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Verfahren zum Trennen der bei verschiedenen Temperaturen schmelzenden
Bestandteile von Legierungen oder Gemischen von Metallen oder metallähnlichen Elementen
Bei der Zerlegung von Legierungen oder Gemischen von Metallen in bei verschiedenen
Temperaturen schmelzende Bestandteile durch Seigerung bereitet eine genügend weitgehende
Trennung der flüssigen von dien festen Seigerbestandteilen Schwierigkeiten.
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Sowohl bei der üblichen Erhitzung des Metalls auf einer geneigten
Ofensohle, wobei die flüssig gewordenen Bestandteile von selbst abfließen, als auch
bei der Durchführung.der Seigerung durch. völliges Einschmelzen "der Legierungen
in einem gemauerten Schacht, langsames Abkühlen auf Seigertemperatur und Ablassen
des flüssig verbliebenen Anteils durch ein Abstichloch, wie auch bei der Trennung
der Seigerbestandteile durch. Schleudern ist die erzielte Trennung der Bestandteile
nur eine sehr unvollkommene, da der-verbleibende feste Anteil beträchtliche Mengen
der flüssigen Anteile zurückhält. Bei Legierungen mit einem nur geringen Anteil
an leichtschmelzenden Bestandteilen konnten diese daher von den schwerer schmelzbaren
Bestandteilen durch Seigerung bis heute nicht mit Erfolg getrennt werden.
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Es wurde gefunden, daß sich eine praktisch vollständige Trennung der
flüssigen von den festen Seigerungsbestandteilen. dadurch erzielen läßt, daß man
das geseigerte Gemisch einem hohen mechanischen oder Gasdruck, z. B. von mindestens
5oo, vorteilhaft mindestens zooo atü, unterwirft. ,Solche Druckhöhen sowie die gewünschten
Arbeitstemperaturen lassen sich z. B. mit den bekannten hydraulischen Pressen erzielen,
wie sie für die Herstellung von Blei- oder Messingrohren verwendet werden.
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In gewissen Bleihütten wird die Zinkentsilberung von Blei mit der
Maßgabe durchgeführt, daß die sich hierbei bildenden Kristalle abgeschöpft und in
einer Presse bei Drucken. von etwa 5 atü ausgepreßt werden. Eine befriedigende Trennung
der flüssigen und festen Bestandteile wird hierdurch aber
nicht
erzielt. Versuche haben gezeigt, d'aß auch bei Durchführung des Zinkentsilberungsverfahrens
bei höheren Drucken als den in der Praxis üblichen, z. B. bei zo, 15 oder 2o atü,
keine nennenswert besseren Ergebnisse erzielt werden. Hierauf dürfte es zurückzuführen
sein, daß das seit langen Jahren in der Praxis übliche, bei Drucken von etwa 5 atü
arbeitende Verfahren der Fachwelt nicht den Gedanken vermittelt hat, daß man durch:
Druckerhöhung wesentlich bessere Ergebnisse würde erzielen können.
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Der Erfinder 'hat nun gefunden, daß man bei Anwendung sehr hoher Drucke,
z. B. solcher von mehr als 500, vorteilhaft mehr als rooo atü, grundsätzlich andere
Ergebnisse erzielen kann, daß es hierdurch gelingt, die flüssigen Bestandteile praktisch
vollständig von den festen zu trennen und in vielen Fällen feste Preßrückstände
zu erhalten, welche unmittelbar technisch wertvolle Legierungen darstellen.
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In Ausübung der Erfindung kann man z. B. derart verfahren, daß man
die zu verarbeitende Legierung oder das zu verarbeitende Metallgemisch z. B. in
der für die Seigerung verwendeten Presse Ws zur Seigertemperatur erhitzt und sodann
einem mechanischen oder Gasdruck aussetzt oder daß, man umgekehrt die Legierung
oder das Gemisch in flüssiger Form in die Preßvorrichtung einbringt und nach dem
darin erfolgten Abkühlen auf Seigertemperatur der Druckeinwirkung unterzieht. Im
ersteren Falle kann man z. B. bei Anwendung einer hydraulischen Presse die Legierung
oder das Gemisch durch Eingießen in Kokillen in die Form eines den Dimensionen des
Preßzylinders angepaßten Blocks bringen und diesen Block alsdann in der Presse auf
die Seigertemperatur erhitzen.
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Es hat sich gezeigt, daß es erfindungsgemäß möglich ist, durch Anwendung
von hohen Drucken eine praktisch vollständige Trennung der flüssigen von den festen
Seigerbestandteilen zu erzielen und somit auch mit großer Vollkommenheit die Zerlegung
von Legierungen oder Gemischen zu ermöglichen, die nur sehr wenig von dem bei niedrigerer
Temperatur schmelzenden Anteil enthalten, Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung
gestattet eine sehr vielseitige Anwendung. Es bietet Vorteile insbesondere in Fällen,
in denen aus unreinen Legierungen der verschiedensten Art eutektische Gemische abgetrennt
werden sollen, sei es wegen ihres eigenen Wertes, sei es, um durch ihre Abtrennung
den Wert oder die Brauchbarkeit der verbleibenden Legierung für gewisse Zwecke zu
erhöhen. Als Beispiele seien genannt: Die Erzeugung von Mischzinn einerseits und
bleiarmemWeißmetall bzw. Glanzmetall andererseits aus Blei- und kupferhaltigen Zinnlegierungen
der verschiedensten Art; ferner die Entbleiung hochzinnhaltiger Lagermetalllegierungen,
die Entfernung von Zinn und :;Blei aus unreinen Zinklegierungen, die Zerlegung von
Hartbleilegierungen in das als Schriftmetall geeignete Eutektikum einerseits und
einen hochantimönhaltigen Preßrückstand andererseits sowie die Entfernung von Zinn
und Antimon aus Altblei.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann man der zu verarbeitenden
Legierung oder dem zu verarbeitenden Metallgemisch zum Zwecke der Entfernung eines
Bestandteils ein Metall (oder Metalle) zusetzen, das mit dem betreffenden Bestandteil
oder anderen Bestandteilen der Legierung oder beiden oder des Metallgemisches in
solche Verbindung tritt, daß dadurch -die angestrebte Trennung ermöglicht wird.
So kann man z. B. in vielen Fällen durch Zusatz eines Metalls, das mit dem zu entfernenden
Bestandteil zu einer höher als die anderen Bestandteile der Legierung schmelzenden
Verhindung zusammentritt, eine Ausscheidung des störenden Bestandteils in fester
Form bei der Seigerung ermöglichen. Als Beispiele seien genannt -die Entfernung
von Silber aus Blei durch Zusatz von Zink und die Entfernung von Antimon aus Blei-
oder Zinnlegierungen durch Zusatz von Aluminium. Infolge der durch den erfindungsgemäß.
anzuwendenden hohen Druck erzielbaren besonders weitgehenden Abtrennung der flüssigen
von den festen Seigerbestandteilen lassen sich auch bei dieser Ausführungsform der
Erfindung ganz besonders günstige Ergebnisse erzielen.
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In gewissen Fällen, insbesondere wenn die Menge der in der Ausgangslegierung
enthaltenen, bei der Seigerung in fester Form auszuscheidenden Bestandteile nur
gering ist, :empfiehlt sich eine vereinigte Behandlung, derart, daß man, um nicht
die gesamte Legierung der Behandlung mit hohem Druck unterwerfen zu müssen, daraus
nach der Seigerung zunächst in bekannter Weise, z. B. durch Ablaufenlassen auf geeigneter
Ofensohle, durch Schleudern oder durch Abfltrieren, unter geringem Überdruck die
Hauptmenge des flüssigen Anteils abtrennt und erst dann den verbliebenen, die festen
Bestandteile in entsprechend vergrößerter Anreicherung enthaltenden Seigerrückstand
der Einwirkung von hohem Druck, z. B. durch ein der Legierung gegenüber inertes
komprimiertes Gas oder einen Preßstempel, aussetzt. Da man in solchen Fällen im
allgemeinen die Rückstände von der Vorbehandlung sogleich in die zur Nachbehandlung
unter hohem Druck dienende Presse oder sonstige Vorrichtung überführen wird, so
entfällt dabei die Notwendigkeit
einer Erwärmung' oder Abkühlung,
da die Behandlung unter hohem Druck bei derselben Temperatur wie die Vörbehandlung
erfolgt.
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Besondere Wirkungen können in gewissen Fällen auch erzielt werden
durch eine wiederholte Pressung bei verschiedenen Temperaturen, wodurch eine fraktionierte
Aufteilung einer Legierung oder eines Metallgemisches in mehrere Bestandteile ermöglicht
wird. Man kann hierbei z. B. derart verfahren, daß man entwederfzunächst durch Seigerung
und Pressung bei höherer Temperatur einen gewünschten Stoff als Preßrückstand erhält
und den flüssig: ausgepreßten Anteil durch Tempera-, turerniedrigung und erneute
Pressung nochmals aufspaltet, oder aber, idaß. man zunächst die Legierung nur so
weit erhitzt, daß eine Trennung in einem gewünschten flüssigen Bestandteil und ein
festes. Gemisch erfolgt und nach Abtrennung des letzteren durch Pressung dieses
durch Erhitzen auf höhere Temperatur und erneutes Abpressen nochmals aufspaltet.
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Bei der .Aufarbeitung . von Legierungen oder Gemischen, deren Bestandteile
weit von= einander liegende Schmelzpunkte besitzen, bietet es häufig Vorteile, die
Druckbehandlung im Sinne der Erfindung knapp unterhalb des Schmelzpunktes der schwerer
schmelzbaren Bestandteile durchzuführen.
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' Beispiele Die Verarbeitung der Legierung erfolgt vermittels der
in der Zeichnung in einem Längsschnitt dargestellten hydraulischen Presse. Es ist
darin i der Rezipient des Preßzylinders, 4 der Preßkolben, 2 eine auf die obere
Öffnung des Rezipienten aufzusetzende, siebartig durchlöcherte Matrize, die zusammen
mit dem Aufnahmegefäß 5 für das abgepreßte flüssige Meta11 durch Anziehen der Schrauben
3 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise an die obere Öffnung des Rezipienten
angedichtet roerden kann; 6 ist eine Heizvorrichtung, z. B. ein Gasbrenner.
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.Die zu verarbeitende Legierung wird z. B. in einem Eisenkessel geschmolzen
und in Teilmengen von je etwa 2o bis 3o kg in den Rezipienten i des z. B. vermittels
des Brenners 6 vorgewärmten Preßzylinders umgeschöpft. Alsdann wird -die
Matrize 2 mit derri Behälter 5 aufgesetzt und durch Anziehen der Schrauben 3 dicht
an die obere Öffnung des Rezipienten angeschlossen. Sobald die Legierung in dem
Rezipienten auf die gewünschte Seigertemperatur abgekühlt ist, wobei der Abkühlungsvorgang
gegebenenfalls vermittels der Heizvorrichtung 6 verlangsamt werden kann, wird der
Preßkolben unter Druck gesetzt und der Druck im Verlauf von etwa 2 Minuten bis auf
etwa i 5oo atü gesteigert. Der- flüssige abgepreßte Seigeranteil tritt durch die
Löcher der Matrize in den Behälter 5, wo er alsdann erstarrt: Nach Beendigung des
Abpressens wird der Preßstempel vom Druck entlastet, die Matrize nach Lösen der
Schrauben 3 samt dem Behälter 5 abge-4oben und der im Rezipienten verbliebene Preßkuchen
mittels des 'Preßkolbens ausgestoßen. Hierauf kann sofort die nächste Legierungsmenge
eingefüllt und in derselben Weise wie die erste behandelt werden. In dieser Art
können auf einer von einem einzigen Arbeiter bedienten Presse stündlich mit. Leichtigkeit
z. B. Zoo kg Metall aufgearbeitet werden.
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Natürlich kann man auch so vorgehen, daß man die in den Rezipienten
i flüssig eingebrachte Legierung zunächst vollständig erstarren läßt und sie alsdann
%. B. vermittels dbr Heizvorrichtung 6 in dem Preßzylinder auf Seigertemperatur
aufwärmt. Gegebenenfalls kann man auch die Legierung in den Rezipienten des Preßzylinders'/
in Stückform oder in Form eines durch Eingießen in eine besondere Form dem Durchmesser
des Rezipienten angepaßten Blocks einbringen und sodann in dem Rezipienten -auf
Seigertemperatur_ anwärmen. Welche Vorteile durch die Anwendung hoher Drucke nach
der Erfindung gegenüber der Anwendung von verhältnismäßig geringen Drucken erzielt
werden können, ergibt sich aus der folgenden Gegenüberstellung von Versuchen, die
einmal mit Drucken von i 5oo atü durchgeführt wurden, sodann mit Versuchen, bei
denen dieselben Legierungen durchgeführt werden mit Drucken von nur i o bis 2o atü.
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i. Aus einer Zinnlegierung von 52% Sn, 2I'/,SB, i i % Cu, 160/"Pb
wurden in der vorbeschriebenen Weise bei einer Temperatur zwischen i8o und igo°
C gewonnen: a. 'Bei Anwendung eines Preßdrucks von i5ooatü Flüssiger Anteil: 35°o
Mischzinn mit 54,5°/o Sn, 3,5% Sb, 0,2°/o Cu, 41,8% Pb. Sn, 30,4% Sb, 16,9% Cu,
2,o0/0 Pb.
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b. Bei Anwendung von Preß:drucken von zo bis 2o atü Flüssiger Anteil:
25 0lo Mischzinn von der obigen Zusammensetzung. Preßrückstand: 75% Glanzmetall
mit 51,20/0 Sn, 26,890/0 Sb, 14,6% Cu und 7,40/0 Pb.
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Bei der Anwendung des geringeren Preßdruckes ist nicht nur die-Ausbeute
an Mischzinn erheblich zurückgegangen, sondern auch die Zusammensetzung des als
Preßrücksfand erhaltenen Glanzmetalls so verändert worden,
daß das
Metall praktisch unverwertbar geworden ist. Denn dieses Metall ist nur bei niedrigen
Bleigehalten zur Herstellung von Weißlagermetall geeignet.
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2. Aus einer Hartbleilegierung mit 3,7 % Sn, 36,30/0 Sb, 6o0/0 Pb
wurden in der vorbeschriebenen Weise bei einer Temperatur zwischen 24o und 255°C
gewonnen: a. Bei Anwendung eines Preßdrucks von i5oo,atü Flüssiger Anteil:
6301, Eutektikum mit .3°/o Sn, 13% Sb, 84% Pb. 370%o Preßrückstand
mit 5-% Sn, 76% Sb, -i90/0 Pb.
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b. Bei Anwendung von Preßdrucken von io bis 2o atü Flüssiger Anteil:
45 % Eutektikum von der obigen Zusammensetzung. 551/0 Preßrückstand mit 4,3 % Sn,
55,3 °/o Sb und 40,4% Pb.
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Da eine hohe Anreicherung an Antimon für die Verwendbarkeit des Preßrückstandes
für Legierungszwecke von- entscheidender Bedeutung ist und der mit einem Preßdruck
von nur io bis 2o atü erhaltene Preßrückstand nur einen für diese Verwendung viel
zu geri,ngen Gehalt an Antimon aufweist, ist durch die Anwendung des höheren Preßdrucks
gemäß a ein wesentlich wertvollerer Preßrückstand erhalten worden.