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Verfahren zur Herabsetzung der Lithiumkonzentration in
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Aluminiumschmelzen
Verfahren zur Herabsetzung der
Lithiumkonzentration in Aluminiumschmelzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herabsetzung der Lithiumkonzentration in eine lose Schüttschicht durchlaufenden
Aluminiumschmelzen.
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Bei der Aluminiumherstellung durch Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumsalzen
im Hall-Héroult-Prozess werden in zunehmendem Mass Badzusammensetzungen des Elektrolyten
eingesetzt, denen wenige Gewichtsprozente von Lithiumsalzen zugesetzt werden. So
ist beispielsweise eine Elektrolysezelle beschrieben worden, welche bei einer Stromstärke
von 4o Ampre, einer anodischen Stromdichte von 6.5 Ampere pro Quadratzoll, einem
Anoden-Kathoden-Abstand von o.5 Zoll und einer Temperatur zwischen 89o und 900 0
betrieben wurde und eine Badzusammen -setzung von 0.8 BR - 5 % LiF - A1203 aufwies,
wobei BR das Gewichtsverhältnis zwischen NaF und AlF3 bezeichnet (US-PS 4, o71,
420, Spalte 7). Bei einem anderen Ansatz betrug dieses Verhältnis NaF/AlF3 im Elektrolyten
0.8 in Gegenwart von 5 R LiF, wobei sich der Rest auf NaF, A193 und Al2O3 verteilte
Unter diesen Verhältnissen verkörpern LiF, NaF und das Lösungsmittel, während A1203
die zu elektrolysierende Verbindung darstellt. Dieser Einsatz von Lithiumsalzen
in der Elektrolysezelle führt zu entsprechenden Lithiumkonzentrationen im friscn
geschöpften Elektrolysemetall, wobei als äherun@@@ormel damit gerechnet werden kann,
dass 1 % im in Elektrolyten zu ungefähr 6 bis 8 ppm in der Form gelösten metallischen
Lithiums im Elektrolysemetall führt. In dieser Art wurden in einem betrieblichen
Anwendungsbeispiel der Anmelderin 3.0 % LiF im Elektrolyten eingesetzt und Lithiumkonzentrationen
von rund 20 ppm im Elektrolysemetall gemessen.
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Derartige Verunreinigungen des Elektrolysemetalls durch Lithium wirken
sich insofern störend aus, als sie namentlich in höher legierten Aluminiumwerkstoffen,
namentlich in AlMg-Legierungen, die Rissanfälligkeit bei allen üblichen Arten
der
Warmverformung erhöhen. Beispielsweise genügt eine Konzentration von 2 ppm Lithium,
um die als sog. "blue corrosion bekanntgewordene Erscheinung auf der Oberfläche
von Kondensatorfolien nach dem Hochglühen hervorzurufen. Dies zwingt dazu, beispielsweise
bei Stranggussbarren solcher Legierungen die Lithiumkonzentration durch geeignete
Massnahmen auf weniger als 3 ppm, in Sonderfällen, namentlich bei langformatigen
Walzbarren sogar auf weniger als 2 ppm vor dem Vergiessen herabzusetzen.
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Darüberhinaus erhöhen derartige Lithiumkonzentrationen die Geschwindigkeit
der Oberflächenoxidation von Aluminiumschmelzen (vgl. dazu die analoge Beobachtung
von W. THIELE, Aluminium 38 (1962), 712 mit Bezug auf Natrium), wodurch bei derart
verunreinigten Schmelzen mit höherem Metallverlust durch Oberflächenoxidation und
Krätzebildung gerechnet werden muss als bei lithiumfreien Schmelzen.
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Bei der Suche nach geeigneten Methoden zur Entfernung des Lithiums
aus Aluminiumschmelzen lassen sich die bei der Elimination anderer Alkalimetalle
(Natrium, Kalium) verwendeten Verfahren, etwa das Durchleiten der verunreinigten
Schmelze durch eine lose Schüttschicht aus Kohlenstoff (DE-OS 20 19 538t 20 50 659),
aus verschiedenen Ueberlegungen nicht übertragen.
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Einmal weist das Lithium wesentlich geringere Atom- und Ionenradien
(1o52 bzw. 0.78 A) und daher ein von demjenigen der übrigen Alkalimetalle stark
verschiedenes Reaktionsverhalten gegenüber Kohlenstoff auf (In diesem Sinn: W. FREDENHAGEN/
G. CADES{BACH, Ztschr. anorg. allg. Ghem. 158 (1926), 249; A. HEROLD, Bull. Soc.
Ohim. France 1955, lolo und loll).
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um zweiten ist bekannt, dass die 3ildung des Lithiumcarbids, Li2C2,
aus den Elementen, wie sie für eine Reinigung von Aluminiumschmelzen in Betracht
käme, nur unter relativ drasti -schen Reaktionsbedingungen abläuft. So wurde zu
diesem Zweck flüssiges Lithium mit Kohlenstoff in einer verschweissten Stahlbombe
bei Temperaturen um looo 0 umgesetzt (A. PERRET et al., Helv. Ohim. Acta 26, (1943),
74o). Nach diesem Verfahren bildet sich jedoch kein reines Li2C2, und es ist zudem
apparativ umständlich und langwierig. Auch die Umsetzung
von Graphit
mit gasförmigem Lithium im Vakuum bei 800 - 900°C, welche zu reinem Li2C2 Sührt,
ist aufwendig und erfordert zudem einen grossen Lithiumüberschuss, wie er beim Durchleiteneiner
verunreinigten Aluminiumschmelze durch Kohlenstoff nie zu erreichen ist (R. JUZA
et al., Ztschr. anorg.allg. Chem.
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352 (1967), 252). Aehnlich drastische Bedingungen sind von anderer
Seite zur erstellung von Li2C2 verwendet worden (verschweisstes Stahlrohr, gegen
looo 00). Wurde dabei die Temperatur auf 500 °C gesenkt, so wurden Reaktionszeiten
für die Umsetzung zu Li2C2 bis zu fünf Tagen benötigt (HEROLD, a.a.O.
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S. 1004, 1005).
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Drittens wäre eine Umsetzung des Lithiums zu diesem Carbid (Li2C2)
für eine Entfernung des Lithiums aus einer Aluminiums schmelze vollständig ungeeignet,
da es sich bei den in der Schmelze herrschenden Temperaturen (700 bis 950 °C) in
die Elemente zersetzt und dadurch das unerwünschte Lithium der Schmelze kontinuierlich
neu zugeführt würde(Vgl. dazu R.C.
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WEAST (ed.), Handbook of Ohemistry and Physics, 57.A. ClevelandOhio,
1976, S. B-125; D'ANS/LAX, Taschenbuch für Chemiker und Physiker, 3.A. Berlin/Heidelberg/New
York 1967, Bd. 1, S. 398/399; DE-PS lo 12 294, 22 62 898; US-PS 2,964,475; D.A.
KATSKOV, Zh.Prikl. Spektroskopii 27 (1977), 685, 687, 690 f).
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Während längerer Zeit wurde angenommen, dass dieses Li?C2 das einzige
Carbid dieses Alkalimetalles sei, das sich in direkter reaktion aus den Elementen
bildet, was eine Verwendung des Kohlenstoffs zur Entfernung des Lithiums aus Aluminiums
schmelzen nach dem Gesagten völlig ausgeschlossen hätte (D.R.
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GECRIST, U.S. At.Energy Comm. KAPL-2182, (1962), S. 20/21; D.R. SECRIST/W.J.
CHILDS, U.S. At. Energy Comm. TID-17,149 (1962); R. JUZA/A. WEHLE, Naturwissenschaften
1965, 537).
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Viertens ist zwar im Gegensatz zu diesen Vermutungen bekannt, dass
Graphit mit Lithium sog. interstitionelle Verbindungen (interstitial compounds)
bildet, bei denen einzelne Lithium atome mehr oder weniger statistisch in das Graphitgitter
eindringen
und zu stöchiometrischen Zusammensetzungen wie LiO4,
LiG6, LiG12, LiC18 führen (A. HEROLD, a.a.O. S. loo4/loo5, 1010/1011; E. BALASZ/J.
