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Verfahren zum Gewinnen von Aluminium Zusatz zum Patent 696 392 Aluminium
wird nach dem Hauptpatent 696392 durch Erhitzen von Aluminiumoxyd mit Kohle oder
Kohlenwasserstoffen in einem Wasserstoffstrom als Schutzgas bei leiner Temperatur
reduziert, bei welcher Aluminium siedet. Das Schutzgas schützt denAluminiumdampf
vor Rülckoxydation durch gleichzeitig entstehendes Kohlenoxyd und vor Karburierung
durch Kohlenwasserstoffe. Die aus dem Ofen abziehenden Gase werden an eimer sich
drehenden, gekühlten Trommel vorbeigeführt, auf welcher Aluminium sich zum großen
Teile abscheidet: Ein Schabler hebt das abgeschiedene Metall ab, und eine Schnecke
führt das Metall einer Sammelkammer zu. Das von den abzichenedn Gasen mitgetragene
Aluminium wird durch Filter zurückgehalten und ebenfalls der Sammelkammer zugeführt.
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Ein Teil des aus dem Ofen abziehenden Aluminiumdampfes verdichtet
sich schon am Ofenausgang. Der entstehende Belag von Aluminium besteht aus Aluminiumtröpfchen,
die so fein sind, daß sie durch vorbeisträmendes Kohlenoxyd leicht rückoxydiert
werden. Am Ofenausgang bildet sich nach kurzer Zeit eine immer mehr. wachsende Wand,
bestehend aus Aluminiumoxyd, Kohle und Aluminium. Man muß daher den Of.enausgang
durch mechanische Mittel oft reinigen, da sich die Öffnung sonst verstopft. Bei
der Herstellung von Magnesium wurde vorgeschlagen, am Ofenausgang gekühlten Wasserstoff
einzublasen,
um unter anderem auch den Ofenausgang frei zu halten. Dadurch wird das Metall sehr
weitgehend zerstäubt und braucht große Oberflächen zur Abkühlung, da es schlecht
wärmeleitend ist.; Es läßt sich auch schwer zu größeren Stülken zusammenschmelzen.
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Der Erfindung gemäß werden diese Schwierigkeiten in weitgehendem
Maße behoben, wenn man die Verdichtung des so hergestellten Aluminium dampfes im
oberen Teil einer Schmelze stattfinden läßt, deren Temperatur höher ist als der
Schmelzpunkt von Aluminium. Die Schmelze muß so beschaffen sein, daß sie die Aluminiumtröpfchen
nicht angreift. Dazu eignen sich Aluminiumfluorid, Kryolith und Fluoride von Metallen,
die elektropositiver sind als Altiminium. Kryolith eignet sich dafür besonders,
weil er Aluminiumoxyd und hiermit etwaige die Aluminiumtröpfchen umgebende Oxydhäutchen
aufzulösen vermag und so das Zusammenfließen der Tröpfchen zu größeren Tropfen begunsteigt.
Die größeren Tropfen setzen sich am Boden des Gefäßes ab, wenn das spezifische Gewicht
des Aluminiums größer ist als das der Schmelze. Zur Beschleunigung dieses Verfahrens
erteilt man der Schmelze eine Bewegung, wodurch die Oxydhäutchen der Metalltröpfchen
abgescheuert werden. Diese Bewegung kann durch mechanische Mittel oder durch Verwendung
von Induktionsstrom oder Hochfrequenzstrom erfolgen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, Aluminiumabfälle, selbst ganz
kleine Stücke, in sich bewegenden Schmelzen zusammenzuschmelzen; doch handelt es
sich bei diesen Vorschlägen nicht um die Verdichtung von Aluminium dampf und nicht
um Aluminiumtröpfchen ähnlicher Größenordnung.
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Ein Ausführungsbeispiel möge das Verfahren näher erläutern. Ein Tiegel,
in der beiliegenden Zeichnung mit I bezeichnet, aus feuerfestem Baustoff bestehend,
sei durch Hochfrequenzstrom heizbar, als dessen Träger eine wassergekühlte Kupferspirale
2 dient.
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Der Tiegel ist durch einen Deckel 3 aus feuer£estem Baustoff abgedeckt,
der eine Öffnung 4 besitzt, in welche ein Rohr 5 paßt, durch das ein Gemenge von
Aluminiumdampf, Kohlen oxyd und Wasserstoff dem Tiegel zugeführt wird. Aluminiumdampf
schlägt sich an der Oberfläche der Schmelze nieder. Durch die Öffnung 6 und das
darin befindliche Rohr 7 kann das indifferente Gas und Kohlenoxyd abziehen. Tiegel
und Deckel werden durch einen Holzrahmen aneinandergepreßt, und dazwischenliegende
Asbestringe dienen als Abdichtung.
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Das Verfahren wird in folgender Weise durchgeführt. Der vorbeschriebene
Tiegel wird zum Teil mit Kryolith gefüllt, darüber wird ein Aluminiumblech gelegt
und Kryolith nachgefü!llt. Asbestringe werden auf den Eand des Tiegels aufgelegt,
darauf der Deckel angebracht und mittels des Holzrahmens festgezogen. In den Deckel
werden das Zuleitungsrohr 5 und das Ablcitungsrohr 7 eingesetzt. Das Zuleitungsrohr
5 wird mittels eines wärmeisolierten Kniestückes mit der Ausgangsöffnung der Reaktionskammer
verbunden, in der sich eine Mischung von Aluminiumoxyd und Kohle befindet, durch
die ein Wasserstoffstrom durchgeleitet wird, der sodann in den Tiegel gelangt und
aus beiden die Luft verdrängt. Dann werden Reaktionskammer und Tiegel mit den für
sie bestimmten Stromquellen verbunden. Im Tiegel wird durch den induzierten Hochfreqnenzstrpm
das Aluminiumblech geschmolzen, wodurch auch der anliegende Kryolith geschmolzen
wird und nun ebenfalls stromleitend wird. Die Beschickung in der Reaktionskammer
wird so hoch erhitzt, daß das durch die Reduktion freigesetzte Aluminium siedet.
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Aluminiumdampf, Wasserstoff und das gleichzeitig entstehende Kohlenoxyd
strömen durch den Ausgang der Reaktionskammer und das Rohr 5 der im Tiegel befindlichen
Schmelze zu, an deren Oberfläche sich Aluminiumdampf in Tröpfchen niederschlägt,
die von der Schmelze aufgenommen werden, während Wasserstoff und Kohlenoxyd durch
das Rohr 7 abziehen. Infolge der Verwendung von Hochfrequenzstrom zum Beheizen des
Tiegels steht die Schmelze in der Mitte höher als am Rand. Die Schmelze bewegt sich
somit von der Mitte zum Rand zu und von dort zum Boden des Tiegels. Sie nimmt dabei
die von ihr aufgenommenen Aluminiümtröpfchen mit, so daß die Niederschlagsstelle
von Aluminium frei ist. Das Einführungsrohr 5 kann knapp bis zur Oberfläche der
Schmelze reichen oder ein wenig in diese eintauchen. Die Aluminiumtröpfchen werden
in der Schmelze bald angereichert und fließen zu größeren Tropfen zusammen, die
sich am Boden des Tiegels zu einer zusammenhängenden Masse vereinigen. Das flüssige
Aluminium wird von einer Zapfstelle des Tiegels oder durch einen Heber entnommen.
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Geringe Mengen von Aluminium, die von den abziehenden Gasen mitgetragen
werden, können einem zweiten Tiegel zugeführt wer den und dort in gleicher Weise
verarbeitet werden.
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Voraussetzung für die Anwendung des Verfahrens ist, daß sich Aluminium
weder am Ofenausgang noch auf dem Wege zur Schmelze niederschlägt und an der Wandung
haftenbleibt. Wenn die Wärmeisolation nicht genügt, so müssen der Ofenausgang
und
die Zuleitung zur Schmelze durch zusätzliche Heizung so hoch erhitzt werden, daß
Aluminium sich darauf nicht mederschlagen kann. Ein kleiner Überdruck im Ofen ist
für diesen Zweck nützlich.
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Das Knierohr kann so eingerichtet werden, daß eine Anzahl Tiegel
angeschlossen werden können. Von Zeit zu Zeit können Tiegel und Kryolith einer Reinigung
unterzogen werden Wird als Beschickung des Ofens eine Mischung von calciniertem
Bauxit und Koks verwendet, so werden die Verunreimgungen des Bauxits und des Kokses
mitreduziert.
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Wie aus der Herstellung von künstlichem Korund bekannt ist, bildet
sich dabei eine Legierung von Eisen, Silicium, Titan und etwas Aluminium, die sich
am Boden des Tiegels ansammelt, von wo sie abgelassen wird. Diese Legierung hat
einen viel niedrigeren Dampfdruck als ihre Bestandteile; es wird somit davon nur
wenig mit dem verdampfenden Aluminium mitverdamp fen.
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Etwaige Verunreinigungen des gewonnenen Aluminiums können durch die
übliche Reinigung oder durch Destillation im Vakuum entfernt werden.
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Das Niederschlagen des verdampften Aluminiumss in der Schmelze wie
auch anderer Metalle, welche auf diese Weise gewonnen werden, bietet den Vorteil,
daß, auf gleiche Mengen bezogen, das Metall in einem kleinen Volumen verdichtet
wird, wo es weder der Einwirkung der abziehenden Gase noch der der Kühlgefäßle ausgesetzt
ist.