NO139969B - Fremgangsmaate for fjerning av alkalimetallforurensninger fra smeltet aluminium - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte

for å fjerne alkalimetallforurensninger fra smeltet aluminium med en halogenholdig gass, samtidig som man i alt vesentlig unngår et utslipp av korroderende eller miljømessig skadelig gasser og damper.

Alkalimetaller og kalsium er for det meste skadelige urenheter i aluminiumlegeringer for kommersiell anvendelse. Natrium er spesielt skadelig hvis hydrogeninnholdet i legeringen ikke er blitt tilstrekkelig redusert ved avgassing, eller hvis det ferdige metallprodukt inneholder magnesium. Det er således vanligvis ansett å være nødvendig at natriuminnholdet i en aluminiumlegering som inneholder mer enn ca. 1% magnesium,

må holdes under 0,0005% natrium hvis det ikke skal oppstå fabrikasjonsdefekter, såsom kantsprekking, under varmvalsing. Nærværet av litium i aluminium er også uønsket, fordi det øker korrosjonen av aluminiumfolier i fuktig luft.

Alkalimetaller trenger inn i aluminium i reduk-sjonscellene under en elektrolytisk reduksjon av aluminium-oksyd i nærvær av kryolitt. Det resulterende såkalte primære aluminium blir deretter overført til et støpeanlegg hvor de ønskede legerende bestanddeler såsom magnesium, tilsettes smeiten i en blandeovn. Det legerte metall blir deretter renset med klor for å redusere dets konsentrasjon av hydrogen og alkalimetallforurensninger. Den, smeltede legering blir så støpt til blokker.

De tradisjonelle fremgangsmåter for å fjerne alkalimetaller fra aluminium i kommersiell skala, er av følgende tre typer: (1) at man holder metallet i smeltet tilstand i et lengre tidsrom, (2) lar metallet størkne ved å

støpe det til blokker og så smelte disse blokkene om igjen,

og (3) klorrensing av det smeltede metall med klor, klor-nitrogen-blandinger eller med halogenidholdige salter i selve støpeavdelingen etter at man har tilsatt de forønskede legerende bestanddeler. Reduksjonen av alkalimetallinnholdet i aluminium under en lengre oppholdsperiode eller en omsmel-tingsoperasjon, skyldes disse forurensningers høye affinitet overfor oksygen, og det faktum at oppløseligheten av natrium i fast aluminium er ekstremt lav. Under vanlig klorrensing av aluminiumlegeringer vil natriuminnholdet i metallet bli redusert ved en kjemisk reaksjon mellom natrium og klor.

Skjønt alle de ovenfor beskrevne fremgangsmåter

til en viss grad har vært tilfredsstillende for å fjerne natrium fra aluminiumsmelter, så har de ikke desto mindre hatt vesentlige ulemper når det angår omkostningene og effektiviteten av raffineringen. Det å holde metallet i smeltet tilstand er både tidskrevende og ineffektivt for å redusere alkalimetallinnholdet i smeiten til meget lave nivåer i det ferdige.produkt, ettersom partialtrykket av disse urenheter over smeltet aluminium er meget lavt. Støping av metallet til blokker og gjen-smelting av disse er også ueffektivt med hensyn til tid og energibehov. Følgelig blir det primære aluminium normalt over-ført fra reduksjonsanlegget til støpeanlegget i smeltet tilstand mer enn i fast tilstand.

Klorrensing av det smeltede legerte metall i støpe-anlegget har flere alvorlige ulemper. En alvorlig ulempe er forbundet med utslipp av korroderende og giftige gasser og damper. Dette uønskede utslipp består i alt vesentlig av uom-satt klor, aluminiumklorid, saltsyredamp og aluminiumoksyddamper, og de to sistnevnte forbindelser blir fremstilt ved en hydro-lyse fra aluminiumkloridgassen. Anvendelsen av klor for å fjerne hydrogen og andre urenheter fra aluminiumlegeringer er følgelig blitt strengt begrenset, på grunn av forurensnings-farene, og man har derfor lagt større vekt på å utvikle ikke-forurensende raffineringsmetoder, f.eks. rensing av metallet med en inert gass, eller ved å filtrere det smeltede metall slik dette er beskrevet i U.S. patentene nr. 3.737.303 og 3.373.304.

Den annen alvorlige ulempe ved å fjerne natrium

med klor eller med halogenidholdige salter skyldes det at i

magnesiumholdige legeringer vil reaksjonen mellom klor og magnesium være begunstiget i forhold til den med natrium, spesielt ved lave natriumkonsentrasjoner. Den høye affinitet for klor i forhold til magnesium forårsaker alvorlige vanskelig-heter ved fremstilling av et akseptabelt kvalitetsnivå, spesielt i legeringer med høyt magnesiuminnhold hvor et lavt natriumnivå er meget ønskelig for å unngå kantsprekking. Store mengder klor må således omsettes med disse legeringer, langt mere enn det som er nødvendig rent støkiometrisk for å fjerne natriumet, for å nå disse meget lave nivåer av natrium som er ønskelig. Dette overskudd av klor er ikke bare bortkastet, men også direkte ansvarlig for utslipp av forurensende gasser og for et tap av magnesium fra legeringen. Det kostbare tapet av magnesium er tilstede i alle hittil kjente fremgangsmåter for fjerning av natrium, enten dette skjer ved å rense legeringen med halogengasser eller med halogenidholdige salter. Det er således innlysende at det er meget ønskelig å utvikle en raffineringsmetode som lett kan fjerne alkalimetallet fra aluminium uten betydelig metalltap samtidig som man unngår et kostbart og bortkastet utslipp av klor og som ikke frembringer forurensende gasser i atmosfæren.

Det er følgelig en hensikt ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en effektiv og økonomisk fremgangsmåte for å fjerne alkalimetallforurensninger fra smeltet aluminium.

Det er videre en hensikt ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en økonomisk fremgangsmåte for selektivt å fjerne alkalimetallforurensninger ved å gjennomboble det smeltede aluminium med en halogenholdig inert gass, slik at konsentrasjonen av halogengassen i gjennomboblingsgassen er regulert, slik at man samtidig oppnår høy effektivitet med hensyn til fjerning av alkalimetall, samtidig som man hindrer utviklingen av uønskede mengder av gassformige eller faste forurensninger.

Disse hensikter oppnås ved at man har utviklet en fremgangsmåte for å fjerne alkalimetallforurensninger fra aluminium samtidig som man i alt vesentlig unngår et utslipp av miljømessig skadelige gasser og damper.

Foreliggende oppfinnelse angår således en fremgangsmåte for fjerning av alkalimetallforurensninger fra aluminium samtidig som man i det vesentlige unngår utslipp av miljøskadelige gasser og damper, hvor smeltet aluminium til-føres til en beholder som er utstyrt med inntaksinnretninger for tilførsel av gass til det smeltede aluminium og gassuttak for avløpsgass fra beholderen, og hvor en spylegass bestående av en blanding av en gass valgt blant klor, fluor, halogenholdige forbindelser og blandinger derav, og en inertgass med henblikk på aluminium, tilføres til det smeltede bad i form av adskilte godt fordelte gassbobler, slik at gassboblene kommer i intim kontakt med i det vesentlige hele massen av smeltet aluminium i metallbadet, og denne fremgangsmåte karak-teriseres ved at aluminium tilføres i en form fri for legerende bestanddeler, at konsentrasjonen av halogen i spylegassen opprettholdes på en slik verdi at konsentrasjonen av alkalimetallforurensninger i smeiten progressivt reduseres, mens den selektive halogenering av alkalimetallforurensningene i forhold til aluminium på et hvilket som helst gitt nivå for alkalimetallinnholdet i smeiten, holdes tilstrekkelig høyt til å begrense konsentrasjonen av aluminiumhalogenid i avløpsgassen til under en på forhånd bestemt grense, og at strømmen av spylegass til det smeltede aluminium opprettholdes i et tidsrom tilstrekkelig langt til å redusere konsentrasjonen av alkalimetallinnholdet i aluminiumsmelten til et ønsket nivå, hvorved alkalimetallinnholdet fjernes som halogenider ved en tilstrekkelig høy utnyttelse av halogenene og de halogenholdige forbindelser, slik at avløpsgassen inneholder i det vesentlige intet ikke-omsatt fluor eller klor og at dets konsentrasjon av aluminiumhalogenid er under den på forhånd bestemte grense.

Et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse er

at man oppnår en fjerning av alkalimetall ved klorering samtidig som man unngår de to hovedulemper som vanligvis har vært forbundet med en slik klorering. Kloreringsreaksjonen blir således utført under betingelser som er meget gunstige med hensyn til natriumfjerning, og med en gassblanding som er spesielt regulert, slik at den begrenser konsentrasjonen av aluminiumklorid i den forbrukte gass til under en på forhånd bestemt trygg grense. I en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse blir følgelig konsentrasjonen av klor i den

inerte gassblanding kontinuerlig senket i forhold til det synkende natriuminnholdet i smeiten under raffineringen, slik at man på ethvert gitt nivå av forurensninger vil ha en gassblanding som representerer den optimale konsentrasjon med hensyn til en maksimal selektiv klorering av natrium i forhold til aluminium, samtidig som man holder på et minimalt nivå den mengde av inert gass som er nødvendig som en bæregass.

Det smeltede aluminium som kan bearbeides ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, er aluminiummetall inneholdende alkalimetallforurensninger i uønskede mengder,

men som ellers i alt vesentlig er fritt for legerende elementer.

Den rensende gassen som blir dispergert i den smeltede metallmassen, er en blanding av en inert gass og et halogen og/eller en halogenholdig forbindelse som er kjemisk reaktiv med alkalimetaller ved smeltetemperaturen. Nitrogen og argon er de foretrukne inerte gasser, mens klor og fluor er de foretrukne halogener. Med begrepet "halogenholdig forbindelse" forstås de halogenerte forbindelser som enten er direkte reaktive med alkalimetallet eller frembringer en halo-gengass ved dekomponering i det smeltede aluminium, f.eks. CCl^, CHC15, CgClgP^ og CC12F2.

Rensegassmengder og andre gassmengder som er angitt i denne beskrivelse, er angitt i volumer målt ved 21°C

og 1 atm. trykk. Gass-sammensetninger er angitt i volumprosent (mol-prosent) eller i mol-fraksjoner (mol-fraksjon x 100 = vol.-?).

Begrepet "støkiometrisk forhold" karakteriserer kloreringens selektivitet med hensyn til natrium. Hvis alt det tilførte klor i rensegassen kunne reagere med natrium etter ligningen Na+gC^ = NaCl, så ville det støkiometriske forhold være Na/C^ = 2, ettersom et mol klor fjerner to atomer natrium. Hvis en del eller en fraksjon av det tilførte klor i rensegassen forbrukes ved å danne AlCl^, vil det støkio-metriske forhold bli mindre enn 2.

Skadelig utslipp fra den aluminiumholdige smelte er karakterisert ved konsentrasjonen av AlCl^ i den utstrøm-mende gass. Alternativt, kan utslippet også uttrykkes som "fordampet aluminium" (metall i form av AlCl^) uttrykt som prosent av det behandlede aluminiummetall. Den sistnevnte mengde beregnes ved å multiplisere utslippet av AlCl^ i den utstrømmende gass i liter pr. kg behandlet metall, med om-regningsfaktoren på 0,044 Al/liter AlCl^. Begrepet "fordampet aluminium" er spesielt fordelaktig når utslippsangivelser er definert som en funksjon av metallbearbeidingshastigheten, dvs. når det tillatelige utslipp står i forhold til vekten av det metall som bearbeides. Fig. 1 er et diagram som viser kloreringens selektivitet for natrium i en aluminiumsmelte, dvs. natriumkonsentrasjonen i metallet som en funksjon av klorkonsentrasjonen i rensegassen. Fig. 2 er et diagram som viser det volum av rensegass som er nødvendig for å redusere natriumkonsentrasjonen fra 40 ppm til 1 ppm i 1 tonn aluminium som en funksjon av klorkonsentrasjonen i rensegassen. Fig. 3 illustrerer en 6-trinns programmert reduksjon av klorkonsentrasjonen i rensegassen for å redusere konsentrasjonen av natrium i 1 tonn aluminium fra 40 ppm til 1 ppm, samtidig som man holder utslippet av aluminiumklorid under en forutbestemt grense. Fig. 4 er en skjematisk tegning av et system som er egnet for gjennomføring av foreliggende fremgangsmåte. Figurene 1 og 2 illustrerer og forklarer de prin-sipper som inngår i den selektive klorering av alkalimetaller i smeltet aluminium ifølge foreliggende oppfinnelse. Den vertikale akse på fig. 1 er et mål på den selektive reaksjon mellom klor og natrium og aluminium ved en temperatur på 1000°K uttrykt som mol-forholdet NaCl/AlCl^ i reaksjonsproduktene.

De parametriske kurver på fig. 1 representerer gassblandinger som ble brukt for å rense smeiten og som hadde klorkonsentrasjoner på 10 volum-% eller mindre, dvs. de konsentrasjoner som er av interesse i foreliggende fremgangsmåte. Det fremgår av diagrammet at klor fortrinnsvis reagerer med natrium ved høye natriumkonsentrasjoner, men at denne preferanse avtar raskt ved lave natriumkonsentrasjoner. Foreliggende fremgangsmåte bygger på det prinsipp at kloreringsselektivitetens senkning effektivt kan motvirkes ved å senke klorkonsentrasjonen i rensegassen. En senkning av klorkonsentrasjonen fra 105? til 1% bedrer således selektiviteten med hensyn til kloreringen av natrium med en faktor på ca. 3- Denne bedring med hensyn til selektiviteten er spesielt viktig ved lave konsentrasjoner av natrium. Ved et natriumnivå på 5 ppm vil f.eks. ca. 4 atomer natrium bli fjernet fra smeiten pr. atom aluminium når rensingen utføres med en blanding inneholdende 10% klor, mens man for en rensegass som inneholder 1% klor, så vil NaCl/AlCl^-forholdet øke til ca. 11.

Det er derfor innlysende at man ved å bruke lave klorkonsentrasjoner i rensegassen kan begunstige fjerningen av natrium fra smeiten i forhold til aluminiumet, noe som resul-terer i en effektiv utnyttelse av det tilførte klor, samtidig som man undertrykker dannelsen av aluminiumkloridgass. Det skal imidlertid understrekes at senkningen av aluminiumkloridkonsentrasjonen i den utstrømmende gass med synkende klorkonsentrasjon i rensegassen, ikke bare er en fortynningseffekt, men primært skyldes det faktum at de lave klorkonsentrasjoner fortrinnsvis reagerer med natrium, hvorved det dannes mindre aluminiumklorid.

Fig. 1 understreker også de problemer som fantes

i tidligere kjente fremgangsmåter hvor man fjernet natrium i nærvær av magnesium ved å injisere rent klor inn i smeiten. Selektiviteten med hensyn til klorering av magnesium i forhold til aluminium er vist på fig. 1 ved to magnesiumkonsentrasjoner i smeiten. Man antar en rensegass inneholdende 1% klor for å få en sammenligning mellom den selektive klorering av natrium 1 forhold til aluminium i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse når man bruker samme gassblanding. De to horisontale linjer som peker inn mot den vertikale akse på fig. 1, indikerer forholdet MgCl2/AlCl^ i kloreringsproduktet hvis en aluminiumsmelte som inneholdt 1% eller 2% magnesium, ble blåst med en 1% klorblanding. En sammenligning mellom disse to linjer og den kurve som er trukket opp for 1% klor, viser at magnesium fortrinnsvis blir klorert i disse legeringer i forhold til natrium ved de lave natriumkonsentrasjoner som er av praktisk interesse, nemlig mindre enn ca. 10 ppm natrium i smeiten. Det fremgår således fra fig. 1 at i en 2% magnesium-aluminiumlegering, så vil MgClg/AlCl-^-forholdet være større enn det tilsvarende NaCl/AlCl-^-forhold ved natriumkonsentrasjoner under 2 4 ppm. Dette betyr at ved meget lave natriumkonsentrasjoner

så vil praktisk talt at tilført klor bli forbrukt ved å danne magnesiumklorid og bare en liten del vil være tilgjengelig for reaksjon med natrium. I en 1% magnesium-aluminiumlegering vil klor på tilsvarende måte foretrekke magnesium fremfor natrium ved natriumkonsentrasjoner under 16 ppm. Det kan f.eks. angis at klorets preferanse i en 1% blanding til å kombinere seg med 1% magnesium i metallet er ca. 30 ganger større enn dets preferanse til å kombinere seg med 5 ppm natrium. Dette fremgår fra de relative størrelser på de tilsvarende forhold mellom de dannede halogenider, dvs. 330 i forhold til 11 som angitt på fig. 1 ved de ovennevnte konsentrasjoner. Disse tall understreker at det er meget viktig slik det gjøres ifølge foreliggende oppfinnelse, i motsetning til i tidligere kjente fremgangsmåter, at natrium blir fjernet fra aluminium i et fravær av magnesium (eller andre tilsvarende klortUtrekkende elementer), dvs. før man utfører legeringstilsetninger til metallet. Dette er spesielt viktig i de tilfeller hvor det er ønskelig med et ekstremt lavt innhold av alkalimetallforurensninger i det ferdige produkt.

Fig. 2 viser grafisk den mengde rensegass som er nødvendig for å senke natriumkonsentrasjonen fra 40 ppm til 1 ppm i aluminium som en funksjon av klorkonsentrasjonen i rensegassen. Ved høye konsentrasjoner av klor i rensegassen vil gassmengden (uttrykt som liter/tonn) være relativt liten, mens man ved lave gasskonsentrasjoner vil få store gassmengder. Dette skyldes det faktum at det er nødvendig med mer rensegass for å få tilført den ønskede mengde klor for fjerning av natrium fra en fortynnet gassblanding enn fra en mer konsentrert blanding. Nå er det imidlertid slik at jo mer konsentrert gassblandingen er, jo lavere kloreringsselektivitet vil man få

(som vist på fig. 1), og følgelig vil det bli større utslipp av aluminiumklorid i den brukte gassen. Derfor må den optimale konsentrasjon av klor i rensegassen velges på en slik måte at man får en minimering av det totale gassforbruk (både av klor og den inerte bæregassen) samtidig som man opprettholder klo-reringsselektiviteten tilstrekkelig høyt til at konsentrasjonen av aluminiumklorid i den utstrømmende gass alltid er under den tillatte utslippsgrensen.

Det følgende eksempel illustrerer en spesiell ut-førelseav foreliggende oppfinnelse, hvor uønskede mengder av alkalimetallforurensninger ble fjernet fra aluminium ved å bruke en rensegass med fast klorkonsentrasjon i hele prosessen. Klorkonsentrasjonen ble valgt slik at utslippet av aluminiumklorid fra smeiten ble holdt under en tillatelig grense. Selve den selektive kloreringen av natrium samt de forandringer som opptrer i systemet etterhvert som natriumkonsentrasjonen progressivt avtar i smeiten, er illustrert med data tatt fra et regnemaskinprogram som ble konstruert slik at det fulgte hele prosessen og tilførte alle nødvendige data på hvert enkelt trinn av selve rensingen.

Eksempel 1

Smeltet aluminium inneholdende 40 ppm natrium ble overført til et behandlingskar før man tilsatte noen legerende elementer, og man ønsket å redusere metallets natriuminnhold til 1 ppm. Den øvre tillatte grense for utslipp av atmosfæriske forurensninger angir at mindre enn 0,0002 vektprosent av det behandlede metall bør fordampes som aluminiumklorid under prosessen. Man førte en rensegass bestående av 4% klor og 96% nitrogen inn i aluminiumsmelten i form av små gassbobler som ble jevnt fordelt over hele smeiten. Smeiten ble renset kontinuerlig, uten avbrudd, inntil man nådde den ønskede 1 ppm-natriumkonsentrasjon i metallet. Selve utviklingen av renseprosessen som en funksjon av den brukte rensegassen er gitt ved følgende data: Ved høye natriumkonsentrasjoner i smeiten, dvs. på et tidlig trinn av prosessen, ble nesten alt klor i rensegassen forbrukt av natrium, og utslippet av aluminiumklorid var helt neglisjerbart. Når natriuminnholdet i metallet nærmer seg 10 ppm, begynner aluminiumklorid å opptre i utslippsgassen. Dette punkt nås etter at man har injisert ca. 360 liter rensegass pr. tonn aluminium. På dette punkt av prosessen har det støkiometriske forhold sunket fra 2 til 1,96 atom Na/Cl2J og den utstrømmende gass inneholder 0,044% AlCly Ettersom rensingen av smeiten fortsetter, vil natriumkonsentrasjonen i metallet progressivt bli redusert og aluminiumkonsentrasjonen i den utstrømmende gass vil øke. Etterat man har injisert 405 liter rensegass pr. tonn aluminium, er natriumkonsentrasjonen redusert til 5 ppm, mens konsentrasjonen av AlCl^ var øket til 0,08% på grunn av en svak senkning i det støkiometriske forhold til 1,94 atom Na/Clg. Det ønskede endelige natriumnivå på 1 ppm ble nådd etter at man hadde injisert 510 liter rensegass pr. tonn, og gassinjeksjonen ble da stoppet. På dette punkt var aluminiumkloridkonsentrasjonen i den utstrømmende gass 0,31%, og det støkiometriske forhold hadde sunket til 1,76 atom Na/Cl2.

Den mengde aluminium som var fordampet under prosessen ble bestemt ut fra den høyeste aluminiumkloridkonsentra-sjon i den utstrømmende gass, og denne var 0,31$ ved avslut-ningen. Volumet av den utstrømmende gass ble anslått til 505 liter pr. tonn ut fra den- mengde rensegass som' var forbrukt og basert på de høye støkiometriske forhold som indikerer at 4% klor i rensegassen i alt vesentlig ble forbrukt av natriumet i metallet. Fra disse data ble maksimalt A1C1^-utslipp beregnet til 0,016 liter/kg behandlet aluminium, noe som tilsvarer en aluminiumfordampningshastighet på 0,0002 vekt-% av det be-arbeidede metall. Ettersom denne mengde er beregnet ut fra maksimalt tilstedeværende AlCl-^ i den utstrømmende gass ved sluttpunktet av prosessen, er det innlysende at den totale mengde aluminium som er fordampet under selve prosessen var mindre enn den øvre tillatte grense på 0,0002 vekt-%. Videre, vil det avsluttende støkiometriske forhold på 1,76 atom Na/Cl2 reflektere en høy utnyttelse av kloret i rensegassen, idet man vanligvis betrakter et støkiometrisk forhold på over 1,5 å

være tilfredsstillende.

En økning i aluminiumkloridkonsentrasjonen i den utstrømmende gass med synkende natriumkonsentrasjon i metallet er uunngåelig hvis man bruker en rensegass med fast halogen-konsentrasjon i hele prosessen. Når luftforurensningsstandard-grenser angir en maksimal konsentrasjon av forurensninger som ikke kan overstiges i den utstrømmende gass på noe tidspunkt under prosessen, så må halogeninnholdet i rensegassen justeres med hensyn til det endelige lav natriuminnhold i metallet som tilsiktes og når konsentrasjonen av aluminiumklorid i den ut-strømmende gass når sitt maksimum. En rensegass med fast klorkonsentrasjon kan i slike tilfeller være økonomisk ønsket, ettersom den høye fortynningsgrad som er nødvendig i rensegassen for å motvirke effekten av den dårlige selektive klorering i metallet nær sluttpunktet, vil være en bortkasting av inert gass under nesten hele rensingen, bortsett fra selve den avsluttende blåsing.

Man kan følgelig oppnå en bedret gassøkonomi ved

å rense metallet med en rensegass med varierende sammensetning, slik at klorkonsentrasjonen i gassen holdes på et høyest mulig nivå på hvert enkelt trinn av blåsingen, og slik at man får en maksimal selektiv klorering av natrium samtidig som konsentrasjonen av aluminiumklorid aldri overstiger den tillatte grense i den utstrømmende gass.

Prinsippene ved en slik programmert renseprosess

er angitt på fig. 3. På denne figur er kurvene fra fig. 2 re-produsert i sentrum av tegningen og viser rensegasskravet for å redusere natriuminnholdet i en aluminiumsmelte fra 40 ppm til det ønskede lave nivå. Den skare av kurver som er avsatt på høyre side av diagrammet representerer en korrelering mellom kloroverskuddet i gassblandingen som ikke reagerer med natrium under rensingen og natriumkonsentrasjonen i smeiten. Det uora-satte klor er uttrykt som den ekvivalente konsentrasjon av AlCl-j i den brukte gassen (se den horisontale skalaen på toppen av tegningen). Det fremgår av disse kurver at jo større klorkonsentrasjonen er i blandingen, jo større molfraksjon AlCl-j vil det bli dannet i den utstrømmende gass på ethvert gitt nivå av natriumkonsentrasjonen i smeiten. Dette avspeiler direkte effekten av klorkonsentrasjonen på selektiviteten som tidligere er vist på fig. 1. Kurvene viser også klart effekten av natrium-konsentras j onen på aluminiumkloridkonsentrasjonen i den utstrøm-mende gass, når metallet behandles med en rensegass med fast klorkonsentrasjon. Når således natriuminnholdet i smeiten avtar, vil aluminiumkloridkonsentrasjonen øke (den naturlige logaritmen av N^1C1 forskyves mot lavere negative verdier på

den horisontale skala i øvre høyre hjørne).

Det følgende eksempel illustrerer hvorledes man

kan optimalisere renseprosessen ved å bruke en varierende klor-konsentras jon i rensegassen. Denne fremgangsmåte er en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse.

Eksempel 2

Natriuminnholdet i en aluminiumsmelte ble redusert fra 40 ppm til 1 ppm ved en trinnvis reduksjon av klorkonsentrasjonen i en rensegass hvor den inerte bæregass var argon. Den tillatte grense for utslipp av aluminiumklorid fra badet var 0,043 volum-? i den utstrømmende gass, en konsentrasjon som ikke måtte overstiges på noe tidspunkt under rensingen.

På fig. 3 er den på forhånd bestemte utslipps-grense representert ved den vertikale linje som er tegnet tvers over kurveskaren på høyre side av diagrammet ved ln NA1C1<=>~7'75 (tilsvarende en mol-fraksjon på 0,0004.3 aluminiumklorid). Rensegassen ble ført inn i metallbadet i form av vel fordelte gassbobler, slik at gassen blir i likevekt med smeiten under boblenes oppholdstid i metallbadet. Som angitt med horisontale piler på fig. 3, startet rensingen av aluminiumbadet med en gassblanding inneholdende 8% klor og fortsatte inntil man nådde den på forhånd bestemte utslipps-grense i den utstrømmende gass. På dette punkt var natriumkonsentrasjonen i metallet 16,6 ppm. Fra kurvene på venstre side av tegningen fremgår det at bruken av gassblandingen med 8% klor senket natriuminnholdet fra 40 ppm til 16,6 ppm, og denne senking krevet 140 liter gass pr. tonn aluminium. Til-førselen av 8% klorblanding i smeiten ble så avbrudt, og man begynte med en 6% klorblanding i smeiten inntil man igjen nådde utslippsgrensen, noe som tilsvarer et natriuminnhold på 14 ppm i smeiten. Klorkonsentrasjonen i gassblandingen ble så redusert til 4? og fremgangsmåten ble så igjen gjen-tatt kontinuerlig ved at man stadig brukte gassblandinger med progressivt lavere klorinnhold (dvs. 3%, 2% og 1% klor ved natriumnivåer på 10, 7,6 og 4,6 ppm henholdsvis), inntil man nådde en avsluttende natriumkonsentrasjon på mindre enn 1 ppm. Det totale gassforbruk under hele rensingen er avsatt på undersiden av absissen, og viser at man totalt brukte 674 liter rensegass pr. tonn metall for å redusere natriuminnholdet i metallet fra 40 ppm til 1 ppm i denne programmerte blåsing, hvor konsentrasjonen av aluminiumklorid i den ut-strømmende gass hele tiden ble holdt under den nevnte grense på 0,043 %.

Det er selvsagt underforstått at den programmerte renseteknikk som er vist på Eksempel 2, ikke nødvendigvis trenger å utføres i et gitt antall trinn, men snarere at klor-innholdet i renseblandingen kan reduseres rent kontinuerlig. F.eks. kan klorkonsentrasjonen i gassen reduseres automatisk

i forhold til en måleenhet som måler konsentrasjonen av forurensninger i den brukte gassen som forlater systemet, og derved kontinuerlig optimalt styrer sammensetningen på rensegassen. Alternativt, kan en optimalisering og styring av rensegassens sammensetning utføres ved hjelp av en regnemaskin som enten er programmert etter en ferdig oppsatt rutine eller bruker tilført informasjon fra tidligere kjørte forsøk.

For å oppnå høy selektivitet i reaksjonen mellom halogenkomponenten i rensegassen og alkalimetallforurensningene i smeiten, er rensegassens sammensetning viktig, og det samme gjelder type av fysisk kontakt mellom rensegassen og smeiten. Man må oppnå en skikkelig og jevn kontakt mellom smeiten og rensegassen for å kunne oppnå en likevekt mellom gass og metall. Dette oppnås lettest ved å føre rensegassen inn i form av små adskilte bobler som er jevnt fordelt i hele det smeltede metall. Slike små gassbobler gir store gass/ metallkontaktflater og lange gassoppholdstider i smeiten, og disse betingelser begunstiger en likevekt og tillater at kloret i gassen reagerer selektivt med det tilstedeværende natrium. En jevn fordeling av gassboblene i metallet redu-serer sjansene for at boblene skal løpe sammen og hindrer konsentrasjonslag i smeiten, dvs. at rent lokalt oppstår boblekolonner eller gasskanaler i smeiten. Resultatet av en slik lagdeling er at rensegassen kommer i kontakt med et vertikalt lag av metall som inneholder natrium med lavere konsentrasjon enn andre steder i badet, og følgelig vil betingelsene for en selektiv klorering av natrium i aluminium bli sterkt nedsatt. Av denne grunn bør gassboblene jevnt fordeles både i dybde og over metallbadets tverrsnitt. Enhver gassinjeksjonsmetode som tilfredsstiller dette krav

og som er i stand til å; produsere små, adskilte gassbobler i en aluminiumsmelte er egnet for ovennevnte formål. En roterende gassinjeksjonsanordning er f.eks. beskrevet i U.S. patent nr. 3-743.263, og en slik anordning er foretrukket

for dette formål.

Foreliggende fremgangsmåte kan gjennomføres i ethvert type kar som tillater en tilførsel av rensegass i smeltet aluminium på den beskrevne måte, og som kan lukkes under prosessen med et lokk som har en utgangsåpning for uttak av den utstrømmende gass, fortrinnsvis i ufortynnet form for reguleringsformål. Alle typer øser av den type som brukes for transport av primært aluminium fra fremstillingsområdet til støpeområdet kan omdannes til et behandlingssystem ved relativt enkle modifikasjoner slik det er vist på fig. 4. Systemet består av en isolert øsel som er utstyrt med et

lokk 3 som hviler på en flens 10 av øsen 1. Det er en gass-tett pakning mellom øse 1 og lokk 3, slik at man kan ta ut den utstrømmende gass uten at denne blandes med infiltrerende luft. En roterende gassinjeksjonsanordning 2 som er i stand til å injisere gass med høy strømningshastighet inn i smeiten i form av små, godt fordelte gassbobler, er festet til lokket 3 og båret av dette.

En rensegass bestående av en halogenforbindelse, såsom klor, samt en inert gass, såsom nitrogen, tilføres gjennom ledning 11 og injiseres inn i den ulegerte aluminiumsmelten 4 ved hjelp av gassinjektoren 2 som fordeler gassen i hele smeiten i form av meget små bobler. Etter at gassen har pas-sert det smeltede metall, vil den oppsamles, i topprommet 5 og utventileres fra systemet igjennom ledning 6. Ledningen 6 står via en gren 7 i kontakt med en gassmåleanordning 8 som kontinuerlig måler konsentrasjonen av forurensninger i den gass som tas ut fra øsen 1. Måleanordningen 8 er elektrisk koblet til automatiske ventiler i blandekammeret 9, slik at klorkonsentrasjonen i rensegassen kan økes eller senkes i kammeret 9 alt avhengig av signalene fra måleanordningen 8. Tilførsels-mengden av rensegass til smeiten måles av måleren 12. Rensingen av metallet stoppes når den nødvendige mengde rensegass er ført inn i systemet.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for fjerning av alkalimetallforurens-

ninger fra aluminium samtidig som man i det vesentlige unngår utslipp av miljøskadelige gasser og damper, hvor smeltet aluminium tilføres til en beholder som er utstyrt med inntaksinnretninger for tilførsel av gass til det smeltede aluminium og gassuttak for avløpsgass fra beholderen, og hvor en spylegass bestående av en blanding av en gass valgt blant klor, fluor, halogenholdige forbindelser og blandinger derav, og en inert gass med henblikk på aluminium, tilføres til det smeltede bad i form av adskilte godt fordelte gassbobler, slik at gassboblene kommer i intim kontakt med i det vesentlige hele massen av smeltet aluminium i metallbadet, karakterisert ved at aluminium tilføres i en form fri for legerende bestanddeler, at konsentrasjonen av halogen i spylegassen opprettholdes på en slik verdi at konsentrasjonen av alkalimetallforurensninger i smeiten progressivt reduseres, mens den selektive halogenering av alkalimetallforurensningene i forhold til aluminium på et hvilket som helst gitt nivå for alkalimetallinnholdet i smeiten, holdes tilstrekkelig høyt til å begrense konsentrasjonen av aluminiumhalogenid i avløpsgassen til under en på forhånd bestemt grense, og at strømmen av spylegass til det smeltede aluminium opprettholdes i et tidsrom tilstrekkelig langt til å redusere konsentrasjonen av alkalimetallinnholdet i aluminiumsmelten til et ønsket nivå, hvorved alkalimetallinnholdet fjernes som halogenider ved en tilstrekkelig høy utnyttelse av halogenene og de halogenholdige forbindelser, slik at avløpsgassen inneholder i det vesentlige intet ikke-omsatt fluor eller klor og at dets konsentrasjon av aluminiumhalogenid er under den på forhånd bestemte grense.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at klorkonsentrasjonen i gassblandingen progressivt reduseres under raffineringen, slik at man får et minimalt forbruk av den inerte gass, samtidig som man begrenser konsentrasjonen av aluminiumklorid i avløpsgassen til under den forutbestemte grense. 3- Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at spylegassen tilføres det smeltede aluminium gjennom en roterende gassinjektor.