ÖRKENYI, Freiberger Forschungshefte B 113 (1967), 102-104, D. GUERARD/A. HEROLD,
Compt.rend.
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Acad.Sci.Paris 275 Cf (1972), 571; M. EL MAKRINI et al., Compt.
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rund. Acad. Sci. Paris 285 C (1977), 405-407). Doch erscheint eine
Verwendung derartiger Verbindungen zur Entfernung von Lithium aus Aluminium schmelzen
von vorneherein als ausgeschlossen, da einerseits die dazu erforderlichen Reaktionsbedingun
gen (Kompression eines Gemisches von Graphit mit Lithium, anschliessende Wärmebehandlung
im Vakuum bei 200 °C: D. GUERARD, a.a.O. S. 571/2) in der Aluminiumschmelze nicht
zu verwirklichen sind, andererseits bei den in der Aluminiumschmelze realisierbaren
Bedingungen (700 - looo 0c) die Reaktionsgeschwin digkeit der fraglichen Reaktionen
zu gering ist: Während BA -LASZ/ÖRKENYI von einer Behandlungsdauer von 2 Stunden
bei rund 10000 °C ausgingen (a.a.O., S. 102 ff), verwendete HEROLD bei Temperaturen
zwischen 500 und 700 °C Reaktionszeiten bis zu fünf Tagen (a.a.O., 5. 1005).
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Varüberhinaus erscheint die Verwendung dieser Reaktionen zur Entfernung
von Lithium aus Aluminiumschmelzen auch deshalb als völlig ausgeschlossen,weil beobachtet
worden ist, dass sich die interstitionellen Verbindungen mit einem Verhältnis von
Li/C # o.5 bei Temperaturen über 700 °C wiederum in die Elemente zersetzen (HEROLD,
a.a.O. S. 1005). Es war deshalb vorauszusehen, dass die zu reinigende Aluminiumschmelze
ähnlich wie eim Li2C2 durcn die Zersetzung der lterstitionellen Verbindungen dauernd
erneut mit Lithium verunreinigt würde, und dass daher keine nennenswerten Reinigungseffekte
mit diesen Reaktionen zu erzielen sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein VerfShren zur
Herabsetzung der Lithiumkonzentration in eine lose Schüttschicht durchlaufenden
Aluminiumschmelzen zu entwickeln, welches es gestattet, die Lithiumkonzentration
im schmelzflüssigen Aluminium in einem einzigen Verfahrensschritt unter den kritischen
Wert von 2 ppm herabzusetzen. Geht man von einer durchschnittlichen Anfangskonzentration
von 20 ppm Lithium
aus, so entspricht diese Forderung einer Eliminationsquote
von mindestens 9o s. Im Hinblick auf die betriebliche Anwendung dieses Verfahrens
im grosstechnischen Masstab sollten gleichzeitig Gesichtspunkten der Wirtschaftlichkeit
und der Arbeitshygiene besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches dadurch gekennzeichnet
ist, dass (a) die Aluminiumschmelze nach ihrem Austritt aus dem Elektrolyseofen
ohne weiteren Verfahrensschritt eine Schüttschicht aus kohlenstoffhaltigem Granulat
durchläuft, (b) dass die Temperatur T der Aluminiumschmelze vor dem Eintritt in
die Schüttschicht zwischen 780 und 950 °C beträgt, und (c) dass derartige Kombinationen
zwischen der Temperatur T und der Verweilzeit t der Aluminiumschmelze in der Schüttschicht
ausgewählt werden, dass (d) sich die die Reaktionsbedingungen charakterisierende
Kombination in einem t,T-Diagramm innerhalb einer Fläche befindet, welche im ersten
Quadranten rechts von der Geraden T = - 2.17 t + 965.10 liegt.
