EP4321638A1 - Verfahren zum entfernen von eisen aus einer aluminiumschmelze - Google Patents

Verfahren zum entfernen von eisen aus einer aluminiumschmelze Download PDF

Info

Publication number
EP4321638A1
EP4321638A1 EP22190250.5A EP22190250A EP4321638A1 EP 4321638 A1 EP4321638 A1 EP 4321638A1 EP 22190250 A EP22190250 A EP 22190250A EP 4321638 A1 EP4321638 A1 EP 4321638A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
liquid phase
aluminum melt
liquid
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22190250.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Metzler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rauschert Heinersdorf Pressig GmbH
Original Assignee
Rauschert Heinersdorf Pressig GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rauschert Heinersdorf Pressig GmbH filed Critical Rauschert Heinersdorf Pressig GmbH
Priority to EP22190250.5A priority Critical patent/EP4321638A1/de
Publication of EP4321638A1 publication Critical patent/EP4321638A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/04—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by aluminium, other metals or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • C22B21/066—Treatment of circulating aluminium, e.g. by filtration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • C22B21/068—Obtaining aluminium refining handling in vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/02—Refining by liquating, filtering, centrifuging, distilling, or supersonic wave action including acoustic waves
    • C22B9/023—By filtering

Definitions

  • the present invention relates to a method for at least partially removing iron from an aluminum melt.
  • iron has a consistently negative effect on the technical properties of Al alloys. Depending on the application, this can be more typical Certain concentrations of Fe can be tolerated without deteriorating the properties of the Al alloys too much. This tolerance limit can range up to around one percent by weight, but can also be significantly lower for more demanding applications. With an iron content of more than 1% by weight, Al alloys are unsuitable for most applications. That is why the market price of Al alloys is directly linked to the Fe content. The higher the iron content, the higher the discount on the price of primary aluminum (typically ⁇ 0.1-0.2% by weight of Fe) is usual on the market.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to reduce the iron content in Al alloys in order to increase the technical utility and market value of the alloy.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved method for at least partially removing iron from an aluminum melt.
  • the present invention solves the problem of separating iron by the action of centrifugal force on a thixotropic mixture of liquid and solid aluminum contaminated with Fe.
  • a thixotropic aluminum melt which contains a liquid and a solid phase
  • a morphology of solid iron phases that is favorable for the separation process is first created in a residual melt that remains liquid.
  • Liquid components are then separated from solid components by the effect of centrifugal force. A large part of the iron remains in the solid portion, so that the liquid portion has a significantly reduced concentration of iron compared to the initial state.
  • the procedure according to the present invention therefore uses a thixotropic aluminum melt for iron depletion and can therefore also be referred to as thixo or rheo separation.
  • the solid phase is retained and the liquid phase is expelled by applying centrifugal force separated from the solid phase.
  • the present invention therefore does not work due to the density differences of the liquid and solid phases. Rather, the solid phase forms a structure from which the liquid phase is removed by centrifugal force. Centrifugal force is used to overcome the effects of surface tension of the liquid phase, which causes it to remain within the solid phase.
  • the solid phase is formed in a 3-dimensionally networked, in particular sponge-like structure, from which the liquid phase is separated by applying centrifugal force while the solid phase is retained.
  • the solid phase is formed in the form of particles and/or agglomerates, which are supported on one another when the liquid phase is separated, so that the liquid phase is released from the spaces between the particles and/or agglomerates by applying centrifugal force is separated while the solid phase is retained.
  • they can be three-dimensionally shaped particles and/or agglomerates.
  • the solid phase remains in a container or container area in which the aluminum melt is produced.
  • the liquid phase is separated into a second container or container area.
  • the liquid and solid phases are present in two different containers or container areas and can therefore be removed separately without any problem.
  • the solid phase is subsequently removed from the container or container area.
  • a retaining element is used which retains the solid phase while the liquid phase is separated off.
  • the retaining element is a container in which the thixotropic aluminum melt is produced and which has at least one drain opening for the liquid phase.
  • the container has a shape that tapers towards a drain opening.
  • the container has a bottom area surrounding the drain opening.
  • the tapered shape and/or the bottom region can form a retaining element which retains the solid phase when the liquid phase is separated.
  • the container is open on the side opposite the drain opening in order to remove the retained solid phase.
  • the container in which the thixotropic aluminum melt is produced is inserted into a collecting container for separating the liquid phase, in which the liquid phase flowing out of the drain opening of the container is collected.
  • the collecting container has a tapering shape.
  • the thixotropic aluminum melt is produced in a container, the generation of the thixotropic aluminum melt taking place with a first position of the container relative to gravity, wherein in the first position there is a drain opening of the container through which the liquid phase flowing out of the container in the separation step is arranged on an upper side relative to gravity.
  • the container is inserted into a centrifuge for separating the liquid phase from the container with a second position of the container relative to gravity that is changed compared to the first position.
  • the container has a lid, which forms a bottom region of the container when the aluminum melt is produced.
  • the lid can be removed from the container in order to remove the solid phase from the container.
  • the lid is arranged on a side opposite the drain opening of the container, through which the liquid phase flows out of the container during the separation step.
  • the container has a tapering shape starting from the side which is closed by the lid during melting.
  • the liquid phase is separated off via a sieve element whose openings are so small that the aluminum melt does not flow through the openings only due to gravity and without the action of centrifugal force.
  • the openings have a diameter of less than 3 mm, preferably less than 2 mm.
  • the openings have a diameter of more than 0.01 mm, preferably more than 0.1 mm.
  • the size of the holes depends on the size of the centrifugal force used to separate the liquid phase, whereby the size of the holes can be reduced as the centrifugal force increases.
  • the diameter is more preferably between 0.5 mm and 1 mm. This size has proven particularly useful in the event that a centrifugal force between 10 G and 30 G, in particular between 15 G and 25 G, is applied to the melt.
  • the sieve element is inserted into a container in order to separate an upper region, in which the thixotropic aluminum melt is produced, and in which the solid phase is retained during separation, from a lower region for receiving the to separate the liquid phase.
  • the sieve element is removed in order to remove the liquid phase.
  • the liquid phase is preferably removed in the liquid state, ie without it solidifying after separation.
  • the liquid phase can also first be allowed to solidify in the container before it is removed from it.
  • the sieve element can be inserted into the container via an annular insert.
  • a retaining element which retains the solid phase while the liquid phase is separated, is inserted into a collecting container which receives the liquid phase.
  • the collecting container which receives the liquid phase, has a shape that tapers towards its closed end.
  • the solid phase is removed from the container in which the thixotropic aluminum melt was produced after the liquid phase has been separated off and preferably after solidification.
  • the liquid phase is removed after the solid phase and/or the separation element has been removed, preferably in the liquid state.
  • the solid phase and the separating element are therefore first removed from the container, and then the liquid phase, with the liquid phase preferably being removed by pouring the liquid phase out of the container.
  • the retaining element is a further container in which the thixotropic aluminum melt is produced and which has at least one drain opening for the liquid phase.
  • the further container has a shape that tapers towards a drain opening and/or is open on the side opposite the drain opening in order to remove the retained solid phase.
  • the solid phase is removed after the liquid phase has been separated off on a side opposite a drain opening and closed by a lid when the aluminum melt is produced.
  • the retaining element is a sieve element which is inserted into the first container in order to separate an upper region for retaining the solid phase from a lower region for receiving the liquid phase .
  • the solid phase after the liquid phase has been separated off, is placed on an open side of the container, which lies opposite a closed side in which the liquid phase is received, via a sieve element.
  • the container and/or the collecting container and/or the separating element and/or the sieve element has a ceramic coating and/or is made of ceramic.
  • the centrifugal force is generated via a centrifuge in which a container filled with the thixotropic aluminum melt is set in rotation.
  • a centrifugal force of more than 5 G is generated, preferably of more than 10 G.
  • a centrifugal force can be generated in a range between 10 G and 100 G.
  • the thixotropic aluminum melt is produced by cooling a liquid aluminum melt in a controlled manner to a target temperature.
  • the cooling preferably takes place at a rate between 0.1 K/sec and 2 K/sec.
  • the container with the aluminum melt is arranged in a heated area for controlled cooling, in particular above a gas oven.
  • the aluminum melt is kept at the target temperature for a holding time, the holding time preferably being between 1 second and 60 minutes.
  • the holding time is preferably more than 10 seconds. In an alternative embodiment, however, a holding time can also be dispensed with.
  • the liquid aluminum melt has an initial temperature of more than 850 ° C.
