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Verfahren und Vorrichtung zum Auslaugen des Aluminiums aus verunreinigtem
Metall oder Legierungen Eine der unerwünschtesten Verunreinigungen des Aluminiums
und der Aluminiumlegierungen ist unzweifelhaft das Eisen. Bekanntlich enthält schon
das Hüttenaluminium von Hause aus Verunreinigungen. Je nach dem Reinheitsgrad der
Ausgangsstoffe, wie z. B. der Tonerde, Elektrodenkohlen oder des Kryoliths ist schon
ein gewisser Eisengehalt vorhanden, der sich bei jedem weiteren Schmelzen durch
Eisenaufnahme aus Tiegeln und Gezähen weiterhin erhöht. Die Menge des Eisens wird
nun aber ferner auch noch erheblich erhöht beim Verschmelzen von Abfällen wie Schrott,
Spänen, Aschen und Gekrätzen. Die Anwesenheit des Eisens ist, abgesehen von geringen
Sonderfällen, die sich schwach legierter Aluminium-Eisen-Legierungen bedienen, als
gewollter Legierungszusatz jedoch in keiner der zahlreichen Aluminiumlegierungen
zu finden. Daher ist eine der vordringlichsten Forderungen das Entfernen des störenden
Eisens.
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Einer der bisher vielfach beschrittenen Wege besteht in der Anwendung
einer elektrolytischen Raffination oder einer chemischen Aufarbeitung auf Tonerde.
Diese Verfahren sind an sich sehr umständlich und erfordern zu ihrer Durchführung
verhältnismäßig große Mengen an Energie. Es ist
ferner auch schon
vorgeschlagen worden, auf einfacherem Wege diese Aufgabe zu lösen. So ist z. B.
das Absinken der Löslichkeit der intermetallischen Verbindung FeAl. bei gleichbleibender
Temperatur im Aluminium, das wesentliche Mengen Magnesium enthält, benutzt worden,
um die mit primären Ausscheidungen von FeAl. durchsetzte Schmelze nach dem Absitzen
dieser Kristalle in zwei Teile, einen eisenreicheren und einen eisenärmeren, zu
scheiden. ,Auch wurden Versuche unternommen, die gesteigerte Lösungsfähigkeit des
Aluminiums in Blei bei höheren Temperaturen auszunutzen, um mit dessen Hilfe das
Aluminium vom in Blei unlöslichen FeA13 zu -trennen. Eine anderer Vorschlag bezieht
sich darauf, das Aluminium mit Hilfe von Quecksilber zu amalganieren, wobei das
FeA13 jedoch durch das iQuecksilber nicht verändert wird und abgetrennt werden kann.
Ähnlich dem lQuecksilber ist es auch denkbar, Zink oder Kadmium zu benutzen. Allen
diesen Verfahren aber haftet 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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Die vorerwähnten Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden,
daß mit kleinen Mengen von Lösungsmitteln, die außerdem im Kreislauf verbleiben
und daher immer aufs neue wirksam werden, das Aluminium einem Auslaugen unterworfen
wird, während das darin unlösliche FeAls und mit ihm noch andere Aluminide, wie
beispielsweise NiA13 oder MnAlg, von Aluminium freigewaschen zurückbleiben. Als
Lösungsmittel kommen vorzugsweise solche von niedrigem Schmelzpunkt und leichter
Verdampfbarkeit in Frage, um auf diese Weise die .Schwierigkeiten hinsichtlich der
Durchbildung der Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens möglichst gering
zu halten.
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Da das Fe A13 mit dem Aluminium ein Eutektikum bildet, dessen Schihelzpunkt
bei 65q.° liegt, ist es zweckmäßig, diese Temperatur bei der Auslaugung nicht zu
überschreiten, da sonst die Gefahr auftritt, daß das noch nicht mit dem Lösungsmittel
vermengte Aluminium Fe A13 löst. Eine weitere Temperaturerniedrigung erfordert das
Auslaugen bei Anwesenheit von Silicium, da in diesem Fall die Dreistoffverbindung
A14 Sie Fe auftritt, die mit dem Aluminium ein schmelzendes Eutektikum bei einer
gewissen Temperatur bildet. Es soll also das Auslaugverfahren unter dem Soliduspunkt
der zu verarbeitenden Legierung durchgeführt werden. Theoretisch könnten daher nur
die Metalle Quecksilber, Cerium, Rubidium, Kalium, Natrium, Indium, Lithium, Kadmium,
Zink und Magnesium oder deren Gemische benutzt werden. Da es aber in den meisten
Fällen der besseren Lösungsfähigkeit des Aluminiums wegen notwendig ist, nahe an
dessen untersten Schmelzpunkt heranzutreten, muß bei einer Temperatur gearbeitet
werden, die bei Oiiecksilber weit über dessen Siedepunkt liegt, d. h. also, es muß
Überdruck angewendet werden. Wird Magnesium oder Lithium benutzt, so ist wegen des
hohen Siedepunktes dieser Metalle Unterdruck anzuwenden. Bei Benutzung von Kadmium
und Zink kann sowohl Unter- als auch Überdruck vorhanden sein. Insbesondere ist
die Herabsetzung des Partialdruckes bei verdampfenden Gemischen ein Faktor, der
bald der einen, bald der anderen Arbeitsweise den Vorzug gibt. Unter Umständen wird
es erforderlich sein, bei Abwesenheit von Sauerstoff oder Stickstoff oder allgemein
in inerter Atmosphäre zu arbeiten.