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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch eine derartia
zur wahl der Reaktionsparameter die ljithii,ikonz entration in einem einzigen Verfahrensschritt
auf weniger als l0 % der Anfangskonzentration herabgesetzt werden und damit ein
Produkt erzielt werden kann, welches für alle üblichen Heahoden der Warmverformung
geeignet ist. Ohne die Erfindung im einzelnen auf diese theoretische erklärung einschränken
su wollen, kann diese unerwartet hohe Leistungsfähigkeit des erfindungsgemässen
Verfahrens dadurch erklärt werden, dass in dessen Verlauf nicht wie erwartet das
salzartige Carbid Li2O2 gebildet wird, welches sich oberhalb 800 0C zersetzt und
daher die Schmelze dauernd erneut mit Lithium verunreinigen würde, sondern das wider
Erwarten interstitionelle Verbindungen des
Kohlenstoffs mit dem
Lithium mit wechselnder, von der Lithiumkonzentration und der Reaktionsdauer abhängiger
stöchiometrischer Zusammensetzung LixCy gebildet werden, bei denen x<y gilt.
Durch den dabei ablaufenden statistischen Einbau der einzelnen Lithiumatome in das
Kristallgitter des Kohlenstoffs werden die Lithiumverunreinigungen makroskopisch
zum Bestandteil der Granulate der Schüttschicht und dadurch der Aluminiumschmelze
auf irreversible Weise entzogen.
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Bei Annahme eines derartigen statistischen Einbaus einzelner Lithiumatome
in das Kohlenstoffgitter würde die Reaktionskinetik nicht allein von der Lithiumkonzentration,
sondern auch von der Konzentration des an der Reaktion beteiligten Kohlenstoffs
abhängen. Es wäre daher zu erwarten, dass die deaktionsgeschwindigkeit, gemessen
an der Abnahme der Lithiumkonzen -tration in der Aluminiumschmelze, im Verlauf der
Reaktion auch deswegen abnehmen würde, weil in den oberflächennahen Bereichen des
Kohlenstoffvolumens allmählich eine Sättigung mit Lithiumatomen eintreten würde,
welche die Reaktion bremsen und allmählich ganz zum Stillstand bringen würde.
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Neben dieser in ihrem Ausmass unerwartet hohen Eliminationsleistung
bietet das erfindungsgemässe Verfahren den Vorteil, die Metallverluste durch Oberflächenoxidation
erheblich einzuschränken. Dies beruht darauf, dass die Kinetik der Oberflächenoxidation
schmelzflüssigen Aluminiums eine erhebliche Abhängigkeit von Art und enge der Zusätze
zeigt ('. THIEL=, a0a.Ü., . 712 ff),wad es daher vorteilhaft ist, das Lithium zu
einem möglichst frühen Zeitpunkt des betrieblichen Ablaufs aus der Rohaluminiumschmelze
zu entfernen. Der grosse Unterschied zwischen der Oxidationskinetil von Reinaluminium
und derjenigen von verunreinigtem Aluminium deutet darauf hin, dass das Zulegierungsmaterial
bzw. die Verunreinigungen an der Oxydation beteiligt sind.
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Während in der konventionellen Schmelzebehandlung die die Oxydation
des Aluminiums begünstigende Verunreinigung mit Lithium während 3 bis 5 Stunden
erhalten bleibt, wird das Lithium nach dem erfindungsgemässen Verfahren zu einem
we -sentlich
früheren Zeitpunkt des betrieblichen Ablaufs eliminiert
und dadurch die Oxydationsverluste auf rund ein Drittel derjenigen bei herkömmlichen
Verfahren reduziert. Während bei der herkömmlichen Schmelzefiltration mit o.95 Gewichtsprozenten
Metallverlust infolge Oberflächenoxidation gerechnet werden muss, beträgt dieser
nach dem erfindungsgemässen Verfahren lediglich o.3 Gewichtsprozente.
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Zum bessern Verständnis der Erfindung sind verschiedene Einzelheiten
derselben beispielhaft in den Figuren dargfstell-t.
