DE880211C - Verfahren zur Gewinnung von Aluminium - Google Patents

Description

• Verfahren zur Gewinnung von .Aluminium Es ist bekannt, daß Metalle mit verhältnismäßig niedrigen Siedepunkten, z.B. Zink und Magnesium, dadurch gewonnen werden, daß ihre Oxyde mit Reduktionskohle auf die Reduktionstemperatur erhitzt werden und aus dem entstehenden Gemisch von Metalldampf und Kohlenoxyd der Metalldampf zu flüssigem oder staubförmig festem Metall kondensiert wird.
• Bei der Niederschlagung von Magnesiumdampf müssen besondere Mittel aufgewendet werden, da eine gewöhnliche Abkühlung zu einer rückläufigen Oxvdation des Magnesiums durch Kohlenoxyd zu 1Tagnesiumoxyd unter Abscheidung von Kohlenstoff führen würde. -Iah bedient sieh hierzu der Mittel, erstens, durch Abschrecken des Dampfes eine plötzliche Abkühlung herbeizuführen, und zweitens, das Kohlenoxyd durch Zuführen von Wasserstoff zu verdrängen. Mannigfache Versuche, auf die gleiche weise Aluminium aus Aluminiumoxyd herzustellen, sind jedoch fehlgeschlagen. So hat man z. B. aus Tonerde und Kohle oder Teer geformte Körper hergestellt und sie im Vakuum oder in Gegenwart indifferenter Gase erhitzt. Man hat ferner Tonerde mit Kohle im Väkuum unter ständiger Ableitung der entstehenden Gase so hoch elektrisch erhitzt, daß Aluminium abdestilliert und in Kühlkammern verdichtet werden sollte. Es kann sieh hei allem der Öffentlichkeit bisher Mitgeteilten aber nur um Vorschläge handeln, die zu keinem praktischen Erfolg geführt haben, da die Vorschläge schon vor längerer Zeit gemacht worden sind, ohne daß indessen über die wirkliche Herstellang von Aluminium auf diesem Wege etwas bekanntgeworden ist, wogegen die Herstellung von Magnesium auf diese Weise jetzt wirklich ausgeführt wird.
• Die Patentinhaber 'haben. nun feststellen können, daß durch eine besondere Leitung der- thermischen Reduktion von tonerdehaltigen Stoffen es möglich . ist, ein aluminiumreiches Gasgemisch zu erzeugen, aus welchem bei entsprechender Abkühlung metallisches Aluminium auf einfache Weise, d. h. ohne Anwendung besonderer Hilfsmittel, wie z. B. eines Vakuums oder indifferenter Gase, gewonnen werden kann.
• Die besondere Leitung des Reduktionsvorganges besteht darin, daß Aluminiumoxyd, und Reduktionskohle nicht irgendwie zusammengebracht werden, sondern daß erstens ein überschuß an Tonerde gegenüber Kohlenstoff beim Eintreten des Schmelzflusses herbeigeführt wird und zweitens dem Sauerstoffgehalt der tonerdehaltigen Schmelze eine gewisse Schwierigkeit entgegengesetzt werden muß, um sich mit dem Kohlenstoff zu Kohlenoxyd zu verbinden. Diese kann z. B. dadurch erreicht werden, daß der tonerdehaltigen Schmelze Kohlenstoff in Form von Stücken zugeführt wird, da von diesen immer nur die Oberfläche in Reaktion mit der Tonerde treten kann, also in- der Zeiteinheit eine beschränkte Menge der gewichtsmäßig insgesamt zugeführten Kohlenstoffmenge. Wie die Versuche ergeben haben, ist dieses von ausschlaggebender Bedeutung. Diese Zuführung von Kohlenstoff kann natürlich auch in Form von gebundenem Kohlenstoff, z. B. von Aluminiumkarbid, erfolgen. Es kommt also auf die Art und Weise an, wie Aluminiumoxyd und Kolhlenstoff zusammengeführt werden. Zunächst bedarf es einer Tonerdeschmelze, die nun an gewissen Stellen, z. B. ihrer Umfassung oder auch an eintauchenden, festen Stellen mit Kohlenstoff, der auch die Elektrode selbst sein kann, in eine gewisse Berührung kommt. An diesen, Berührungsstellen erfolgt nun eine Reaktion, die, wie die Erfinder bei ihren Versuchen feststellten, zu einer fortlaufenden Gasentwicklung führt, welche sich fortsetzen läßt, bis die gesamte Schmelze ohne Hinterlassung eines Rückstandes vergast ist.
• Die neue und auffallend.-. Feststellung der Erfinder war die, -daß überraschend wenig Kohlenstoff bei dieser Art von Erhitzung für die Reduktion und Vergasung verbraucht wird, und: zwar weniger als der Gleichung A12 03+ 3C=2 Al +3 C O entspricht. Dieses läßt darauf schließen, daß bei der angewendeten Temperatur von zroo bis aaoo° C gleichzeitig auch A1203 verdampft, welches möglicher-weise den Anteil des Dampfgemisches an metallischem Aluminium vor der rückläufigen Oxydation. oder Karburierung schützt. Eine andere Erklärung wäre die Bildung von Al0-Dampf, welcher nach der Gleichung 3 A1 O=Al+A12 03 bei der Kondensation wieder zerfällt.
• Diese Erklärungen werden auch bestätigt durch die Art der Kondensation, welche im oberen Teil des Schmelzraumes, nach welchem hin ein Wärme: gefälle besteht, stattfindet. Das hier abgeschiedene metallische Aluminium findet sich in der Hauptsache zusammen mit Aluminiumoxyd bzw. oxydreichem Oxyd-Karbid-Gemisch, aus welchem das Aluminiummetall leicht abgeschieden werden konnte.
• Wenn es bisher noch nicht gelungen war, metallisches Aluminium in zusammengeflossener Form aus Tonerde durch einfache thermische Reduktion zu gewinnen, so kann dieses darauf zurückgeführt werden, daß: über die Natur der wohl an sich wissenschaftlich festgestellten Verdampfbarkeit von Aluminiumoxyd wie von Aluminiumkarbid bei hohen Temperaturen keine genaueren Feststellungen gemacht worden waren.
• Ein Zusammentreten von Aluminium, Sauerstoff (aus dem Aluminiumoxyd stammend) und Kohlenstoff in bestimmtem Verhältnis und bei einer bestimmten Temperatur muß als Ursache der Vergasung des Aluminiums in der geschilderten Richtung angesehen werden. Ein Überschuß von Kohlenstoff würde zu einer erhöhten Konzentration von Kohlenoxyd: im entstehenden Gasgemisch führen, zu einer Rückoxydation des Aluminiummetallanteiles, gegebenenfalls auch zu einer vermehrten Bildung von. Aluminiumkarbid, alles jedenfalls in dem Sinn, daß metallisches zusammengeflossenes Aluminium nicht mehr entstehen würde.
• Hierin liegt einer der Unterschiede gegenüber der Reduktionsverdampfung von, Magnesium aus Magnesiu:moxyd', welche sich - daher für die Magnesiumgewinnung viel einfacher gestaltet.
• Ein weiterer erheblicher Unterschied besteht darin, daß es bei Magnesium nur darauf ankommt, die erwähnte rückläufige Oxydation des Magnesiums durch Kohlenoxyd zu verhindern, was, wie ebenfalls bereits erwähnt, durch. schnelles Abschrecken des Dampfes und durch Verdrängen -des Kohlenoxydes durch Wasserstofferreicht wird. Beim Aluminium kommt der Umstand hinzu, daß selbst bei schneller, starker Abkühlung, wie sie die Magnesiumgewinnung kennt, sich bei ungeregelter Kohlenstoffzufuhr Niederschläge bilden, in denen das metallische Aluminium durch Oxyd in derart feine Teilchen aufgeteilt ist, daß diese durch keinen Schmelzprozeß mehr zu einer metallischen Aluminiumschmelze zusammengebracht werden können. Dieses ist auch die Ursache, daß die bisher vorgeschlagenen Verfahren zur Gewinnung von Aluminium durch termische Reduktion von Aluminiumoxyd nicht zu einem praktischen Erfolg geführt haben.