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Um das Verfahren durchzuführen, kann beispielsweise eine Vorrichtung
benutzt werden, wie sie die Abbildung veranschaulicht. Es wird vielfach notwendig,
die Höhe der Vorrichtung, insbesondere ihres unteren Teils, größer zu wählen, als
sie in der schematischen Darstellung angegeben ist.
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Die Vorrichtung besteht aus einem Ofen, der unterteilt ist in einen
sog. Lösungsturm, ein Verdampfungsgefäß und einen Kondensationsraum für die Metalldämpfe.
Der Lösungsturm a, den ein falscher Boden f vom Verdampfungsraum
b trennt, ist mit Schrott, ,Spänen oder anderen Aluminiumabfällen gefüllt.
Im unteren Teil der Vorrichtung befindet sich eine Heizung g. Über der Heizung im
Verdampfungsraum bist ein metallisches Lösungsmittel untergebracht. Die Menge desselben
ist im Vergleich zu der Metallmenge, die ausgelaugt werden soll, verhältnismäßig
gering. Die Metalldämpfe, die aus dem ' Verdampfungsraum b entweichen, gelangen
durch einen Kanal oder Rohre c od. dgl. in den Kondensationsraum d, in dem sie mittels
einer Kühlvorrichtung e verflüssigt und, wenn nötig, noch weiter abgekühlt werden.
Das tropfbar flüssige Lösungsmittel berieselt alsdann die Füllung und löst nach
und nach das Aluminium und tropft schließlich durch den siebartigen Boden f wieder
in den Verdampfungsraum b, von wo aus sich das Spiel von neuem wiederholt. Allmählich
reichert sich das Lösungsmittel so stark mit Aluminium an, daß es nötig wird, es
vom Aluminium zu .trennen. Dies geschieht entweder dadurch, daß der Inhalt des Verdampfungsraumes
b abgelassen wird, um auf diese Weise durch Abdestillieren das Reinaluminium zu
gewinnen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, einen undurchlässigen Boden f' einzuschieben
und auf diese Weise zu verhindern, daß das beim Abdampfvorgang zurückbleibende Aluminium
von neuem durch das durch das Filter tropfende kondensierte Lösungsmittel verunreinigt
wird. Dann erst wird das geschmolzene Beinaluminium abgestochen. Nach erneutem Füllen
des Lösungsturmes d und Entfernen des Zwischenbodens f' kann der Auslaugvorgang
wieder seinen Fortgang nehmen. Hat sich eine genügende Menge verunreinigender unlöslicher
Kristallarten auf dem durchlässigen falschen Boden f angesammelt, so wird sie vor
der Neubeschickung zweckdienlich ausgenommen. Auch können sie vom anhaftenden Lösungsmittel
durch Destillation getrennt und
dann zur Weiterverwendung etwa in
der Stahlraffination benutzt werden.
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Wird die Ausführungsform so gewählt, daß ein Doppelofen in Betrieb
genommen ist, so erübrigt sich das Ablassen des aluminiumgesättigten Lösungsmittels
oder die Verwendung des falschen Bodens f'. Während nämlich der eine Ofen neu gefüllt
wird, gehen die Metalldämpfe seines Verdampfungsraumes in die Kondensation des anderen
Ofens. Das vom Lösungsmittel befreite Aluminium wird abgestochen und die FeA13 Kristalle,
wenn nötig, ausgehoben. Sodann wird der Metalldampfstrom wieder auf den ersten Ofen
umgesteuert, und die Auslaugung beginnt von neuem. In gleicher Art wird zu seiner
Zeit mit dem zweiten Ofen verfahren.