genannten Kohlenstoff reagieren, worauf man anschliessend den genannten

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Kohlenstoff zu der genannten Schmelze aus geschmolzenem Aluminiumoxid gibt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass man das aus dem Kohlenstoffbett ausströmende Gas durch ein Aluminiumoxid enthaltendes Material leitet.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass man ein Kohlenstoff enthaltendes Material in unkalzinierter Form in das genannte Kohlenstoffbett einführt und Kohlenstoff enthaltendes Material durch das genannte Bett in Gegenrichtung in bezug auf das genannte Gas zum Entwickeln von flüchtigen Materialien aus dem genannten Kohlenstoff enthaltenden Material leitet.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch g e k e η η -

zeichnet , dass man hydratisiertes Aluminiumoxid in das genannte Bett aus Aluminiumoxid enthaltende Material einführt, dass man das genannte hydratisierte Aluminiumoxid durch das genannte Bett in Gegenstromrichtung in bezug auf das genannte Gas leitet, dass man das genannte hydratisierte Aluminiumoxid in kalziniertes Aluminiumoxid während seines Durchgangs durch das genannte Bett überführt, und anschliessend das genannte kalzinierte Aluminiumoxid in die genannte geschmolzene Schlacke einführt.
17. Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium, dadurch gekennzeichnet , dass man ein

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Kohlenstoffmaterial an einer ersten, bei verhältnismässig niedriger Temperatur befindlichen Stelle in einen umlaufenden Strom aus geschmolzener Aluminiumoxid bzw. Tonerdeschlacke die in gebundener Form Kohlenstoff in Form von Aluminiumcarbid und/oder Aluminiumoxycarbid enthält, einführt, dass man den genannten Kohlenstoff mit Aluminiumoxid in der genannten Schlacke an der genannten ersten Stelle umsetzt, um den Anteil an gebundenem Kohlenstoff in der genannten Aluminiumoxidschlacke zu erhöhen, dass man entwickeltes Kohlenmonoxid an der genannten ersten Stelle entfernt, dass man die genannte kohlenstoffangereicherte geschmolzene Aluminiumoxidschlacke an eine zweite Stelle verhältnismässig hoher Temperatur überführt, allmählich den örtlichen statischen Druck bei der geschmolzenen Aluminiumoxidschlacke während der überführung erhöht und erniedrigt, die Temperatur der genannten geschmolzenen Aluminiumcxidschlacke während des Übergangs auf eine Temperatur, bei v/elcher der Aluminiumcarbidgehalt der genannten Schlacke mit Aluminiumoxid unter den örtlichen statischen Druckbedingungen reagiert, erhöht, das dabei entwickelte Gas zum Treiben des Stromes der geschmolzenen Schlacke zu der genannten zweiten Stelle verwendet, dass man metallisches Aluminium aus dem genannten Strom an der genannten zweiten Stelle abtrennt und die genannte geschmolzene Schlacke entweder direkt zu der genannten ersten Stelle zurückführt oder durch eine oder mehrere Paare von Stellen verhältnismässig niedriger Temperatur und verhältnismässig hoher Temperatur, wobei Aluminiumoxid an wenigstens einer Stelle zugegeben wird zu der genannten Schlacke, um das umgesetzte Aluminiumoxid zu ersetzen.

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18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , dass man elektrischen Strom durch die genannte geschmolzene Schlacke während des Übergangs zwischen der Stelle verhältnismässig niedriger Temperatur und der Stelle verhältnismässig hoher Temperatur leitet, um damit die Temperatur der genannten geschmolzenen Schlacke zu erhöhen und die Energie zuzuführen, welche für die Umwandlung von Aluminiumoxid in metallisches Aluminium durch umsetzung mit Kohlenstoff benötigt wird.
19. Vorrichtung zur Herstellung von metallischem Aluminium durch Direktreduktion von Aluminiumoxid bzw. Tonerde mit Kohlenstoff, gekennzeichnet durch eine erste Kammer zur Aufnahme eines geschmolzenen Körpers aus einer Schlacke aus Aluminiumoxid und gebundenem Kohlenstoff in Form von Aluminiumcarbid und/oder Aluminiumoxvcarbid, Vorrichtungen zum Einführen von Kohlenstoffmaterial in die genannte erste Kammer, eine zv/eite Kammer zur Aufnahme eines geschmolzenen Körpers aus der genannten Schlacke, Vorrichtungen zur Zugabe von Aluminiumoxid zu wenigstens einer der genannten Kammern, Vorrichtungen zum Ableiten von Gas aus der genannten ersten Kammer und der genannten zweiten Kammer, einer Durchflussleitung von der genannten ersten Kammer zu der genannten zweiten Kammer, wobei wenigstens ein Teil der genannten Durchflussleitung aufwärts geneigt zu der genannten zweiten Kammer ist, wenigstens einer Elektrode die in jeder der genannten Kammern für den Durchgang eines elektrischen Stromes durch die genannte Schlacke in der genannten Durchflussleitung zur Zuführung von Wärmeenergie, einer Rückführleitung von der genannten zweiten Kammer zu der genannten

