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Verfahren zum Gewinnen von Reinaluminium Zum Gewinnen von Aluminium
wird praktisch stets so verfahren, daß aluminiumhaltige Rohstoffe, vorzugsweise
Bauxite, meist auf naßchemischem Wege gereinigt, einer SchmelzfluBelektrolyse unterworfen
werden. Das Aluminium scheidet sich an der Kathode metallisch ab. Dieses Verfahren
ist nicht nur umständlich und kostspielig, sondern eignet sich zudem, falls keine
zusätzliche Aufbereitung vorgenommen wird, nur zum Verarbeiten hochwertiger und
reiner Rohstoffe. Aluminiumärmere und stark verunreinigte Rohstoffe, wie z. B. Tone,
können nach diesem Verfahren nicht verarbeitet werden.
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Um diese Mängel zu beseitigen, ist eine Vielzahl von Vorschlägen gemacht
worden. Eines dieser vorgeschlagenen Verfahren beruht darauf, daß die Rohstoffe
bei hohen Temperaturen - etwa im Elektroofen - der Reduktion unterworfen werden,
wobei das Aluminium in Form einer Eisen, Silizium, Titan und Kohlenstoff enthaltenden,
also sehr unreinen Legierung gewonnen wird. Diese Legierung kann für manche Zwecke
der Technik, so z. B. in der Stahlindustrie, unmittelbar verwendet werden. Um reines
Aluminium aus einer solchen Legierung abzuscheiden, sind Sonderverfahren erforderlich.
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Nach einem bekannten Verfahren sollen Zinkerze und aluminiumhaltiger
Rohstoff gemeinsam reduzierend niedergeschmolzen werden. Der Vorschlag geht offenbar
von der irrigen Vorstellung aus, es entstünde auf diese Weise eine reine Aluminium-Zink-Legierung,
die in flüssiger Form anfallen
soll. Schon allein. der hohe Zinkdampfdruck
bei der erforderlichen Reduktionstemperatur läßt dieses Verfahren unmöglich erscheinen.
Diese Schmelze soll sodann unter Ausnutzung der unterschiedlichem, Kris.tallisationstemperatur
und vor allem des unterschiedlichen spezifischen Gewichtes der beiden Metalle in
Aluminium und Zink getrennt werden. Selbst wenn, die homogene Aluminium-Zink-Schmelze
in der vorgeschlagenem. Weise erzeugt werden könnte, wäre es nicht möglich, daraus,
wie angegeben, die reinen Metalle abzuscheiden.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, das Aluminium aus dem. thermisch
erzeugten Rohlegierungen durch ein geeignetes anderes Metall heraus: zulösen, von
dem es dann etwa auf dem Wege der Destillation befreit wird. Als Lösungsmetall wird
besonders Zink empfohlen.
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Im einzelnen besteht ein solches bekanntes Verfahren darin., daß feste,
stückige Rohmaterial mit flüssigem - oder gegebenenfalls auch dampfförmigem - Zink
auszulaugen.. Bei diesem Auslaugeprozeß verbleibt einRückstand, dervondergebildeten
Aluminium-Zink-Legierung, beispielsweise mechanisch, abtrennt wird. Diese Aluminium-Zink-Legierung
ist je nach der Temperatur, -bei der das Auslaugen durchgeführt wurde, in mehr oder
minder starkem Maße eisen- und siliziumhaltig. Durch Abkühlen dieses flüssigen Zwischenerzeugnisses
in einem Seigerschritt wird ein Teil der Verunreinigungen an Silizium und Eisen
als Kristalle abgeschieden. Anschießend wird aus der dadurch teilweise gereinigten
Aluminium-Zink-Legierung das Zink zur Gewinnung des Aluminiums abdestilliert.
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Der Nachteil dieses Verfahrens besteht zunächst darin, daß eine Zinkschmelze
hergestellt werden muß, was mit Zinkverlusten durch Verdampfen und Zinkkrätzebildung
verbunden ist, zumal es im Sinne des Verfahrens liegt, die Schmelze in mehr oder
minder starkem Maße zu überhitzen. Diese Verluste können nur durch zusätzliche besondere
Maßnahmen verhindert worden. Weiter ist es nachteilig, daß für den Prozeß des Auslaugens
große Mengen an flüssigem Zink erforderlich sind, weil wie bei jedem Auslaugeprozeß
mit einem erheblichen Überschuß an Lösungsmittel, in diesem Fall des Zinks, gearbeitet
werden muß. Die benötigte Zinkmenge ist etwa das 3- bis 8fache der Rohlegierung.