• Den. Erfindern ist es dagegen gelungen, auch ohne besonders schnelle Abkühlung des Vergasungsproduktes und ohne Verdrängung des Kohlenoxydes durch Wasserstoff metallisches Aluminium in zusammengeflossener Form zu erhalten. Sofern sich Aluminiumoxyd gleichzeitg noch abscheidet, läßt es sich leicht von diesem trennen. Durch Zusatz von metallischem Aluminium zum Tonerdeschmelzfluß im Kreislauf läßt sich die Aluminiumkonzentration im Dampfgemisch noch erhöhen. Das Verfahren wird zweckmäßig in einem elektrisch-en Schachtofen mit einer Bodenelektrode und einer oder mehreren im Ofenraum aufgehängten Elektroden durchgeführt. Es kann aber auch jede andere Erhitzungsart angewendet werden, beispielsweise könnte der Boden aus geschmolzener Tonerde bestehen und die der aufgehängten Elektrode gegenüberstehenden Elektroden seitlich in Form eines Tiegels runder oder rechteckiger Form angeordnet werden. Auch könnten sämtliche Elektroden nach Art der Söderb-erg-Elektrode ausgeführt werden, d. h. daß die durch die Reaktion mit der geschmolzenen Tonerde zu verbrauchende Kohle durch die Elektroden zugeführt und diese nach Art der Söderberg-Elektrode fortlaufend neu erzeugt wird. Der Raum oberhalb der Schmelze ist derart auszugestalten, daß hier das Kondensat von Aluminium bzw. in Form eines Gemisches von Aluminium und Aluminiumoxyd entnommen werden kann. Das Aluminiumoxyd, wenn dieses auch karbidhaltig sein sollte, enthält es jedenfalls Aluminiumoxyd im Überschuß, wird der Schmelze im Kreislauf wieder zugeführt. Es können auch die Elektroden als Hohlelektroden ausgebildet werden, deren Hohlraum durch Kanäle mit dem Raum außerhalb der Elektrode in Verbindung steht, so daß das Vergasungsprodukt in diesen Höhlraum eintreten kann.
• Bei den dem Verfahren zugrunde liegenden Versuchen ist nur mit atmosphärischem Druck und ohne Anwendung von Schutzgasen gearbeitet worden. Es würde dem aber nichts im Wege stehen, auch an sich bekannte Hilfsmittel wie die Zuführung eines Schutzgases oder die Anwendung verminderter Drücke in dem Umfang zu benutzen, wie das oben beschriebene Verfahren dadurch nicht gestört wird.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzen von tonerdehaltigen Stoff-en mit Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß ein, vollkommene Vergasung des Aluminiums in der Weise herbeigeführt wird, daß schmelzendes oder geschmolzenes Aluminiumoxyd derart mit freiem Kohlenstoff oder an Aluminium gebundenem Kohlenstoff allmählich und so zur Reaktion gebracht wird, daß unter Vorhandensein eines Überschusses von Aluminiumoxvd ein aluminiumoxydreiches Aluminiummetall enthaltendes Dampfgemisch erzeugt wird, aus welchem bei der Abkühlung im Gefälle der Ofentemperatur zusammengeflossenes Aluminium zur Abscheidung gebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff in Form von Stücken, Platten, Tafeln oder Stangen der Aluminiumoxydschm@elze zugeführt wird..
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff allein den Elektroden entnommen wird. d..
4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch von Aluminiumoxyd und Aluminiumkarbid dem vergasenden Schmelzen unterworfen wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch i bis d., dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiuminhalt der Beschickung mit einem Überschuß von Aluminiumoxyd vergast wird und zur Anreicherung des Dampfgemisches an metallischem Aluminium metallisches Aluminium im Kreislauf mitvergast wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung von zusammengeflossenem Aluminium aus einem Dampfgemisch vorgenommen wird, welches beträchtliche Mengen Aluminiumoxyd enthält..
7. 7. Verfahren nach Anspruch r bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Ofen ver-,vendet wird, in welchem ein Raum oberhalb der Schmelze bzw. Beschickung zur Zone des Zerfalles des Dampfgemisches ausgebildet `wird. S. Verfahren nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden eines elektrischen Schachtofens im Innern einen Hohlraum haben, der durch Kanäle mit dem Raum außerhalb der Elektrode in Verbindung steht, so daß das Vergasungsprodukt in diesen Hohlraum eintreten kann.