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ersten Kammer, in welcher ein Pfad höheren elektrischen Widerstandes als in der genannten Durchflussleitung gebildet wird, wenn diese mit der geschmolzenen Schlacke gefüllt ist und einer Vorrichtung zum Sammeln und Entfernen des metallischen Aluminiums aus der genannten zweiten Kammer.
20. Vorrichtung zur Herstellung von metallischem Aluminium durch Direktreduktion von Aluminiumoxid mit Kohlenstoff, gekennzeichnet durch vier hintereinander angeordnete Kammern, die eingerichtet sind zur Aufnahme und zum Enthalten eines Körpers aus geschmolzener Schlacke, die sich aus Aluminiumoxid bzv/. Tonerde und gebundenem Kohlenstoff in Form von Aluminiumcarbid und/oder Aluminiumoxycarbid zusammensetzt. Vorrichtungen zur Zufuhr von Kohlenstoffmaterial zu der ersten und dritten Kammer, Durchflussleitungen für die genannte Schlacke von der genannten ersten und dritten Kammer zu jeweils der genannten zweiten und vierten Kammer, wobei jede der genannten Durchflussleitungen einen nach oben geneigten Auslassendteil hat, Rückleitungen für die genannte Schlacke, die jeweils von einer unteren Stelle in jeder der genannten zweiten und vierten Kammern zu jeweils der genannten dritten und genannten ersten Kammer führt, wobei die genannten Rückführleitungen, wenn sie mit geschmolzener schlacke angefüllt sind, verhältnismässig niedrige elektrische Widerstandspfade bilden, im Vergleich zu den Durchflussleitungen, Vorrichtungen zur Zufuhr von Aluminiumoxid zu wenigstens einer der genannten Kammern, in Abstand befindliche Elektrodenanordnungen im Kontakt mit der genannten Schlacke zum Durchgang eines elektrischen

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Stroms durch die genannte Schlacke, Vorrichtungen zum Abführen von Gas aus jeder der vier Kammern und Vorrichtungen zum Sammeln und Entfernen von metallischem Aluminium aus der genannten zweiten und vierten Kammer.
21. Vorrichtung gemäss Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , dass die Elektrodenvorrichtung in der genannten zweiten und vierten Kammer angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , dass die Elektroden in einer Position oberhalb der unteren Begrenzung der oben schwimmenden Schicht aus metallischem Aluminium, die von der genannten Schlacke in der zweiten und vierten Kammer unterstützt wird, angeordnet sind, wobei die Elektroden direkten elektrischen Kontakt mit der genannten Schicht aus metallischem Aluminium haben.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , dass die Elektroden in Kontakt mit dem geschmolzenen Aluminium in Nebenkammern der genannten zweiten und vierten Kammern angeordnet sind und Trennvorrichtungen vorgesehen sind, um die genannten Elektroden von entwickeltem Gas in den genannten zweiten und vierten Kammern abzuschirmen.
24. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , dass Rückflussleitungen mit verhältnismässig geringem Durchmesser für die genannte Schlacke vorgesehen sind, welche von einer niedrigen Stelle der

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genannten zweiten und vierten Kammern nach unten zu den Durchflussleitungen von den genannten ersten bzw. dritten Kammern führen.
25. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , dass ein Körper aus geschmolzenem Aluminiumoxid zunächst gebildet wird durch Zünden einer Thermitmasse.

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