NO131999B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for utvinning av aluminium ved subhalogenid-destillasjon.

Nærværende oppfinnelse vedrører subhalogeniddestillasjon av aluminium fra legeringer som inneholder aluminium ved forvarmning av chargen i den øvre del av en ovn hvor chargen danner motstanden. Oppfinnelsen vedrører særlig en forbedret fremgangsmåte for oppvarmning av legeringen og omdannelsen av aluminiumet i denne til subhalogenid form ved reaksjon med aluminiumhalogeniddamp.

Ved en foretrukken måte for å utføre subhalogenidprosessen oppvarmes aluminiumlegeringen i oppdelt fast form i en egnet konverter eller ovn og behandles med et alummiumhalogenid i gassformet tilstand, f. eks. aluminiumtriklorid eller -tri-bromid, dvs. A1C1;! eller Al Br... Ver egnet temperatur, vanligvis i området ca. 1000° C og oppover, og under egnet trykk, som ofte kan være under atmosfæretrykk, rea-gerer det gassformede aluminiumhalogenid med aluminiumet i legeringsmaterialet og gir et gassformet aluminiumsubhalogenid, f. eks. et monohalogenid. Omdannelsesreaksjonen, hvor behandlingsdampen er aluminiumtriklorid, anses således vanligvis for å være den rever se reaksjon av en slik forbindelse med aluminium, hvilken gir aluminiummonoklorid. Reaksjonen er sterkt endoterm og meget varme må til-føres til aluminiumlegeringen for å holde den ved en tilstrekkelig forhøyet reaksjonstemperatur.

Gassen eller dampen som trekkes ut fra legeringsmaterialene under behandling

inneholder aluminiumsubhalogenid sam-men med ikke reagert halogenid, f. eks. aluminiumtriklorid. Den gassformede blan-

ding føres til et kondenseringsområde som har en egnet lavere temperatur, hvor den reverse reaksjon inntrer, og subhalogenidet omdannes til aluminium og normalt alummiumhalogenid og ,meget varme utvikles. Det metalliske aluminium avsetter seg på kondenserens overflate, mens det gassformede normale halogenid føres bort eller kanskje kondenseres på koldere overflater for gjenvinning eller gjentatt bruk. Ved denne subhalogeniddestillasjon kan meget rent eller relativt rent aluminium oppnåes fra urent metall eller også fra materialer som inneholder en større mengde andre komponenter enn aluminium.

Det materiale som inneholder aluminiumet kan bringes til ønsket høy temperatur og holdes der under halogenidbe-handlingen ved elektrisk motstandsoppvarmning, dvs. ved å føre elektrisk strøm direkte gjennom det. Den gjennomtrenge-lige masse av granulert materiale kan f. eks. være anbragt i et ildfast foret kar eller ovn, som har indre elektrode anbragt i avstand fra hinannen, og mellom hvilke strømmen flyter. Slike konvertere eller ov-ner kan være av opprettstående sjakttype med ringformede elektroder anordnet i vertikal avstand fra hverandre og ned-dykket i materialet og med anordninger for innføring av aluminiumtrikloriddam-pen og uttakning av produktgassen og for å fjerne anvendt fast materiale, og for å innføre ytterligere mengder av ikke reagert legering. Legeringsmaterialet fremstilles hensiktsmessig i en granulær form, som kan være fra grovt pulver (eller fine granuler) til relativt store klumper, og graden og karakteren av oppdelingen er avhengig av den nødvendige porøsitet for gassene og tilstrekkelig stor overflate hos det faste materiale for å fremskaffe tilstrekkelig hastighet for fjerning av aluminium. Det er blitt foreslått å innføre den ikke reagerte halogenidgass ved en ende av det faste materiale og ta ut subhalogenidholdig gass fra en sterkt oppvarmet sone av massen, støtende opp til den elektrode som er anordnet lengst fra stedet for inn-føring av innløpsgassen, og prinsippet for slik behandling er å fjerne gassen ved en sone med maksimal temperatur for å oppnå størst økonomi ved separeringen av aluminium i subhalogenidform.