  • the target temperature is in a range from 575°C to 655°C.
  • the liquid aluminum melt is filled into a container for controlled cooling, which after cooling is placed in a centrifuge in which the liquid phase is separated.
  • the device comprises a control and actuators which are set up to carry out the method according to the invention, in particular to carry out the method automatically.
  • the control is programmed to carry out a method according to the invention.
  • the control preferably has a microprocessor and a memory in which a program with commands is stored which, when executed on the microprocessor, cause the device to carry out the method according to the invention.
  • the device comprises a sieve element and/or a container with a drain opening, which can preferably be inserted into a container for receiving the liquid phase.
  • the device is preferably designed as already described in more detail above.
  • a thixotropic aluminum melt is first produced from the iron-containing aluminum, i.e. H. an aluminum melt with at least one liquid and solid phase.
  • the present invention takes advantage of the fact that solid iron phases initially form in a liquid aluminum melt during cooling from the iron contained in the aluminum melt, so that the iron content in the remaining liquid phase is reduced.
  • solid iron phases initially form in a liquid aluminum melt during cooling from the iron contained in the aluminum melt, so that the iron content in the remaining liquid phase is reduced.
  • the solid phase is retained and the liquid phase is released from the solid phase by the action of centrifugal force on the thixotropic aluminum melt.
  • the solid phase is formed in a three-dimensional structure for this purpose.
  • the solid phase in the thixotropic aluminum melt can be present either in the form of isolated Al-Fe phases, which get caught together during the extraction of the liquid phase and thus form a sponge-like structure, or in the form of a three-dimensionally networked structure, which is already present in the thixotropic Aluminum melt is present in a sponge-like manner.
  • the retained solid phase and the dissolved liquid phase can be removed separately.
  • the solid phase remains in the container or container area in which the thixotropic aluminum melt was produced, while the liquid phase is separated into another container or container area.
  • the two exemplary embodiments differ with regard to the correct procedure and the separation element that retains the solid phase.
  • an extraction crucible 1 is used, in which a sieve 3 is inserted.
  • an annular insert 2 is provided for this purpose, over which the sieve element 3 is arranged in the extraction crucible 1.
  • the sieve element 3 divides the extraction crucible 1 into an upper and lower area.
  • the extraction crucible 1 tapers conically towards its bottom.
  • the extraction crucible 1 in the unfilled state is shown in step a.
  • step b a liquid, iron-containing aluminum melt 4, which preferably has a temperature of over 850 ° C, is poured into the upper region of the extraction crucible 1 above the sieve element 3.
  • the holes in the sieve element 3 are dimensioned so that the aluminum melt does not flow through the sieve element due to gravity alone. Rather, the surface tension of the aluminum melt prevents it from flowing through the holes in the sieve element.
  • the holes preferably have a diameter between 0.5 mm and 1 mm.
  • the sieve element 3 can be designed, for example, as a ceramic element made of solid ceramic or as a ceramic-coated metal plate. In the exemplary embodiment, the holes are coordinated with a process in which a centrifugal force of 20 G is applied. If the centrifugal force is higher, the holes can be made smaller.
  • step c the liquid aluminum melt is cooled in a controlled manner in order to convert it into a thixotropic state.
  • the aluminum melt 5 has both solid and liquid components.
  • the thixotropic melt has an AlFe skeleton or AlFe particles or AlFe agglomerates as a solid phase, in and/or between which the liquid phase, which has a lower iron content, remains.
  • the controlled cooling preferably takes place at a rate of 0.1 to 2 Kelvin/sec. Cooling takes place to a target temperature, which depends on the iron content and the further composition of the initial melt. For example, can the target temperature is between 575 and 655 °C. In an exemplary embodiment, the target temperature may be between 600 and 603 °C. Cooling is preferably carried out in an oven, for example a circulating air oven.
  • the extraction crucible 1 is transferred to a centrifuge to extract the liquid phase.
  • a centrifugal force acts on the thixotropic melt 5 in a direction pointing towards the bottom of the extraction crucible.
  • the liquid phase 7 flows through the openings in the sieve element 3 into the lower container area, while the solid phase 6 is retained and remains in the upper crucible area.
  • both phases are removed separately from the extraction crucible 1 in step e.
  • the solid phase 7 is first removed from the upper container area.
  • the liquid, depleted aluminum phase 7 can also be removed from the lower container area.
  • the liquid depleted aluminum phase 7 is preferably removed from the lower container area while it is still liquid, in particular by pouring it out of the container. Alternatively, the liquid phase could also solidify in the container and be removed in the solidified state.
  • the exemplary embodiment used can also be used if the solid phase 6 does not have a stable structure, since it is supported and retained by the sieve element.
  • the solid phase 6 in the thixotropic aluminum melt is in the form of isolated globular or agglomerated Al-Fe phases, or the three-dimensionally networked, sponge-like structure does not have sufficient strength.
  • Fig. 2 shows a second exemplary embodiment of a method according to the invention, which can be used in particular when the solid phase 6 is produced in such a way that it has a stable, self-supporting structure.
  • An extraction crucible 1 with a removable bottom lid 2 is used here, as shown in step a.
  • the extraction crucible 1 tapers conically towards the drain opening 3, with an edge region of the base opposite the base cover 2 surrounding the drain opening 3 in a collar shape.
  • the extraction crucible 1 with the bottom cover 2 attached is arranged so that the drain opening 3 is at the top and the opposite opening closed by the bottom cover 2 is at the bottom.
  • the extraction crucible 1 is now filled with a liquid aluminum melt via the drain opening 3, which in turn preferably has a temperature of more than 850 ° C.
  • the bottom cover 2 therefore forms the bottom of the extraction crucible, while the drain opening 3 serves as an inflow opening.
  • the liquid aluminum melt 4 is now cooled in step c.
  • the cooling takes place in the same way as was already described above with regard to the first exemplary embodiment.
  • the controlled cooling produces a thixotropic melt 5 in the extraction crucible 1.
  • the solid phase preferably forms in the form of a solid sponge of Fe-rich phases, which holds together essentially unchanged during the subsequent centrifugal process.
  • the extraction crucible 1 is now inserted into a collecting container 8 with the drain opening 3 facing down.
  • the collecting container 8 is also conical and dimensioned so that below the extraction opening 3 of the extraction crucible 1 inserted into the collecting container there is a second container area in the collecting container 8 into which the liquid phase of the thixotropic aluminum melt can flow away.
  • the extraction crucible 1 is therefore rotated by 180 ° C, so that the drain opening 3 is on the underside, while the base lid 2 is at the top, thus forming a lid area.
  • the centrifugation then takes place in such a way that the centrifugal forces act from the extraction crucible 1 through the drain opening 3 into the lower region of the collecting container 8.
  • the solid phase 6 is retained in the extraction crucible 1, while the liquid phase flows into the area of the collecting container 8 remaining below the extraction crucible 1 due to the effect of centrifugal force.
  • the extraction crucible 1 is first removed from the collecting container 8 and, after opening the bottom cover 2, the AlFe sponge 6 is removed.
  • the liquid phase 7 with depleted aluminum is removed from the lower area of the collecting container 8.
  • the removal of the liquid depleted aluminum phase 7 from the lower container area is again preferably carried out while it is still liquid, in particular by pouring it out of the container.
  • the liquid phase could also solidify in the container and be removed in the solidified state.
  • the elements used in the two exemplary embodiments which come into contact with the melt i.e. in particular the extraction crucible 1, the insert 2, the sieve element 3 and/or the collecting container 8, preferably have a ceramic coating and/or are made of ceramic.
  • the solid Al-Fe phases produced in the context of the present invention must be such that the liquid Al can be "ejected" in high proportions.
  • the first exemplary embodiment is preferably used; for the sponge solution, the second exemplary embodiment is preferred.
  • Isolated phases can be in the form of globular particles or as sponge agglomerates that are not initially connected. In both cases, these are retained on the filter screen and get caught, but without blocking the flow paths.
  • the sponge solution preferably produces Al-Fe plates that grow together. These form something like a coral structure. The cleaned Al can then flow easily through this without the sponge structure being broken or carried away by the melt.
  • Both exemplary embodiments thus enable an effective depletion of iron from an aluminum melt and thereby make use of the properties of the thixotropic aluminum melt in order to separate the liquid phase from the solid phase.
  • the first exemplary embodiment is preferably used in the depletion of aluminum with an already relatively low iron content of, for example, less than 2% by weight or 1% by weight, e.g. B. for a reduction in the Fe concentration from 0.7 to 0.3% by weight.
  • stable sponges do not form, but rather 3-D skeletons that break during centrifugation or isolated islands with Fe phases. Hence it occurs during centrifugation to a migration of the Fe phases together with the remaining melt.
  • the sieve element retains these solid phases and allows the melt to pass through. A filter cake made of Fe-rich phases is created above the sieve element.
  • the second exemplary embodiment is preferably used in the depletion of aluminum with a higher iron content of, for example, more than 2% by weight, for example with a proportion of 2 to 5% by weight of iron. If the process is carried out appropriately, a solid sponge of Fe-rich phases is formed there, which holds together essentially unchanged even during the centrifugal process, so that a sieve element can be dispensed with.