Es werden somit große Zinknirangen durch den gesamten Prozeß geschleppt, was zur
Steigerung der Zinkverluste beiträgt: Die großen Zinkmengen müssen der Destillation
und Kondensation unterworfen: werden. Die hierbei entstehenden Zinkverluste sind
proportional der wiederaufzüarbeiten.den Zinkmenge.
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Der feste Rückstand aus dem Auslaugeprozeß und die aus der Schmelze
abgeschiedenen Verunreinigungen werden verworfen; gelegentlich werden sie dem Reduktionsprozeß
wieder zugeführt. In jedem Falle ist dies mit Stoffverlusten verbunden.
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Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Gewinnen von Reinaluminium
aus verunreinigtem, zinkfreiem Aluminium, wie es beispielsweise beim thermischen
Reduzieren von tonerdehaltigen Rohstoffen entsteht, durch Behandeln mit Zink, Ausseigeu-n
und Destillieren der entstandenen Aluminium-Zink-Legierung anzugeben, `bei welchem
mit geringeren Zinkmengen gearbeitet werden kann. Außerdem sollen die Verluste durch
Verdampfen bei diesen an sich geringen Zinkmengen auf ein Mindestmaß beschränkt
werden. Ferner soll nicht nur das Zink selbst im Kreisprozeß zurückgeführt, sondern
es sollen auch andere Nebenerzeugnisse dem Prozeß wieder zugeleitet werden. Das
Verfahren so-11 somit dem Bekannten gegenüber vereinfacht und wirtschaftlicher sein.
Das Verfahren gemäß der Erfindung geht hierzu von einer Rohstoffschmelze aus. Diese
Schmelze enthält neben Aluminium im wesentlichen noch Eisen und Silizium sowie geringe
Mengen Titan und Kohlenstoff. In diese Schmelze wird festes Zink eingetragen. Es
werden auf diese Weise alle Verluste vermieden, die mit der Herstellung und Überhitzung
einer Zinkschmelze verbunden sein würden. Durch das Eintragen, des Zinks bildet
sich eine homogene Schmelze, die auf eine Temperatur abgekühlt wird., bei der sich
Kristalle ausscheiden. Bei diesem ersten Seigerschritt entsteht eine Mutterlauge,
die neben Zink den Hauptanteil das Aluminiums der Rohlegierung enthält, aber nur
geringe Mengen an verunreinigenden Begleitmetallen, wies Eisen., Silizium, Titan,
sowie an Kohlenstoff. Die Kristalle enthalten die Hauptmenge dieser Begleiter neben
dem restlichen Aluminium und Zink.
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Die in der ersten Seigerstufe anfallende Mutterlauge wird erneut einer
Kristallisation unterworfen, und zwar bei einer niedrigeren Temperatur als bei der
ersten Seigerung. Die Kristalle aus der ersten Seigerung werden erneut ausgeschmolzen,
und zwar bei einer höheren Temperatur als bei der ersten Seigerung. Ein Zinkzuschlag
erfolgt hierbei nicht. Die Kristalle, die bei der Seigerung der Mutterlauge anfallen,
und die Mutterlauge, die bei der Seigerung der Kristalle ausschmilzt, werden erneuter
Seigerarbeit zugeführt.
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Die Höhe der Seigertemperatu.ren und die Bemessüng des Zinkzuschlages
richten. sich nach der Zusammensetzung der zu verarbeitenden Aluminiumrohstoffe,
nach der angestrebten Ausbeute an Aluminium und nach dem gewünschtem Rein-Iheftsgrad
des Aluniiriiums. Im aflgemeinen ist eine Menge von Zinkausreichend, die der Rohlegierung
an Menge entspricht.
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In der Zeichnung ist ein Stammbaum dargestellt, der- die praktische
Durchführung des Verfahrens an einer durch thermische Reduktion von tonhaltigem
Rohstoff erhaltenen Rohlegierung beispielhaft erläutert.
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Die Aluminiumrohlegierüng wird eingeschmolzen und alsdann, gegebenenfalls
nach erfolgtem Abkühlen, auf ein in der Nähe des Schmelzpunktes liegende Temperatur,
festes Zink in Brockenform eingetragen. Unter einer »in der Nähe des Schmelzpunktes
liegenden Temperatur« ist eine Temperatur zu verstehen, die um ein geringes über
oder tnter dem Schmelzpunkt liegen kann. Die Tempe-
Tatur wird dadurch
so weit gesenkt, daß das Zink nicht verdampft, zumal der Dampfdruck des Zinks in
der so gebildeten Legierung erniedrigt wird. Der Vorgang ist aber auch mit einer
Schmelzpunkternie:drigung verbunden, so daß eine homogene Schmelze entsteht. Diese
wird unter weiterem Abkühlen durchgerührt, bis sich eine gewisse Menge von Kristallen
- beispielsweise 30 bis 5o% des Einsatzes - abgeschieden hat. Die Temperatur beträgt
hierbei etwa 65o bis 750°. Falls notwendig, wird nochmals bis zur Dünnflüssigkeit
erhitzt und wieder abgekühlt. Die Seigertemperatur kann sowohl durch Abkühlen als
auch durch Erhitzen der Schmelze erreicht werden. Das Gemisch aus Kristallen und
Mutterlauge wird alsdann, und zwar möglichst bei konstanter Temperatur, in geeigneter
Weise voneinander getrennt.
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Diese Trennung kann auf jede beliebige, an sich bekannte Art durchgeführt
werden, beispielsweise indem das Seigergut in einen Ofen mit geneigter Sohle eingetragen
wird, wobei sich die Mutterlauge in einem an der niedrigsten Stelle des Ofens befindlichen
Sumpf ansammelt, während die Kristalle auf der Sohle zurückbleiben. Besonders weitgehend
können Mutterlauge und Kristalle getrennt werden, wenn die auf Seigertemperatur
befindliche Masse in eine Presse gebracht wird. Unter einem Preßdruck von etwa ,4
Atm. wird die Mutterlauge aus dem siebförmigen Boden oder den siebförmigen Wänden
herausgequetscht, während die Kristalle zurückbleiben.
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Die Mutterlauge 2" wird, notfalls nach erfolgtem erneutem Einschmelzen,
bei Temperaturen geseigert, die etwas niedriger liegen als die erste Seigertemperatur
und beispielsweise q.5o bis 55o° betragen. Es bilden sich wieder Mutterlauge und
Kristalle, die voneinander getrennt werden. Die so erhaltene Mutterlauge 3a besteht
praktisch nur aus Zink und Aluminium mit einer sehr geringen Menge an Verunreinigungen.
Ist ihr Siliziumgehalt noch zu hoch, so wird sie mit Eisen oder einer Eisenlegierung
versetzt und erneut geseigert, wie noch näher erläutert werden wird.
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Die Mutterlauge wird durch Destillation vom Zink befreit, das nach
erfolgter Kondensation bei weiteren Chargen wieder verwendet wird. Das zurückbleibende
Aluminium ist bei richtig durchgeführter Arbeit ein sogenanntes »Hüttenaluminium«
von handelsüblicher Reinheit, mit weniger als o,i % Eisen und o,i'% Silizium, sowie
praktisch frei von Kohlenstoff und Titan.
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Die beim ersten Seigern erhaltenen Kristalle 2b werden wie die Mutterlauge
2" behandelt, indes erfolgt das erneute Seigern bei einer Temperatur, die etwas
höher liegt als die erste Temperatur. Sie beträgt beispielsweise 75o bis 85o°. Die
hierbei erhaltene Mutterlauge q.b wird zweckmäßig mit den Kristallen d.a vereinigt
und der nächsten Charge zugeführt. Die verbleibenden noch zinkhaltigen Kristalle
3b werden gleichfalls, aber für sich allein, vom Zink durch Destillieren befreit
und stellen ein aluminiumhaltiges Ferrosilizium dar, das entweder in der Stahlindustrie
verwandt wird oder aber auf Aluminium und Ferrosilizium verarbeitet werden kann.
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Ein Verlust an Aluminium tritt bei diesem Verfahren nicht ein, weil
bei verhältnismäßig niedrigeren Temperaturen geseigert wird, bei denen Aluminium
weder verschlackt, noch sich verflüchtigt. Das Zink wird im Kreisprozeß wiedergewonnen;
lediglich die Menge an Zink ist zu ersetzen, die bei der Destillation der Mutterlauge
3a und der Kristalle 3b verlorengeht.
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Da die Kristalle 4" und die Mutterlauge q.b, die jeweils beim zweiten
Seigerschritt anfallen, in den Prozeß zurückgeführt werden, wird deren Zinkgehalt
in der nächsten zu verarbeitenden Rohlegierung ausgenutzt.
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Es liegt im Wesen des Seigerverfahrens, daß auch die Kristalle 3b,
die vorzugsweise aus Ferrosilizium und daneben aus Zink bestehen, noch einen gewissen
Gehalt an Aluminium aufweisen. Dieser Aluminiumgehalt kann nach erfolgtem Trennen
vom Zink zusammen mit Eisen und Silizium unmittelbar nutzbar gemacht werden, d.
h. in der gleichen Weise, wie die eingangs erwähnte Rohlegierung, also etwa in der
Stahlindustrie. Die Kristalle können aber nach erfolgtem Entzinken etwa auch so
auf Aluminium verarbeitet werden, daß sie in an sich bekannter Weise geschwefelt
werden, wobei neben Ferrosilizium Aluminiumsulfid entsteht. Das Aluminiumsulfid
wird der Elektrolyse unterworfen.
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Eisen läßt sich leicht bis auf geringe Bruchteile eines Prozentes
entfernen. Silizium verbleibt, vor allem bei hochsiliziumhaltigem Rohstoff, wenn
auch in geringen Mengen, hartnäckiger in der Mutterlauge 2" bzw. 3a. Diese Erscheinung
kann. ausgenutzt werden, um eine von Verunreinigungen freie Aluminium-Silizium-Legierung
herzustellen, die beispielsweise unmittelbar auf bekannte, genormte Aluminium-Silizium-Legierungen
verarbeitet werden kann. Es hat sich gezeigt, daß das Silizium praktisch auch vollkommen
entfernt werden kann, wenn dafür gesorgt wird, daß ein dem Siliziumgehalt entsprechender
Eisengehalt vorhanden ist. Als zweckmäßig hat sich ein Verhältnis von Eisen zu Silizium
wie r : r in Molprozent -entsprechend etwa 2 : z in - erwiesen. Bei Eisenmangel
kann der Restbetrag sowohl bei der ersten oder einer folgenden Seigerstufe zugefügt
als auch nach erneutem Einschmelzen der Mutterlauge 3, zugeschlagen und diese
Schmelze nochmals geseigert werden. Da sich Eisen schlecht in der Schmelze löst,
empfiehlt es sich, es in Form einer Legierung, etwa als Eisen-Aluminium oder Eisen-Zink,
zuzusetzen. Es kann also hierfür z. B. das bei den Zinkhütten anfallende und auf
dem üblichen Wege nur schwierig aufzuarbeitende Zwischenprodukt der sogenannten
Zinkhärtlinge verwendet werden.
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Die zinkreiche Mutterlauge 3" kann auch unmittelbar zur Herstellung
von genormten Aluminium-Zink-Mehrstoff-Legierungen verwendet werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist selbstverständlich nicht beschränkt
auf die Verarbeitung
von Aluminiumrohlegierungen, wie sie bei der
thermischen Reduktion von tonerdehaltigen Rohstoffen entstehen; es läßt sich auch
auf die Raffination von anderen verunreinigten Aluminiumlegierungen anwenden, also
z. B. auf die Raffination von Umschmelzaluminium. Auch aus diesen verunreinigten
Aluminiumlegierungen lassen sich die Hauptverunreinigungen Eisen, Silizium und Titan
entfernen.