Anvendelsen av elektrisk motstandsoppvarmning for å tilføre varmeenergi for den endoterme reaksjon i konverteren anses å eliminere vanskeligheter, som ville oppstå ved visse andre måter for varmetil-førsel. F. eks. utelukker reaksjonens natur anvendelse av direkte fyring og andre anordninger som utsetter materialet for for-brenning eller forbrenningsprodukter. Yttre oppvarmning ved hvilken varmen føres gjennom konverterens vegger fra en lokal kilde er uønsket for å fremskaffe den store mengde varmeenergi som reaksjonen må forbruke etterhvert som den skrider frem. Med yttre oppvarmning anvendt på chargen i reaksjonssonen, med oppvarmningsmidler rundt konverten eller også ved opp-varmningselementer lagt inn eller på annen måte oppsatt for chargen, er det vanskelig å oppnå den nødvendige varme-overføringshastighet uten å forårsake betraktelige temperaturvariasjoner og det er tilsvarende vanskelig å unngå lav termisk effektivitet. Hvis det er store temperaturvariasjoner mellom forskjellige steder i chargen vil der enten være steder med u-ønsket lav temperatur, hvor der er liten omdannelse av aluminium til subhalogenid (eller også avsetning av metall fra subhalogenid fremstilt annet sted) eller der vil være noen steder holdt ved usedvanlig høy temperatur, med mulig uheldig smelt-ning av satsmaterialet.

Skjønt indre motstandsoppvarmning, med en elektrisk flyt tilført på en måte som ville forventes å fordele dens strøm gjennom chargen, skulle fjerne forannevnte vanskeligheter, har oppfinnerne funnet at meget ujevn strømfordeling opptrer, med store temperaturdifferanser, av usymme-trisk og ikke forutsebar art, på forskjellige steder i chargen. Oppfinnerne har også erkjent at disse ikke ensartede strømbetin-gelser, med lokal overoppvarmning og store temperaturvariasjoner, oppstår når koldt chargemateriale bringes opp til reaksjonstemperatur (som må gjøres kontinuerlig ved en kontinuerlig behandling) og har også tendens til å fortsette etter at materialet er blitt bragt til reaksjonstemperatur. Tilstanden ved ujevn oppvarmning kan være så alvorlig at den leder til agglome-rering i chargen på grunn av lokal sam-mensmeltning.

Oppfinnerne har videre erkjent at disse vanskeligheter kan unngåes og at de til-siktede fordeler ved indre motstandsoppvarmning kan oppnåes ved å forvarme chargeringsmaterialet til eller over en spesiell temperatur (som har spesiell forbindelse til materialets natur som forklart foran) ved yttre eller annen direkte tilfør-sel av varmeenergi og tilføres resten av varmeenergien ved indre motstandsoppvarmning av satslegeringen. Alle de forannevnte ulemper elimineres og i det vesentlige mere effektiv og tilstrekkelig oppvarmning kan oppnåes for omdannelsen av aluminium til subhalogenid enn hva som er blitt funnet å være mulig enten ved yttre oppvarmning alene eller motstandsoppvarmning alene.

Visse aluminiumholdige legeringer eller liknende metalliske materialer av den art på hvilke subhalogeniddestillasjonen anvendes har en sterkt negativ temperaturkoeffisient for spesifikk motstand over et betraktelig område for forhøyede temperaturer. Legeringer inneholdende aluminium (med over og under 50 pst.) og vesentlige mengder av slike elementer som jern og silisium såvel som titan og karbon, kan f. eks. ha en spesifikk motstand som faller hurtig ved økning av temperaturen, f. eks. over et område fra romtemperatur opp til ca. 1000° C. Under disse forhold viser det seg at ved direkte elektrisk strøm-oppvarmning gjennom en frisk mengde eller sats av granulært legeringsmateriale er slikt materiale gjenstand for alvorlige strømkanaldannelser, som forårsaker meget ujevne temperaturbetingelser og lokal overopphetning, slik som beskrevet foran, og har tendens til å bestå i chargen selv etterat reaksjonstemperaturene er blitt oppnådd.

I slike tilfeller vil den elektriske strøm ha tendens til å flyte bare langs begren-sede veier fordi såsnart som oppvarmning langs en enkelt vei er begynt, faller motstanden og nevnte vei vil derfor sterkt favoriseres for passasje av strømmen. Som følge av slik kanaldannelse oppstår en relativt utilstrekkelig oppvarmning og bare en mindre del av den hele sats oppvarmes til ønsket reaksjonstemperatur, slik som 1100° C—1200° C og mer. Hvis materialet imidlertid på forhånd er oppvarmet til en temperatur i det minste lik med den øvre grense for området over hvilket materialet har en sterkt negativ temperaturkoeffisient for motstandsevnen (som forklart foran), er der ingen grunn for at kanaldannelse skal begynne eller bygge seg opp. Følge-lig kan den totale masse i reaksjonssonen lett holdes ved den ønskede høye temperatur ved elektrisk motstandsoppvarmning, for den betraktelige tid som kan være nød-vendig for reaksjon med den gjennomlø-pende strøm av aluminiumhalogenidgass.