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Dabei bedeuten Fig. 1 eine schematische Darstellung einer besonderen
Form zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 2 verschiedene Reaktionsisothermen, lche
den Verlauf der Lithiumkonzentration in der Aluminiumschmelze in Abhängigkeit von
der Kontaktzeit mit der Kohlenstoffschicht darstellen, Fig. 3 Kurven gleicher Eliminationsleistung
in einem t , T-Diagramm.
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Nach der in Fig. 1 gezeigten schematischen Darstellung einer besonderen
Ausführungsform des Verfahrens wird das dem Elektrolyseofen entnommene Rohaluminium
(1) aus elnem Transporttiegel (2) in eine Ueberführungsrinne (4) zudosiert. Dabei
gestattet es ein Dynamometer (3), die Gewichtsabnahme der Schmelze im Transporttiegel
pro Zeiteinheit und damit die Durchsatzleistung pro Zeiteinheit zu messen. Aus dieser
Durchsatzleistung lasse sic für jede Anordnung die Verweilzeit der einzelnen Schmelzepartikel
im Reaktor (5,6) berechnen. Bei einem Durchlauf filter mit einem Schüttvolumen der
Schüttschicht (8,?) von rund 1 m3 liess sich beispielsweise die Kontaktzeit t in
Se-Isunden anhand einer einfachen Umrechnungsformel aus der Durchsatzleistung L
(in Tonnen pro Stunde) berechnen: (1) t.L = konst. = 3600, wobei t die Kontaktzeit
in Sekunden und L die Durchsatzleistung in Tonnen/Stunde bezeichnet. Die gewünschte
Verweilzeit wird im Einzelfall durch eine entsprechende Wahl des metallostatischen
Druckes (gegeben durch die Höhendifferenz
zwischen den Punkten
P1 und P2) und der Neigung des Rezipienten (2) eingestellt.
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Aus der Ueberführungsrinne (4) wird die Rohaluminiumschmelze in das
Durchlauffilter zudosiert, welches in der besonderen Ausführungsform der Figur 1
aus zwei getrennten, in Serie hintereinander geschalteten Kammern (5) und (6) besteht,
welche durch eine Trennwand (7) voneinander abgetrennt sind. 8elbstverständlich
ist die Erfindung nicht auf derartige Tandemanordnungen beschränkt, sondern eignet
sich auch für alle anderen Formen von Durchlauffiltern. Die Schmelze durchläuft
zunächst eine zur Beschwerung eingesetzte Schicht (8) eines keramischen Materials
und gelangt anschliessend in die reaktive Schüttschicht aus dem kohlenstoffhaltigen
Material (9). Die gereinigte Schmelze verlässt die beiden Kammern jeweils durch
eine Aufstiegskammer (12) und wird über eine weitere Ueberführungsrinne (lo) der
weiteren Verwendung zugeleitet.
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In der besonderen Ausführungsform der Erfindung nach Figur 1 wurde
die Aluminiumschmelze während ihres Durchgangs durch die lose Schüttschicht (8,9)
in einzelnen Versuchen zusätzlich mit einem Spülgas behandelt, welches durch im
Boden der Kammer eingesetzte Einleitvorrichtungen (11) an sich bekannter Bauart
im Gegenstrom eingeleitet wurde. Dieses Spülgas kann dabei Stickstoff oder ein Edelgas,
insbesondere Argon, sein. Auch Gemische derartiger inerter Gase untereinander können
eingesetzt werden.
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Die Temperatur und die chemische Zusammensetzung der Aluminiumschmelze
vor und nach der Filtration wird durch Probenahme an den Punkten -P1 und P,, bestimmt.
Die Lithiumkonzentration wird dabei in an sich bekannter kreise lurch Atomabsorptionsspektr
skopie bestimmt.
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Figur 2 zeigt die Isothermen der Lithiumelimination während einer
Filtration durch eine kohlenstoffhaltige Schüttschicht für den Bereich zwischen
700 und 900 °C in Abhängigkeit von der Kontaktzeit t. Die absoluten Werte der Lithiumkonzentration
c1
sind dabei durch eine Division durch die Anfangskonzentration c0 untereinander vergleichbar
gemacht worden.
