DE2821353A1

DE2821353A1 - Flussmittel zum sekundaeren verhuetten von aluminium

Info

Publication number: DE2821353A1
Application number: DE19782821353
Authority: DE
Inventors: Ranbir Aunil Das; John Louis Jeanneret
Original assignee: Thiem Corp
Current assignee: Thiem Corp
Priority date: 1977-06-02
Filing date: 1978-05-16
Publication date: 1978-12-07
Also published as: FR2393071A1; GB1549979A; FR2393071B1

Description

Jl PATENTANWÄLTE ί-ö Z. l

Dlpl,lng. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK Dlpl.-Ing. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL

335024 SIEGFRIEDSTRASSE 8 TELEFON: C080) „„-„ ,m.^urn *_n

335025 8000 MDNCHEN 40

SK/ΠΚ

Thiern Corporation

2433 Worth Mayfair Rood

Milwaukee, Wise. 53226 / USA

Flußmittel zum sekundären Verhütten won Aluminium

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Flußmittel zur Rückgewinnung von Aluminium aus Aluminiumabfall und -schlacke ("dross")» wenn diese Materialien in einem sog. sekundären Verhüttungsvorgang geschmolzen werden.

Deirn Frh.itzen von Aluminium auf seinen Schmelzpunkt ist. mit dem geschmolzenen Metall Aluminiumschlacke ader -haut ("skim") anr wesend. Diese geschmolzene Schlacke sammelt sich auf oder nahe der Überfläche des Metallbades und enthält meist einen hohen Prozentsatz an Aluminium, kombiniert mit Aluminiumoxid und anderen Verunreinigungen. Wird ein Aluminiumkörper geschmolzen oder in einem Ofen z.B. zum Gießen in geschmolzenem Zustand gehalten, dann bildet sich u/eiter auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalles Schlacke; diese wird periodisch entfernt und enthält wesentliche Mengen an freiem metallischem Aluminium sowie Aluminiumoxid

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und nicht-metallische Verunreinigungen.

Aus wirtschaftlichen Gründen ist es zweckmäßig, möglichst viel des in der Schlacke enthaltenen Aluminiums zurückzugewinnen. In den letzten Jahren ist es weiterhin wünschenswert geworden, möglichst viel Aluminium aus Aluminiumabfällen, z.B. Abrieb oder Spänen von Barren, Bohrabfall und Plättchen usw., zurückzugewinnen, die während der verschiedenen maschinellen Bearbeitungen von Aluminium und seiner wesentlichen Legierungen und aus dom Recycling von Aluminiurndosen usw. anfallen. Diese Aluminiumgewinnung durch Recycling von Aluminiumabfällen wird als sekundäre Verhüttung bzw. Schmelzen bezeichnet.

Beim sekundären Verhüttungsverfahren wird der Abfall zuerst gewöhnlich in ein geschmolzenes A].urciniumbari in einem Ofen oder einer Ofenverlängerung eingeführt, wo er geschmolzen wird. Aus dem geschmolzenen Abfall bildet sich eine Oberflächencchicht (Schlacke oder Haut) aus Oxiden, Verunreinigungen und mitqeführtem metallischem Aluminium. Diese Schlacke wird mit einem Flußmittel behandelt, um möglichst viel tios eingeschlossenen, geschmolzenen Metalles vor der Entfernung der Schlacke der Schmelze zuzuführen. Wenn die Schlacke völlig mit dem Flußmittel behandelt worden ist, wird sie mit einem Schöpflöffel abgeschöpft und abkühlen gelassen. Enthält die Schlacke wesentliche Mengen freien Aluminiums, dann wird sie anchließend zerstoßen, gesiebt, und die metallischen Teilchen werden zum erneuten Schmelzen zum Ofen zurückgeführt.

Aufgrund des großen Oberflächengebietes von Abfallaluminium erfolgt vor dem vollständigen Schmelzen ein hohes Maß an Oxidation. Dies bewirkt die Bildung einer großen Schlackenmenge mit entsprechen-

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dem Verlust an eingeschlossenem Aluminium. Weiter kann das in den. Ofen eingeführte Abfallaluminium wesentliche Mengen an Verunreinigungen enthalten, die wiederum zu einer erhöhten Schlackenmenge mit damit einhergohendem Verlust an eingsschlosssnem Aluminium führten. Da diese große Schlackenmenge gebildet uiird, wird eine große Menge Flußmittel zur Freisetzung des eingeschlossenen Aluminiums und zur Verhütung exothermer Feuer benötigt, die ein Brennen des Aluminiums in der Schlacke bewirken und zu Metallverlusten und erheblicher Rauchentwicklung führen können. Oas erfindungngp.mäße Flußmittel ist schneller schmelzend, stärker fließbar und bei Betriebstemperaturen nasser als die bekannton Flußmittel. De stärker fließbar das nasse Flußmittel ist, umso wirksamer ist es büi der Aluminiurnentf nrnung aus der Schlacke und bei der Eliminicrung exothermer Feuer. Weiter können Verwendung, Handhabung und Lagerung, bztu. Verwerfen großer Mengen an Flußmittel kostspielig werden. Es besteht daher Bedarf für ein wirksameres Flußmittel zur Verwendung im sekundären Verhütten von Aluminium.

Die vorliegende Erfindung schafft daher ein verbessertes, nasses Flußmittel zur Verwendung im sekundären Verhütben von Aluminium aus dem Recycling. Das erfindungsgemäße Flußmittel ergibt eine verbesserte Rückgewinnung von Aluminium aus der während des Recycling von Aluminiumabfall usw. gebildeten Aluminiumschlacke; es ist ein stärker fließbares, nasses Flußmittel als die bekannten Mittel. Das stärker fließbare, nasse Flußmittel ist bei der Entfernung von Aluminium aus der Schlacke wirksamer und erfordert daher wesentlich geringere Mengen. Die maximale Aluminiumrückge-UJinnung erzielt man mit nur einem Bruchteil der üblicherweise verwendeten Flußmittelmenge. Das verbesserte Flußmittel liefert

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maximale Aluminiummengeri mit wesentlich geringeren Flußmittelmengen, d.h. die zu entfernende SchlackenmengB ist geringer und der Metallgehalt der Schlacke ist niedriger, obgleich dennoch die gesamte Flußmittelzugabe wesentlich niedriger ist.

Die erfindungsgemäß geeigneten Flußmittel basieren auf einer eutoktischen Mischung aus Natrium- und Kaliumchlorid. Die Flußmittel enthalten als weiteren aktiven Bestandteil ein oder mehrere, niedrig schmelzende, aktiv/ als Flußmittel wirkende Salze aus der Gruppe von Lithiumchlorid, Bariumchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Natriumcarbonat und Borax oder Hydraten derselben in verschmolzener ("fused") oder pulverisierter Form. Die Flußmittel bestehen im wesentlichen aus etuia 40-55 Gem.-',» Natriumchlorid, etwa 40-55 Gew.-JA Kaliumchlorid und 3-15 Gem.-% einer oder mehrerer V/erbindungen der Gruppe von Lithiumchlorid, Bariumchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Natriumcarbonat und Borax oder Hydraten derselben in verschmolzener oder pulvcrisierter Form.

Spezifische Kombinationen der anorganischen Salze innerhalb der obigen Bereiche werden weitgehend durch den gewünschten Schmelzpunkt des Zuschlages bestimmt. Zweckmäßig schmilzt das Flußmittel etwa bei oder leicht unter dem Schmelzpunkt des Abfallaluminiums im Recyclingverfahren. Wenn das Flußmittel nach dem Schmelzen des Aluminiums in festem oder granulärem Zustand verbleibt, ist es bei der Entfernung des eingeschlossenen Metalles aus der Schlacke oder bei der Verhütung eines Brennens der Schlacke in einer exothermen Reaktion nicht wirksam. Das besondere Salz oder die gewählte Salzkombination wird weiterhin auch weitgehend durch

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wirtschaftliche Überlegungen bestimmt. Alle oben aufgeführten Salze haben sich als wirksam erwiesen; Calciumchlorid wird jedoch bevorzugt, uieil es leicht verfügbar und billig ist. Während hydratisiorte Magnesiumchloride ziuar utirken, ujird jedoch darauf hingemiesen, daß sie aufgrund der Bildung unerwünschten Nebenprodukte nicht zweckmäßig sind.