Denne forvarmning av den granulære legering eller liknende kan utføres ved yttre oppvarmningsmidler gjennom behol-derveggen eller ved stråling eller ved sir-kulering av oppvarmet væske. Generelt kan således enhver metode for tilføring av varme som sådan fra en yttre kilde, f. eks. ved ledning, konveksjon eller stråling anvendes, og slike metoder defineres her som yttre oppvarmning i motsetning til indre motstandsoppvarmning hvor varmeenergien fremstilles direkte fra elektrisk strøm, som strømmer gjennom selve materialet. F. eks. kan det kalde satsmateriale eller følgende mengder av det ved en kontinuerlig fremgangsmåte foroppvarmes ved varmeelementer, f. eks. elektrisk energiserte oppvarmerstenger eller liknende, anordnet i strålende eller termisk ledende forbindelse med materialene. Satslegeringen kan effektivt bringes til den ønskede for-varmningstemperatur ved yttre midler uten noen ugunstig virkning av vesentlige temperaturgradienter. I forvarmningstrin-net behøver materialet bare å bringes opp til den ønskede høye temperatur, og dette kan oppnåes tilstrekkelig ensartet ved yttre oppvarmning, siden der ikke er noe ut-tak av varmeenergi ved reaksjonen.

Følgelig består oppfinnelsen i generell henseende i de suksessive trinn først å bringe fast aluminiumlegering eller liknende materiale av beskreven karakter opp til en ønsket temperatur (i det minste tilstrekkelig høy til å unngå noen vesentlig stor negativ temperaturkoeffisient for spesifikk motstand) ved yttre oppvarmning, og deretter fortsette tilførselen av varmeenergi ved indre motstandsoppvarmning, for å utføre omdannelsesreaksjonen (med tilført halogenidgass) for å gi det ønskede subhalogenid. På denne måte oppnåes en meget effektiv virkning med meget bedre termisk effektivitet ved utførelsen av reaksjonen og uten dannelse av strømkanaler og liknende effekter. Skjønt oppfinnelsen godt kan anvendes ved satsarbeide er den særlig egnet for kontinuerlig metoder, og dette uttrykk inkluderer i det vesentlige kontinuerlige prosesser hvor kvanta av frisk charge tilsettes i intermittent rekke-følge, f. eks. først ved å føres gjennom en forvarmningssone og derpå til og gjennom et reaksjonsområde (i fremføringsretnin-gen eller på tvers av denne), anordnet i forbindelse med på avstand anordnede elektroder mellom hvilke den elektriske strøm flyter. I det sistnevnte område utsettes satsen for normal halogenidgass, f. eks. A1C1,,, og ved omdannelsesreaksjonen fjernes aluminium som gassformet subhalogenid, f. eks. aluminiummonoklorid.

Hvor forvarmningen utføres ved hjelp av oppvarmede elementer eller vegger og hvor subhalogenidgassen må føres gjennom den friske charge i forvarmningsso-nen er det nødvendig å utføre forvarmningen i det vesentlige til reaksjonstemperaturen, slik det i virkeligheten lett kan gjø-res, hvis det er ønsket å unngå avsetning av noe aluminium i en slik sone.

Et spesielt og usedvanlig effektivt trekk ved oppfinnelsen omfatter imidlertid den nye forvarmningsbehandling av frisk eller ikke reagert legering ved delvis reversjon av subhalogenidreaksjonen i kontakt med legeringen. Det er blitt erkjent at den fullstendige forvarmning av materialet, med god gjennomsnittlig økonomi ved anvendelsen av varme og uten å ska-delig påvirke den endelige utvinning av aluminium, kan utføres ved å føre den reagerte, subhalogenidholdige gass gjennom den friske granulære legering for å oppvarme sistnevnte ved revers reaksjon av en del av subhalogenidet til aluminium og normalt halogenid. Skjønt denne arbeidsmåte gjenavsetter noe aluminium i den friske eller innkommende legering og derved krever en lengere varighet av behand-lingen i hovedreaksjonssonen for å oppnå den ønskede utvinning av aluminiumet i kondenseren, er den funnet usedvanlig hensiktsmessig og økonomisk, slik at ut-førelsen av forvarmningen på denne måte langt oppveier- økningen i behandlingsti-den.

