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Verfahren zum Trennen des Aluminiums oder seiner Legierungen von Verunreinigungen
mittels metallischer Lösungsmittel Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum
Reinigen von Aluminium bzw. Altiminitimlegierungeil von unerwünschten 13eiinengungen,
wie z. B. überschüssigem Eiseil.
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Das Entfernen des Eisens aus Aluminium und seinen Legierungen war
bisher schwierig, da die L<isung dieser Aufgabe nur unter Aufwendung von teuren
-Mitteln durchgeführt werden konnte, von denen die meisten sich wirtschaftlich jedoch
nicht rechtfertigen ließen.
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Einer der Wege zum abtrennen der Verunreinigungen bestellt u. a. in
der Anwendung einer elektrolvtischen Raffination oder einer chemischen Aufarbeitung
auf "Tonerde. Da diese Verfahren aber recht umständlich sind, ist auch schon ein
einfacherer Weg eingeschlagen worden. So kann z. B. <las .1llsinken der L<islichkeit
der metallischen Verhindling he:@l.l bei gleichbleibender Temperatur im Aluminium,
das wesentliche Mengen Magnesium enthält, benutzt werden, um die mit primären Ausscheidungen
von FeA13 durchsetzte Schmelze nach dem Absetzen dieser Kristalle in zwei Teile,
einen eisenreicheren und einen eisenärmeren, zu scheiden. Es ist auch schon versucht
worden, die gesteigerte Lösungsfähigkeit des Aluminiums im Blei bei höheren Temperaturen
auszunutzen, um im Blei unlösliches FeAl. von Aluminium zu trennen.
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Es ist weiterhin nicht mehr neu, eine Schmelze herzustellen, die aus
Aluminium mit seinen Verunreinigungen und aus Magnesium besteht. Sie wird in zwei
Teile geteilt, deren einer eisenärmer und magnesiumreicher als das Ausgangsaluminium
oder die Aluminiumlegierung ist.
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Ferner wurde empfohlen, Quecksilber zu benutzen, wobei das FeA13 durch
das Quecksilber nicht verändert wird und daher abgetrennt werden
kann.
Ähnlich wie Quecksilber kann auch Zink oder Kadmium herangezogen werden. Diesem
Verfahren haftet allerdings der Übelstand an, daß große Mengen anderer Metalle benötigt
werden und darum auch große Mengen der entstandenen Zwischenprodukte meistens sehr
umständlich und schwierig aufgearbeitet werden müssen, abgesehen von der Schwierigkeit,
die ungelöst gebliebenen verunreinigenden Kristallarten von dem im Lösungsmittel
gelösten Aluminium zu trennen.
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In der Fachwelt ist weiterhin auch bekannt, Zink-oder Kadmiumdämpfe
zu verwenden, wobei dieselben durch die aluminiumhaltigen Schichten hindurchgeleitet
werden und die sich dabei bildende Aluminium-Zink-Legierung abfließen kann. Es muß
jedoch das Aluminium aus dieser Legierung mit Hilfe weiterer Verfahren noch herausgezogen
werden.
