DE571495C - Herstellung reiner Tonerde - Google Patents

Herstellung reiner Tonerde

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DE571495C
DE571495C DEM97877D DEM0097877D DE571495C DE 571495 C DE571495 C DE 571495C DE M97877 D DEM97877 D DE M97877D DE M0097877 D DEM0097877 D DE M0097877D DE 571495 C DE571495 C DE 571495C
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alumina
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DEM97877D
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Dr-Ing Siegens
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Metallgesellschaft AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00Compounds of aluminium
    • C01F7/02Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
    • C01F7/38Preparation of aluminium oxide by thermal reduction of aluminous minerals

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  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Description

  • Herstellung reiner Tonerde Es ist bekannt, daß man bei der elektrothermischen Reduktionsreinigung. von tonerdehaltigen Materialien, wie Bauxit u. dgl., einen großen Überschuß von Reduktionsmittel über die für die Reduktion der Verunreinigungen erforderliche Menge anwenden muß. Es hat sich nun gezeigt, daß der Zeitpunkt des Zusatzes dieses Reduktionsmittelüberschusses, d. h. seine Verteilung, von wesentlichem Einfluß auf den Verlauf des Prozesses ist. Meistens wurde bisher so gearbeitet, daß die Gesamtmenge des Reduktionsmittels (vorzugsweise Kohlenstoff) einschließlich Überschuß auf die ganze Charge ziemlich gleichmäßig verteilt wurde. Es war dadurch während der ganzen Zeit des Prozesses ein Kohlenstoffüberschuß vorhanden, und es wurde von vornherein ein ziemlich reines Produkt erzeugt, welches durch die weitere Zugabe der Rohmaterialien in der Zusammensetzung nicht verändert, sondern nur vermehrt wurde. Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, daß das fast während der ganzen Zeit des Chargierens vorhandene reine Material infolge seines hohen Schmelzpunktes leicht durch zu rasches Chargieren so weit abgekühlt wird, daß es teilweise erstarrt und unliebsame Tiegelverengung verursacht, die durch noch so langsames Weiterchargieren von Rohmaterial mit Kohlenstoffüberschuß nicht behoben werden kann. Zur Beseitigung dieses Übelstandes ist nun von anderer Seite vorgeschlagen worden, das Rohmaterial nur mit einer Kohlenstoffmenge dem Ofen zuzuführen, die für die Reduktion der Verunreinigungen nicht voll ausreichend ist. Man erhält dadurch eine Schmelze von niedrigerem Schmelzpunkt, die weniger leicht erstarrt und leichtflüssiger ist,. was für den ganzen Prozeß vorteilhaft ist. Zu ihrer vollständigen Reinigung wird erst ganz zum Schluß der Kohlenstoffüberschuß allein, ohne weitere Rohmaterialzuführung, dem Ofen zugegeben. Dieses Verfahren hat jedoch ebenfalls große Nachteile. Der Kohlezusatz erst am Schluß des ,Prozesses ohne gleichzeitiges Zuführen von Rohmaterial dringt nur schwer in die Tiefe der Schmelze ein, er bleibt an der Oberfläche des Bades und bewirkt dort infolge seiner großen Konzentration und schlechten Verteilung als lokaler Überschuß besonders starke Mitreduktion der Tonerde zu Aluminium und Aluminiumcarbid. Das Aluminium verdampft von der Oberfläche sehr leicht und verbrennt in der darüber befindlichen sauerstoffhaltigen Atmosphäre unter starker Wärmeentwicklung, die das Arbeiten in der Nähe des Ofens fast unmöglich macht. .Die Bildung von viel Aluminiumcarbid ist ebenfalls schädlich, da das Aluminiumcarbid die Schmelze zähflüssiger macht, mit den reduzierten Metallen eine teigige Masse bildet und dadurch besonders das Abstechen des Ferrosiliciums erschwert.
  • Es wurde nun gefunden, daß die Nachteile der beschriebenen bekannten Verfahren weitgehend vermieden werden, wenn man die Kohle mit dem tonerdehaltigen Material gut gemischt, zweckmäßigerweise fein verteilt und brikettiert so zugibt, daß zu Beginn kein oder weniger Kohlenstoff vorhanden ist als die Reduktion der Verunreinigungen benötigt, daß im weiteren Verlauf die theoretische Menge durch Steigerung des Verhältnisses von chargiertem Kohlenstoff zu gleichzeitig chargiertem Rohmaterial erreicht wird und daß hierauf schon während der Chargierungsperiode, z. B. bei Beginn des zweiten Drittels, ein Überschuß von Kohle in der Schmelze erzielt wird. Man erhält einerseits dadurch die Schmelze während langer Zeit des Prozesses dünnflüssig und bewirkt durch das allmählich gesteigerte Chargieren des Kohlenstoffes gleichzeitig seine bessere Verteilung mit dem Rohmaterial, wodurch die schädlichen Einflüsse der lokalen Kohlenstoffüberkonzentration, das plötzliche Verdampfen großer AI-Mengen und die damit verbundene große Hitze in der Nähe des Ofens sowie die übermäßige Carbidbildung vermieden werden.
  • Dadurch, daß man dem Bade den überschüssigen Kohlenstoff gleichzeitig mit dem Rohmaterial zuführt, wird er von diesem mit in die flüssige Schmelze hinabgerissen. Dies ist ganz besonders dann der Fall, wenn man das gemahlene, tonerdehaltige Material mit gemahlener Kohle mischt und in brikettierter Form dem Ofen zugibt. Die lebhafte Kohlenoxydentwicklung während der Beschickungszeit begünstigt noch die gleichmäßige-Verteilung des Kohlenstoffes. Dagegen würde die nachträgliche, allein zugegebene Kohle zum größten Teil auf der Badoberfläche schwimmen, hier rasch verbrennen, starke Carbidbildung und all die anderen beschriebenen unerwünschten Begleiterscheinungen verursachen.
  • Die allmähliche Steigerung des Kohlenstoffzusatzes hat jedoch auch einen Nachteil. Solange die Kohlenstoffmenge für die Reduktion sämtlicher Verunreinigungen nicht ausreichend ist, scheidet sich hauptsächlich das Eisen, dann mit steigendem Kohlenstoffgehalt das Silicium und erst gegen Ende des Prozesses das Titan -ab. Das zuerst abgeschiedene schwere Eisen setzt sich in der. zu Beginn noch sehr dünnflüssigen Schmelze am tiefsten Punkt des Ofentiegels ab, während die spezifisch leichteren, später reduzierten Metalle in der später dickflüssigeren Tonerdeschmelze nur schwer zu Boden sinken und sich nur teilweise mit dem Eisen legieren. Teilweise bleiben sie in der Tonerde schweben, teilweise lagern sie über der untersten schweren Ferrosiliciumschicht und gelangen. bei etwa eintretenden Aufwallungen des Bades leicht wieder in die Tonerde. Beim Abstich wird die obenaufliegende eisenarme Ferrosiliciumschicht- mit der ausfließenden Tonerde mitgerissen und in ihr verteilt. Ihre nachträgliche Entfernung ist wegen ihrer Eisenarmut auf magnetischem Wege auch nicht möglich und die so verunreinigte Tonerde für die AI-Elektrolyse unbrauchbar. Es muß daher dafür gesorgt werden, daß Eisen oder ein anderes Schwermetall in ,dem gesamten sich bildenden Ferrosilicium gleichmäßig verteilt vorhanden ist. Diese Verteilung wird durch besonderen Zusatz von Schwermetall oder einer seiner möglichst silicium- und titanfreien Verbindungen evtl. unter Zusatz von Reduktionsmitteln gegen Ende des Chargierens des Rohmaterials oder nach seiner Beendigung erzielt.
  • Der Zusatz des magnetischen Schwermetalls oder besser einer seiner Verbindungen, die sich gleichmäßig in der Tonerdeschmelze auflösen und vom zugesetzten Reduktionsmittel zu Metall reduziert werden, verursacht einen feinen Metallregen. Dieser reißt das noch im Bade suspendierte Leichtmetall mit sich - auf den Boden des Ofens herab und vereinigt sich mit ihm zu einer gut magnetischen Legierung, die sich späterhin. leicht von der Tonerde abtrennen läßt.
  • Besonders vorteilhaft erwies sich der nachträgliche Zusatz des Eisens in Form von sogenanntem künstlichem Bauxit, der aus Ton o. dgl. z. B. dadurch gewonnen wird, daß man letzteren in Säure, beispielsweise Salzsäure, löst, die Lösung nach Abscheidung der unlöslichen Kieselsäure eindampft und die Salze durch Glühen in die Oxyde umwandelt. Das so erhaltene Produkt ist sehr silicium- und titanarm und erhält das Eisen in der für den Prozeß erforderlichen feinen Verteilung. Gleichzeitig ist es ein gutes tonerdehaltiges Rohmaterial für die elektrothermische Tonerdegewinnung.
  • Chargiert man nun das Rohmaterial nach dem im Patent 509 131 beschriebenen.-Verfahren in dem ersten Teil der Beschickungsperiode ohne Kohle und setzt man die dafür notwendige Kohle mit einem Kohlenstoffüberschuß - erst in dem Betriebsabschnitt zu, in dem sowieso Kohlenstoffüberschu$ angewendet wird, so erlangt man gleichzeitig noch die Vorteile dieses Verfahrens, die in der Wiedergewinnung des in das Ferrosilicium übergegangenen Aluminiums unter Ausnutzung der in ihm enthaltenen Reduktionskraft bestehen.
  • Bei diesem Verfahren kann man vorteilhaft als nachträglich zuzugebendes eisenreiches Material das im ersten Teil des Prozesses gewonnene silicium- und titanärmere Ferrosilicium verwenden.
  • Wichtig für die Herstellung reiner Tonerde ist bei dem beschriebenen Verfahren, daß das Material nach beendetem Chargieren nicht zu lange im Ofen verbleibt.
  • Der von der Beschickung herrührende Kohlenstoffüberschuß wird während, der Garkochzeit zunächst die restlichen Verunreinigungen reduzieren. Da er in der ganzen Schmelze fein verteilt ist, wird er hierbei an allen Stellen eine gleichmäßige leichte Kohlenoxydentwicklung erzeugen,- die die reduzierten Verunreinigungen zu größeren Teilchen zusammenballen und gut absitzen läßt. Nun bleibt nur noch wenig Kohlenstoff in der Schmelze zurück. Er genügt jedoch, unmittelbar über dem Bade eine reduzierende Atmosphäre aufrechtzuerhalten, um eine Wiederoxydation bereits reduzierter Verunreinigungen weitgehend zu vermeiden und für eine leichte Kohlenoxydentwicklung zu sorgen, die das Absitzen des Ferrosiliciums begünstigt. Jetzt ist der richtige Augenblick des Abstechens der Tonerde gekommen. Man erkennt ihn an der Farbe und Beschaffenheit einer aus der Schmelze gezogenen Probe, die grau (noch nicht weiß) sein soll und mitunter leichte Bläschenbildung aufweist, welche von »einer ganz geringen CO-Entwicklung herrührt. Würde man längere Zeit gar kochen, so würde der Kohlenstoff aus dem Bade herausbrennen und die Probe in Weiß, Gelb und Braun übergehen. Die unter diesen Bedingungen abgestochene Tonerde ist unrein und für die Aluminiumindustrie unbrauchbar.
  • Würde man zur Verhinderung der Wiederoxydation der Verunreinigungen den Kohlenstoffüberschuß erst während der Garkochzeit zusetzen, so würde man infolge der erwähnten ungleichmäßigen Verteilung die beschriebenen Vorteile in keiner Weise erreichen. Lokale Kohleüberknnzentration und als Folge davon Carbidbildung und Wiederverunreinigung des Bades würden das Ergebnis dieser Maßnahmen sein.
  • Will man mit dem Zeitpunkt des Abstichs von der fortlaufenden Verminderung des Kohlenstoffgehaltes der Schmelze während der Garkochzeit unabhängig sein, so kann man sich von den Folgen des schnellen Geringerwerdens des Kohlenstoffgehaltes, d. h. von der damit zusammenhängenden Wiederoxydation der Verunreinigungen durch das Abdecken des Ofens oder durch. Überleiten eines reduzierenden oder neutralen Gases über das Bad schützen. a Beispiel In einem elektrischen Ofen werden etwa 5oo kg calcinierter Bauxit von etwa folgender Zusammensetzung niedergeschmolzen: Glühverlust . . . . . . . . 7,64 0%o Si02 . . . . . . . . . . . . 8,88 0jo Ti 02 . . . . . . . . . . . . 3J5 5 % Fez03 . . , _ . . . . . . 23,04 % A120 3 . . . . . . . . . . . . 57,I7 0l o . Der für diese Menge Bauxit theoretisch erforderliche Kohlenstoffbedarf zur Reduktion des SiO2, TiOn und Fe203 beträgt rund 49 kg. Er wird dem Ofen allmählich mit weiteren 2ooo kg Bauxit in folgender Mischung, die einen wirksamen Kohlenstoffüberschuß von 4o0/, besitzt, in Form von Briketts zugeführt: 2ooo kg Bauxit (uncalciniert), 2I5 kg gemahlener Anthrazit, 230 kg Wasser. Außer den Briketts werden noch 15 kg stückiger Anthrazit zugegeben. Diese Mischung wird dem Ofen in dem Maße zugeführt, wie sie allmählich niederschmilzt. Der Kohlenstoffgehalt im Ofen steigt dadurch allmählich und erreicht nach dem Eintragen der ersten 5oo kg Bauxit etwa 70 0/0 der theoretisch für die Reduktion der Verunreinigungen erforderlichen Menge, nach dem Eintragen der jeweils folgenden je 5oo kg Bauxit weiterhin 931A 0/0, io5 0%0 und 114 %. Zum Schluß werden noch Briketts aus der folgenden eisenreichen, titan- und siliciumarmen Mischung zugeführt; 5oo kg eines aus Ton durch Salzsäureaufschluß und Calcination der erhaltenen Aluminiumsalze gewonnenen Produktes der Zusammensetzung 86,5o 0/0 A1203 0,50 019 si02 0,04 % Ti 02 11,40 01, Fe, 03 brikettiert mit 40 bis 45 kg gemahlenem Hartpech.
  • Sobald die nach dem letzten Zusatz dieser Mischung mit einer Eisenstange gezogenen Probe die richtige Farbe (grau) zeigt, wird die Tonerde möglichst rasch, getrennt von dem darunter befindlichen Ferrosilicium, abgestochen. Man gewinnt dabei neben etwa 56o kg Ferrosilicium etwa 165o kg Tonerde mit nur etwa 0,2 o'' si 02 0,3 0[o Ti 0, und o, i % Fee 0s als Verunreinigung.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Verfahren zur Herstellung von reiner Tonerde durch elektrothermische Reduktionsschmelze von tonerdehaltigen Stoffen, wobei nicht von Anfang an die ganze benötigte Menge des Reduktionsmittels zur Anwendung kommt, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel, z. B. Kohle, zusammen mit dem unbehandelten Rohmaterial in zunächst unzureichenden und erst im weiteren Verlauf des Schmelzvorganges in für die Gesamtbeschickung zureichenden Mengen zugeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß man gegen Ende der Beschickung mit Rohmaterial oder nach Beendigung derselben dem Bad ein Schwermetall, vorzugsweise Eisen, oder Schwermetalle, z. B. Eisen enthaltende silicium- und titanarme oder -freie Substanzen, nötigenfalls mit Kohle gemischt, zuführt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man -das Eisen in Form eines Eisen enthaltenden Tonerdeproduktes zuführt, welches z. B. durch Lösen von Ton o. dgl. in Säuren, vorzugsweise Salzsäure, Trennen der Lösung von der unlöslichen Kieselsäure, Eindampfen und thermische Zersetzung der Salze gewonnen werden kann. 4.. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem im Patent 5o9 131 beschriebenen Verfahren arbeitet, wobei das in der ersten Periode gewonnene Ferrosilicium als an Eisen reiches Material dem Ofen am oder gegen Ende des Rohmaterialchargierens zugeführt werden kann.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE966470C (de) * 1946-07-09 1957-08-08 Saint Gobain Verfahren zur Herstellung feuerfester Stoffe und Schleifmittel aus unreinen Rohstoffen, insbesondere Bauxiten

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE966470C (de) * 1946-07-09 1957-08-08 Saint Gobain Verfahren zur Herstellung feuerfester Stoffe und Schleifmittel aus unreinen Rohstoffen, insbesondere Bauxiten

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