DE57369C

DE57369C - Darstellung von Aluminium

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Publication number: DE57369C
Application number: DENDAT57369D
Authority: DE
Original assignee: THE GREAT WESTERN ALUMINIUM SMELTING AND REFINING COMP. INCORPORATED in Denver, Color., V. St. A
Anticipated expiration: 1909-09-04

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 40: Hüttenwesen.

Darstellung von Aluminium.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischem Aluminium, und zwar entweder genügend rein, für gewöhnliche Verwendung oder als Legirung mit Metallen. Nach dem Verfahren wird das metallische Aluminium aus aluminiumhaltigen Erzen als marktfähiges Metall derart billig erhalten, dafs seine Anwendung für Kunst- und Handelserzeugnisse in den Fällen, durchführbar wird, wo gegenwärtig billigere Metalle, welche die Vorzüge und Anweridungsfähigkeit von Aluminium nicht besitzen, in Anwendung kommen.

Nach dem Verfahren werden Aluminiumfluoride in geschmolzenem Zustande mit einem Stoff behandelt, der sich bei einer Temperatur, die unter dem Schmelzpunkt des Aluminiumfluoride liegt, zersetzt und ein oder mehrere Elemente von solcher grofsen Affinität zu Fluor besitzt, dafs sich diese Elemente bei ihrer Trennung oder in statu nascendi sofort mit den Elementen der Aluminiumfluoride, wie sie in Verbindung mit dem Aluminium auftreten, vereinigen, wobei eine Verdrängung und Freisetzung des Aluminiums eintritt. Es findet also eine Substition des Aluminiums statt.

Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens kann als aluminiumhaltige Basis das gewöhnliche Fluoraluminium angewendet werden, und zwar entweder dasjenige, welches als natürliches Product vorkommt, oder dasjenige, welches aus den Oxyden, Hydroxyden oder anderen aluminiumhaltigen Verbindungen gebildet wird. Es kann die Basis auch ein Aluminiumdoppelfluorid und ein Alkalimetall sein, wie Kryolith von der Formel Al²Fl⁶, 6 Na Fl. Obwohl jeder dieser Stoffe als Basis angewendet werden kann, empfiehlt es sich, beide zu mischen und als Basis ein Gemisch eines Theiles des einfachen Fluorids mit zwei Theilen des Doppelfluorids von Aluminium und einem Alkalimetall anzuwenden, und zwar aus dem Grunde, weil das Natrium oder andere Alkalimetall in dem Doppelfluorid ein geeignetes Flufsmittel bildet, welches die Durchführung des Reductionsprocesses ohne Zusatz sonstiger Flufsmittel ermöglicht, und aufserdem in diesem Gemisch die anderen Elemente in denjenigen Verhältnissen vorhanden sind, wie sie für die anzuwendenden Reagentien nothwendig sind.

Die angewendete Basis wird in einen geeigneten Ofen oder Schmelztiegel gebracht, welcher ein Bad von geschmolzenem Metall enthält, und wird alsdann selbst über diesem Bade geschmolzen und das geschmolzene Material in das Bad abgelassen. Die so geschmolzene und in dem Bade befindliche Basis wird alsdann mit einem Reagens behandelt, dessen Elemente sich bei einer Temperatur trennen, die unter der Temperatur der geschmolzenen Basis liegt, und das ein Element besitzt, welches für Fluor gröfsere Affinität als Aluminium hat. Unter diesen Reagentien sind die Schwefelverbindungen von Silicium und Bor, sowie die Wasserstoff- und Kohlenstoffverbindungen derselben anzuführen. Die Art und Weise der Anwendung dieser. Reagentien

ist nach dem benutzten Ofen oder Schmelztiegel und dem angewandten besonderen Reagens verschieden. Die Anwendung kann in der Weise erfolgen, dafs das Reagens durch die geschmolzene Masse in gasförmigem Zustande geleitet wird, wenn es diesen Zustand annehmen kann, oder sie geschieht in der Weie, dafs das Reagens in feiner, durch die geschmolzene Masse durch einen Strahl Wasserstoff oder Stickstoff oder eines anderen Fluidums, welches keinen Sauerstoff enthält, gedrückt wird. ' ..

Es kann auch ein Strahl eines Fluidums angewendet werden, das Sauerstoff enthält, der indessen durch die Gegenwart anderer Elemente, wie Kohlenmonoxyd, gebunden wird. Es kann das andere Reagens mit dem Aluminiumfluorid auch untermischt worden sein, während letzteres noch in festem Zustande war. Wesent-■ lieh bei der Vorbereitung ist, dafs die aluminiumhaltige Basis und das Reagens in derartige Beziehung zu einander gebracht sind, dafs ein Ausgleich der Affinitäten und ein Wechsel der Atomverbindungen in dem Momente vor sich gehen kann, wo die Elemente des Reagens frei werden. Bei den ■ folgenden Reactionen werden alle ursprünglichen Molecularverbindungen gestört, und die Elemente mit Ausnahme von Aluminium gehen neue Verbindungen ein, während das Aluminium in seiner früheren Verbindung durch andere Elemente ersetzt und selbst in metallischem Zustande belassen wird.

Bei beispielweiser Verwendung von Schwefelsilicium als Reagens und bei Benutzung eines Wasserstoffstromes zur Einführung des Reagens in die aluminiumhaltige geschmolzene Masse, welche über dem Metallbade liegt, wird der chemische Vorgang durch folgende Formel dargestellt:

2 (Al₃ Fl₀ (Na Fl)J + 3 Si S₃ + 12 H
= 2Al₃ + (ι Si FZ₄ · 4Na Fl) + 6H₂S.

Diese Formel ändert sich natürlich bei Benutzung anderer Ersatzmittel für das Reagens, aber die Elemente Si (Silicium) oder Bo (Bor) sind die einzigen, welche bei diesem Verfahren das Aluminium aus seinen Verbindungen stets verdrängen. Das Verfahren könnte danach als Siliciumprocefs zur Reducirung von Aluminiumerzen bezeichnet werden.

Während das freigewordene Aluminium sich in geschmolzenem Zustande befindet, mufs eine Berührung mit der Luft oder einem anderen Sauerstoff enthaltenden oder abgebenden Material vermieden werden. Im Bade thut dies, wenigstens zum Theil, die von dem Natrium aus dem Doppelfluorid gebildete Schlacke; es empfiehlt sich indessen auch die Durchführung des Processes in einem Ofen, von dem so viel wie möglich der Zutritt von Luft abgeschnitten ist.

Wenn das Aluminium rein erhalten werden soll, so verwendet man als das bezeichnete Metallbad geschmolzenes Aluminium, anderenfalls wird dasjenige Metall benutzt, mit dem das Aluminium legirt werden soll.

Das Verfahren läfst sich mit einem Ofen durchführen, wie er auf beiliegender Zeichnung dargestellt ist.

Fig. ι ist ein Schnitt durch den Ofen nach x-x von Fig. 3,

Fig. 2 die Vorderansicht und

Fig. 3 eine Endansicht des Ofens.

ι ist die Ofenkammer, von welcher über die Brücke 3 hinweg ein Zug 2 nach dem Kanal 4 führt, welch letzterer mit einem Abzugsrohr oder Schornstein in Verbindung steht. In der Sohle des vorderen Theiles der Kammer ist eine Vertiefung oder Aushöhlung 5 vorgesehen , die eine Art Schmelztiegel bildet, nach welchem hin die übrige Sohle 6 der Kammer Gefälle erhäh. In den Schmelztiegel 5 führt eine Düse 7 und der Abzugskanal 8. In der Decke der Kammer ist ein mit Wassermantel versehener Einlafs 9 für das zu behandelnde Material vorgesehen, und dieser Einlafs hat "eine derartige Lage, dafs das Beschickungsmaterial auf das obere Ende der schrägen Sohle 6 fällt. Die Zuführung des gasförmigen Brennstoffes findet durch die Oeffnung 10 statt, und als solcher Brennstoff kann ein Gemisch von Luft und Kohlenwasserstoff, Knallgas etc. dienen. 11 ist eine Schau- und Beobachtungsöffnung, die aufsen verglast ist, um den Zutritt von Luft nach dem Ofeninnern abzuschliefsen.

In dem Kanalzuge 2 sind eine oder mehrere Retorten 12 zur Vorbereitung der zur Anwendung kommenden Reagentien vorgesehen; die Anordnung der Retorten ist eine derartige, dafs die Hitze der abziehenden Verbrennungsproducte für diese Vorbereitung nutzbar gemacht wird. Wenn zwei oder mehr Retorten 12 angewendet werden, so werden sie an ihren hinteren Enden durch ein Rohr 16 verbunden, damit die gebildeten Dämpfe frei von einer Retorte nach der anderen gehen können. Von dem oberen Theil der unteren Retorte führt ein Verbindungsrohr 17 nach der Düse 7, so dafs, wenn das Reagens gasförmige Gestalt hat, es eventuell direct aus den Retorten nach dem Innern des Ofens geleitet werden kann.

Es ist zu bemerken, dafs alle auftretenden Rohrverbindungen mit geeigneten Abschlufsorganen versehen sind, welche die Ein- und Ausschaltung der Rohre ermöglichen. In die obere Retorte führt ein Rohr 15, durch welches Schwefel oder andere Dämpfe dorthin geleitet werden können, während von dem unteren Theil vorn in der unteren Retorte ein Rohr 18 ausgeht. Da bei Anwendung der Retorten zur Vorbereitung der Reagentien diese schneller

erzeugt als verbraucht werden, so kann dieses Rohr 18 nach einem geeigneten Behälter geleitet werden, in welchem das überschüssige verwendbare Reagens Aufnahme findet.

Nimmt man an, dafs ein Gemisch eines Fluorids und eines Doppelfluorids als Aluminium abgebendes Material und Schwefelsilicium als Reagens in Anwendung kommt, so verfährt man in folgender Weise: Das Metallbad im Tiegel 5 wird fertiggestellt und so viel davon vorgesehen, dafs der Tiegel bis etwa zur Höhe der Düsen gefüllt ist; das zu reducirende Material wird alsdann durch die Beschickungsöffnung 9 auf die abschüssige Sohle 6 gebracht. Die Hitze des durch den Einlafs 10 eintretenden gasförmigen Brennstoffes schmilzt das Material, das auf das Metallbad in dem Tiegel 5 fliefst, und wenn letzlerer etwa gefüllt ist, wird die Beschickung des Materials abgestellt. Nun wird das Schwefelsilicium durch die Düse 7 ein- und durch die geschmolzene Masse hindurchgeführt, worauf die angegebenen Reactionen eintreten. Durch das Schauloch 11 kann der Fortgang des Processes beobachtet werden, und wenn gefunden wird, dafs keine Dämpfe von Fluorsilicium und Schwefelnatrium mehr aus der geschmolzenen Masse aufsteigen ■ (was aus der veränderten Farbe der aufsteigenden Dämpfe beurtheilt werden kann), so wird die Zuführung von Schwefelsilicium abgesperrt, und die Reduction ist vollzogen.

Alle fremden Stoffe sammeln sich auf der Masse der Schlacken und werden durch den Abzug 13 abgeräumt, während durch die Oeffnung 8 ein Theil des reducirten Metalles abgestochen werden kann; man beläfst in dem Tiegel 5 stets so viel Metall, als zur Bildung des Metallbades für die nächste Charge erforderlich ist. Inzwischen ist eine weitere Charge des als Reagens benutzten Schwefelmetalles in den Retorten 12 in Vorbereitung.

Es sind dieselben mit Siliciumdioxyd und Kohle beschickt worden und werden durch die Verbrennungsproducte erhitzt, welche um die in dem Kanalzuge 2 angeordneten Retorten streichen. In letztere werden durch das Rohr 15 die Dämpfe von in einem besonderen Kessel sublimirten Schwefel eingeführt, wodurch Kohlenoxyd und die erforderliche Schwefelverbindung gebildet wird.

Das vorstehend beschriebene Verfahren ermöglicht die schnelle Reducirung von aluminiumhaltigen Erzen und Ausscheidung des Metalles, und das Verfahren ist nicht nur sehr wirksam durchzuführen, sondern es vermindern sich auch die Kosten der Herstellung von Aluminium sehr erheblich, so zwar, dafs das Aluminium auf dem Markt mit Kupfer und selbst mit noch billigeren, vielfach angewendeten Metallen in Wettbewerb treten kann.

Claims

Patent-Anspruch:

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Aluminium durch Reduction von Fluorverbindungen desselben, wobei die zu reducirende Masse in geschmolzenem Zustande auf ein Bad aus geschmolzenem, reinem Aluminium abgelassen wird, die Herbeiführung der Reduction durch Behandlung mit einer Verbindung von Silicium oder Bor mit Schwefel, Stickstoff, Wasserstoff oder Kohlenwasserstoff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.