Abstract

Die vorliegende Erfindung zeigt ein Verfahren zum zumindest teilweisen Entfernen von Eisen aus einer Aluminiumschmelze, mit den Schritten:- Erzeugen einer thixotropen Aluminiumschmelze, welche eine flüssige und eine feste Phase enthält, und- Abtrennen der flüssigen Phase durch die Einwirkung einer Zentrifugalkraft auf die thixotrope Aluminiumschmelze.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zumindest teilweisen Entfernen von Eisen aus einer Aluminiumschmelze.
  • Aluminium ist, nach Stahl, der bei weitestem wichtigste metallische Werkstoff und findet als Basis verschiedenster Legierungen in weiten Teilen der modernen Industrie Anwendung. Dabei ist Eisen (Fe) ein unvermeidbares Begleitelement. Schon im Ausgangsmaterial der Herstellung von Aluminium, dem Bauxit, sind erhebliche Gehalte an Fe vorhanden, die je nach Güte des Herstellprozesses in Konzentrationen von bis zu 0,2 Gew.% auch im sogenannten Hüttenaluminium (primäres Al) zu finden sind.
  • Aus ökonomischen und ökologischen Gründen wird bei der Al-Verarbeitung meist ein erheblicher Anteil an Aluminium-Schrott, sogenanntem sekundärem Al, zugesetzt. Über dieses sogenannte Kreislaufmaterial wird, in immer neuen Produktlebenszyklen, Eisen in die Al-Legierungen eingebracht. Diese Eisengehalte sind der Kern der hier vorgestellten Erfindung.
  • Eisen hat bis auf wenige Ausnahmen eine durchwegs negative Wirkung auf die technischen Eigenschaften von Al-Legierungen. Dabei können, je nach Anwendung, typischer Weise gewissen Konzentrationen an Fe toleriert werden, ohne dass die Eigenschaften der Al-Legierungen zu sehr verschlechtert werden. Diese Toleranzgrenze kann bis zu etwa einem Gewichtsprozent reichen, aber für anspruchsvollere Anwendungen auch deutlich darunterliegen. Bei einem Eisengehalt von mehr als 1 Gew.% sind Al-Legierungen dann für die meisten Anwendungen ungeeignet. Deswegen ist der Marktpreis von Al-Legierungen direkt mit dem Fe-Gehalt gekoppelt. Je höher der Eisengehalt liegt, desto höhere Abschläge auf den Preis des Hüttenaluminiums (typischer Weise <0,1-0,2 Gew.% an Fe) sind marktüblich.
  • Die technische Aufgabe, welche durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll, besteht darin, den Eisengehalt in Al-Legierungen abzusenken, um den technischen Nutzen und den Marktwert der Legierung zu erhöhen.
  • Das Problem der Fe-Verunreinigungen in Aluminium ist hinlänglich bekannt und es wurden diverse Verfahren vorgeschlagen und erprobt, um eine Eisenabreicherung des Al zu erzielen. Hier seinen insbesondere Verfahren genannt, die auf der Ausnutzung von Schwer- oder Zentrifugalkraft beruhen. Eisenreiche Phasen in flüssigem Al weisen eine höhere Dichte als die Restschmelze auf und können deswegen prinzipiell separiert werden. Alternativ wurde Verfahren vorgeschlagen und untersucht, die auf dem Einsatz elektromagnetischer Felder beruhen und den gleichen Trenneffekt erzielen sollen. Gleichermaßen wurden andere bekannte Verfahren zur Stoff- und Phasentrennung, für die Eisenabreicherung von Aluminium vorgeschlagen, hier seinen noch Filtration und Sedimentation genannt.
  • All diesen Verfahren ist gemeinsam, dass Sie zwar ein gewisses Potential aufweisen und teilweise im Labormaßstab erfolgreich erprobt wurden, sich aber bisher nicht am Markt etabliert haben. Hauptursachen sind technische Probleme bei der Umsetzung der Verfahren sowie deren nicht ausreichenden Wirkungsgrade. Deswegen ist es bis heute Stand der Technik, zu hohe Fe-Konzentrationen in Al-Legierungen durch die Verdünnung mit Hüttenaluminium zu kompensieren.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zum zumindest teilweisen Entfernen von Eisen aus einer Aluminiumschmelze zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zum zumindest teilweisen Entfernen von Eisen aus einer Aluminiumschmelze, mit den Schritten:
    • Erzeugen einer thixotropen Aluminiumschmelze, welche eine flüssige und eine feste Phase enthält, und
    • Abtrennen der flüssigen Phase durch die Einwirkung einer Zentrifugalkraft auf die thixotrope Aluminiumschmelze. Die feste Phase weist hierbei bevorzugt einen höheren Fe-Gehalt auf als die flüssige Phase.
  • Die vorliegende Erfindung löst das Problem der Abtrennung des Eisens durch die Wirkung von Zentrifugalkraft auf ein thixotropes Gemisch aus flüssigem und festem, mit Fe verunreinigtem Aluminium. Durch das Erzeugen einer thixotropen Aluminiumschmelze, welche eine flüssige und eine feste Phase enthält, wird zunächst eine für den Trennprozess günstige Morphologie fester Eisenphasen in einer flüssig verbleibenden Restschmelze erzeugt. Anschließend werden durch die Wirkung der Zentrifugalkraft flüssige von festen Bestandteilen abgetrennt. Ein Großteil des Eisens verbleibt dabei in dem festen Anteil, so dass der flüssige Anteil eine deutlich abgesenkte Konzentration an Eisen im Vergleich zum Ausgangszustand aufweist.
  • Das Vorgehen gemäß der vorliegenden Erfindung nutzt daher eine thixotrope Aluminiumschmelze zur Eisen-Abreicherung und kann daher auch als Thixo-oder Rheo-Separation bezeichnet werden.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die feste Phase zurückgehalten und die flüssige Phase durch Anwendung der Zentrifugalkraft aus der festen Phase abgetrennt. Die vorliegende Erfindung wirkt gemäß diesem Aspekt daher nicht aufgrund der Dichteunterschiede von flüssiger und fester Phase. Vielmehr bildet die feste Phase eine Struktur, aus welcher die flüssige Phase mittels der Zentrifugalkraft herausgelöst wird. Hierbei wird die Zentrifugalkraft eingesetzt, um die Effekte der Oberflächenspannung der flüssigen Phase, durch welche diese innerhalb der festen Phase verharrt, zu überwinden.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die feste Phase in einer 3-dimensional vernetzten, insbesondere schwammartigen Struktur ausgebildet, aus welcher die flüssige Phase durch Anwendung der Zentrifugalkraft abgetrennt wird, während die feste Phase zurückgehalten wird.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die feste Phase in Form von Partikeln und/oder Agglomeraten ausgebildet, welche sich beim Abtrennen der flüssigen Phase aufeinander abstützen, so dass die flüssige Phase durch Anwendung der Zentrifugalkraft aus den Zwischenräumen zwischen den Partikeln und/oder Agglomeraten abgetrennt wird, während die feste Phase zurückgehalten wird. Insbesondere kann es sich um dreidimensional geformte Partikel und/oder Agglomerate handeln.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die feste Phase in einem Behälter oder Behälterbereich, in welchem die Aluminiumschmelze erzeugt wird, verbleibt.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die flüssige Phase in einen zweiten Behälter oder Behälterbereich abgetrennt wird.
  • Hierdurch liegen am Ende des Abtrennvorgangs die flüssige und die feste Phase in zwei unterschiedlichen Behältern oder Behälterbereichen vor und können hierdurch problemlos getrennt entnommen werden.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist daher vorgesehen, dass die feste Phase darauffolgend aus dem Behälter oder Behälterbereich entnommen wird.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein Rückhalteelement eingesetzt wird, welches die feste Phase zurückhält, während die flüssige Phase abgetrennt wird.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei dem Rückhaltelement um einen Behälter handelt, in welchem die thixotrope Aluminiumschmelze erzeugt wird, und welcher mindestens eine Abflussöffnung für die flüssige Phase aufweist.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Behälter eine sich in Richtung auf eine Abflussöffnung verjüngende Form aufweist.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Behälter einen die Abflussöffnung umgebenden Bodenbereich aufweist.
  • Insbesondere können die sich verjüngende Form und/oder der Bodenbereich ein Rückhalteelement bilden, welches die feste Phase beim Abtrennen der flüssigen Phase zurückhält.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Behälter auf der der Abflussöffnung gegenüberliegenden Seite offen ist, um die zurückgehaltene feste Phase zu entnehmen.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Behälter, in welchem die thixotrope Aluminiumschmelze hergestellt wird, für das Abtrennen der flüssigen Phase in einen Auffangbehälter eingesetzt wird, in welchem die aus der Abflussöffnung des Behälters abfließende flüssige Phase aufgefangen wird.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Auffangbehälter eine sich verjüngende Form aufweist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die thixotrope Aluminiumschmelze in einem Behälter erzeugt wird, wobei das Erzeugen der thixotropen Aluminiumschmelze mit einer ersten Position des Behälters relativ zur Schwerkraft erfolgt, wobei in der ersten Position eine Abflussöffnung des Behälters, über welche die flüssige Phase bei dem Schritt des Abtrennens aus dem Behälter abfließt, relativ zur Schwerkraft auf einer oberen Seite angeordnet ist.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Einsetzen des Behälters in eine Zentrifuge zum Abtrennen der flüssigen Phase aus dem Behälter mit einer zweiten, gegenüber der ersten Position geänderten Position des Behälters relativ zur Schwerkraft erfolgt.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Behälter einen Deckel aufweist, welcher beim Erzeugen der Aluminiumschmelze einen Bodenbereich des Behälters bildet.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Deckel zum Entnehmen der festen Phase aus dem Behälter vom Behälter abgenommen werden kann.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Deckel auf einer der Abflussöffnung des Behälters, über welche die flüssige Phase bei dem Schritt des Abtrennens aus dem Behälter abfließt, gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Behälter ausgehend von der Seite, welche durch den Deckel beim Aufschmelzen verschlossen ist, eine sich verjüngende Form aufweist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Abtrennen der flüssigen Phase über ein Siebelement erfolgt, dessen Öffnungen so klein sind, dass die Aluminiumschmelze nur durch die Schwerkraft und ohne die Einwirkung einer Zentrifugalkraft nicht durch die Öffnungen abfließt.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Öffnungen einen Durchmesser von weniger als 3 mm aufweisen, bevorzugt von weniger als 2 mm.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Öffnungen einen Durchmesser von mehr als 0,01 mm, bevorzugt von mehr als 0,1 mm aufweisen. Die Größe der Löcher ist hierbei von der Größe der Zentrifugalkraft abhängig, welche zum Abtrennen der flüssigen Phase eingesetzt wird, wobei die Größe der Löcher bei steigender Zentrifugalkraft verringert werden kann.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Durchmesser weiter bevorzugt zwischen 0,5 mm und 1 mm liegt. Diese Größe hat sich insbesondere für den Fall, dass eine Zentrifugalkraft zwischen 10 G und 30 G, insbesondere zwischen 15 G und 25 G, auf die Schmelze aufgebracht wird, bewährt.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Siebelement in einen Behälter eingesetzt wird, um einen oberen Bereich, in welchem die thixotrope Aluminiumschmelze hergestellt wird, und in welchem beim Abtrennen die feste Phase zurückgehalten wird, von einem unteren Bereich zur Aufnahme der flüssigen Phase zu trennen.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Siebelement entfernt wird, um die flüssige Phase zu entnehmen. Das Entnehmen der flüssigen Phase erfolgt bevorzugt in flüssigem Zustand, d.h. ohne dass diese nach dem Abtrennen Erstarren würde. Man kann die flüssige Phase jedoch auch zunächst in dem Behälter erstarren lassen, bevor sie aus diesem entnommen wird.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Siebelement über einen ringförmigen Einsatz in den Behälter einsetzbar ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein Rückhalteelement, welches die feste Phase zurückhält, während die flüssige Phase abgetrennt wird, in einen Auffangbehälter eingesetzt wird, welcher die flüssige Phase aufnimmt.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Auffangbehälter, welcher die flüssige Phase aufnimmt, eine sich auf sein verschlossenes Ende hin verjüngende Form aufweist.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die feste Phase nach dem Abtrennen der flüssigen Phase und bevorzugt nach Erstarren aus dem Behälter, in welchem die thixotrope Aluminiumschmelze erzeugt wurde, entnommen wird.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die flüssige Phase nach dem Entfernen der festen Phase und/oder des Abtrennelements entnommen wird, bevorzugt in flüssigem Zustand. Insbesondere wird daher zunächst die feste Phase und das Abtrennelement aus dem Behälter entnommen, und dann die flüssige Phase, wobei das Entnehmen der flüssigen Phase bevorzugt durch ein Ausschütten der flüssigen Phase aus dem Behälter erfolgt.
  • In einer ersten möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei dem Rückhalteelement um einen weiteren Behälter handelt, in welchem die thixotrope Aluminiumschmelze erzeugt wird, und welcher mindestens eine Abflussöffnung für die flüssige Phase aufweist.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der weitere Behälter eine sich in Richtung auf eine Abflussöffnung verjüngende Form aufweist und/oder auf der der Abflussöffnung gegenüberliegenden Seite offen ist, um die zurückgehaltene feste Phase zu entnehmen.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die feste Phase nach dem Abtrennen der flüssigen Phase auf einer einer Abflussöffnung gegenüberliegenden, beim Erzeugen der Aluminiumschmelze durch einen Deckel verschlossenen Seite entnommen wird.
  • In einer zweiten möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei dem Rückhalteelement um ein Siebelement handelt, welches in den ersten Behälter eingesetzt wird, um einen oberen Bereich zum Zurückhalten der festen Phase von einem unteren Bereich zur Aufnahme der flüssigen Phase zu trennen.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die feste Phase nach dem Abtrennen der flüssigen Phase auf einer offenen Seite des Behälters, welche einer geschlossenen Seite, in welcher die flüssige Phase aufgenommen wird, über ein Siebelement gegenüberliegt.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Behälter und/oder der Auffangbehälter und/oder das Abtrennelement und/oder das Siebelement eine keramische Beschichtung aufweist und/oder aus Keramik gefertigt ist.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Zentrifugalkraft über eine Zentrifuge erzeugt wird, in welcher ein mit der thixotropen Aluminiumschmelze befüllter Behälter in Rotation versetzt wird.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine Zentrifugalkraft von mehr als 5 G erzeugt wird, bevorzugt von mehr als 10 G. Beispielsweise kann eine Zentrifugalkraft in einem Bereich zwischen 10 G und 100 G erzeugt werden.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die thixotrope Aluminiumschmelze hergestellt wird, indem eine flüssige Aluminiumschmelze kontrolliert auf eine Zieltemperatur abgekühlt wird.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Abkühlen bevorzugt mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,1 K/sec und 2 K/sec erfolgt.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Behälter mit der Aluminiumschmelze für das kontrollierte Abkühlen in einem beheizten Bereich angeordnet wird, insbesondere über einem Gasofen.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Aluminiumschmelze für eine Haltezeit auf der Zieltemperatur gehalten wird, wobei die Haltezeit bevorzugt zwischen 1 Sekunde und 60 Minuten beträgt. Bevorzugt beträgt die Haltezeit mehr als 10 Sekunden. In einer alternativen Ausgestaltung kann auf eine Haltezeit jedoch auch verzichtet werden.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die flüssige Aluminiumschmelze eine Ausgangstemperatur von mehr als 850°C aufweist.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Zieltemperatur in einem Bereich von 575°C bis 655°C liegt.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die flüssige Aluminiumschmelze zum kontrollierten Abkühlen in einen Behälter gefüllt wird, welcher nach dem Abkühlen in eine Zentrifuge verbracht wird, in welcher die flüssige Phase abgetrennt wird.