En effektiv utførelsesform for fremgangsmåten nettopp beskrevet er i det vesentlige som følger: Et kvantum granulært aluminiumholdig materiale anbringes i et egnet kar eller konverter, og slikt begyn-nelsesmateriale er på forhånd bragt til reaksjonstemperatur før eller ved innførin-gen i konverten (som selv skal være oppvarmet) ved temporær anvendelse av spesielle oppvarmningsanordninger. Derpå fø-res halogenidgass inn i og gjennom materialet, mens det er utsatt for indre oppvarmning ved å lede strøm mellom elektrodene anbragt i avstsand fra hverandre. Samtidig anbringes et vesentlig kvantum av ikke reagert aluminiumholdig materiale over massen i reaksjonssonen, f. eks. som et lag av vesentlig høyde over slik masse i en konverter av sjakttypen, og den reagerte, aluminiumsubhalogenidholdige gass, som forlater omdannelsessonen ved i det vesentlige reaksjonstemperatur, trekkes gjennom det granulære ikke reagerte materiale. En reversering av subhalogenidreaksjonen inntrer ved at gassen utsettes for den lavere temperatur av det ikke reagerte materiale og forårsaker at en del av alu-miniumsubhalogenidet omdannes til aluminium og det normale alummiumhalogenid, hvorved varme frigjøres og føres gjennom det granulære faste stoff med bare svak reduksjon i den' aktuelle temperatur for selve gassen.

Ved den eksoterme natur av den reverse reaksjon oppnåes effektiv forvarmning av materialet, mens den til slutt ut-tatte gass holdes i tilstrekkelig oppvarmet tilstand for å føre en vesentlig del av alu-miniumsubhalogenidet til kondenseren, hvor den største del av den reverse reaksjon inntrer, med avsetning av det ønskede rensede aluminium. Når brukt materiale fjernes fra bunnen av konverteren, gjøres tilsetninger til toppen med frisk charge og følgelig foroppvarmes de nedre deler av sistnevnte sterkt ved den arbeidsmåte som er beskrevet foran, og i virkeligheten syn-ker til enhver tid den varmeste del av den ikke reagerte sats til hovedreaksjonssonen eller føres frem til denne. Følgelig, i løpet av den kontinuerlige arbeidsmåte tilføres reaksjonssonen bare materialet i sterkt oppvarmet tilstand, slik at gjennomgående og ensartet elektrisk oppvarmning av materialet i reaksjonssonen er mulig, uten at strømkanaler dannes.

Skjønt noen fordeling av varme til frisk sats opptrer ved ledning fra massen under reaksjon, dvs. under laget av friskt materiale, utvikles den overveiende del av varme ved den reverse kjemiske reaksjon. Således oppfylles hensikten ved foropp-varmningen effektivt, f. eks. for å bringe den friske charge til en temperatur i det vesentlige eller nesten så høy som den som er ønsket i reaksjonssonen. Aluminiumet avsatt i den ikke reagerte sats fjernes til slutt ved omdannelse til subhalogenidgass ved hovedreaksjonen. Følgelig er der i det vesentlige ingen vesentlige tap av produkt.

Ytterligere beskrivelse av fremgangsmåten og spesielle trekk ved denne vil fremgå av det følgende i forbindelse med vedlagte tegning, på hvilken: Fig. 1 er et vertikalt tverrsnitt av en kontinuerlig sjaktkonverter anordnet til å utføre oppfinnelsen, og Fig. 2 er et detalj riss av en del av fig.

1 i forminsket målestokk, som viser en

spesiell anordning hvor yttre forvarm-ningselementer anvendes for foroppvarm-ning av den innkommende charge.

Skjønt andre former for apparater kan anvendes, er den gjengitte vertikale sjaktkonverter i fig. 1 foretrukket, hvilken består av et opprettstående sylindrisk kar eller ovn, som har ildfaste vegger 11 og tak 12. Den sentrale og nedre del 13, som har en vertikal forlengelse, generelt betegnet med 13a, danner omdannelses- eller hovedreaksjonssonen, forbundet ved toppen og bunnen med ringformede elektroder 14, 15 anordnet i den sylindriske ildfaste vegg, skjønt innvendig fremstikkende elektroder, som fortrinnsvis skråner i nedover retning, kan brukes i noen tilfeller. Elektrodene 14, 15 er forbundet til en egnet strømkilde 16 (enten vekselstrøm som angitt eller likestrøm) slik at oppvarmningen av den granulære metalliske charge 17 utføres ved strømfluks gjennom den fra en elektrode til en annen.