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Trägt man clicO in einem logarithmischen Masstab auf, so zeigt sich,
dass die verschiedenen Werte keine Gerade bilden, das heisst, dass die Elimination
des Lithiums nicht nach einer Kinetik 1. Ordnung entsprechend -kt (2) c1 = c0 #
e verläuft. Die Krümmung der erhaltenen Kurven lässt vielmehr vermuten, dass die
Reaktionsgeschwindigkeit neben der Lithiumkonzentration noch von weiteren Parametern
abhängt.
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Nimmt man nach dem Gesagten an, dass das Lithium mit dem Kohlenstoff
eine interstitionelle Verbindung Li C (x«y) bilxy det, so lässt sich die gefundene
Kinetik derart erklären, dass die pro Lithiumatom zur Verfügung stehende Kohlenstoffkonzentration,
das heisst die pro Lithiumatom angebotene Kohlenstoffoberfläche oder der im Kohlenstoffgitter
pro Lithiumatom zur Verfügung stehende Freiraum einen weiteren reaktionsbestimmenden
Parameter bildet. Durch den statistischen Einbau einzelner Lithiumatome in das Kohlenstoffgitter
nimmt diese Kohlenstoffe konzentration zusammen mit der Lithiumkonzentration in
der Schmelze ab, in den oberflächennahen Bereichen aes Kohlenstoffgitters tritt
eine Sättigung ein und die Eliminationskurve flacht mit zunehmendem t immer mehr
ab.
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ur 3 zeigt die Kurven gleicher Eliminationswirkung in Abhängigkeit
von der Reaktionstemperatur T und der Kontaktzeit t, wobei als Eliminationswirkung
# die Grösse (,l3 S - c'/c'). loo (in Prozenten) definiert wurde. Die Darstellung
kann als Nomogramm verwendet werden una gestattet die auswahl von bestimmten t,T-Kombinationen,
welche zur Erreichung einer vorbestimmten Eliminationswirkung geeignet sind. Geht
man dabei von einer durchschnittlichen Anfangskonzentration cO = 20 ppm aus, so
ist zur Lösung der gestellten Aufgabe eine Herabsetzung auf
cl
4 2 ppm und damit eine Eliminationswirkung von E = 9o % erforderlich. Die zur Erreichung
dieser Wirkung notwendigen t,T-Kombinationen liegen in dem t,T-Diagramm der Figur
3 innerhalb einer Fläche, welche an ihrem linken Rand von der approximierten Geraden
für E = 9o ffi (4) T = - 2.17 t + 965.10 begrenzt wird.
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Die weitere Randbedingung 780 # T #950 0O ergibt sich aus der Ueberlegung,
dass allzulange Kontaktzeiten t vermieden werden sollten, weil sie einerseits zu
erhöhten Metallverlusten infolge von Oberflächenoxidation, andererseits zu unerwünschten
Wärmeverlusten führen, welche gegebenenfalls ein erneutes, kostenaufwendiges Aufheizen
der Schmelze erforderlich machen. Akzeptiert man unter diesen Umständen eine Kontaktzeit
t. = 9o sec, so beträgt die minimale Temperatur T, bei der eine 9o -ige Elimination
erzielt werden kann, 780 °C.
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diejenige, bei der eine 95 %-ige Elimination erzielt werden kann,
T = 873 °C,
Beispiel 1 Kohaluminium aus dem Elektrolyseofen mit
einem ungefähren Gehalt von 99.5 % Al wurde bei Schmelzetemperaturen von 780 bzw.
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8603 # 5 °C in einem Durchlauffilter mit einem Volumen von rund 1
m) filtriert. Die Filterkammer enthielt dabei eine Schüttschicht von 400 kg vorkalziniertem
Petrolkoks mit einem Partikeldurchmesser zwischen 5 und 30 mm, entsprechend einer
Schichthöhe von rund 480 mm und einem Schichtvolumen von rund 0.67 m).
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Diese Petrolkoksschicht kann dabei mit einer zweiten losen Schüttschicht
aus einem feuerfesten Material mit höherem spezifischem Gewicht beschwert werden.