  • Die einzelnen Aspekte der vorliegenden Erfindung können miteinander kombiniert werden. Weiterhin können bevorzugte Merkmale, welche zu einem der Aspekte beschrieben wurden, auch zu den weiteren Aspekten zum Einsatz kommen.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde, wobei die Vorrichtung
    • eine Einrichtung zum Erzeugen einer Aluminiumschmelze, welche eine flüssige und feste Phase enthält, und
    • eine Einrichtung zum Aufbringen einer Zentrifugalkraft auf die Aluminiumschmelze, insbesondere eine Zentrifuge, und zum Abtrennen der flüssigen Phase durch die Einwirkung einer Zentrifugalkraft,
    umfasst.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Steuerung und Aktuatoren, welche zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sind, umfasst, insbesondere zum automatisierten Durchführen des Verfahrens. Insbesondere ist die Steuerung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert. Bevorzugt weist die Steuerung hierbei einen Microprozessor sowie einen Speicher auf, in welchem ein Programm mit Befehlen abgespeichert ist, welche bei ihrem Ablaufen auf dem Microprozessor die Vorrichtung veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Siebelement und/oder einen Behälter mit einer Abflussöffnung umfasst, welcher bevorzugt in einen Behälter zur Aufnahme der flüssigen Phase einsetzbar ist.
  • Bevorzugt ist die Vorrichtung so ausgeführt, wie dies bereits oben näher beschrieben wurde.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher beschrieben.
  • Dabei zeigen:
    • Fig. 1:
    Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit Schritten a bis e und
    Fig. 2:
    Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit Schritten a bis e.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Eisen-Abreicherung des Aluminiums zunächst aus dem eisenhaltigen Aluminium eine thixotrope Aluminiumschmelze erzeugt, d. h. eine Aluminiumschmelze mit mindestens einer flüssigen und festen Phase. Hierbei macht sich die vorliegende Erfindung zunutze, dass sich in einer flüssigen Aluminiumschmelze beim Abkühlen zunächst aus dem in der Aluminiumschmelze enthaltenen Eisen feste Eisenphasen bilden, so dass der Eisenanteil in der verbleibenden flüssigen Phase reduziert ist. Durch die erfindungsgemäße Abtrennung der flüssigen Phase von der festen Phase erhält man daher Aluminium mit einem verringerten Eisenanteil.
  • In beiden Ausführungsbeispielen wird die feste Phase zurückgehalten und die flüssige Phase durch Einwirkung der Zentrifugalkraft auf die thixotrope Aluminiumschmelze aus der festen Phase herausgelöst. Insbesondere wird die feste Phase hierfür in einer dreidimensionalen Struktur ausgebildet. Hierbei kann die feste Phase in der thixotropen Aluminiumschmelze entweder in Form von isolierten Al-Fe-Phasen vorliegen, die bei der Extraktion der flüssigen Phase miteinander verhaken und so eine schwammartige Struktur bilden, oder in Form einer dreidimensional vernetzten Struktur, welche bereits in der thixotropen Aluminiumschmelze schwammartig vorliegt. In beiden Fällen können die zurückgehaltene feste Phase und die herausgelöste flüssige Phase getrennt entnommen werden.
  • In beiden Ausführungsbeispielen verbleibt die feste Phase in jenem Behälter oder Behälterbereich, in welchem die thixotrope Aluminiumschmelze hergestellt wurde, während die flüssige Phase in einen anderen Behälter oder Behälterbereich abgetrennt wird. Die beiden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich jedoch im Hinblick auf die korrekte Verfahrensführung und das Abtrennelement, welches die feste Phase zurückhält.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Extraktionstiegel 1 verwendet, in welchen ein Sieb 3 eingesetzt wird. Im konkreten Ausführungsbeispiel ist hierfür ein ringförmiger Einsatz 2 vorgesehen, über welchen das Siebelement 3 im Extraktionstiegel 1 angeordnet wird. Das Siebelement 3 teilt den Extraktionstiegel 1 im eingesetzten Zustand in einen oberen und unteren Bereich auf. Der Extraktionstiegel 1 läuft in Richtung auf seinen Boden konisch zu. Der Extraktionstiegel 1 im unbefüllten Zustand ist in Schritt a dargestellt.
  • In Schritt b wird eine flüssige, eisenhaltige Aluminiumschmelze 4, welche bevorzugt eine Temperatur von über 850 °C aufweist, in den oberen Bereich des Extraktionstiegels 1 oberhalb des Siebelementes 3 eingefüllt.
  • Die Löcher des Siebelementes 3 sind so dimensioniert, dass die Aluminiumschmelze allein aufgrund der Schwerkraft nicht durch das Siebelement abfließt. Vielmehr verhindert die Oberflächenspannung der Aluminiumschmelze, dass diese durch die Löcher des Siebelementes hindurchfließt. Bevorzugt weisen die Löcher einen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 1 mm auf. Das Siebelement 3 kann beispielsweise als keramisches Element aus Vollkeramik oder als eine keramisch beschichtete Metallplatte ausgeführt sein. Im Ausführungsbeispiel sind die Löcher hierbei auf ein Verfahren abgestimmt, in welchem eine Zentrifugalkraft von 20 G aufgebracht wird. Bei einer höheren Zentrifugalkraft können die Löcher kleiner gewählt werden.
  • Nunmehr erfolgt in Schritt c ein kontrolliertes Abkühlen der flüssigen Aluminiumschmelze, um diese in einen thixotropen Zustand zu überführen. Im thixotropen Zustand weist die Aluminiumschmelze 5 sowohl feste als auch flüssige Bestandteile auf. Insbesondere weist die thixotrope Schmelze ein AlFe-Skelett oder AlFe-Partikel oder AlFe-Agglomerate als feste Phase auf, in und/oder zwischen welchen die flüssige Phase, welche einen geringeren Eisenanteil aufweist, verbleibt.
  • Das kontrollierte Abkühlen erfolgt bevorzugt mit einer Rate von 0,1 bis 2 Kelvin/sec. Das Abkühlen erfolgt auf eine Zieltemperatur, welche vom Eisenanteil und der weiteren Zusammensetzung in der Ausgangsschmelze abhängt. Beispielsweise kann die Zieltemperatur zwischen 575 und 655 °C liegen. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Zieltemperatur zwischen 600 und 603 °C liegen. Das Abkühlen erfolgt bevorzugt in einem Ofen, beispielsweise einem Umluftofen.
  • Wurde die thixotrope Aluminiumschmelze 5 in Schritt c hergestellt, wird der Extraktionstiegel 1 zur Extraktion der flüssigen Phase in eine Zentrifuge transferiert. Wie in Schritt d dargestellt, wirkt eine Zentrifugalkraft auf die thixotrope Schmelze 5 in einer Richtung, welche zum Boden des Extraktionstiegels weist. Hierdurch fließt die flüssige Phase 7 durch die Öffnungen im Siebelement 3 in den unteren Behälterbereich, während die feste Phase 6 zurückgehalten wird und im oberen Tiegelbereich verbleibt.