Konverterkammeret strekker seg et godt stykke over hovedreaksjonssonen 13 for å fremskaffe et rom 18 for et kvantum av ikke reagert charge, som hviler på hovedmengden ved 13, og et gassoppsamlings-rom 19 fra hvilket en ledning 20 fører til kondenseren 21. Kondenseren kan være av i og for seg kjent art for avsetning av aluminium, og som har skjermer eller andre store kondenserende overflater hvis ønsket. Innmatning av granulær charge til konverteren utføres gjennom en slusean-ordning 22, som har en innløpstrakt 23, en roterende ventil 24, et mellomliggende mat-ningskammer 25 (med utløp 26 for fjerning av luft som er ført inn med legeringen) og en ytterligere roterende ventil 27. På denne måte mates suksessivt kvanta av charge ned i kammeret 25, ved suksessiv åpning av ventilen 24 og med mellom liggende tids-intervaller føres de av tyngdekraften ned i konverterkammeret ved suksessive åp-ninger av ventilen 27.

Brukt eller ekstrahert legeringscharge fjernes fra bunnen av kammeret, f. eks. ved hjelp av en roterende utløpsanordning som består av en opprettstående, plan eller riflet kegle 30 som langsomt roteres om en vertikal aksel 31, slik at bunndelen av chargen omrøres tilsvarende og føres til et uttømningsrør eller ledning 32 ned i en oppsamlingstrakt 33 fra hvilken suksessive porsjoner fjernes ved anordningen 34. Anordningen 34 kan være liknende anordningen 32 og består av et par ventiler 35, 36 med et mellomliggende luftet kammer, slik at utvinningen av brukt materiale oppnåes gjennom uttaksledningen 38. Konverteren drives i det vesentlige kontinuerlig, skjønt innføringen av frisk charge og uttaknin-gen av brukt legering er i separate små mengder. Den totale bevegelse av chargen oppnåes ved tyngdekraften, inkludert den gradvise nedoverrettede forskyvning av det granulære materiale i konverterkammeret, slik at materialet beveger seg langsomt nedover gjennom rommet 18 inn i og gjennom omdannelsessonen 13, og når det er ekstrahert føres det fra sistnevnte gjennom uttømningsanordningen 30 og inn i utløpsrøret 32.

Egnet halogeniddamp som aluminiumtriklorid (AlCl.j), utviklet og fordampet i et egnet annet apparat (ikke vist), eller re-sirkulert, føres inn gjennom ledningen 40 under reaksjonssonen og fordeles hensiktsmessig ved egnede midler som en forde-lingsring eller en ringformet kanal 42 anordnet under den ringformede elektrode 15. Halogenidgassen føres oppover gjennom den granulære charge inn i reaksjonssonen 13, og omdannes delvis til subhalogenid ved den høye temperatur som opprettholdes i denne sone, med medføl-gende ekstraksjon av aluminium fra lege-ringschargen. Gassen går kontinuerlig oppover inn i frisk charge 18 og passerer ut gjennom utløpskanalen 20 til kondenseren 21.

På grunn av et vesentlig temperatur-fall i kondenseren, f. eks. av størrelsesor-denen 600° C mellom rommet 19 og utløps-enden av kondenseren, spaltes subhalogenidet i det vesentlige fullstendig og avsetter rent metallisk aluminium på konden-seroverflatene. Den resulterende gass, nå i det vesentlige igjennomdannet til opprinnelig halogenid, f. eks. aluminiumtriklorid, tas ut fra kondenseren gjennom ut-løpsledningen 43. Det skal forståes at pas-sasjen av gassen gjennom anordningen kan utføres ved egnete pumpemidler (ikke vist), anbragt f. eks. i ledningen 43 for å suge gassen gjennom konverteren 10. De vanlige trykkbetingelser (vanligvis under atmosfæretrykk) i konverteren, kan opprettholdes ved egnet kontroll og pumpefor-hold på nødvendige steder i gasstrømmens vei ved å bruke en vakuumpumpe i ledningen 43 hvis et meget lavt trykk er ønsket.

Under arbeidet kan innført materiale bestå av legert eller på annen måte ikke separerbart, blandet eller agglomerert metall, som holder et vesentlig, men ikke nød-vendigvis stort innhold av aluminium sam-men med andre metaller som jern, silisium og titan, såvel som ytterligere metaller og også karbon. Sammensetningen eller blandingen er ofte slik, f. eks. særlig ved legeringer av aluminium med ett eller flere av de andre elementer nevnt foran, for å ha en negativ temperaturkoeffisient for spesifikk motstand over et vesentlig område av forhøyede temperaturer. Skjønt oppfinnelsen kan anvendes på aluminiumholdige metaller fra andre kilder, er det bemerket, at vanligvis alle legeringer eller rå metaller, fremstilt fra aluminiummalm, som er egnet for subhalogeniddestillasjon, synes å ha negativ koeffisient av denne art. Den øvre grense (hvis noen) for slike temperaturområder nærmer seg ofte i det minste temperaturer av vanlig orden for dem som er nødvendige for omdannelsesreaksjonen.

Oppfinnelsen er særlig anvendelig på ekstraksjon av aluminium fra legringer og liknende metalliske blandinger som fremstilles ved elektrotermisk eller direkte reduksjon av bauxit eller annen aluminiummalm.

Ved fremgangsmåten fylles konverteren til å begynne med opp til det øvre nivå 44 for satsen 18 og oppvarmningsstrøm-men påsettes elektrodene 14 og 15. Særlig foretrukket er tilleggsforoppvarmning av chargematerialet før eller etter innførin-gen og denne utføres for å få det første kvantum av reaksjonssonematerialet 17 til ensartet temperatur. Det skal forståes at i tillegg til spesialoppvarmning av begyn-nelseschargen skal konverteren selv bringes til en temperatur på 1000°—1200° C før igangsetning, f. eks. ved først å mate gjennom den ene charge av grafitt eller koks, gjennom hvilken strøm føres mellom elektrodene 14 og 15. Derpå med konverteren oppvarmet og med begynnelseschar-gen av aluminiumførende materiale oppvarmet og på plass som beskrevet foran, inntrer den ønskede behandling, med halogeniddamp (aluminiumtriklorid) innført gjennom ledningen 40 og ført oppover' gjennom chargen 17, mens sistnevnte hol-i des ved ønsket reaksjonstemperatur av strømmen.

I overensstemmelse med nærværende oppfinnelse utsettes den øvre del av chargen 18, som består av friskt materiale, for forvarmning ved andre midler enn gjen-nomføring av elektrisk strøm gjennom den, slik at suksessive deler som føres ned i reaksjonssonen er blitt bragt til en temperatur som forebygger strømkanaldannelse i hovedmengden 17. F. eks. som vist i fig. 2, hvor apparatet ellers er det samme som i fig. 1 og hvor like deler er tilsvarende betegnet, inneholder det øvre rom 19a en rekke elektriske varmeelementer eller sten-ger 45, som strekker seg horisontalt over dette rom. Ved stråling fra disse elementer oppvarmes suksessive deler av frisk charge, som faller ned fra ventilen 27, og chargen 18 av slikt materiale til ønsket høy temperatur, i det vesentlige den samme som opprettholdes i reaksjonsmassen 17 før denne del av chargen blir en del av sistnevnte.

I stedet for elementene 45 i fig. 2 kan den eksoterme reaksjon som inntrer, når subhalogenidgass fra sonen 13 delvis igjennomdannes til normalt halogenid og aluminiummetall brukes til å forvarme satsen 18. Således f. eks. kan fig. 1 bli tatt til å illustrere apparatet, når brukt på denne måte. Ved den tid gassen når den øvre grense for omdannelsessonen betegnet med det øvre punkt for 13a, inneholder den i det minste en vesentlig mengde subhalogenid, f. eks. aluminiummonoklorid,og denne har i det vesentlige temperaturen for reaksjonssonen. Når denne gass løper gjennom satsen 18 av ikke reagert eller ubehandlet charge er den lavere temperatur for denne i stand til å skaffe en tilbake-føring av subhalogenidomdannelsen, f. eks. til ca. % av aluminiumet opprinnelig omdannet (i sonen 13) til subhalogenid form.

Varmen således frigitt ved den reverse reaksjon tjener til å øke temperaturen i den opprinnelige kalde charge i rommet 18 til nær den for reaksjonssonen, særlig i den lavere del av slikt ureagert materiale. Samtidig forblir gassen i sterkt oppvarmet tilstand og har f. eks. en temperatur ikke mer enn 40° eller 50° under den ved utløpet av reaksjonssonen 13 når sistnevnte er i området 1000° til 1400° C. Den oppvarmede gass, som fremdeles inneholder en vesentlig mengde aluminiumsubhalogenid, passerer derpå til kondenseren 21, hvor i det vesentlige fullstendig omdannelse inntrer med avsetning av aluminium i renset tilstand. Den derpå resulterende gass, f. eks. nå helt omdannet til aluminiumtriklorid, tas ut gjennom ledningen 43 og er tilgjengelig for gjenvinning og gjentatt bruk.

Ytterligere kvanta av charge innføres gjennom anordningen 22 og anvendt charge tas i det vesentlige kontinuerlig ut fra bunnen av ovnen gjennom ledningen 32. Således beveger det hele kvantum av frisk charge 18 og reagerende charge 17 seg langsomt nedover gjennom sjakten og bringer sterkt forvarmet charge inn i omdannelsessonen 13.

