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Verfahren zur schmelzelektrolytischen Erzeugung von Reinaluminium
aus durch Reduktion von tonerdehaltigen Ausgangsstoffen hergestellten Aluminiumlegierungen
Die derzeit üblichen Verfahren der schmelzelektrolytischen Erzeugung von Reinaluminium
setzen im allgemeinen entweder das Vorhandensein eines schon ziemlich weit vorgereinigten
Aluminiums oder einer praktisch reinen Aluminiumverbindung voraus. Diese Verfahren
sind daher auch gewöhnlich mit dem Mangel größter Umständlichkeit und Weitläufigkeit
behaftet, der zu einem entsprechend hohen Gestehungspreis des Beinaluminiums führt.
-Nachdem aber beim Aluminium die Nachfrage nach größter Reinheit immer mehr in den
Vordergrund tritt, so ist eine Lösung des Problems der einfacheren und billigeren
Erzeugung von Beinaluminium von größter Bedeutung für - die ganze Aluminiumindustrie.
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Nach dem bekannten Vorschlag. zur Reinaluminiumerzeugung auf dem Umwege
einer reinen Zwischenverbindung werden Aluminium enthaltende Ausgangsstoffe mit
Kohle und Schwefeleisen reduzierend auf eine Aluminiumoxydaluminiumsulfid enthaltende
Schmelze verarbeitet. Aus dieser wird dann auf dem Wege eines allerdings recht verwickelten
Reinigungs- und Aufbereitungsverfahrens die reine Tonerde erzeugt, die dann der
schmelzelektrolytischen Verarbeitung auf das Metall dient.
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Viele Vorschläge befassen sich.mit der direkten Herstellung von Reinaluminium
aus unreinen Aluminiumlegierungen.
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Es ist nach dieser Richtung hin vor allem das Verfahren von Betts
mit dem dreigeschichteten Bade zu nennen, das in Amerika zu, einer gewissen Bekanntheit
gelangt ist. Die größte Schwierigkeit dieses Verfahrens besteht darin, die dreifache
Schichtung des Bades während der Elektrolyse aufrechtzuerhalten. Da nun die Unterschiede
in den spezifischen_ Gewichten der Schichten, näm-,lich der unreinen Aluminiumausgängslegierung;
der Elektrolytzwischenlage und des reinere Aluminiums, gering sind, so ist es schwierig,
den Elektrolyten so zusammenzusetzen bzw. während des Betriebes so zusammengesetzt
zu erhalten, daß diese dreifache Schichtung erhalten bleibt.
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Die große Zahl von Vorschlägen zur Erzeugung eines nach dieser Richtung
hin geeigneten Elektrolyten sind der beste Beweis für die Schwierigkeit des Problems;
in der Tat gelingt die Durchführung des Verfahrens auch nur dann, wenn eine sehr
weitgehende Überwachung des Betriebes durchgeführt wird. Ein weiterer Nachteil ist
der, daß das Verfahren nicht stetig ist. Das äußert sich natürlich in einem entsprechend
höheren Preis des erzeugten Beinaluminiums.
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Zur Herstellung von Beinaluminium aus unreinen Legierungen, insbesondere
auch
solchen, die Carbide enthalten, ist weiterhin vorgeschlagen
worden, dem Aluminiumbade während der Elektrolyse durch die Aluminiumoxyd enthaltende
Decke hindurch eine Aluminiumsiliciumlegierung zuzusetzen.
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Man hat ferner während der Elektrolyse der unreinen Aluminiumlegierung
versucht, die Verunreinigungen durch Behandeln des Metallbades mit geschmolzenem
oder in Lösung befindlichem Aluminiumoxyd auf dem Wege chemischer Umsetzung zu entfernen.
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Diese Verfahren haben jedoch keine praktische Bedeutung erlangt.
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Interessant sind die Vorschläge der Erzeugung von Reinaluminium aus
Rohaluminium und schwach verunreinigten Legierungen, wonach das zu raffinierende
Gut als feste Anode und eine feste Kathode verwendet werden. Das Elektrolytbad besteht
aus Halogeniden des Aluminiums und der Alkali-oder Erdalkalimetalle.
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Die Abscheidung des Aluminiums findet bei einem großen Teil dieser
Verfahren unter intermediärer Bildung von Aluminiumoxyd bzw. Aluminiumhalogeniden
durch den während der Elektrolyse an der Anode abgeschiedenen Sauerstoff bzw. des
abgeschiedenen Halogens statt, die aus der im Elektrolyten enthaltenen Alutniniumv
erbindung abgeschieden werden.
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Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung zu verarbeitenden unreinen
Aluminiumlegierungen werden in bekannter Weise durch Reduktion von tonerdehaltigett
Ausgangsstoffen, wie Ton oder Bauxit, hergestellt. Von den bekannten Vorschlägen
unterscheidet sich die Erfindung dadurch, daß die Aluminiumlegierungen entweder
unter Zusatz von Flußmitteln, wie Kryolith oder Alkalichlorid, in einer ersten Stufe
oxydierend behandelt und hierdurch in eine tonerdehaltige Schmelze umgewandelt werden,
oder daß die Aluminiumlegierungen mit Schwefel bzw. Schwefel enthaltenden Verbindungen,
z. B. Metallsulfiden, in einer ersten Stufe behandelt und hierdurch in eine Aluminiumsulfidschmelze
umgewandelt werden, und daß dann die jeweils erhaltene Schmelze nach Überführung
in eine elektrolytische Zelle in einer zweiten Stufe des Verfahrens in üblicher
Weise elektrolysiert wird. Der Vorteil des Verfahrens ist in erster Linie darin
zu erblicken, daß ein Aluminium von sehr hohem Reinheitsgrad trotz Ausgang von unter
Umständen stark verunreinigten Stoffen in einem Verfahren erzielt wird, das keiner
sorgfältigen Überwachung oder zusätzlicher Reinigungsverfahren bedarf, weichen Nachteil
die bisher bekannten Herstellungsverfahren von Reinaluminium ja in hohem Maße aufweisen.
Das gilt insbesondere von Methoden, die, wie z. B. die nassen Aufschlußverfahren,
zur Erzeugung von Aluminium enthaltenden Zwischenprodukten führen, und jenen Methoden,
die eine umständliche Reinigung der erzeugten Tonerde zur Notwendigkeit machen.
_ Gegenüber diesen sämtlichen bekannten Vorschlägen ist hier ein überaus einfacher
und wirkungsvoller Weg zur Erzeugung eines Aluminiums von überraschend großer Reinheit
von 98,9 °/o oder mehr geschaffen.
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In der nachfolgenden Tabelle ist eine Auswahl von Ergebnissen aufgeführt,
bei denQat Aluminiumlegierungen mit verschiedenen Eisen- und Siliciumgehalten durch
Einführen von Sauerstoff unter gleichzeitiger Hinzufügung von Kryolith erfindungsgemäß
be- i handelt wurden:
Diese Tabelle läßt erkennen, daß auch aus stark unreinen, insbesondere
Fe- und Sihaltigen Rohlegierungen, das Aluminium als. reines A1203 abgeschieden
werden kann, während je nach dem Fortschreiten des Verblasens ein Ferrosilicium
mit verschiedenem Aluminiumgehalt erzielt wird. So gehören Versuch i und 2,. ferner
Versuch 4, 5 und 6 jeweils zusammen. Aus Versuch i und 2 geht hervor, daß man reinstes
A1203 erhält, gleichgültig, ob man aus der Legierung To 0/0 oder aber 9o 0/0 des
Aluminiums herausoxydiert. Entsprechendes gilt für die Versuche 4, 5 und 6.
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Wenn man Rohlegierungen mit verhältnismäßig geringen Gehalten an Fe
und Si zu oxydieren hat, so wird man in der Praxis natürlich mit Nachsätzen arbeiten,
d. h. in der Weise, daß man eine Legierung mit beispielsweise o,65 0/0 Fe + Si auf
ungefähr To 0/0 bis 2o 0/0 des Ausgangsmaterials verbläst, neue Rohlegierung zuführt,
diese wiederum auf etwa To 0/0 bis 2o 0/0 verbläst, wiederum nachsetzt usw. Dadurch
wird allmählich der Gehalt an Fe und Si in der rentierenden Schmelze ansteigen,
und man kann ihn, wie dies aus Versuch 6 hervorgeht, sogar so weit steigern, bis
zum Schluß des Verblasens praktisch ein Ferrosilicium mit geringen Mengen von A1
verbleibt.
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Die Überführung des Aluminiumgehaltes der Ausgangsmaterialien in eine
Aluminiumsulfidschmelze geschieht in einfachster Weise dadurch, daß man Schwefel
oder Schwefel enthaltende Materialien dem Schmelzbad zusetzt bzw. in dasselbe einrührt
oder umgekehrt in die Sulfidschmelze das aluminiumhaltige Ausgangsmaterial einträgt.
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Ausführungsbeispiel Eine Rohlegierung mit 10,27 0/0 Fe und 11,52 0/0
Si Rest Al wird mit Schwefeleisen in äquimolaren Mengen der AI-Legierung geschmolzen
und zur Reaktion gebracht. Die Analyse der ausgebrachten Sulfidschmelze ergab: .
| 5295 % S, |
| 4552 % Al, |
| 0,210/, 0,010/, Fe |
| 98,691/o |
Rest wahrscheinlich Sauerstoff, -welche durch anodische bekannte Einwirkung auf
den sulfidischen Elektrolyten entsprechend den geringen Si- und Fe-Gehalten ein
Aluminium mit 98,8 0/0 A1 und mehr ergibt.
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Werden zur Schwefelung Metallsulfide benutzt, so geht das Metall derselben
natürlich in den Metallregulus über bzw. scheidet es sich neben ihm ab, falls keine
oder nur geringe Löslichkeit gegenüber dem Al besteht. Das vorliegende Verfahren
kann daher unter Umständen auch zur Metallgewinnung benutzt werden.