Erfindungsgemäß bevorzugte Flußmittel enthalten etwa gleiche Mengen an Natrium- und Kaliumchlorid mit etwa 3-15 Gew.-% Verbindungen aus der Gruppe von Lithiumchlorid, Bariumchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Natriumcarbonat und Borax oder Hydraten derselben in verschmolzener oder pulverisierter Form. Die bevorzugten Flußmittel enthalten etwa 45-50 Gem.-% Matriumchlor id, etwa 45-50 Gew.-^i Kaliumchlorid und etwa 3-15 Gew..-/' Verbindungen aus der Gruppe von Lithiumchlorid, Bariumchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Natriumcarbonat und Borax einschließlich der verschiedenen Hydrate dieser Verbindungen in verschmolzener oder pulverisierter Form. Das besonders bevorzugte Flußmittel ist eine eutektische Mischung aus etwa 42 f· Natriumchlorid und etwa 53 fi Kaliumchlorid sowie etwa 5 % der obigen, aktiv als Flußmittel wirkenden Salze, insbesondere Calciumchlorid.

Verschiedene Flußmittel sind in der Vergangenheit zur Behandlung von Aluminiumschlacke sowohl während der primären als auch während der sekundären Verhüttung von Aluminium verwendet worden; es handelte sich um verschiedene Kombinationen von Alkalimetall- und Erdalkalimetallchloriden und -fluoriden und Komplexe dieser Salze mit den Halogeniden von Titan, Aluminium, Bor, Zirkon und Silicium. Das beim sekundären Verhütten am häufigsten verwendete

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Flußmittel mar eine eutektische Kombination aus Natriumchlorid und Kaliumchlorid mit einer geringen Mengen an Cryolit oder einem ähnlichen Fluoricl. Bevorzugte, bekannte Flußmittel enthielten etwa 40-55 Gew.-^ Natriumchlorid, etiua 40-55 Gew.-^ Kaliumchlorid und 3-10 Gew.-^ Cryolit, Kaliumaluminiumfluorid, Natriumfluorid oder eine ähnliche Fluoridverbindung.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß man ein verbessertes Flußmittel erhält, indem man das Cryolit, Kaliumaluminiumfluorid, Natriumfluorxd oder die ähnliche Verbindung durch ein niedrig schmalzendes, aktiv als Flußmittel wirkendes Salz aus der Gruppe von Lithiumchlorid, Bariumchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Natriumcarbonat und Borax ersetzt. Das aktiv als Flußmittel wirkende Salz kann auch eine hyriratisierte Form dor obigen Verbindungen sein. Wie ermähnt, kann der Zuschlag eine Kombination aus einem oder mehreren der obigen Salze oder Hydrate? in verschmolzener oder pulverisierter Form sein. Die Verwendung des niedrig schmelzenden, aktiv als Flußmittel wirkenden Salzes anstelle der cryolitartigen Verbindung liefert ein stärker fließbares, nasses Flußmittel, das sich bei der Aluminiumentfernung aus Schlacke als u/esentlich wirksamer erwiesen hat.

Das erfindungsgemäße, verbesserte nasse Flußmittel ist besonders besonders zweckmäßig in sekundären Verhüttungsverfahren. Dabei wird der Abfall zuerst in ein geschmolzenes Aluminiumbad in einem Ofen oder einer Ofenverlängerung, gewöhnlich einem Reverberierofen, eingeführt. Die Charge wird durch Bewegen, z.B. durch Auf- und Abbewegung eines Gewichtes, Vor- und Rückwärtsbewegung eines Hakens oder Einleiten eines Gases, das eine starke Wellenbewegung

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der Metalloverflache bewirkt, in das geschmolzene Metall gezwungen oder genetzt. Aufgrund des Schmelzens des Abfalles wird eine Oberflächenschicht aus Oxiden, Verunreinigungen und Schlacke oder Haut gebildet. Das nasse Flußmittel wird in Intervallen zugefügt, z.B. durch l/erteilen mit einer Schaufel. Zeit und Menge werden durch Röte der Schlacke und deren nasses Aussehen bestimmt. Es u/ird ausreichend Flußmittel zugefügt, um eine gründlich benetzte, nasse Haut zu erhalten und um exotherme Feuer auszulöschen und ihr

erneutes Aufflammen zu verhindern. Nachdem alle sichtbaren metallischen Stücke geschmolzen sind und die Schlacke völlig geschmolzen ist, ujird die Schlacke mit einem großen Schöpflöffel in einen Behälter entfernt, uio sie abkühlen gelassen wird. Die abgekühlte Schlacke wird mechanisch bearbeitet, um Metalltröpfchen von Oxiden und nicht-metallischen Bestandteilen, u/ie Schmutz, zu trennen. Die Aluminiummetallteilchen werden gewöhnlich zum erneuten Schmelzen zum Ofen zurückgeführt.

