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Verfahren zur Gewinnung von reinen Aluminium-Silicium-Legierungen
aus rohen Bauxiten oder Aluminiumsilikaten Bisher wurde, um SiUzium.-Alumi:mum-Legierungen
zu schaffen, entweder der Weg gewählt, daß möglichst vollprozentiges 'Silizium,
das nur einige TdIe von Hundert an Eisen enthält, in reinstem geschmolzenen Aluminium
aufgelöst, oder aber man chargiert im normalen Aluminiumgewinnungsprozeß anstatt
reiner Tonerde diese mit eisenfreiem Kaolin oder reinstem Quarzsand gemischt. Beide
Methoden können aber die Verwendung von Tonerde (A1$03) nicht umgehen, und dieser
Umstand ist eine der Hauptkostenquellen. Nicht um technisch, sondern um bilanzmäßig
r kg Reinaluminium zu gewinnen, ist rund die vierfache Menge reinster Tonerde nötig,
um diese herzustellen, wieder die vierfache Menge Bauxit. Die unmittelbare Verwendung
von Bauxit würde allein schon die Kosten .auf den vierten Teil herunterdrücken,
da die Kosten der Tonerdeherstellung in Wegfall kommen. Dadurch aber, daß außer
Bauxit auch noch eisenhaltige Aluminiumsilikate geeigneter Zusammensetzung oder
heimische Bauxite mit hohem Siliziumgefhalt Verwendung finden können, würde weiterhineine
erhebliche Verbilligung eintreten.
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Die Erfindung betrifft nun eit Verfahren, Fe-Si-Al-Legierungen unmittelbar
aus natürlich vorkommenden Bauxiten und Aluminiumsilikaten herzustellen. Zu diesem
Zweck werden die Bauxite und Alutninumsilikate unmittelbar der Elektrolyse in der
Hdroult-Kiliani-Zelle unterworfen und die an der Kathode abgeschiedenen, zunächst
noch unreinen Legierungen einem Reihigungsprozeß mittels Schleuderns unterworfen.
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Es ist zwar bekannt, Porenmetalle herzustellen, indem leichter schmelzende
Legierungsteile bei erhöhten Temperaturen durch Ausblasen, Aussaugen, Schleudern,
Stoßen oder Vibration von,dem festgebliebenen Rest entfernt werden. Bei diesem Verfahren
wird vorausgesetzt, daß ,der feste Rückstand den überwiegend größeren Teil der Legierung
bildet, da die zurückbleibenden festen. Teile einen festen, porigen Rückstand mit
vollständigem Zusammenhang bewahren sellen. Erfindungsgemäß wird nun der umgekehrte
Fall, daß die flüssige Masse den größten Teil darstellt und daß die bei der Schmelztemperatur
des flüssigen Teiles festen Krilstalle ohne Zusammenhang in ihr enthalten sind,
ausgenutzt zur Reinigung eines ganz bestimmten Typus von Legierungen.
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Es ist bekannt, daß im Dreistoffsystem FeSiAl der Schnitt SiFeAls
als quasibinär zurecht besteht. Dieser quasibinäre Schnitt zeigt bei einfachstem
Typus ein Eutektikum mit 33 % Si, dessen Schmelzpunkt bei etwa 88o° liegt. Im System
AlSi, welches keine Verbindungen aufweist, liegt das bekannte Zweistoffeutektzkum
bei! 13,8 % Si. Bei sehr hohen Si-Gehalten wird darum. Si, primär auskristallisieren,
sekundär das ternäre Euteaktikum. Dadurch ändern die Schmelzen in der Abkühlung
ihre Konzentration entlang der
Eutektikalen, die die beiden Eutekt9ka,
das ternäre und das binäre, verbindet, bis die Zusammensetzung des binären Eutektikums
erreicht ist, das nunmehr als solches, als Restschmelze, erstarrt. Ähnlich geht
es den Si-ärmeren, eisenreicheren Legierungen. Bei ihnen bildet die Abkühlung zuerst
primär die Kristalle von FeAl3 aus, durch Klieren Abscheidung die Schmelze ihre
Konzentration aus der FeA13-Ecke weg in der Richtung auf die Eutektikale ändern,
bis sie diese erreicht haben und durch weitere Ahscheidung des 33 0lo Sihaltenden
ternären Eutektikums dem eutektischen Punkt des Systems AIS zustreben.
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Es ist somit die Möglichkeit gegeben, durch entsprechende Wahl und
Einhaltung des Temperaturpunktes jenes heterogene Gleichgewicht einer festen und
@ei'rner flüssigen Phase zu erzielen, die in diesem Temperaturpunkt durch Einfluß
der Fliehkraft örtlich. voneinander getrennt werden können. Während die feste Phase,
die Kristalle vom FeAls und auch von Eutektikum aus FeA13Si in der Metallurgie des
Eisens als wertvolles Reduktionsmittel Verwendung finden kann, gewinnt man in dem
eutektischen oder untereutchen flüssig abgetrennten Bestandteil das wertvolle erstrebte
Zweckprodukt.