Som spesielle eksempler for forskjellige behandlinger beskrevet foran er ut-strakte prøver blitt gjort med legeringer i granulær form med sammensetning som følger:

Perler av granulære legeringer av denne karakter har en motstandsevne ved 20° C innenfor området av ca. 50 til 5000 ohm-cm. Motstandsevnen faller hurtig ved øken-de temperatur til en verdi på ca. 0,1 ohm-cm ved 1000° til 1100° C, og faller derpå langsommere til 0,05 til 0,1 ved 1400° til 1500° C. På grunn av den store negative temperaturkoeffisient for motstandsevne, særlig i løpet av temperaturøkningen til 1000° til 1100° Cs nivå, og på grunn av at reaksjonstemperaturen ønsket i sonen 13 er ved eller over dette nivå, er det nødven-dig å oppvarme legeringsmaterialet til slikt punkt eller fortrinnsvis over det, før det faller ned i sonen for strømfluks mellom elektrodene 14 og 15. Hvis legeringen er vesentlig kaldere er det sannsynlig at strømkanaldannelse vil finne sted.

Som et arbeidseksempel under bruk av apparater som vist i fig. 2 trer legeringen av forannevnte type inn i konverteren med en gjennomsnittlig hastighet på 0,06 time og oppvarmes ved 18 av grafittmot-standselementer 45 til en temperatur på 1050° til 1250° C før det rekker ned i den direkte motstandsoppvarmningssone 13. Aluminiumtrikloridgass, forvarmet til 1000° —1300° C, føres gjennom konverteren, f. eks. med en hastighet på 150 til 275 kg pr. time, mens varme tilføres chargen 17 for å holde den ved reaksjonstemperatur ved strømfluks mellom elektrodene 14 og 15 og mens forvarmningen fortsetter for frisk materiale 18 og sistnevnte holdes ved et nivå 44, som har en høyde over elektrodene 14, som kan være omtrent lik dia-meteren av sjaktovnen. Skjønt i noen tilfeller anordninger kan treffes for å trekke ut aluminiumsubhalogenidholdig gass ved omtrent nivået for elektroden 14, slik at den ikke nevneverdig strømmer gjennom chargen 18, og slik at sistnevnte bare be-høver å oppvarmes til den øvre grense for den store negative temperaturkoeffisient for motstandsevnen for legeringen (hvis slik grense er lavere enn hovedreaksjons-temperaturen), blir forvarmningen utført ved ovennevnte arbeidsmåte ved tilnær-met reaksjonstemperatur en i sonen 13. Følgelig var der liten eller ingen omdannelse av aluminiummonoklorid da gassen passerer gjennom laget 18, på vei til kondenseren eller spaltningsanordningen 21 for ønsket utvinning av rent aluminiummetall der.

Motstandoppvarmningen i sonen 13 er meget jevn og fri for enhver ulempe i form av strømkanaldannelse. En krafttilførsel på mer enn 5 kW pr. 0,03 m« blir oppnådd, hvilket tilsvarer en ekstraksjon på tilnær-met 2,5 kg aluminium pr. 0,03 m« pr. time. Temperaturen rundt omkretsen av den be-vegende chargekolonne ble funnet å være den samme innenfor ± 2,5 pst. For å angi fullstendigheten av forvarmningen tilsvarer nettokrafttilførslen til elementene 45 ca. 80 pst. til 100 pst. av varmeinnholdet i legeringen ved 1200° C.

Med henvisning til forvarmning ved igjennomdannelse av subhalogenid anvendes likeledes legeringer av forannevnte karakter, og aluminiumtrikloriddamp inn-føres gjennom ledningen 40 (fig. 1). Hvor ikke reagert charge 18 ellers er oppvarmet,

.er det funnet at subhalogenidholdig gass, som løper gjennom slik charge, ikke bare delvis dissosierer eller spalter som forklart, med ved dette frigjøres ca. 1 kW time varme pr. i/2 kg aluminium ved kondensa-sjon i chargematerialet. Betingelsene for omdannelse i reaksjonssonen 13 kan hensiktsmessig være slik at 90 pst. av aluminiumet inneholdt i den opprinnelige legering pluss alt det som avsettes i sonen 18 omdannes til aluminiummonoklorid. Med toppdelen av konverteren egnet isolert, f. eks. ved bruk av ildfast materiale 11, 12 med gode termiske isolasjonsegenskaper, vil ikke mere enn % av aluminiuminnhol-det i gassen kondenseres i legermgschar-gen 18 overfor den øvre elektrode 14, og temperaturen av gassen som forlater kon-

verteren gjennom rommet 19 vil være bare litt under den ved hvilken den forlot elektrodeområdet. Samtidig, ved frigjøring av varme i den reverse reaksjon, er legeringen

som trer inn i elektrodeområdet fra bunnen av chargen 18 egnet foroppvarmet.

I generell henseende utføres forvarmningen ved revers reaksjon i ubehandlet materiale, fortrinnsvis enten til en temperatur som representerer den øvre grense

for området gjennom hvilket materialet

har en negativ temperaturkoeffisient for

motstandsevne, eller til den ønskede reaksjonstemperatur for omdannelsessonen,

som ellers er den lavere. Dvs. hvis den negative temperaturkoeffisient har en høy verdi gjennom og utover den ønskede reaksjonstemperatur skal forvarmningen ut-føres i det vesentlige til slik reaksjonstemperatur, men hvis den negative temperaturkoeffisient blir relativt liten ved noe lavere temperatur (f. eks. som ved visse spesielle legeringer nevnt foran) behøver oppvarmningen ved revers reaksjon bare å strekke seg til den øvre grense for den nagtive temperaturkoeffisient, skjønt det kan være gunstig å bringe temperaturen til et punkt nærmere det for reaksjonen. Den ønskede temperatur for forvarmning kan lett oppnåes ved denne reverse metode ved egnet kontroll av essensielle faktorer som de relative hastigheter for destillasjon og legeringstilsetning og andre forhold i konverterens øvre del.

F. eks. kan sjaktkonverteren i fig. 1 ha et indre kammer med en diameter på ca. 0,6 m og en vertikal avstand mellom elektrodene 14 og 15 på ca. 3 m. Legering inn-føres gjenom anordningen 22 med en hastighet på ca. 0,06 m« pr. time og forvarmet aluminiumtrikloridgass, (som f. eks. har en temperatur på ca. 1000° C innføres gjennom ledningen 40 med en hastighet på ca. 450 kg pr. time. Med chargematerialet inneholdende ca. 50 pst. aluminium vil den endelige fremstilling av renset aluminium i kondenseren 21 være ca. 45 kg pr. time. Et eksempel på en legering egnet for slik fremstilling har følgende sammensetning: aluminium 53 pst., jern 29 pst., silisium 6 pst., titan 3 pst., karbon 4 pst., oksyder og mindre forurensninger 5 pst.

Ved arbeidet er utløpsgasstrykket i ledningen 20 ca. 1 atmosfære, og legeringen og gasstemperaturen i nærheten av den øvre kant av elektroden 14 er begge ca. 1290° C. Gassen som forlater konverteren kjøles til ca. 1265° C ved oppvarmning av det ikke reagerte lag av granulær legering 18, og sistnevnt bringes til en temperatur på ca. 1290° C i den del som

ligger nederst i sjakten, dvs. nærmest sonen 13. Under slike forhold fjernes ca. %

av aluminiumet destillert i monoklorid

form i omdanelsessonen fra gassen ved revers kondenseringsreaksjon. I en ovn med

disse tilnærmede dimensjoner og med be-tingelser som angitt kan den vertilake

høyde av ikke reagert charge være fra 0,3

til 0,6 m, og toppnivået 44 ersåledes ikke

mere enn ca. 0,6 m over elektroden 14.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for utvinning av

renset aluminium fra granulært aluminiumholdig metall ved å bringe det granulære metall i kontakt med gassformet aluminiumhalogenid ved en forhøyet temperatur for å gi aluminiumsubhalogenid hvorav aluminium utskilles, karakterisert ved at nevnte metall oppvarmes til reaksjonstemperatur ved å føre strøm gjennom det granulære metall i reaksjonssonen, idet frisk charge av metaller før innføring i reaksjonssonen forvarmes i det minste til en temperatur, som nærmer seg den øvre grense av området for negativ temperaturkoeffisient for metallet.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at det alumi- niumholdige metall føres gjennom en reak- sjonssone, som har elektrodene anbragt ved motsatte ender av denne, og at et kvantum frisk charge forvarmes i kontakt med metallet under behandling i reaksjonssonen.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 2, karakterisert ved at det aluminiumholdige metall behandles i en vertikal konverter, med ringformede elektroder anbragt i vertikal avstand fra hverandre og derved avgrenser den øvre og nedre grense for reaksjonssonen, og gjennom hvilken gassformet aluminiumhalogenid føres i retning oppover, og at chargen strekker seg oppover fra den øvre elektrode for å avgrense en forvarmningssone over metallet i reaksjonssonen.

4. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det aluminiumholdige metall forvarmes ved ytre forvarmningsmidler, som elektriske varmeelementer.

5. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det aluminiumholdige metall forvarmes ved å utføre en delvis spaltning av det fremstilte aluminiumsubhalogenid i kontakt med dette.