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Gewinnung einer für die Elektrolyse geeigneten Tonerde Es ist bereits
vorgeschlagen worden, zur Gewinnung einer für die Elektrolyse geeigneten, gereinigten
Tonerdemasse zwecks Herstellung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch thermische
oder elektrothermische Reduktion der verunreinigenden Oxyde bei Gegenwart eines
das Aluminiumoxyd lösenden Flußmittels eine Tonerdeschmelze durch Schmelzen von
Reduktionsmitteln, z. B. Kohle- und tonerdehaltigen Stoffen, insbesondere unter
Verwendung eines elektrischen Ofens zu erzielen, wobei auch ein geringer Zuschlag
von Fluoriden erfolgen kann. Es werden hierbei Temperaturen von i6oo bis i8oo° C
benötigt. Die etwa in geringer Menge zugesetzten Fluoride müssen bei diesen Temperaturen
verdampfen. Die Trennung :der flüssigen Tonerde von den flüssigen Fe-, Si-, Ti-Legierungen@geht
infolge des verschieden großen spezifischen Gewichts der einzelnen Bestandteile
vor sich.
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Als erheblicher Nachteil dieses Verfahrens hat sich ergeben, daß die
Trennung der reduzierten Verunreinigungen aus der Schmelze durch Absinken infolge
des höheren spezifischen Gewichts nicht in dem wünscherswerten Maße erfolgt.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein -'erfahren, bei dem die genannten
Nachteile dadurch behoben werden, daß aus der geschmolzenen Masse die Verunreinigungen
herausfiltriert werden.
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Zweckmäßigerweise «erden die Filtervorrichtungen zur Trennung der
Tonerdeschmelze von den Verunreinigungen aus schwer schmelzenden, von der Schmelze
chemisch schwer angreifbaren porösen Stoffen, wie z. B. Koks, Graphit, Carbide,
insbesondere Calciumcarbid, Kupferschwamm u. dgl., gebildet, die Verunreinigungen
des Schmelzbades bei dem Filtrieren zurückhalten bzw. chemisch binden.
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Die Verunreinigungen verbleiben am Filter, während die reine Tonerde
mit dem Schmelzmittel als Filtrat gesammelt und der Elektrolyse unterworfen wird.
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Um .die Trennung zu erzielen, kann der tonerdehaltige Rohstoff vorerst
einer reduzierenden Röstung unterzogen werden. Dadurch werden die verunreinigenden
Oxyde des Eisens, Siliciums und Titans reduziert, während die Tonerde unverändert
bleibt. Die reduzierte Masse wird darauf in einem Schmelzbad aufgeschlossen, in
dem die Tonerde löslich ist, während die Verunreinigungen darin feste, unlösliche
Stoffe bilden, wodurch eine Trennung und Filtration möglich werden.
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Als Rohstoffe für die Aluminiumerzeugung können z. B. Bauxite, Tone
usw. mit beliebigem Gehalt an Eisenoxyden, Kieselsäure, Titansäure usw. verwendet
werden. Als Reduktionsmittel können alle festen, flüssigen oder gasförmigen kohlenstoffhaltigen
natürlichen oder künstlichen Stoffe, wie Kohlen, Koks, Carbide (insbesondere Calciumcarbid),
Gichtgase, Generatorgase usw., verwendet werden. Als Lösungsmittel werden Fluoride,
Chloride, Sulfide der Alkalien und Erdalkalien, z. B. Kryolith, "Floßspat, Kochsalz
usw., verwendet.
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Gegenüber den bekannten Verfahren zur Behandlung von tonerdehaltigen
Rohstoffen
ist gemäß der Erfindung eine wesentlich niedrigere Temperatur
der- Schmelze erforderlich, .so daß die mechanische Abtrennung der Verunreinigungen
-durch Filter ermöglicht wird.
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Die Ausführung des Verfahrens kann in folgender Weise erfolgen: r.
Tonerdereiche :Rohstoffe, z. B. gemahlener Bauxit, werden mit Reduktionsmitteln
thermisch behandelt und reduziert, .bei niedrigerem Kieselsäuregehalt bei einer
Temperatur von goo bis r4oo° C, bei höherem Kieselsäuregehalt erreicht man mit Zugabe
von Calciumcarbild eine bei niedrigerer Temperatur stattfindende Reduktion der Kieselsäure,
entsprechend der Gleichung SiO1 + CaC, - SiG -f- CaO + CO Die erhaltene reduzierte,
graue, pulverförmige oder gesinterte Masse wird nun in ein Schmelzbad, bestehend
aus den üblichen Lösungsmitteln für Tonerde, wie Kryolith, Flußspat usw., bis zur
völligen Auflösung eingerührt. Eine sich schnell bildende, stark kohlenstoffhaltige,
spezifisch leichte Schlacke schützt das Schmelzbad vor Verdampfungsverlusteri. Die
spezifischen schweren Metalle bzw. Legierungen sinken langsam zu Boden. Die Lösungsschmelze
enthält die im Rohstoff vorhandene Tonerde und ist gewöhnlich bei 85o bis 95o° C
dünnflüssig. Die in der Schmelze unlöslichen festen und fein verteilten Eisen, Silicium,
Titan, Kohlenstoff enthaltenden Teilchen :Metalle, ll-Ietalloide, Legierungen, Sulfide,
Carbide, Silicide usw. werden dann mittels des besonders hergestellten Filters von
der homogenen Schmelze abgesondert.
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Die erhalteneTonerdelösungsmittelschmelze ist ein zur Schmelzflußelektrolyse
geeigneter Elektrolyt. Die am Filter verbliebenen Eisen, Silicium, Titan, Kohlenstoff
usw. enthaltenden Stoffe können zur Erzeugung von Ferrocilicium, Ferrotitan usw.
durch Umschmelzen verwendet werden. Die kohlenstoffhaltige Schlacke kann zur Reduktion
des Rohstoffes wieder verwendet werden.
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Zum Filtrieren der Schmelze werden als Filterschichten Kupferschwamm,
kohlenstoffhaltige, poröse gesinterte Schichten, überhaupt poröse, für das Schmelzbad
schwer angreifende, schwer schmelzende Stoffe (wie Carbide, besonders CaC=, Koks
USW.) verwendet. Mehrere Reihen übereinander geschichteter Filterplatten
und Schichten sind zur Erzeugung eines sehr reinen Schmelzfiltrates empfehlenswert.
Die am Filter befindlichen Verunreinigungen (Eisen, Silicium, Titan, Kohlenstoff)
bilden selbst auch eine Filterschicht. Tonerdereiche Rohstoffe, z. B. Bauxite, Tone
usw., werden mit Flußspat, Kryolith vermischt und geschmolzen. Die Schmelze wird
dann durch glühende und reduzierend wirkende Schichten, bestehend z. B. aus Koks,
Caleiumcarbid, Ferroaluminium usw., langsam durchsickern gelassen. Dadurch werden
die im Rohstoffe vorhandenen Verunreinigungen, wie z. B. Eisen, Silicium, Titan,
zurückgehalten und aus der Schmelze entfernt. Sollte die Schmelze nicht genügend
rein sein, so wird ihr Calciumcarbid und aluminiumhaltiges Pulver zugegeben und
nach erfolgter Umsetzung die Schmelze nochmals filtriert nach Beispiel r.
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Die Reduktion und der Aufschluß der tonerdehaltigen Rohstoffe kann
in allen technischen Ofentypen, z. B. Drehofen, Schachtofen, elektrischer Flammofen
usw., ausgeführt werden. An die Ofen schließt sich eine entsprechende Schmelzfiltrationseinrichtung,
wie oben beschrieben, an; die es erlaubt, einen für technische Zwecke reinen Schmelzflußelektrolyten
zu gewinnen.
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Von den bisherigen Verfahren weicht dieses Verfahren beträchtlich
ab. Die Tonerdegewinnung und Tonerdezerlegung werden zu einem Schmelzverfahren verbunden,
demnach Aluminium unmittelbar aus dem Rohstoff erhalten; Rohstoffe, insbesondere
Bauxite mit mehr als 6 bis 7 °/o Kieselsäure so der Verwendung zugeführt. Die Wärmewirtschaft
des Verfahrens ist günstig, da keine Abkühlung der in Prozesse befindlichen Stoffe
stattfindet, sondern alle Phasen in einer Hitze verlaufen.