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Mehrere praktische Beispiele mögen anschließend das Wesen der Erfindung
näher erkennen lassen.
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In den Beispielen sind Temperaturzahlen gegeben, bei denen der Schleuderprozeß
in den einzelnen Fällen, stattfindet. Diese Temperaturzahlen sind nicht ganz genau,
sondern sie ergeben sich in der Praxirs für den Fachmann von Fall zu Fall aus dem
ternären Diagramm AlSiFeAl. bzw. aus der Erstarrungsh-urve der jeweils vorliegenden
bzw. zu trennenden Legierung. Beispiel i Es wird der SchmelzBußelektrolyse Bauxit
(Zusammensetzung beispielsweise 33 % Al, 8 % Si, i,6% Fe) unterworfen. Das Produkt
ist eine Legierung, die etwa 75,8 0/0
(70 %) Al, 20 % Si, 4,2 % Fe (io % FeA13)
enthalten m6ge. Eine derartige ternäre Legierung wird zur Trennung in, ihre ;einzehien
Komponenten ein zweimaliges Schleudern erfordern. Das erste Schleudern :erfolgt
bei einem Temperaturpest, bei dem praktisch alles Si, soweit es primär erstarrt,
fest ist, und nur das Silizium-Eisenaluminiid und dass binäre Eutektikum SiAl flüssig
ist, das zweite Schleudern des beim ersten Prozeß abgeschiedenen flüssigen Anteils,
wenige Grade über dem Erstarrungsp.unkt des binären Eutektikums AlSi (5750) Beispiel
2 Bei einem Gehalt der durch Elektrolyse gewonnenen Metallegierung von etwa 2o%
Si, 24,5 % FeA13 und 5 5,6 % Al ist, wie sich aus dem temären Diagramm ergibt,
nur die Kristallart giH'zium-Eisenaluminid und das binäre SMl-Eutektikurn (Silumin)
vorhanden. Der für die einmalige Schleuderung erforderliche Temperaturpunkt ist
durch den Erstarrungspunkt des Silumins mit 57o° angegeben.
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Beispiel 3 Die Legierung enthält: 23 % FeAl3, 12 % Si, 65 % Al. In
diesem Falle zeigt das ternä.re Diagramm AISÜAI3Fe, daß Al-Eisenaluminid, Silßzium-E@senalumidd
und Silumin als Kristallarten vorliegen. Ein zweimaliges Schleudern bei der Temperatur,
die jener Konzentration entspricht, bei: der alles primär zur Erstarrung gelangende
Silizium-Eisenalunni'nid fest oder nahezu feist ist, und eines bei der eutekti'schen
Temperatur des Silumins führen zum Ziel. Beispiel 4 Bei Zusammensetzungen wie der
folgenden von .15 % FeAli, 5 % Si und 8o % Al, ;wird bei der Temperatur geschleudert,
bei der das primär erstarrende SiA13Fe-Eutektikum fest zu werden beginnt, also über
653°. Der flüssig e Austrag ist Al mit 2,2 % Fe, das Al-FeA13-Eutektikum.
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Beispiel 5 Eine Legierung mit 5 % Si, 40 % FeA13 und 55 % Al bedarf
einer zweimaligen Trennung. Der ersten, die bei .eiher Temperatur vorgenommen wird,
bei der nahezu alles FeA13 primär erstarrt ist, und -der zweiten, der eutektischen
von 653°, bei der die sekundäre Kristallart das Si-Etissenaluminid fest ist. Das
Al mit 2,2 % Fe, das dabei flüssig abgetrennt wird, ist nicht mehr, weiter zu reinigen.
Beispiel 6 Die Zusammensetzung der Legierung entspreche dem Verhältnis von Al: Sf:AI3Fe;
wie es auf der Eutektikalen herrscht, *e vom Al-Esenalumini!d-Punkt zum Silurninpunkt
führt. Ein einmaliges Schleudern nahe über 575° trennt das feste A13Fe vom flüssigen
SiAl-Eutektikum (Siluniin).
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Beispiel Legierungen -,endlich mit Si-Gehalten von beispielsweisse
2 % und 3 % FeAl.. öder
1,2 % Fe oder 7 0'o Si und I % FeAl3 (o,q.o!o
Fe) RestAlwerdeninzwei:Schleuderungen gespalten. Einer, bei der nahezu alles FeA13
fest ist, und einer weiteren, die beim Silumlnschmelzpunkt 575" liegt.