  • Nach dem Erstarren des AlFe-Skelettes 6 und der abgereicherten flüssigen Phase 7 werden in Schritt e beide Phasen getrennt aus dem Extraktionstiegel 1 entnommen. Hierfür wird zunächst die feste Phase 7 aus dem oberen Behälterbereich entnommen. Nach dem Entnehmen des Siebelementes 3 sowie des Einsatzes 2 kann auch die flüssige, abgereicherte Aluminiumphase 7 aus dem unteren Behälterbereich entnommen werden. Das Entnehmen der flüssigen abgereicherten Aluminiumphase 7 aus dem unteren Behälterbereich erfolgt bevorzugt, während diese noch flüssig ist, insbesondere durch Ausschütten aus dem Behälter. Alternativ könnte die flüssige Phase jedoch auch im Behälter erstarren und im erstarrten Zustand entnommen werden.
  • Das in Fig. 1 eingesetzte Ausführungsbeispiel kann auch dann eingesetzt werden, wenn die feste Phase 6 keine stabile Struktur aufweist, da sie über das Siebelement gestützt und zurückgehalten wird. Insbesondere kommt sie daher zum Einsatz, wenn die feste Phase 6 in der thixotropen Aluminiumschmelze in Form von isolierten globularen oder agglomerierten Al-Fe-Phasen vorliegt, oder die dreidimensional vernetzte, schwammartige Struktur keine ausreichende Festigkeit aufweist.
  • Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, welches insbesondere dann zum Einsatz kommen kann, wenn die feste Phase 6 so erzeugt wird, dass sie eine stabile, selbsttragende Struktur aufweist.
  • Hierbei kommt ein Extraktionstiegel 1 mit einem abnehmbaren Bodendeckel 2 zum Einsatz, wie sie in Schritt a gezeigt sind. Auf der dem Bodendeckel 2 gegenüberliegenden Seite befindet sich eine Abflussöffnung 3. Der Extraktionstiegel 1 läuft in Richtung auf die Abflussöffnung 3 konisch zu, wobei ein Randbereich des dem Bodendeckel 2 gegenüberliegenden Bodens die Abflussöffnung 3 kragenförmig umgibt.
  • Wie in Schritt b dargestellt wird der Extraktionstiegel 1 mit aufgesetztem Bodendeckel 2 so angeordnet, dass sich die Abflussöffnung 3 oben und die durch den Bodendeckel 2 geschlossene gegenüberliegende Öffnung unten befindet. Der Extraktionstiegel 1 wird nun über die Abflussöffnung 3 mit einer flüssigen Aluminiumschmelze befüllt, welche wiederum bevorzugt eine Temperatur von mehr als 850 °C aufweist. In diesem Zustand bildet der Bodendeckel 2 daher den Boden des Extraktionstiegels, während die Abflussöffnung 3 als Zuflussöffnung dient.
  • Die flüssige Aluminiumschmelze 4 wird nun Schritt c abgekühlt. Das Abkühlen erfolgt dabei in gleicher Weise, wie dies bereits oben mit Blick auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Durch das kontrollierte Abkühlen wird eine thixotrope Schmelze 5 in dem Extraktionstiegel 1 erzeugt. Hierbei bildet sich die feste Phase sich bevorzugt in Form eines festen Schwamms an Fe-reichen Phasen aus, der auch während des dann folgenden Zentrifugalprozesses im Wesentlichen unverändert zusammenhält.
  • Für die in Schritt d erfolgende Zentrifugalextraktion wird der Extraktionstiegel 1 nun mit der Abflussöffnung 3 nach unten in einen Auffangbehälter 8 eingesetzt.
  • Der Auffangbehälter 8 ist ebenfalls konusförmig und so dimensioniert, dass sich unterhalb der Extraktionsöffnung 3 des in den Auffangbehälter eingesetzten Extraktionstiegels 1 im Auffangbehälter 8 ein zweiter Behälterbereich ergibt, in welchen die flüssige Phase der thixotropen Aluminiumschmelze abfließen kann.
  • Zum Einsetzen des Extraktionstiegels 1 in den Auffangbehälter 8 wird der Extraktionstiegel 1 daher um 180 °C gedreht, so dass sich die Abflussöffnung 3 auf der Unterseite, der Bodendeckel 2 dagegen oben befindet und damit einen Deckelbereich bildet.
  • Die Zentrifugation erfolgt dann in der Weise, dass die Zentrifugalkräfte ausgehend von dem Extraktionstiegel 1 durch die Abflussöffnung 3 in den unteren Bereich des Auffangbehälters 8 wirken. Die feste Phase 6 wird im Extraktionstiegel 1 zurückgehalten, während die flüssige Phase durch die Wirkung der Zentrifugalkraft in den unterhalb des Extraktionstiegels 1 verbleibenden Bereich des Auffangbehälters 8 abfließt.
  • Nach dem Erstarren der festen Phase 6 und der flüssigen Phase 7 werden diese wie in Schritt e gezeigt entnommen. Hierfür wird zunächst der Extraktionstiegel 1 aus dem Auffangbehälter 8 entnommen und nach dem Öffnen des Bodendeckels 2 der AlFe-Schwamm 6 entnommen. Aus dem unteren Bereich des Auffangbehälters 8 wird die flüssige Phase 7 mit abgereichertem Aluminium entnommen. Das Entnehmen der flüssigen abgereicherten Aluminiumphase 7 aus dem unteren Behälterbereich erfolgt wiederum bevorzugt, während diese noch flüssig ist, insbesondere durch Ausschütten aus dem Behälter. Alternativ könnte die flüssige Phase jedoch auch im Behälter erstarren und im erstarrten Zustand entnommen werden.
  • Die in den beiden Ausführungsbeispielen eingesetzten Elemente, welche mit der Schmelze in Kontakt kommen, d.h. insbesondere der Extraktionstiegel 1, der Einsatz 2, das Siebelement 3 und/oder der Auffangbehälter 8 weisen bevorzugt eine keramische Beschichtung auf und/oder sind aus Keramik gefertigt.
  • Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung erzeugten festen Al-Fe-Phasen müssen so beschaffen sein, dass das flüssige Al zu hohen Anteilen "herausschleuderbar" ist.
  • Dafür ist die Morphologie dieser Phasen entscheidend. Entstehen z. B. isolierte Platten, so legen sich diese quer zum herausströmenden Al und verstopfen den Weg des Al, die Trennung gelingt nur unzulänglich. Das Gleiche passiert, wenn ein 3-D-Schwamm erzeugt wird, der aber durch die Zentrifugalkräfte zerbricht.
  • Günstig für die Zentrifugal-Phasentrennung sind daher entweder isolierte und möglichst große Al-Fe-Phasen oder ein stabiler Schwamm. Beide Fälle können durch die Kontrolle der Phasenbildung bei der Entmischung gezielt eingestellt werden.
  • Für den erste Ausgestaltung der Al-Fe-Phase in Form von isolierten und möglichst großen Al-Fe-Phasen kommt bevorzugt das erste Ausführungsbeispiel zum Einsatz, bei der Schwamm-Lösung bevorzugt das zweite Ausführungsbeispiel.
  • Isolierte Phasen können in Form von globularen Partikeln vorliegen oder als Schwamm-Agglomerate, die zunächst nicht verbunden sind. In beiden Fällen werden diese am Filtersieb zurückgehalten und verhaken, ohne aber die Fließwege zu blockieren.
  • Bei der Schwamm-Lösung werden bevorzugt Al-Fe-Platten erzeugt, die mit einander verwachsen. Diese bilden so in etwa eine Korallen-Struktur. Durch diese hindurch kann dann das gereinigte Al gut abfließen, ohne dass die Schwammstruktur zerbrochen oder von der Schmelze mitgetragen würde.
  • Beide Ausführungsbeispiele ermöglichen damit eine effektive Abreicherung von Eisen aus einer Aluminiumschmelze und machen sich dabei die Eigenschaften der thixotropen Aluminiumschmelze zunutze, um die flüssige Phase von der festen Phase zu trennen.
  • Das erste Ausführungsbeispiel kommt hierbei bevorzugt bei der Abreicherung von Aluminium mit einem bereits relativ niedrigem Eisenanteil von beispielsweise weniger als 2 Gew. % oder 1 Gew. % zum Einsatz, z. B. für eine Reduzierung der Fe-Konzentration von 0,7 auf 0,3 Gew. %. In diesem Bereich bilden sich keine stabilen Schwämme, sondern es bilden sich 3-D Skelette, die beim Zentrifugieren brechen oder isolierte Inseln mit Fe-Phasen. Daher kommt es während des Zentrifugierens zu einer Wanderung der Fe-Phasen zusammen mit der Rest-Schmelze. Das Siebelement hält diese festen Phasen zurück und lässt die Schmelze durch. Oberhalb des Siebelements entsteht hierbei ein Filterkuchen aus Fe-reichen Phasen.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel kommt bevorzugt bei der Abreicherung von Aluminium mit einem höheren Eisenanteil von beispielsweise mehr als 2 Gew. % zum Einsatz, z.B. bei einem Anteil von 2 bis 5 Gew. % Eisen. Dort bildet sich bei entsprechender Prozessführung ein fester Schwamm an Fe-reichen Phasen aus, der auch während des Zentrifugalprozesses im Wesentlichen unverändert zusammenhält, so dass auf ein Siebelement verzichtet werden kann.

