DE615512C - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierungen durch Reduktion von Verbindungen der Erdalkalimetalle und des Magnesiums in einem Bad von geschmolzenem Aluminium, und sie bezieht sich weiter auf die Behandlung des sich im Erhitzungsgefäß während der Ausführung dieses Verfahrens bildenden Rückstandes für die Wiedergewinnung des bzw. der Metalle

ίο daraus.

Das Verfahren zur Herstellung von AIuminitimlegierungen gemäß vorliegender Erfindung wird in der Weise ausgeführt, daß man in ein Bad von geschmolzenem Aluminium Erdalkaliverbindungen einführt, die sich in einer von der Pulverform abweichenden Form befinden, beispielsweise in der Form von Körnern oder Brocken in der Größe von 1 oder 2 mm bis hinauf zu joo mm oder mehr, daß man diese Verbindungen reduziert und dadurch die betreffenden Erdalkalimetalle mit dem Aluminium legiert.

Bei Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ergibt sich, daß nicht das gesamte dabei erzeugte Erdalkalimetall sich mit dem Aluminium legiert, sondern daß eine erhebliche Menge des Erdalkalimetalls im Schmelztiegel oder der sonstigen Heizkammer, welche die erhitzte Beschickung enthält, in Form eines unlöslichen Rückstandes oder einer Krätzschlacke zurückbleibt. Die Menge des Erdalkalimetalls in diesem Rückstand ist zuweilen größer als die in der Aluminiumlegierung enthaltene.

Man kann jede beliebige bekannte oder geeignete Art von Erhitzungskammern wie einen Schmelztiegel ο. dgl. benutzen, die im nachfolgenden sämtlich als Heizkammern bezeichnet werden. Die anzuwendende Temperatur muß sich halten zwischen dem Schmelzpunkt des Aluminiums, d. h. 650° C, und dem Verdampfungspunkt des Aluminiums (etwa i6oo^oC), so daß der Arbeitsbereich etwa zwischen 700 und 1500⁰ C liegt.

Die Temperatur wird entsprechend den zu reduzierenden Verbindungen und dem mit dem Aluminium zu legierenden Metall oder den dafür, bestimmten Metallen und der prozentualen Menge dieses Metalls bzw. dieser Metalle gewählt, die man mit einer gegebenen Menge von Aluminium legieren will, wobei die im Rückstand bleibende Metallmenge zu berücksichtigen ist.

Soll beispielsweise die Aluminiumlegierung io°/o eines Erdalkalimetalls enthalten, so wird eine solche Menge der Verbindung dem geschmolzenen Aluminium zugeführt, daß etwa 20 °/₀ reduziertes Metall entstehen, wovon etwa die Hälfte den Rückstand in der Heizkammer bildet, während etwa die andere Hälfte mit dem Aluminium legiert wird, um so die gewünschte 10 °/_oige Legierung des

Erdalkalimetalls mit dem Aluminium zu bilden.

Bei Ausführung des Verfahrens, z. B. mit Calciumoxyd, werden die Stücke, Körner 5 oder Brocken von Calciumoxyd auf die Oberfläche eines Bades von geschmolzenem Aluminium gebracht, das sich auf der erforderlichen Temperatur befindet, worauf die Stücke, Körner oder Brocken des Calciumoxyds allmählich in dem geschmolzenen Aluminium untersinken und das Calciumoxyd durch das Aluminium reduziert wird, so daß sich eine Calcium-Aluminium-Legierung und Aluminiumoxyd bildet. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung:

3 Ca O + 2 Al =3 3 Ca + Al₂ O₃.

Es hat sich nun gezeigt, daß die für das vorliegende Verfahren in Frage kommende Reaktion zwischen Calciumoxyd und Aluminium nicht eintritt, wenn das Calciumoxyd in fein verteiltem Zustand, d. h. in Pulverform auf die Oberfläche des Bades von erhitztem Aluminium gebracht wird, weil es in dem Bad nicht untersinkt. Dagegen hat sich gezeigt, daß ein befriedigendes Ergebnis erzielt wird, wenn man auf die Oberfläche des Bades von geschmolzenem Aluminium Calciumoxyd in Stücken, Körnern oder Brocken

•jo der oben angegebenen Abmessungen bringt. Es wurde gefunden, daß die Körner oder Stücke des Calciumoxyds in das geschmolzene Aluminium hineinsinken und dann damit reagieren, und es ist auf diese Weise gelungen, eine Aluminiumlegierung mit bis zu io°/₀Ca zu erhalten.

- Ausführungsbeispiel

Zunächst wird Aluminiummetall, vorzugsweise in einem Schmelztiegel, geschmolzen und dann erhitzt, bis die Temperatur etwa auf 1000 bis 1200⁰ gestiegen ist. Dann wird gewöhnlicher gebrannter Kalk (mit möglichst geringem Eisengehalt) auf die Oberfläche des Bades aus geschmolzenem Aluminium in Stücken gebracht, die gewöhnlich zwischen wenigen Millimetern Durchmesser bis zu Walnußgröße gehen. In dem Maße, wie das Verfahren fortschreitet, sinken die Kalkstücke allmählich in das Bad aus geschmolzenem Aluminium hinein.

Nach mehrstündiger Berührung sind die Stücke, Körner oder Brocken von Calciumoxyd zerteilt und verschwunden, und man läßt die gebildete Legierung, welche den gewünschten Prozentgehalt von rund 10 °/₀ Ca erreicht hat, ab. Etwa 50 °/„ der Metalle verbleibt aber in der Heizkammer in Form eines unschmelzbaren Rückstandes aus Alumihium-Calcium-Legierung, deren Calciumgehalt. für gewöhnlich sogar höher ist als der des geschmolzenen Aluminiums selbst.

Es hat sich gezeigt, daß ein -wirtschaftlicher Weg zur Behandlung dieses Rückstandes darin liegt, daß man ihn unter einer Decke von Kochsalz in einem Ofen bei etwa 1000⁰ niederschmilzt. Das Calcium der Calcium-Aluminium-Legierung des Rückstandes reagiert dabei unmittelbar mit dem Chlornatrium nach der Gleichung

Ca + 2 NaCl = CaCl₂ + 2 Na.

So wird das Aluminium aus dem Rückstand als praktisch reines, von Calcium freies Metall wiedergewonnen. Das Calcium im Rückstand reagiert mit dem Chlornatrium unter Bildung von metallischem Natrium. Dieses Natrium wird bei der angegebenen Temperatur teilweise zur Reduktion eines Teiles des oxydierten Aluminiums verbraucht nach der Gleichung

Al₂O₃ + 6 Na·= 2 Al + 3 Na₂O

und teilweise unmittelbar zu Na₂O oxydiert.

Dieses Na₂O raucht an der Oberfläche des Bades ab und kann in einem Rauchauffangbeutel zurückgewonnen werden. Etwas davon kann in dem sekundären Rückstand gefunden werden, der in der Salzschmelze gebildet wird. Dieser sekundäre Rückstand besteht zum großen Teil aus Natrium- und Calciumchloriden mit unlöslichen Anteilen von Aluminiumoxyd, Kalk usw. Er kann mit Natronlauge zur Wiedergewinnung des darin enthaltenen Aluminiums behandelt werden, und diese alkalische Lösung kann hergestellt werden durch Befeuchten des Natriumoxydrauchs, der während der Salzreaktion erhalten wird.

Als weiteres Merkmal der Erfindung ist festgestellt worden, daß, wenn man, statt nur Calciumoxyd zuzusetzen, außerdem auch Magnesiumoxyd in Stücken, Körnern oder Brocken der oben angegebenen Größe dem Aluminiumbade zusetzt, man eine Legierung 10g aus Aluminium, Calcium und Magnesium erhält. Während der Salzbehandlung des Rückstandes reagiert aber das Magnesium nicht mit dem Chlornatrium, und es ist so möglich, das Calcium aus dem Calcium-Magne- ixo sium-Aluminium-Rückstand durch Zusammenschmelzen mit Kochsalz zu entfernen.

Weiterhin wurde gefunden, daß der sekundäre Rückstand Nitride (wahrscheinlich des Calciums) enthält, die durch den Stickstoff der Luft bei Bindung des Sauerstoffs der Luft entstehen. Diese Nitride können als kleine gelbe Teilchen beobachtet werden, die in der Masse verteilt sind. Befeuchtet man etwas von dem Rückstand mit Wasser und erhitzt die Masse, so werden große Mengen von Ammoniak abgegeben.

Die beiliegende Zeichnung gibt einen Überblick über den Verfahrensverlauf in einer geeigneten Anlage gemäß der Erfindung.

Ersetzt man den Kalk durch Bariumoxyd, so kann man eine Legierung mit 15 °/„ Ba und einen metallischen Rückstand erhalten, der Wasser zersetzt und 21 °/₀ metallisches

Barium enthält.

Ersetzt man den Kalk durch Strontiumoxyd, so kann man eine Legierung mit 22 °/„ Sr erhalten und einen metallischen Rückstand, der 44 °/o Sr enthält und Wasser heftig zersetzt.

In ähnlicher Weise kann -man eine Beryllium-Aluminium-Legierung erhalten, die beispielsweise 0,2 Be enthält.

Auch in diesen Fällen kann der Rückstand zur Wiedergewinnung des Aluminiums in metallischer Form und von Bariumchlorid, Strontiumchlorid oder Berylliumchlorid und Ammoniak als Nebenprodukte mit Kochsalz behandelt werden.

Es ist auch möglich, den Rückstand mit anderen Flußmitteln, wie z. B. mit Kryolith, zu behandeln. Der Rückstand kann dann einem Bad von geschmolzenem Kryolith zugesetzt werden und das reine Aluminium wiedergewonnen werden, während das oxydierte Aluminium, welches im Bad gelöst ist, durch Elektrolyse wiedergewonnen werden kann. ^N

Durch Zusatz von gebranntem Magnesit in Form von Stücken, Körnern oder Brocken zum Aluminium kann man eine Magnesium-Aluminium-Legierung mit bis zu 1,5 °/₀ Mg erhalten.

Wenn eine Calcium-Aluminium-Legierung mit geschmolzenem Magnesiumchlorid behandelt wird, tritt das Mg. in die Legierung ein, und das Calcium bildet ein Chlorid nach der Gleichung:

MgCl₂ + Ca = Mg+ CaCl₂.

Ferner wurde gefunden, daß, wenn ein aus Calcium - Aluminium - Legierung bestehender Rückstand mit Salz in Gegenwart von Magnesiumoxyd (gebranntem Magnesit) geschmolzen wird, etwas Magnesium in das Aluminium eintritt.

Die Anwesenheit von Calciumoxyd neben Magnesiumoxyd begünstigt den Eintritt von Alagnesium in das Aluminium. Daher kann gemäß der Erfindung Dolomit oder gebrannter Dolomit benutzt werden, um eine Calcium-Magnesium-Aluminium-Legierung zu erhalten, die dann durch Entfernung des Ca entweder mit Kochsalz oder mit MgCl₂ in eine Magnesium-Aluminium-Legierung umgewandelt wird.

Es ist auch möglich, die Erdalkalimetallverbindung als Carbonat einzuführen, aus welchem sich ein Oxyd bildet, das dann mit dem Aluminium reagiert. Auch irgendwelche andere Erdalkaliverbindungen können benutzt werden, die befähigt sind, aufgespalten zu werden und das Oxyd bei der Temperatur des Aluminiumbades zu liefern.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Legierungen des Aluminiums mit Erdalkalimetallen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erdalkalioxyd in einer von der Pulverform abweichenden Form in ein Bad von geschmolzenem Aluminium eingeführt wird, worauf sich Aluminiumoxyd und Erdalkalimetall bildet, welches letztere sich mit dem metallischen Aluminium legiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdalkalioxyd bei der Einführung in das Bad von erhitztem Aluminium in Brocken, Stücken oder Körnern von 1 mm bis hinauf zu 100 mm Größe oder noch darüber verwendet wird.

3. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß statt des Oxyds Verbindungen von Erdalkalimetallen in der Form von Carbonaten oder ähnlichen in der Natur vorkommenden Verbindungen eingeführt werden, die während des Verfahrens in ihr Oxyd übergeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Legierung von Calcium-Aluminium geschmolzenes Magnesiumchlorid zusetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nach Entfernung der Schmelze verbleibende Rückstand zur Wiedergewinnung der darin enthaltenen Metalle mit Chlornatrium behandelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den aus Calcium-Aluminium-Legierung bestehenden Rückstand mit Chlornatrium in Gegenwart von Magnesiumoxyd behandelt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Dolomit in das Bad aus geschmolzenem Aluminium bringt, so daß sich eine Calcium-Magnesium-Legierung bildet, die dann gegebenenfalls durch Weiterbehandlung mit Chlormagnesium unter Entfernung des Calciums in eine Magnesium-Aluminium-Legierung übergeführt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen