DE660653C - Verfahren und Einrichtung an Aluminiumraffinationsoefen - Google Patents

Description

Es sind verschiedene Verfahren zur Reinigung von Aluminium bekannt, bei denen das Metall aus Hüttenaluminium, einer Legierung oder einer Mischung mit anderen Metallen elektrolytisch entfernt und kathodisch in reiner Form abgeschieden wird.

Nach einem dieser Verfahren wird mit drei übereinanderliegenden Schichten gearbeitet, von denen das zu reinigende Aluminium die unterste Schicht als geschmolzene Anodenschicht bildet, während das gereinigte Aluminium die oberste Schicht als flüssige Kathodenschicht darstellt. Beide Schichten sind durch den Elektrolyten voneinander getrennt.

Das zu reinigende Aluminium (das z. B. gewöhnliches Hüttenaluminium oder eine Aluminiumlegierung sein kann) muß in diesem Fall mit einem Schwermetall (ζ. Β. Kupfer, Nickel, Silber) oder einer Mischung von Schwermetallen in einem solchen Verhältnis legiert sein, daß es schwerer ist als der Elektrolyt. Der Elektrolyt seinerseits muß schwerer sein als das die oberste Schicht bildende gereinigte Aluminium; zu diesem Zwecke enthält er geeignete Salze, beispielsweise Bariumchlorid oder Bariumfluorid. In der Fachliteratur ist dieses Verfahren ausführlich beschrieben, so z. B. im Handbuch der Technischen Elektrochemie von Engelhardt, Bd. Ill, S. 378 bis 383. (Die Raffination des Aluminiums, Das Hoopes-Verfahren, von Prof. Dr. v. Zeerleder.)

Bei diesem Verfahren mit drei Schichten . verarmt die flüssige Anodenlegierung, die z. B. aus 30 o/o Kupfer und 70 o/_o unreinem Aluminium besteht, allmählich an Aluminium, das an der flüssigen Kathode in sehr reiner Form abgeschieden wird. Von Zeit zu Zeit

oder ohne Unterbrechungen;, wenn man es wünscht, müssen neue Mengen des unreinen Aluminiums in die flüssige Anodenlegierung' hineinlegiert werden, um das zur Kathode g wanderte Aluminium zu ersetzen. Eine ztf starke Anreicherung an Schwermetall, z. B. Kupfer, muß vermieden werden, weil sie eine untragbare Erhöhung des Sclimelzpunktes der Anodenlegierung und ferner den Übergang ίο von Schwermetall in die Kathodenschicht nach sich ziehen würde.

Um frische Mengen des zu raffinierenden Metalles in die Anodenschicht einzubringen, benutzt man nach der schweizerischen Patent schrift 109525 einen Trichter aus Kohlenstoff. Dieser Trichter wird vorgewärmt und dann, nach Abstellen des elektrischen Stromes, durch die drei flüssigen Badschichten gestoßen, bis er den Boden der Zelle erzo reicht. Das raffinierte Metall, das in den Trichter eingedrungen ist, wird dann mit einem Schöpflöffel entfernt, worauf man das zu raffinierende Metall durch den Trichter zugibt und schließlich den Trichter wieder herauszieht.

Nach der schweizerischen Patentschrift 133252 wird das frische Metall im geschmolzenen Zustand durch ein Graphitrohr zugegeben, das durch das raffinierte Metall hindurch in das Bad gestoßen wird.

Diese bekannten Verfahren haben verschiedene Nachteile: Der Strom muß während des Einfüllens frischen Metalles abgestellt werden, da sonst durch den Kohletrichter oder das Graphitrohr ein Kurzschluß entstehen würde. Außerdem wird das Bad bei der Einführung sowie bei der Herausnahme der Einfüllvorrichtungen gestört. Beim Herausziehen besteht besonders die Gefahr, daß das Kathodenmetall durch mitgerissene Anodenlegierung verunreinigt wird.

Vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfahren und eine Einrichtung, durch die diese Nachteile behoben und noch weitere Vorteile erzielt werden.

Erfindungsgemäß wird das zu raffinierende Metall durch die Ofenwandung hindurch in die geschmolzene Anodenlegierung eingebracht, ohne daß eine Einfüllvorrichtung durch die Kathodenschicht hindurch bei jedem Einbringen von frischem Metall eingeführt werden muß. Auf diese Weise erübrigt sich ein Abstellen des Elektrolysestromes, da eine Kurzschlußgefahr nicht besteht. Außerdem fällt die Störung des Bades durch Ein- und Ausführen der Einfüllvorrichtung hinweg und somit auch die Gefahr, daß das Kathodenmetall durch mitgerissene Anodenlegierung beim Herausziehen der Einfüllvorrichtungen verunreinigt wird. Beim Arbeiten mit zugedecktem Bad ist es nicht mehr notwendig, dieses teilweise oder ganz aufzudecken. Das Bad kann während des Einbringens frischen Metalles in die Anode zugedeckt bleiben. ;*.^ä«Zwecks Ausführung dieses Verfahrens sind <>aih Ofen einer oder mehrere Schächte angeordnet, die vorzugsweise senkrecht sind und mit ihrem unteren offenen Ende unmittelbar mit der geschmolzenen Anodenlegierung nach Art kommunizierender Röhren in Verbindung stehen. Im Betrieb ist daher der untere Teil dieser Schächte bis zu einer durch die Dichte und die Höhe der verschiedenen Schichten bedingten Höhe mit der geschmolzenen Anodenlegierung gefüllt. Es »schadet nichts, wenn die Oberfläche der flüssigen Anodenlegiierung in den Schächten mit Elektrolyt bedeckt ist. Diese Schächte werden entweder außen am Ofen, in der Ofenauskleidung oder Vorzugsweise in der Ofenwand selbst angeordnet.

Wenn die Ofenwandung in ihrer ganzen Höhe aus den Strom nicht leitenden Baustoffen, z.B. Magnesit, besteht, so ist es meistens nicht notwendig, die Wandung der Schächte auszukleiden. Wenn jedoch die Ofenwandung teilweise aus stromleitendeii Baustoffen besteht, wie z. B. Graphit oder Kohle, wie in der schweizerischen Patentschrift 133 252 vorgesehen, und durch die Einrichtung der Schächte Kurzschlußgßfahr bestehen würde, so ist es notwendig, die Wandung der Schächte zwecks elektrischer Isolation mit geeigneten Stoffen auszukleiden.

Das zu raffinierende Metall wird vorzugsweise im geschmolzenen Zustand in die Schächte eingebracht. Zweckmäßig wird hierbei das Metall in den Schächten gut durchgerührt, damit sich das frische Metall in der Anodenlegierung rasch auflöst.

Die leichte Zugänglichkeit dieser Schächte ergibt einen weiteren Vorteil gegenüber den bekannten und eingangs beschriebenen Einfüllverfahren.

Sehr vorteilhaft ist auch der Umstand, daß nicht besondere Rohre und Trichter benötigt werden, die verhältnismäßig leicht zerbrechen und vor der Einführung in das Bad erwärmt werden müssen. Das zu raffinierende Metall kann auf sehr einfache Weise in geschmolze- no nem Zustand aus einem Tiegel o. dgl. unmittelbar in die Schächte gegossen werden.

Zweckmäßig werden die Schächte zugedeckt, damit keine unerwünschten Verunreinigungen hineinfallen können und damit die Wärmeabgabe verringert wird.

Die Schächte nach der Erfindung erlauben auch, auf einfache Weise Proben des Anodenmetalles zu entnehmen. Endlich besteht auch die Möglichkeit, durch die Schächte gebrauchte Anodenlegierung auszuschöpfen und frische einzuführen. Dies ist erforderlich, da

sich die Verunreinigungen im Anodenmetall bekanntlich anreichern, so daß es notwendig ist, die zu stark verunreinigte Anodenlegierung von Zeit zu Zeit teilweise oder ganz zu ersetzen.

Die Abb. ι und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel an einem Raffinierofen. Es ist nur ein Teil des Ofens mit einem Einfüllschacht gezeichnet. Die Zahl der Einfüllschächte an einem Ofen kann selbstverständlich eine beliebige sein und richtet sich insbesondere nach den Abmessungen des Ofens. Mit 1 ist die flüssige Anodenlegierung, 2 der Elektrolyt und 3 das flüssige Kathodenmetall bezeichnet. Während der Elektrolyse wandert das Aluminium von der Anodenschicht 1 zur Kathodenschicht 3. 4 ist ein Boden aus Kohleblöcken, gebrannter Elektrodenstampfmasse o. dgl., durch den der elektrische Strom zur Anodenlegierung 1 gelangt. Die Stromzuführungen zum Boden 4 und zum flüssigen Kathodenmetall 3 sind nicht dargestellt, sie können beliebig ausgeführt sein. Die Stromzuführung zur Kathodenschkht 3 kann z. B.

durch einen peripherischen Kohlering oder durch senkrecht über dem Bad angeordnete Graphitelektroden erfolgen. 5 ist feuerfestes Mauerwerk, bestehend z. B. aus Magnesitsteinen. Dieses Mauerwerk muß selbstverständlich gegen den Elektrolyten und gegen die beiden Metallschichten widerstandsfähig sein. Der Teil 6 besteht aus wärmeisolierenden Stoffen bzw. Baustoffen, wie z. B. Schlackenwolle, Diatomitbrocken, Diatomitsteinen oder feuerfesten Steinen. 7 ist ein Unterbau aus feuerfesten Steinen o. dgl., der gleichzeitig auch zur thermischen Isolierung dient. Selbstverständlich kann der Teil 7 auch auf andere Weise, z. B. unter Verwendung von Diatomitsteinen oder -brocken, Schlackenwolle 0. dgl., aufgebaut sein. 8 ist ein Eisenmantel.

Durch die von den feuerfesten Steinen 5 gebildete Wand ist nun ein senkrechter Schacht 9 geführt, der an seinem unteren Ende durch den Kanal 10 mit der Anodenschicht ι in Verbindung steht. Die Anodenlegierung steigt im Schacht bis auf eine durch die Dichte und die Höhe der drei Schichten 1,2,3 des Bades bestimmte Höhe. 11 ist ein Deckel, der beim Einbringen von frischem Metall-in die Anodenlegierung entfernt wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einbringen von Metall in die Anodenschicht bei Aluminiumraffinationsöfen, die nach dem Dreischichtenverfahren arbeiten und bei denen die geschmolzene Anodenlegierung die unterste Schicht, der schmelzflüssige Elektrolyt die Zwischenschicht und das kathodisch abgeschiedene flüssige Aluminium die oberste Schicht bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall durch die Ofenwandung hindurch unmittelbar in die geschmolzene Anodenlegierung eingebracht wird.

2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Einfüllschächte, die mit ihren unteren, offenen Enden immittelbar mit der geschmolzenen Anodenlegierung nach Art kommunizierender Röhren in Verbindung stehen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Schächte in der Ofenwandung, vorzugsweise senkrecht, angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei solchen Öfen, bei denen sonst Kurzschlußgefahr bestehen würde, der Schacht mit einem den elektrischen Strom nicht leitenden Stoff ausgekleidet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen