DE826976C

DE826976C - Process for removing contaminants from metals

Info

Publication number: DE826976C
Application number: DEV2785A
Authority: DE
Inventors: Franz Gassner
Original assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Current assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Priority date: 1950-10-25
Filing date: 1950-10-25
Publication date: 1952-01-07

Description

Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus Metallen Das bei der Tonerdeelektrolyse anfallende Rohaluminium enthält außer nichtmetallischen Verunreinigungen, wie Aluminiumoxyd, Karbid, Phosphid, Nitrid und Sulfid, auch metallische Verunreinigungen, wie z. B. Natrium, Calcium und Magnesium. Außerdem enthält es Kryolithreste und Wasserstoff. Diese Verunreinigungen führen bei der Verarbeitung des Aluminiums zu Fehlstellen. Sie müssen daher durch einen Raffinationsprozeß entfernt werden. Bekanntlich ist es möglich, durch Abstehenlassen der Schmelze bei Temperaturen kurz oberhalb des Schmelzpunktes die gasförmigen Verunreinigungen des Aluminiums mindestens zum großen Teil zu entfernen. Dagegen bereitet die Entfernung der übrigen Verunreinigungen außerordentlicheSchwierigkeiten. Die Oxyde, Karbide, Nitride usw. sind zum Teil als sehr feine Schwebstoffe im Aluminium suspendiert. Ihre Dichte unterscheidet sich nur wenig vom der des metallischen Aluminiums. Esistdaherbegreiflich,.daßeineAbscheidung dieser Verunreinigungen durch ein einfaches Schmelzen kaum zu erreichen ist. Man hat aus diesem Grunde versucht, eine Reinigung mit Hilfe von Gasen, z. B. Chlorgas, durchzuführen. Diese Reinigung ist jedoch sehr kostspielig. Außerdem ist eine restlose Entfernung der festen Verunreinigungen bisher nicht gelungen. Man hat weiterhin versucht, die Schwebstoffe durch Filtration des flüssigen Metalls zu entfernen. Hierbei stellte sich aber heraus, daß bei dichten Filterwerkstoffen sehr rasch eine Verstopfung eintritt. Gröbere Filter halten bei der bisher üblichen Arbeitsweise die feinsten Verunreinigungen nicht zurück.Process for removing contaminants from metals The at The raw aluminum accruing from the alumina electrolysis contains, in addition to non-metallic impurities, such as aluminum oxide, carbide, phosphide, nitride and sulfide, also metallic impurities, such as B. sodium, calcium and magnesium. It also contains residual cryolite and Hydrogen. These impurities lead to the processing of the aluminum Imperfections. They must therefore be removed by a refining process. As is well known it is possible by letting the melt stand at temperatures just above of the melting point the gaseous impurities of the aluminum at least to to remove large part. On the other hand, the removal of the remaining impurities prepares extraordinary difficulties. The oxides, carbides, nitrides, etc. are in part suspended as very fine particles in aluminum. Their density is different differs little from that of metallic aluminum. It is therefore understandable that a deposition these impurities can hardly be reached by simply melting them. Man has tried for this reason, a cleaning with the help of gases, z. B. chlorine gas, perform. However, this cleaning is very costly. In addition, is a complete Removal of the solid impurities has not yet been successful. One still has tries to remove the suspended matter by filtering the liquid metal. It turned out, however, that with dense filter materials, a Constipation occurs. Coarser filters hold in the usual way of working the finest impurities do not return.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine vollkommene Reinigung des Aluminiums von suspendierten Stoffen dadurch erzielt, daß man die Schmelze sich relativ zu ihren Begrenzungsflächen vorzugsweise schnell bewegen läßt, indem man sie beispielsweise durch ein Röhren- oder Binnensystem mit großer Oberfläche leitet. Dabei kommen die Schwebstoffe, wie z. B. Oxydhäute, mit den Wandungen in Berührung und bleiben dort infolge von hydrodynamischen und Oberflächenkräften haften. Hält man die Temperatur der Wandungen unter der Metalltemperatur, so tritt außerdem eine Ausseigerung hochschmelzender Metallide ein. Wie die folgende Aufstellung zeigt, reichern sich an den Rohr- bzw. Binnenwandungen die Oxyde der genannten Elemente sowie hochschmelzende AI-Verbindungen in Gestalt eines mehr oder weniger festhaftenden Überzuges an.According to the present invention, a complete cleaning of the Aluminum obtained from suspended substances by the melt can preferably move quickly relative to their boundary surfaces by for example, through a pipe or internal system with a large surface directs. The suspended matter, such as B. Oxydskins, with the walls in Contact and remain there due to hydrodynamic and surface forces. If the temperature of the walls is kept below the metal temperature, it also occurs a segregation of high melting point metallides. As the following list shows, The oxides of the elements mentioned accumulate on the pipe or inner walls as well as high-melting AI compounds in the form of a more or less firmly adhering one Coating on.

Untersuchung des Anlagerungsproduktes von Rohaluminium nach einmaligem Durchströmenlassen durchoffeneAnlagerungsrinnen Unter- Gehalt des Verhältnis suchte Rohmetalls Gehalt des derAnreicherung Elemente vorBeginnder Anlagerungs- gegenüber dem und deren Anlagerung Produktes Ausgangs- Oxyde 0 ,'o i° material A1,03 .. 0,057 1,59 28fache Na .... 0,008 0,036 41/Qfache P . . . . . 0,008 0,054 61/,fache Ca . . .. 0,002 0,012 6fache Ti ..... 0,022 0,054 21/2fache Cu .... 0,004 0,008 2fache Mg .... 0,005 0,013 21/afache S ..... 0,0001 0,0008 8fache Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens sei an einer einfachen Vorrichtung nach Abb. i erläutert. Ein sich nach unten verjüngendes Gefäß wird von flüssigem Metall durchströmt. An jenen Stellen, wo infolge des großen Querschnitts die Metallströmung gering ist, bleiben die mikroskopisch feinen Oxydpartikelchen in der Schwebe. Mit enger werdendem Querschnitt und Beginn einer stärkeren Strömung werden die Schwebstoffe allmählich durch die Strömung ausgerichtet und lagern sich dann infolge Adhäsion und hydrodynamischer Kräfte an der Wandung ab. Wenn nun in den Anlagerungskanälen gleichzeitig ein geringes Temperaturgefälle geschaffen wird, d. h. wenn ein Teil der Wärme durch die Wandungen nach außen abströmen kann, so wird die Anlagerung durch Auskristallisation und Seigerung noch mehr begünstigt. Je größer die Oberfläche bzw. Berührungsfläche ist, desto wirksamer ist die Anlagerung. Weiterhin ist die Wirkung der Anlagerung von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig.Investigation of the additive of raw aluminum after allowing it to flow through open accumulation channels once Under-salary of the ratio sought raw metal content of the enrichment Elements before the start of deposition compared to the and their deposition product starting Oxides 0 , 'oi ° material A1,03 .. 0.057 1 59 28 times Well .... 0.008 0.036 41 / Q times P. . . . . 0.008 0.054 61 /, times Approx. . .. 0.002 0.012 6 times Ti ..... 0.022 0.054 21/2 times Cu .... 0.004 0.008 2 times Mg .... 0.005 0.013 21 / a times S ..... 0.0001 0.0008 8 times The mode of operation of the method according to the invention will be explained using a simple device as shown in FIG. Liquid metal flows through a vessel that tapers downwards. In those places where the metal flow is small due to the large cross-section, the microscopically fine oxide particles remain in suspension. As the cross-section becomes narrower and the flow begins to increase, the suspended solids are gradually aligned by the flow and are then deposited on the wall as a result of adhesion and hydrodynamic forces. If a slight temperature gradient is created in the accumulation channels at the same time, ie if part of the heat can flow out through the walls, accumulation is even more favored by crystallization and segregation. The larger the surface or contact area, the more effective the attachment. Furthermore, the effect of the accumulation depends on the flow velocity.

Die Anlagerungskanäle können offen oder geschlossen gehalten werden. Die Verwendung offener Kanäle hat an sich den Vorteil, daß diese leicht gereinigt werden können. Zu Beginn bildet sich vor allem auf der luftzugänglichen Oberfläche der Schmelze im Kanal durch Oxydation eine Kruste, die im Laufe der Zeit infolge der Anlagerungen immer dicker wird. Der Querschnitt des Metall-Stroms wird dadurch verringert, und es besteht die Gefahr, daß bei mangelhafter Metallregulierung die Kruste an irgendeiner Seite durchbrochen wird. In einem solchen Fall werden die gebildeten Anlagerungen überschwemmt und im Metallstrom mitgerissen.The accumulation channels can be kept open or closed. The use of open channels has the advantage that they are easily cleaned can be. At the beginning it forms mainly on the air-accessible surface the melt in the canal creates a crust by oxidation, which over time results the deposits become thicker and thicker. The cross-section of the metal stream is thereby reduced, and there is a risk that if the metal regulation is inadequate, the Crust is broken on either side. In such a case, the formed deposits are flooded and carried away in the stream of metal.

Bei geschlossenen Leitungen bildet sich ebenfalls von Beginn an ein Oxydschlauch, der mit zunehmender Anlagerung immer dicker wird und den Durchflußquerschnitt verringert. Da die Leitungen aber allseits geschlossen sind, kann die Anlagerungskruste nicht durchbrochen werden.If the lines are closed, it also forms right from the start Oxide hose, which becomes thicker with increasing build-up, and the flow cross-section decreased. Since the lines are closed on all sides, the accumulation crust can not be broken.

Um einen möglichst langen Weg und damit eine große Anlagerungsoberfläche bei gleichzeitig leichter Reinigungsmöglichkeit der Vorrichtung zu erhalten, kann diese (Abb.2, 3 und 4) beispielsweise durch aneinandergelegte Platten i aus insbesondere siliciumhaltigein Gußeisen, Kohle, Graphit, Siliciumkarbid oder keramischen Stoffen aufgebaut werden, die einseitig spiralförmige Nuten :2 besitzen. Die Enden dieser Nuten in den einzelnen Platten sind durch Kanäle 3 und 3' miteinander verbunden. Der Querschnitt der Nuten richtet sich nach der I1Ienge und Feinheit der Verunreinigungen und der gewünschten Durchflußmenge.For the longest possible way and thus a large accumulation surface to obtain at the same time easier cleaning possibility of the device, can this (Fig.2, 3 and 4) for example by juxtaposed plates i from in particular silicon-containing in cast iron, carbon, graphite, silicon carbide or ceramics which have spiral grooves on one side: 2. The ends of this Grooves in the individual plates are connected to one another by channels 3 and 3 '. The cross-section of the grooves depends on the length and fineness of the contamination and the desired flow rate.

Die Platten werden zweckmäßig von einer Spannvorrichtung 4 zusammengehalten und können zwecks Reinigung der Nuten leicht auseinandergenommen werden.The plates are expediently held together by a clamping device 4 and can be easily disassembled to clean the grooves.

Die Abb. 5 zeigt die Anordnung einer Anlagerungsvorrichtung 5 zwischen zwei Warmhalteöfen 6 und 7. Die Arbeitsweise ist wie folgt: Vor Beginn wird durch besondere Behandlung des Metalls der größte Teil der metallischen Verunreinigungen, wie z. B. Natrium, durch Oxydation abgeschieden und die groben oxydischen Verunreinigungen während des Absitzvorganges entfernt. Hierauf läßt man das Metall vom Ofen 6 durch die Anlagerungsvorrichtung 5 in den Ofen 7 strömen. Ofen 6 wird gereinigt. Hierauf strömt das Metall vom Ofen 7 durch die Anlagerungsvorrichtung 5 wieder zurück in den Ofen 6. Ofen 7 wird gereinigt. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die festen Verunreinigungen in dem gewünschten Maße abgelagert sind. Hierauf erfolgt die Reinigung der Anlagerungsvorrichtung.Fig. 5 shows the arrangement of an attachment device 5 between two holding ovens 6 and 7. The mode of operation is as follows: Before starting, through special treatment of the metal most of the metallic impurities, such as B. sodium, deposited by oxidation and the coarse oxidic impurities removed during the sitting process. The metal is then passed through from the furnace 6 the accumulation device 5 flow into the furnace 7. Oven 6 is cleaned. On that the metal flows back into the furnace 7 through the attachment device 5 the oven 6. oven 7 is cleaned. This process is repeated until the solid impurities are deposited to the desired extent. Thereupon takes place the cleaning of the attachment device.

Eine Anlagerungswirkung kann auch dadurch erzielt werden, daß beispielsweise gekühlte, gitterförmige Geräte in die Metallzulaufrinnen gelegt werden oder diese Geräte im Metallbad bewegt werden. Die Reinigung der Anlagerungsgeräte wird sich hierbei aber schwierig gestalten. Eine Anlagerung kann auch innerhalb eines Ofens erreicht werden, wenn das Metall durch ein gekühltes Röhrensystem, das mit dem Ofen direkt in Verbindung steht, geleitet wird. Auch hier wird die Reinigung der Anlagerungsröhren Schwierigkeiten verursachen.An accumulation effect can also be achieved in that, for example Cooled, grid-shaped devices are placed in the metal feed channels or these Devices are moved in the metal bath. The cleaning of the attachment devices will work but make this difficult. A build-up can also occur within a furnace can be achieved when the metal is cooled through a system of tubes connected to the furnace is directly in communication, is directed. Here, too, is the cleaning of the attachment tubes Cause trouble.

Claims

CLAIMS: i. Process for removing suspended impurities of metals, in particular made of raw aluminum, characterized that the molten metal is preferably relatively close to above the melting point a particularly rapid movement in addition to its preferably cooled boundary surfaces is issued so that the suspended impurities are on the boundary surfaces separate by accumulation.

2. The method according to claim i, characterized in that that the melt is pushed through a long and preferably narrow line.

3. Process according to Claim i, characterized in that the melt flows into the lines introduced cooled grids flows through.

4. The method according to claim 2, characterized marked that grids cooled in the melt are moved.

5. Device for performing the method according to claims i and 2, characterized in that they made of juxtaposed discs (i) made of resistant to molten metal Material consists, the preferably spiral grooves (2) and connecting channels (3 and 3 ') included.