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Bekannt ist schließlich ein Verfahren, gemäß dem Aluminium oder Aluminiumlegierungen
der Einwirkung eines flüssigen Bades von Zink, Zinn, Quecksilber oder Zink-Kadmium-Legierungen
bei einer Temperatur unterworfen werden, die tiefer liegt als die Schmelztemperatur
des Aluminiums. Die Abtrennung des Aluminiums von dem Badmetall erfolgt durch Destillation
oder mittels eines anderen an sich bekannten metallurgischen Verfahrens. Diese zuletzt
erwähnten Verfahren werden bei in der Nähe des Eutektikums der Aluminium-Zink-Legierungen
liegenden Temperaturen, also bei 38o° C, durchgeführt. Es können auch Temperaturen
gewählt werden, die etwas höher liegen, nicht aber 42o° überschreiten, um die ungelösten
ursprünglich im Aluminium enthaltenen Verunreinigungen mit Hilfe von Zink im flüssigen
Zustand zu trennen. Da, wo bisher höhere Temperaturen benutzt werden, geschah dies
lediglich zur Beschleunigung des Auflösungsvorganges des Aluminiums. Diese höheren
Temperaturen wurden nicht beibehalten, sondern die Badtemperatur wurde wieder abgesenkt,
um die zuerst mitaufgelösten Gehalte an Verunreinigungen wieder auszuscheiden. In
der Fachwelt war bisher die Auffassung verbreitet, daß das reinste, mit Eisen am
wenigsten versetzte Aluminium dann erreicht wird, wenn die Temperatur möglichst
niedrig bleibt. Nach dem Zustandsschaubild Aluminium-Zink bedeutet das aber die
Gewinnung von um so reinerem Aluminium, je näher der benutzte Zinkgehalt der eutektischen
Konzentration, nämlich 95 0/0 Zink und 5 % Aluminium, kommt.
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Der Eisengehalt im gereinigten Aluminium wird durch den Verlauf der
mit A-B bezeichneten Linie im Schaubild (Fig. i) dargestellt. Bei der Durchführung
des Verfahrens spielt also die Behandlungstemperatur und damit der Zinkgehalt in
der entstehenden Aluminium-Zink-Legierung eine wesentliche Rolle.
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Überraschenderweise hat es sich nun gezeigt, daß keineswegs das eisenfreieste
Aluminium bei der eutektischen Temperatur und vorerwähnten Konzentration der Schmelze,
also bei 38o° und 5 % Aluminium, erhalten wird, sondern der niedrigste Eisengehalt
in dem nach Abtrennung des Zinks zurückbleibenden Aluminium dann vorhanden ist,
wenn der Zinkgehalt unter 8o%, vorzugsweise zwischen 6o und 8o% liegt.
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Im Schaubild (Fig.2) stellt der Verlauf der V-förmigen Kurve CDE den
Eisenanteil im gereinigten Aluminium dar, und zwar in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis
Aluminium zu Zink im Legierungsbad. Es wurde somit gefunden, daß der kurvenartige
Verlauf ein Minimum um 70% Zink herum aufweist. In den gebildeten Aluminium-Zink-Legierungen
sind daher stets zwei Konzentrationen vorhanden, die zu gleichen Eisengehalten des
vom Zink befreiten Aluminiums führen. Der eine Gehalt bewegt sich oberhalb 73 und
der andere unterhalb 73% Zink. Erfindungsgemäß wird man in Fällen, in denen nicht
der geringstmögliche Eisengehalt angestrebt wird, sondern in denen man sich mit
der Erzielung eines höheren Eisengehalts als dem kleinstmöglichen aus technischen
oder wirtschaftlichen Gründen zufrieden gibt, von den beiden möglichen Zinkkonzentrationen
diejenige wählen, die unter 73 % liegt. Eine Unterschreitung des Gehalts von 2o%
ist dabei wenig sinnvoll, da dann der Eisengehalt des Endproduktes etwa 1,2% nicht
unterschreitet.
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Der Vorteil, der durch die Anwendung des geringeren Zinkgehalts erzielbar
ist, liegt darin, daß ein wesentlich geringerer Energieaufwand in Form von Verdampfungswärme
des Zinks erforderlich ist. Bei Anwendung von 95 % Zink auf 5 % gereinigtes Aluminium
muß nämlich für jedes kg gereinigten Aluminiums die Verdampfungswärme für rund i9
kg Zink aufgebracht werden. Bei Benutzung von 5o% Zink auf 5o% gereinigtes Aluminium
braucht bei etwa gleichem Eisengehalt des Endproduktes nur i kg Zink auf i kg gereinigtes
Aluminium verdampft zu werden. Der erforderliche Energieaufwand beträgt im zweiten
Fall somit nur etwa den i9. Teil des Aufwandes, der im Fall i der Verwendung des
höheren Zinkgehalts erforderlich wäre. Auch wenn bei einem kontinuierlich arbeitenden
Verfahren das Zink nach Kondensation dem Legierungsbad wieder zugeführt wird und
dabei die Kondensationswärme zur Erwärmung des verunreinigten Aluminiums ausgenutzt
werden kann, bleiben die vorbeschriebenen Vorteile der Energieersparnis bei Anwendung
des kleineren Zinkgehalts bestehen.
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Die Anwendung geringerer Zinkgehalte führt entsprechend dem Zustandsdiagramm
zu Aluminium-Zink-Schmelzen mit wesentlich höherer Erstarrungstemperatur, als der
eutektischen Temperatur entspricht. Es kommen bei einer Arbeitsweise im Bereich
unterhalb 8o% Zink in der Aluminium-Zink-Schmelze Temperaturen oberhalb 47o°, unterhalb
730/0 Zink Temperaturen oberhalb 5oo° und unterhalb 6o% Zink Temperaturen oberhalb
55o° in Frage. Durch weitere Bestandteile des Legierungsbades können die genannten
Temperaturen Verschiebungen erleiden.
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Für die Anwendung des Verfahrens ist es ohne Bedeutung, auf welchem
Weg das Legierungsbad gebildet wird, sei es durch Kondensation von Zinkdampf
in
dem aluminiumhaltigen Ausgangsmaterial durch Eintränkung dieses Materials in flüssiges
Zink oder auf andere an sich bekannte Weise. Es ist auch nicht erforderlich, daß
es sich im wörtlichen Sinn um ein Bad handelt, sondern etwa nur um eine in beliebiger
äußerer Form auftretende flüssige Phase.
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Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen die nachstehenden Beispiele:
i. Verunreinigtes Aluminium, das u. a. 0,76% Eisen enthielt, wurde so legiert, daß
bei 56o° eine Schmelze mit etwa 55)/o Zink entstand. Nach Abtrennung der ungelösten
Verunreinigungen durch Abziehen der Badoberfläche und nach der Abdestillation des
Zinks wurde ein Aluminium mit o,29% Eisen erhalten.
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2. Verunreinigtes Aluminium, das u. a. 0,76% Eisen enthielt, wurde
bei 5io° mit Zink legiert, so (laß eine Schmelze mit 73% Zink entstand. Nach Abtrennung
der ungelösten Verunreinigungen durch Filtration und Abdestillation des Zinks betrug
der Eisengehalt des Aluminiums nur noch o,070/0.
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3. Verunreinigtes Aluminium, das u. a. 0,76% Eisen enthielt, wurde
bei 38o° in einem Verhältnis mit Zink legiert, daß eine Schmelze mit 94 % Zink entstand.
Nach Abtrennen der ungelösten Verunreinigungen durch Filtration und Abdestillation
des Zinks waren nur noch o,45 % Eisen im Aluminium enthalten.
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Aus diesen Beispielen ist zu erkennen, daß trotz des im ersten Fall
geringsten Zinkgehalts und der höchsten Reinigungstemperatur (Beispiel i) ein reineres
Produkt erzielt wird als bei dem höchsten Zinkgehalt und der tiefsten Temperatur
(Beispiel 3). Der größte Reinigungseffekt wurde bei 73% Zink und 5 1o° Badtemperatur
(Beispiel 2) erreicht. Die Reinigungswirkung hinsichtlich anderer Verunreinigungen
als Eisen ist je nach dem betreffenden Stoff verschieden. So liegen bei allen benutzten
Zinkkonzentrationen die erzielbaren Mangangehalte noch tiefer als die betreffenden
Eisengehalte, während z. B. der erzielbare unterste Silicium- oder Nickelgehalt
bei Anwendung von Zinkgehalten bis etwa 85% oberhalb der jeweils erzielten Eisengehalte
bleibt.