Mit bekannten Flußmitteln mußten etwa 5-15 Gew.-^ Flußmittel, bezogen auf das in das geschmolzene Bad eingeführte Aluminiumgswicht, verwendet werden, wobei manchmal noch größere Mengen für eine maximale Rückgewinnung des Aluminiums aus der Schlacke notwendig waren. Erfindungsgemäß ist die maximale Rückgewinnung des Aluminiums aus der Schlacke mit etwa der halben bis ein Drittel der üblichen Menge möglich. Die erfindungsgemäßen Flußmittel erzielen eine maximale Rückgewinnung mit etwa 1-8 Gew.-^i Flußmittel, bezogen auf das eingeführte Aluminiumgewicht. Gewöhnlich ist die maximale Rückgewinnung mit Mengen von 1,5-5 Gow.-$, insbesondere 2-3 Gew.-%, möglich.

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Tatsächlich wird die Menge an erfindungsgemäßem, verbessertem Flußmittel verwendet, die sich am wirksamsten erwiesen hat; sie wird vom Fachmann leicht bestimmt, indem man die Menge beobachtet, die die gewünschten Ergebnisse liefert. Die Menge variiert etwas mit der Natur des Aluminiumabfalls. Manche Abfälle haben z.B. mehr Verunreinigungen als andere, und das Oberflächengebiet, die Dichte usw. variieren mit den unterschedlichen Quellen für den Abfall. Die tatsächliche Menge an verbessertem Flußmittel ist wesentlich niedriger als bei der Verwendung eines bekannten Flußmittels.

Da sie zur Erzielung einer maximalen Rückgewinnung wesentlich niedrigere Mengen erfordern, bieten die erfindungsgemäßen Flußmittel gegenüber bekannten Mitteln wesentliche Vorteile, und zwar erstens den wirtschaftlichen Vorteil, daß nur etwa ein Drittel der üblichen Menge notwendig ist. Deshalb ist weiterhin die erhaltene Schlackenmenge wesentlich geringer als normal und daher leichter zu handhaben. Rückstände aus der nassen Behandlung mit Flußmittel sind oft unerwünscht und schwer abzuführen, und je geringer ihre Menge, umso kleiner sind die Probleme. Das erfindungsgemäße verbesserte Flußmittel bietet weiter einen umweltfreundlichen Vorteil gegenüber bekannten Mitteln, indem es fluoridfrei und in der Handhabung nicht toxisch ist und somit nur eine minimale oder gar keine Umweltverschmutzung ergibt.

Die erfindungsgemäßen Flußmittel können durch Mischen der feinen feinen granulären Salze in der gewünschten Kombination hergestellt werden. Weiter können sie durch Schmelzen der gewünschten Kombi-

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natium von Salzen und Vermählen der verschmolzenen Masse auf eine gewünschte Teilchengröße hergestellt werden. Das letztgenannte Verfahren wird in Fällen bevorzugt, mn der Flußmittelschmelzpunkt kritisch ist oder wo das Vorhandensein von viel Rauch unerwünscht ist.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1_

Es erfolgte eine Reihe von 3 Versuchen in einem 50 000 kg Revsrberiorofen, der von außerhalb mit Gas gefeuert wurde. Üie Charge wurde mittels Gaseinleitung ("gas lancing") in die Schmelze eingemischt. Das verwendete Verfahren entsprach üblichen sekundären Verhüttungsverfahren. Das Flußmittel wurde über das gesamte

Jberiül"tüi""k(ibie*t mittels einer Schaufel verteilt, sobald die

(bedeckt)

Charge durch die Gaseinleitung eingstaucht/war. Die durchschnittliche Anfangsbeschickung an Flußmittel lag bei h-5 Schaufeln. Das Flußmittel wurde sofort eingerührt, um ein Hartsintern und Klumpen der Flußmittelschicht oben auf der Schlacke zu verhindern. Schlacke und Beschickung wurden weitergerührt,und weiteres Flußmittel wurde zugefügt, um die Schlacke naß und auf einer kirschroten bis mattroten Farbe zu halten. Wenn die Schlacke zu heiß wurde, wurde sie durch Zugabe von weiterem Flußmittel abgekühlt. Nach vollständiger Flußmittelbehandlung und als das Schlackenvolumen auf einen konstanten Wert verringert war, wurde die Schlacke in einen Behälter abgeschöpft und zur weiteren Verarbeitung abkühlen gelassen. In den 3 Versuchen wurden die folgenden beiden Flußmittel verwendet:

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Flußmittel 1 Flußmittel 2

--· — η

47,5 % Natriumchlorid 42,0 *', Natriumchlorid

47,5 % Kaliumchlorid 53,0 % Kaliurnchlorid

5,0 % Cryolit 5,0 f, Calciumchlorid

Die Ergebnisse der 3 Versuche luaren wie folgt: Versuch Nr.123

Flußmittel	1	2	2
verw.Flußmittelmenge; kg	295	153	67,2
Flußmittel als f, d. Beschickung	14	7	3,15
Metallbeschick.	2114	2161	2134
entfernte Schlacke	1135	922	885
entfernte Schlacke minus Flußmittel	885	769	818
% der Beschickung	42	35,5	38

Wie aus den obigen Ergebnissen ersichtlich, erfordert das erfindungsgemäße Flußmittel wesentlich geringere Mengen als ein übliches bekanntes Mittel. Die Schlacke aus Versuch 2 sah im wesentlichen wie diejenige aus Versuch 1 aus. Die Aluminiumtröpfchen der Schlacke waren weniger, sauberer und gerundet, was einen guten Fluß anzeigt. Die in Versuch 2 entfernte Schlackenmenge war etwa 113 kg weniger nach Berücksichtigung des Flußmittels, tvas die Ersparnisse an prozentualer Aluminiumentfernung aus der Schlacke durch das Flußmittel zeigt. Diese verbesserten Ergebnisse erzielt man durch Verwendung nur der halben Flußmittelmenge. Die Schlacke aus Versuch 3 war von geringerer Dichte, mehr pulverig und heißer. Diese Menge, die etwa ein Fünftel der normalen Menge ist, ist die untere Grenze für diesen besonderen Arbeitsgang, u/obei offen-bar etwas mehr Flußmittel besser und sicherer u/äre.

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Beispiel

Gemäß Beispiel 1 erfolgten Versuche zum Testen der folgenden Flußmittelzusammensetzungen gegen Flußmittel 1 aus Beispiel 1:

Flußmittel 3

Flußmittel 4

Flußmittel 5

Natriumchlorid

— 53 % Kaliumchlorid

5 % Magnesium- 5 % Calciumchlorid Chlorid

Calciumchlorid .

Die Ergebnisse mären wie in Beispiel 1; die erfindungsgemäßen Flußmittel lieferten optimale Ergebnisse mit nur einem Drittel bis der Hälfte der Menge eines üblichen Flußmittels.

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Claims

Patentansprüche

1.- Flußmittel zur Verwendung im sekundären Verhütten von Aluminium, im wesentlichen bestehend aus etwa 40-55 Gew.-/; Natriumchlorid, etwa 40-55 Gew.-/.' Kaliumchlorid und 3-15 C,ew.-% einer Verbindung aus der Gruppe von Lithiumchlorid, Bariunchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Natriumcarbonat und Borax und Hydraten derselben.

2.- Flußmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Natriumchlorid in etwa 42 Ggw.-"o und Kaliumchlorid in etwa 53 Gew.-% enthält.

3,- Flußmittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Natriumchlorid und Kaliumchlorid etwa in gleichen Mengen anwesend sind und noch 3-6 Gew.-^ einer Verbindung der Gruppe von Lithiumchlorid, Bariurnchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Natriumcarbonat und Borax und Hydraten derselben enthalten sind.

4,- Flußmittel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Verbindung Calciumchlorid ist.

5,- Verbesserte, sekundäre Verhüttung von Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Flußmittel gemäß Anspruch 1 bis 4 verwendet.

Der Patentanwalt: -ι : / ? .

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