Dazu wurde eine Schüttschicht von 700 kg Korund mit einem Partikeldurchmesser von
5 bis 30 mm verwendet, entsprechend einer Schichthöhe von 170 mm und einem Schichtvolumen
von o.18 m3. Selbstverständlich können dazu auch andere feuerfeste Materialien eingesetzt
werden, welche mit der Aluminiumschmelze chemisch nicht reagieren, bei -spielsweise
Magnesit. Das diese Schüttschicht enthaltende Durchlauffilter von an sich bekannter
Bauart wurde mit einem elektrischen Heizdeckel von 40 kW Heizleistung vorgeheizt.
Für die Versuche mit einer Schmelzetemperatur von 780 °C betrug dabei die Temperatur
des Filtergranulates am Boden des Behälters 800 °C, an der Oberfläche der Schüttschicht
755 °C vor dem Filtrationsvorgang. Der Durchsatz der Aluminiumschmelze betrug bei
dieser Anordnung 12, 20 oder 25 Tonnen Schmelze pro Stunde,entsprechend einer Kontaktzeit
der Schmelze mit der kchlenstoffhaltigen Schüttschicht von 300, 180 bzw. 144 Sekunden.
Bei einzelnen Versuchen wurde die Schmelze zusätzlich mit o.65 Nm3 Argon pro Stunde
begast, welches durch poröse Einleitsteine an icn bkannter bauart am Boden des Durchlauffilters
eingeleitet wurde. Bei entsprechend sorgfältiger Durchführung der Versuche, wobei
namentlich die Kanalbildung in der Schüttschicht ("Channeling") zu vermeiden ist,
entspricht die Eliminationswirkung hinsichtlich des Lithiums den in der Figur 3
dargestellten Verhältnissen.
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Beispiel 2 Die Wirkung verschiedener Kohlenstoffmodifikationen auf
die Eliminationsleistung wurde in einer Vorrichtung gemäss Figur 1 bei einem Durchsatz
von lo Tonnen Aluminiumschmelze pro Stunde, entsprechend einer Kontaktzeit der einzelnen
Schmelzepartikel mit der kohlenstoffhaltigen Schüttschicht von 20 Sekunden getestet.
Dabei wurde als Standardpetrolkoks eine Mischung von 5o bis 9o % Petrolkoks und
lo bis 5o zerkleinerten Anodenkohlen bezeichnet, wobei der Petrolkoks einen Aschegehalt
von o.2 - o.5 , einen Schwefelgehalt von rund 1 % und ein Schüttgewicht von 5oo
bis 600 kg/m3, die zerkleinerten Anodenkohlen einen Aschegehalt von 1 - lo , einen
Schwefelgehalt von 1.5 - 2.2 ß und ein Schüttgewicht von rund 700 kg/m3 aufwies,
Der Durchmesser der einzelnen Granulatpartikel dieses Stan- -dards betrug dabei
5 bis 3o mm, vorzugsweise 8 - 15 mm. Daneben- wurden Filtergranulate aus reiner
Anodenkohle mit Partikeldurchmessern zwischen 4 und 20 mm und reiner, vorkalzinierter
Petrolkoks mit einem Partikeldurchmesser von 5 bis 30 mm, vorzugsweise bis 12 mm
eingesetzt. Die Eliminationswirkung dieser verschiedenen Kohlenstoffmodifikationen
bezüglich Lithium bei angenähert gleicher Temperatur der zu reinigenden Schmelze
(780 resp. 800 °C) ist in Tabelle 1 dargestellt.
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Sie unterschied sich bei den verschiedenen Materialien nicht signifikant
und entspricht wiederum den in Figur 3 dargestellen Verhältnissen.
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Tabelle 1 Einfluss verschiedener Konlenstoffmodifikationen auf die
Elimination von Lithium aus Aluminiunschmelzen Bezeichnung Partikel- Kontakt- Temperatur
Elimination durchmesser zeit (°C) (%) (mm) (sec) Standard 8 - 15 20 800 65 Anodenkohle,
4 - 20 20 780 53 rein Petrolkoks, 5 - 12 20 780 60 rein