Claims (15)

  1. Verfahren zum zumindest teilweisen Entfernen von Eisen aus einer Aluminiumschmelze, mit den Schritten:
    - Erzeugen einer thixotropen Aluminiumschmelze, welche eine flüssige und eine feste Phase enthält, und
    - Abtrennen der flüssigen Phase durch die Einwirkung einer Zentrifugalkraft auf die thixotrope Aluminiumschmelze.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die feste Phase zurückgehalten und die flüssige Phase durch Anwendung der Zentrifugalkraft abgetrennt wird, wobei die feste Phase bevorzugt in einem Behälter oder Behälterbereich, in welchem die Aluminiumschmelze erzeugt wird, verbleibt und bevorzugt darauffolgend aus diesem entnommen wird, wobei die feste Phase bevorzugt in Form einer 3-dimensional vernetzten, insbesondere schwammartigen Struktur und/oder als Partikel und/oder Agglomerate, welche sich beim Abtrennen der flüssigen Phase aufeinander abstützen, ausgebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Rückhalteelement eingesetzt wird, welches die feste Phase zurückhält, während die flüssige Phase abgetrennt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei es sich bei dem Rückhaltelement um einen Behälter handelt, in welchem die thixotrope Aluminiumschmelze mit einer festen und einer flüssigen Phase erzeugt wird, und welcher mindestens eine Abflussöffnung für die flüssige Phase aufweist, wobei der Behälter bevorzugt eine sich in Richtung auf eine Abflussöffnung verjüngende Form aufweist und/oder auf der der Abflussöffnung gegenüberliegenden Seite offen ist, um die zurückgehaltene feste Phase zu entnehmen, wobei bevorzugt der Behälter, in welchem die thixotrope Aluminiumschmelze hergestellt wird, für das Abtrennen der flüssigen Phase in einen Auffangbehälter eingesetzt wird, in welchem die aus der Abflussöffnung des Behälters abfließende flüssige Phase aufgefangen wird, wobei der Auffangbehälter bevorzugt eine sich verjüngende Form aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die thixotrope Aluminiumschmelze in einem Behälter erzeugt wird, und wobei das Erzeugen der thixotropen Aluminiumschmelze mit einer ersten Position des Behälters relativ zur Schwerkraft erfolgt, wobei in der ersten Position eine Abflussöffnung des Behälters, über welche die flüssige Phase bei dem Schritt des Abtrennens aus dem Behälter abfließt, relativ zur Schwerkraft auf einer oberen Seite angeordnet ist, wobei bevorzugt das Einsetzen des Behälters in eine Zentrifuge zum Abtrennen der flüssigen Phase aus dem Behälter mit einer zweiten, gegenüber der ersten Position geänderten Position des Behälters relativ zur Schwerkraft erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Behälter einen Deckel aufweist, welcher beim Erzeugen der Aluminiumschmelze einen Bodenbereich des Behälters bildet und/oder welcher zum Entnehmen der festen Phase aus dem Behälter vom Behälter abgenommen werden kann, wobei bevorzugt der Deckel auf einer der Abflussöffnung des Behälters, über welche die flüssige Phase bei dem Schritt des Abtrennens aus dem Behälter abfließt, gegenüberliegenden Seite angeordnet ist und/oder wobei der Behälter ausgehend von der Seite, welche durch den Deckel beim Aufschmelzen verschlossen ist, eine sich verjüngende Form aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Abtrennen der flüssigen Phase über ein Siebelement erfolgt, dessen Öffnungen so klein sind, dass die Aluminiumschmelze nur durch die Schwerkraft und ohne die Einwirkung einer Zentrifugalkraft nicht durch die Öffnungen abfließt, wobei bevorzugt die Öffnungen einen Durchmesser von weniger als 3 mm aufweisen, bevorzugt von weniger als 2 mm, und/oder wobei bevorzugt die Öffnungen einen Durchmesser von mehr als 0,01 mm, bevorzugt von mehr als 0,1 mm aufweisen, wobei der Durchmesser weiter bevorzugt zwischen 0,5 mm und 1 mm liegt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Siebelement in einen Behälter eingesetzt wird, um einen oberen Bereich, in welchem die thixotrope Aluminiumschmelze hergestellt wird, und in welchem beim Abtrennen die feste Phase zurückgehalten wird, von einem unteren Bereich zur Aufnahme der flüssigen Phase zu trennen, wobei das Siebelement bevorzugt entfernt wird, um die flüssige Phase zu entnehmen, bevorzugt nach deren Erstarren.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein Rückhalteelement, welches die feste Phase zurückhält, während die flüssige Phase abgetrennt wird, in einen Auffangbehälter eingesetzt wird, welcher die flüssige Phase aufnimmt, wobei bevorzugt der Auffangbehälter, welcher die flüssige Phase aufnimmt, eine sich auf sein verschlossenes Ende hin verjüngende Form aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei es sich bei dem Rückhalteelement um ein Siebelement handelt, welches in den ersten Behälter eingesetzt wird, um einen oberen Bereich zum Zurückhalten der festen Phase von einem unteren Bereich zur Aufnahme der flüssigen Phase zu trennen, und/oder wobei es sich bei dem Rückhalteelement um einen weiteren Behälter handelt, in welchem die Aluminiumschmelze mit einer festen und einer flüssigen Phase erzeugt wird, und welcher mindestens eine Abflussöffnung für die flüssige Phase aufweist, wobei der weitere Behälter bevorzugt eine sich in Richtung auf eine Abflussöffnung verjüngende Form aufweist und/oder auf der der Abflussöffnung gegenüberliegenden Seite offen ist, um die zurückgehaltene feste Phase zu entnehmen.
  11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Behälter und/oder das Abtrennelement und/oder der Auffangbehälter und/oder das Siebelement eine keramische Beschichtung aufweist und/oder aus Keramik gefertigt ist und/oder wobei die Zentrifugalkraft über eine Zentrifuge erzeugt wird, in welcher ein mit der thixotropen Aluminiumschmelze befüllter Behälter in Rotation versetzt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die feste Phase nach dem Abtrennen der flüssigen Phase und bevorzugt nach Erstarren aus dem Behälter, in welchem die thixotrope Aluminiumschmelze erzeugt wurde, entnommen wird, insbesondere auf einer einer Abflussöffnung gegenüberliegenden, beim Erzeugen der thixotropen Aluminiumschmelze durch einen Deckel verschlossenen Seite, oder auf einer offenen Seite des Behälters, welche einer geschlossenen Seite, in welcher die flüssige Phase aufgenommen wird, über ein Siebelement gegenüberliegt, und/oder wobei die flüssige Phase nach dem Entfernen der festen Phase und/oder des Abtrennelements entnommen wird, bevorzugt in flüssigem Zustand.
  13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die thixotrope Aluminiumschmelze hergestellt wird, indem eine flüssige Aluminiumschmelze kontrolliert auf eine Zieltemperatur abgekühlt wird, wobei das Abkühlen bevorzugt mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,1 K/sec und 2 K/sec erfolgt, und wobei die Aluminiumschmelze bevorzugt für eine Haltezeit auf der Zieltemperatur gehalten wird, wobei die Haltezeit bevorzugt zwischen 1 Sekunde und 60 Minuten beträgt, und/oder wobei bevorzugt die flüssige Aluminiumschmelze eine Ausgangstemperatur von mehr als 850°C aufweist und/oder wobei bevorzugt die Zieltemperatur in einem Bereich von 575°C bis 655°C liegt und/oder wobei bevorzugt die flüssige Aluminiumschmelze zum kontrollierten Abkühlen in einen Behälter gefüllt wird, welcher nach dem Abkühlen in eine Zentrifuge verbracht wird, in welcher die flüssige Phase abgetrennt wird.
  14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vorrichtung
    - eine Einrichtung zum Erzeugen einer thixotropen Aluminiumschmelze, welche eine flüssige und feste Phase enthält, und
    - eine Einrichtung zum Aufbringen einer Zentrifugalkraft auf die thixotrope Aluminiumschmelze, insbesondere eine Zentrifuge, und zum Abtrennen der flüssigen Phase durch die Einwirkung einer Zentrifugalkraft,
    umfasst.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung eine Steuerung und Aktuatoren, welche zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche eingerichtet sind, umfasst, insbesondere zum automatisierten Durchführen des Verfahrens, und/oder wobei die Vorrichtung ein Siebelement und/oder einen Behälter mit einer Abflussöffnung umfasst, welcher bevorzugt in einen Behälter zur Aufnahme der flüssigen Phase einsetzbar ist.
EP22190250.5A 2022-08-12 2022-08-12 Verfahren zum entfernen von eisen aus einer aluminiumschmelze Pending EP4321638A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22190250.5A EP4321638A1 (de) 2022-08-12 2022-08-12 Verfahren zum entfernen von eisen aus einer aluminiumschmelze

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22190250.5A EP4321638A1 (de) 2022-08-12 2022-08-12 Verfahren zum entfernen von eisen aus einer aluminiumschmelze

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4321638A1 true EP4321638A1 (de) 2024-02-14

Family

ID=82932615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22190250.5A Pending EP4321638A1 (de) 2022-08-12 2022-08-12 Verfahren zum entfernen von eisen aus einer aluminiumschmelze

Country Status (1)

Country Link
EP (1) EP4321638A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102069147A (zh) * 2011-01-30 2011-05-25 南昌航空大学 铝合金熔体离心力场多种过滤介质复合过滤方法
CN110819822A (zh) * 2019-09-17 2020-02-21 牛强 一种电热炼铝的装置
CN113621823A (zh) * 2021-08-13 2021-11-09 西安交通大学 一种高效蒸馏法制备高纯金属或者合金的方法与装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102069147A (zh) * 2011-01-30 2011-05-25 南昌航空大学 铝合金熔体离心力场多种过滤介质复合过滤方法
CN110819822A (zh) * 2019-09-17 2020-02-21 牛强 一种电热炼铝的装置
CN113621823A (zh) * 2021-08-13 2021-11-09 西安交通大学 一种高效蒸馏法制备高纯金属或者合金的方法与装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112007000673T5 (de) Magnesiumlegierung mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit und Verfahren zu deren Herstellung
DE3418019C2 (de)
DE2704376C3 (de) Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung graphithaltiger Kupferlegierungen
DE102017100836B4 (de) Gießverfahren
DE2510853A1 (de) Kontinuierliches verfahren zum erzeugen einer nichtdendritische primaere festteilchen enthaltenden legierung
DE60024142T2 (de) Giesssystem und giessverfahren für hochreinen und feinkörnigen metallguss
DE2002894A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Superlegierungen
EP0554808B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Metallegierungen
DE1558507A1 (de) Neue Nickel-Legierung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3810218C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines leitfähigen Verbundmaterials und daraus erhältliches elektrisches Kontaktmaterial
DE60036646T2 (de) Giesssysteme und verfahren mit hilfskühlung der flüssigen oberfläche der giesskörper
CH646999A5 (de) Gegenstand aus einer hochfesten aluminiumlegierung und verfahren zu seiner herstellung.
WO1995005490A1 (de) Schmelzebehandlungsmittel, seine herstellung und verwendung
DE102004038280B4 (de) Verfahren zum Herstellen von Feinstlotpulvern
EP4321638A1 (de) Verfahren zum entfernen von eisen aus einer aluminiumschmelze
DE3618531C2 (de)
DE2339747B2 (de) Verfahren zur herstellung einer fluessig-fest-legierungsphase ausserhalb der giessform fuer giessprozesse
EP0627384B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines Kaliumchloridgemenges
DE19800433C2 (de) Stranggießverfahren zum Vergießen einer Aluminium-Gleitlagerlegierung
EP1217084A2 (de) Vorrichtung zur Filtration von und Zugabe von Kornfeinungsmittel zu Metallschmelzen
WO2001055464A1 (de) Druckgiessverfahren und vorrichtung zu seiner durchführung
DE19910365C1 (de) Verfahren zur Herstellung von Preßlingen als Zwischenprodukt für die Fertigung von endformnahen Bauteilen sowie derartige Preßlinge
EP0626458A1 (de) Verfahren zur Gewinnung der metallischen Phase aus dispersen Mischungen aus Leichtmetallen und nichtmetallischen Komponenten
DE10202417B9 (de) Verfahren zur Herstellung eines Beschickungsmaterials zur Verwendung in metallurgischen Verfahren
DE102009036298A1 (de) Verwendung von pulvermetallurgischem Vormaterial zur Herstellung einer Legierung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR