NO328073B1

NO328073B1 - Fremgangsmate til fjerning av lettmetaller fra aluminium

Info

Publication number: NO328073B1
Application number: NO19992484A
Authority: NO
Inventors: Nolan Earle Richards; Helge O Forberg
Original assignee: Nolan Earle Richards
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2009-11-23
Also published as: CA2272976A1; US6375712B1; CA2272976C; NO992484D0; NO992484L

Description

FREMGANGSMÅTE TIL FJERNING AV LETTMETALLER FRA ALUMINIUM

Innledning

Når aluminium utvinnes elektrolytisk fra aluminiumoksid opp-løst i et kryolittbasert smeltet bad (Na3AlF6 + andre stabile fluorider), avsettes natrium sammen med aluminiumet. Det anvendes små andeler av andre fluorider, slik som litiumfluorid eller magnesiumfluorid, hvilke kan gi fordelaktige egenskaper til badet, hvilket fører til forbedret økonomi, idet de fører til spor av litium og magnesium i dammen av smeltet aluminium. Konsentrasjonene av disse lette alkalimetaller og alkaliske jordmetaller er avhengige av fysiske og kjemiske forhold inne i den elektrolytiske reduksjonscelle og den måte som denne virker på. Typiske konsentrasjoner av natrium, litium, magnesium, og kalsium i nyuttatt, smeltet aluminiummetall er henholdsvis i områdene fra 40 til 180 ppm, 5 til 25 ppm, 5 til 150 ppm, og 4 til 10 ppm og er forurensninger som må fjernes eller senkes til under spesifikasjonene for det aluminiummetall som skal markedsføres for mange bruksområder. For mange primære aluminiumsprodukter til støpearbeider, krever spesifikasjonene at nivåer for Na og Li skal være lavere enn 2 ppm og i noen tilfeller så lave som 0,5 ppm.

Eldre teknikk foreskriver behandling av primært aluminiummetall for å fjerne spor av alkalimetaller ved å føre det primære aluminiummetall gjennom en pakket seng av karbonholdig materiale blandet med fast aluminiumfluorid i granulatform, slik som beskrevet i amerikansk patent nr. 3,305,351 og nr. 3,528,801. Selv om en seng av vekselvise lag fra 30 cm til 150 cm dyp, inneholdende fra 5 til 90 vektprosent A1F3, kan behandle fra 25 000 til 50 000 kg primært aluminiummetall, er det vansker med å holde sengen åpen, porøs og med jevn for-brenning, hvilket ville fremme dispergeringen av aluminiumfluorid. Restene etter den forbrukte seng byr på miljømessige problemer ved anbringelse fordi de inneholder potensielt far-lig avfallsmateriale.

Amerikansk patent 4,277,280 beskriver at smeltet aluminium får strømme gjennom en seng av grovt granulat av AlF3-holdig materiale, hvor det reaktive aluminiumfluorid kan kombineres med alkalimetallene til dannelse av en væskefase og forårsake tilstopping av den innledningsvise granulatformige seng. Bad-komponenter som uunngåelig tappes sammen med det flytende aluminium fra cellene, kan også reagere med A1F3 til dannelse av enten uønsket væske eller kanaler i sengen, hvorved dennes effektivitet reduseres.

Amerikansk patent nr. 4,470,846 beskriver fjerning av forurensende alkalimetaller og alkaliske jordmetaller gjennom reaksjon med aluminiumfluoridgivende materiale dispergert i en stabil virvel i det smeltede aluminiums overflate. Et roterende skovlhjul hvor bladenes stigning er utformet for å tvinge det flytende metall nedover, skaper en virvel i overflaten av metallet rundt akselen forbundet med en motor. Kontrollerte mengder av AlF3-granulat ble tilsatt virvelen fra en traktformet beholder.

Amerikansk patent nr. 4,138,256 beskriver en fremgangsmåte med filterseng for å senke konsentrasjonen av natrium i smeltet aluminium ved strømning drevet av tyngdekraften gjennom en løst pakket filterseng av materiale i granulatform som til dels omfatter karbon. Den antyder at karbon fortrinnsvis ab-sorberte en del av natriumet.

Amerikansk patent nr. 5,032,171 beskriver en fremgangsmåte for å fjerne oppløste metaller fra aluminium. Fremgangsmåten nyttiggjør induktiv omrøring.

En annen form for sengfilter til fjerning av natrium, litium og kalsium ble beskrevet av Achim og Dubé (Light Metals/ Lettmetaller, 1982, side 903-916), hvor smeltet aluminium inneholdende omtrent 100 ppm Na og 30 ppm Li strømmet gjennom en filterseng av eggformede granulater av en blanding av kryolitt 3 %, aluminiumoksid 9 % og aluminiumfluorid 86 %. Mens denne anvendelse fjernet opp til 90 % av lettmetallene, ble brikettene som utgjorde sengen, forbrukt, og karet som inneholdt sengen for metallrensing i samme produksjonslinje, måt-te tas ned, rengjøres og pakkes på ny med AlF3-holdige pelle-ter på 15-50 mm i diameter etter behandling av 1000 til 1500 tonn flytende aluminium.

Mixal-prosessen for behandling av aluminium i digler i elektrolysecellelinje (Archard og Leroy, Light Metals 1990, side 765-768) er en fremgangsmåte ifølge eldre teknikk, hvor en blanding av gasser, klor-argon eller klor-nitrogen, blir injisert i smeltet aluminium gjennom en roterende dyse eller rotor. Etter omtrent 11 minutters behandling er konsentrasjonene av natrium og litium redusert til henholdsvis 5 og 3 ppm. Produktene fra reaksjonen er flyktige, og flytende avfall blir tappet av gjennom et dekkende lokk til et oppfang-ingssystem med posefilter injisert med kalk. Mangel på flytende slagg eller avfall fra reaksjonene som reduserer alkalimetallene, er en fordel med denne prosess. Faren for å resirkulere klorider blandet med fluoridene til reduksjons-cellene innebærer imidlertid en mulighet for at utålelig kor-rosjon vil oppstå i de elektriske tilkoplinger til samleskin-neopplegget og i elektrolysecellerommenes avgassoppfangings-system.

Primært aluminium oppnås ved elektrolytisk utvinning fra aluminiumoksid oppløst i et kryolittbasert smeltet bad (Na3AlF6 + andre stabile fluorider). Natrium blir avsatt sammen med aluminiumet under denne prosess, sammen med litium og magne-siumfluorider, hvilke kan gi fordelaktige egenskaper når de blir benyttet, idet de fører til at ikke bare natrium, men også spor av litium og magnesium er til stede i dammen av smeltet aluminium, Konsentrasjonene av disse lette alkalimetaller og alkaliske jordmetaller avhenger av fysiske og kjemiske forhold inne i den elektrolytiske reduksjonscelle og den måte denne virker på. Typiske konsentrasjoner av natrium, litium, magnesium og kalsium i nyuttatt, smeltet aluminiummetall er i områdene henholdsvis fra 40 til 180 ppm, 5 til 25 ppm, 5 til 150 ppm og 4 til 10 ppm.

Disse metallspor er forurensninger som må fjernes eller senkes for mange kommersielle produkter. Primært aluminium til mange produkter til støpearbeider innbefatter spesifikasjoner som krever at nivåer for Na og Li skal være lavere enn 2 ppm og noen ganger så lave som 0,5 ppm.

Selv om fortynning med gassblandinger slik som N2-Cl2, N2-CO-Cl2, Ar-Cl2# og enkeltgasser slik som argon og nitrogen praktiseres rutinemessig i varmholdovner og i uttaksrenner for å fjerne partikler, hydrogen og lettmetaller, er dette ikke en foretrukket fremgangsmåte til reduksjon av mengdene av Na, Li, Ca og Mg. Disse metaller danner halider, fremmer dannelse av ekstra avfall, reagerer med det ildfaste, innvendige belegg i varmhold/smelteovnen og krever utvidet tid med fortynning for å redusere konsentrasjonene av dem i typisk primært aluminium-primærmetall til lavere nivåer som kreves for alu-miniumhalvfabrikata.

De fremgangsmåter som praktiseres i dag for å fjerne eller redusere konsentrasjonene av lettmetaller, innbefatter tre-kullsfiltrering, hvor en uttaksdigel med primært aluminium helles over i en annen digel som inneholder en seng av bren-nende trekull og A1F3. De kombinerte virkninger av bevegelsen i metallet, reaksjonen med A1F3, oksideringen fra medført luft og natriums tilbøyelighet til å reagere med karbon i nærvær av fluorid, senker konsentrasjonen av Na og Li til henholdsvis omtrent 10 og 5 ppm. I begge fremgangsmåtene ifølge Alcan og Hycast "Treatment in Crucible" (behandling i digel), blir en digel med smeltet primærmetall ført til en stasjon hvor et skovlhjul blir senket ned i den åpne digel. I Alcan-fremgangsmåten skaper det roterende skovlhjul en virvel, til hvilken AlF3-granulat tilsettes over et tidsrom på 5 til 15 minutter. I Hycast-fremgangsmåten blir AlF3-granulat injisert i metallet med en inert bæregass gjennom en hul aksel og inn i metallet gjennom et roterende skovlhjul over et tidsrom på 5 til 20 minutter. Som i de tidligere fremgangsmåter som er beskrevet, er det nok latent varme til at det smeltede aluminium kan holde seg flytende gjennom disse be-handlinger. Aluminiumfluorid reagerer ifølge ligningene:

A1F3 + 3NaF = Na3AlF6

A1F3<+> 3LiF = Li3AlF6

Slagget/avfallet blir skummet av fra overflaten av aluminiummetallet etter at rotoren er stanset. Det behandlede aluminiummetall blir deretter transportert til støperiets varmhold-ovn.

Denne fremgangsmåte til fjerning av alkalimetaller og alkaliske jordmetaller fra primæraluminium eller primært, smeltet aluminium omfatter apparatet og fremgangsmåten til injisering av et pulverisert fluorid som kan fordampes, ført i en gass-strøm gjennom et roterende skovlhjul, hvorved det dannes bobler og differensialskjærkrefter. Dette utføres vanligvis i en reguleruttaksdigel på en spesialutformet metallrensestasjon, fordelaktig plassert mellom elektrolysecellerommet og støpe-riet. Metallrensestasjonen, i tillegg til de nødvendige sty-ringer og tilleggsutstyr for å posisjonere og aktivere rotoren/skovlhjulet, regulerer gassblandingen og injeksjonsraten for det fluoridholdige pulver. Rensestasjonen har fordelaktig to posisjoner for behandling av digler med aluminiummetall på transportmidler. Fortrinnsvis finnes det også en mellomposi-sjon hvor skovlhjulet og akselen som danner forbindelse til drivmotoren, kan rengjøres for eventuelt fastklebet, frosset kryolittbad. Partikkelutslipp fra digelen under fjerning av lettmetaller fanges opp i digelen ved hjelp av et lokk eller et deksel og et avluftingssystem med et multiklon- og filter-kammersystem. Det herværende, nye system sørger også for mekanisert fjerning av eventuelt avfall i fast form eller kryo-littisk materiale som flyter på overflaten av det smeltede aluminium etter behandling. Fig. 1 er et sideriss av den herværende oppfinnelse med et vertikalt snitt. Fig. 2 er et planriss, sett ovenfra, av den herværende oppfinnelse . Fig. 3 er et delsideriss av rotoren/injektoren ifølge den herværende oppfinnelse. Fig. 4 er et delplanriss, sett ovenfra, av rotoren/injektoren ifølge den herværende oppfinnelse. Fig. 5 er et delsideriss av rotoren/injektoren ifølge den herværende oppfinnelse. Fig. 6 er et delsideriss av én utførelse av en rotor/injektor ifølge den herværende oppfinnelse. Fig. 7 er et delsideriss av én utførelse av en rotor/injektor ifølge den herværende oppfinnelse. Fig. 8 er et delsideriss av rensestasjonen ifølge den herværende opp f i nne 1 s e. Fig. 9 er et planriss, sett ovenfra, av rensestasjonen ifølge den herværende oppfinnelse. Fig. 10 er et sideriss av den herværende oppfinnelse og viser rensestasjonen utstyrt med en røreinnretning festet til en hul aksel for injisering av pulver og gass, sammen med ett, to eller flere stasjonære rør til dispergering av pulver og gasser i strømmen av smeltet metall nær røreinnretningen. Fig. 11 er et sideriss av den herværende oppfinnelse og viser rensestasjonen utstyrt med en røreinnretning festet til en massiv aksel sammen med ett, to eller flere stasjonære rør for dispergering av pulver og gasser i strømmen av smeltet metall nær røreinnretningen.

Forbedringen ifølge den herværende oppfinnelse fremfor tidligere "Treatment in Crucible"-fremgangsmåter (behandling i digel) til fjerning av lettmetaller, stammer fra den mer effektive måte for tilsetting av fluoridmateriale til det smeltede aluminium samt den fremmende virkning til gasstrømmen som fø-rer partiklene gjennom den dreiende rotor.

Den grunnleggende kjemi i den herværende fremgangsmåte avhenger av termodynamikken i reaksjonen mellom en Al<3+->kilde, slik som A1F3 eller NaAlF4 (henholdsvis aluminiumtrifluorid og natriumaluminiumtetrafluorid) og forurensningen. For reaksjonene nedenfor er de frie Gibbs-energier vist for to temperaturer i det område hvor metallrensing ville skje.

Endring i

fri energi kJ

Reaksjon AG100ok AG1200k

3NaAlF4 + 3Na = 2Na3AlF6 + Al -455,0 -336,8

3NaAlF4 + 3Li = Na3AlF6 + Li3AlF6 + -542,3 -435,2

Al

A1F3 + 3Na = 2NaF + Al -163,8 -147,7

2A1F3 + 3Na = Na3AlF6 + Al -264,6 -255,5

2A1F3 + 3Li = Li3AlF6 + Al -352,0 -353,9

A1F3 + 3Li = 3LiF + Al -310,0 -306,2

2A1F3 + 3Ca = 3CaF2 + 2A1 -668.0 -674,7

2A1F3 + 3Mg = 3MgF2 + 2A1 -298,5 -350,4

En sammenligning av endringene i fri energi pr. enhet alkali-metall i ovennevnte tabell avslører at natriumaluminiumtetrafluorid er en mye sterkere drivkraft enn aluminiumfluorid til fjerning av både natrium og litium fra smeltet aluminium.

En annen fordel med NaAlF4 fremfor AlF3 er at damptrykket er

høyere. Når faste partikler av NaAlF4 blir injisert i flytende aluminium i temperaturområdet fra 750 til 900 °C, begynner disse straks å sublimere eller fordampe. Dampen i form av og blandet med bobler av den bærende gass, har en høyere reak-sjonshastighet enn om den, eller det reaktive fluorid, var i fast form. Arealet for dampens kontakt med det smeltede metall er summen av arealet av alle boblene. En fluoridpartik-kel med en diameter på 2 mm har ved 850 °C et areal på 4,2 x IO"<3> cm<2>, mens samme partikkel ville, når den var fordampet, ha et areal på 6,13 cm<2>, en faktor på 1000, hvilket ville kulminere i dannelse av mange enkeltbobler. Damptrykkene for forbindelser benyttet i den herværende oppfinnelse er satt opp i tabell nedenfor.

At NaAlF4 foretrekkes som middel til reduksjon eller elimine-ring av lettmetaller, kan forstås ytterligere når det uttryk-kes i den mengde fast pulver som kan omdannes til gass og rø-res inn i smeltet aluminium pr. tidsenhet. Det er denne oppfinnelses formål å transportere fluoridet ned gjennom en hul aksel koplet til en spesialutformet rotor, ut av hvilken den bærende gass og det innledningsvis partikkelformige fluorid blir dispergert kraftig i det flytende aluminiummetall. Når bæregassens strømningshastighet er 40 liter/min. med gjennomsnittlige boblediametere på 2 mm og 5 mm, ville det være henholdsvis 655 x IO<3> og 42 x IO<3> bobler pr. sekund ved 850 °C. Når natriumaluminiumtetrafluorid kommer inn i denne strøm, vil det være kapasitet til å fordampe 13 og 5,3 kg/min. Selv om disse mengder avtar til 3,4 kg/min. og 1,3 kg/min ved 750 °C, er dette fremdeles ti ganger høyere enn de tilsvarende mengder av A1F3 som ville kunne fordampes til de samme boblene på 2 og 5 mm i diameter.

En ytterligere grunn til å skape en omrørt rekke av bobler i det smeltede aluminium, er for å fremme fjerningen av alkalimetaller. Natrium koker ved 897 °C og Li ved 1620 °C. Ved de temperaturer som det er sannsynlig å finne når digelen med aluminium når metallbehandlingsstasjonen, 850° til 750 °C, er damptrykkene henholdsvis 500 og 200 torr for Na og 12 og 0,85 torr for Li. Det er derfor en sterk tendens for disse lettmetaller å fordampes eller renses inn i boblene av bæregassen uten hensyn til innholdet av reaktivt fluorid i disse bobler, hvilket vil omdanne alkalimetallet til et komplekst fluorid. Det komplekse fluorid vil avbalanseres igjen til andeler av damp- og vaeskefaser.

I betraktning av de relative masser og volumer av baeregassen og enten NaAlF4 og/eller AlF3 som det reaktive stoff, er mengden av faste partikler som skal injiseres i bæregasstrøm-men, fordelaktig omtrent 3 volumprosent.

Avhengig av den spesielle kombinasjon av gassblanding, fast, partikkelformig aluminiumkationkilde, og damptilstandsform til aluminiumforbindelsen som trekker ut Na, Li, Ca eller Mg fra primært aluminium, vil den resulterende fluoridkompleks-blanding omfordeles mellom fast fase, væskefase og dampfase. Denne fordeling avhenger av temperatur og dynamikken i end-ringen i sammensetningen med økende andel av lettmetallfluo-ridene i M(I)F-M(II)-AlF3-produktet. Når AlF3 brukes, dannes lavtsmeltende eutektika slik som NaAlF4-NaF med NaF/AlF3-vektforhold i området fra 0,3 til 1,4 for 80 til 160 ppm Na og 2 til 6 ganger støkiometriske mengder av reaksjonsdelta-ker. Noe av materialet med vektforhold i området 0,4 til 0,6 vil fordampe og bli ført gjennom overflaten av metallet og luftes ut til gassvaskesystemet. Siden blandingen forblir rik på A1F3, vil en betydelig andel med metalldigelen på 705 °C være flytende (eutektisk temperatur 732 °C). Det ville være å foretrekke at den andel av det komplekse NaF-AlF3-LiF som ikke fordampet, ville størkne og danne et tynt, massivt belegg på overflaten av aluminiummetallet. Når metallets temperatur synker til omtrent 750 °C under metallbehandlingen, vil det være ønskelig å ha frysepunktet til blandingen av smeltede salter over den temperatur. Når NaAlF4 brukes og det er 80 til 160 ppm Na i aluminiumet, 2 til 6 ganger støkiometriske mengder, er de foreslåtte vektforhold for NaF/AlF3 i området 0,4 til 1. Dette angir et større tap av komplekset gjennom fordamping på grunn av den høyere andel av AlF3 i det poten-sielle avfall, en mindre andel i den fryste tilstand og noe væske blandet med alumniumoksideavfallet ved 750 °C. Vurderer man dette aspekt alene, er de fysisk-kjemiske egenskaper som følger av injiseringen og reaksjonen med lettmetaller litt bedre med aluminiumfluorid.

Det er tilveiebrakt en fremgangsmåte til fjerning av forurensende litium, natrium, kalsium og magnesium fra aluminium ved å bringe aluminiumet i smeltet tilstand med de deri oppløste forurensninger i kontakt med et partikkelformig fluoridmateriale hvor fremgangsmåten kjennetegnes ved at den omfatter: a. avlevering av partikkelmaterialet natriumaluminium-tetrafluoride, NaAlF4, under overflaten av det smeltede aluminium inneholdt i et kar (22) som har en geometrisk akse; b. injisere et andre parti av fluoridmaterialet inneholdt i en bæregass gjennom ett eller flere rør (95,96; 109,110) med spredere (97, 112) for dispergering inn i strømmen av smeltet metall nær skovlhjulet. c. omrøring av det smeltede aluminium for å skape og opprettholde en omrøring i dette og avlevering av nevnte partikkelmateriale mens det blir omrørt, sub-limert og blandet med det smeltede aluminium, for derved å bevirke en reaksjon mellom partikkelmaterialet og de oppløste forurensninger, idet omrørings-trinnet utføres ved i et rotasjonsplan og om en rotasjonsakse å rotere et skovlhjul som har en flerhet av blader nedsenket i den smeltede masse; d. fortsette omrøring av det smeltede aluminium inntil innholdet av nevnte oppløste forurensninger i dette

er redusert i det minste til et forhåndsbestemt nivå;

og

e. utskilling av det smeltede aluminium fra reaksjons-produktene av forurensningene og det sublimerte fluoridet.

Følgende tre fremgangsmåter kan anvendes for å oppnå de øns-kede resultater: Fremgangsmåte 1: Pulverne og gassene blir injisert gjennom en hul aksel og en røreinnretning som er forbundet med akselen, for å bli tømt inn i det smeltede metall.

Fremgangsmåte 2: et parti av pulverne og gassene blir injisert i det smeltede metall ved at de blir ført gjennom en hul aksel og en røreinnretning, og det resterende parti blir injisert gjennom stasjonære rør utstyrt med spredere for å bli dispergert i strømmen av smeltet metall nær røreinnretningen.

Fremgangsmåte 3: En roterende røreinnretning er forbundet med en massiv aksel for å sørge for omrøring av det smeltede metall. Ett eller flere stasjonære rør utstyrt med spredere dispergerer pulver og gasser i strømmen av smeltet metall nær røreinnretningen.

I fremgangsmåte 1 og 2 har rotoren eller skovlhjulet flere funksjoner. Først sprer den/det det aluminiumholdige partikkelmaterialet inn i aluminiummetallet. På fordelaktig vis har rotoren i utgangspunktet fasong som en omvendt kopp, enten med huller i den nedadpekende kant eller med vekselvise ut-spring og mellomrom. Faststoffet blir således tvunget sentri-petalt til omkretsen hvor det finnes sterke skjærkrefter, hvorved aluminiummetallet omrøres, og det skapes hastighets-gradienter mellom de faste partikler som videre blir ført inn i det flytende aluminium etter hvert som de fordamper. Skovlhjulet dispergerer også bæregassen i metallet, og på grunn av den høye skjærkraft ved periferien, tvinges meget små bobler ut i væsken, hvorved de danner flere strømningsmønstre mellom rotoren og digelens innside og nedre flater. Selv om skovlhjulet kanskje roterer med fra omtrent 80 til omtrent 400 rpm, er mengden forstyrrelse på overflaten av metallet mini-mal, fordi akselen har en relativt liten diameter og glatt overflate. Rotoren og akselen er fordelaktig plassert ute av senter i digelen ved en slik dybde at de innpregede, vertikale sirkulasjonsstrømningsmønstre har avtatt eller er blitt dempet innen de når overflaten. Med et slikt arrangement oppnås effektiv, mekanisk omrøring og gassbobleomrøring, aksele-rasjon av reaksjonen mellom NaAlF4 eller AlF3 og lettmetall-forurensningen fremmes med liten forstyrrelse i overflaten, slik at dannelsen av avfall er minimert.

I fremgangsmåte 3 kan tilsvarende resultater oppnås som beskrevet i fremgangsmåte 1 og 2, men utstyrsutformingen er annerledes. Fremgangsmåte 3 kan tas i bruk for forskjellige utstyrsutforminger som TAC-systemet, men med dette system må man bytte ut røreinnretningen og sette inn en reversibel, elektrisk motor koplet til akselen. For systemer som har stasjonære rør utstyrt med spredere, er det også nødvendig å sette inn en jigg tilkoplet for bevegelse av armen, slik at dette utstyr kan senkes ned i det smeltede metall og heves og senkes sammen med røreinnretningene, idet sprederne blir væ-rende i samme avstand fra røreinnretningen.

Fortrinnsvis blir et lokk eller et deksel ført ned på digelen etter at skovlhjulet er plassert. En avlufting gjennom deks-let fører til et avgasskontrollsystem som fanger opp fluoridene i partikkelform for resirkulering til elektrolysecellerommet. Når en liten mengde CO er en komponent i bæregass-injeksjonssystemet, vil denne bli oksidert til C02 når den passerer gjennom det flytende aluminiummetalls krumme overflate. Ved inntrenging av normal luft, vil eventuell gjenvæ-rende CO bli fortynnet til godt under forskriftenes terskel-grenser.

Fremgangsmåten kan utøves ved at en tredje stasjon befinner seg mellom de to metallbehandlingsstasjoner. På dette sted kan enheten med aksel og roterende skovlhjul senkes ned i et kar eller en beholder hvor det kan utføres kule- eller sand-blåsing på akselrotoren for å fjerne vedheftende belegg av frosset kryolittbad. Kontrollerte, mekaniske vibrasjoner kan påføres for å fremme fjerningen av vedheftende bad. Vibrasjo-nene kan påføres med en punktkontaktor koplet til en ultra-lyd- eller magnetostriktorinnretning. Til minimering av avfall er det mulig at alfa-aluminiumoksid kan benyttes som slipemiddel, hvilket gjør det mulig for blandingsmaterialet i aluminiumoksidbadet å resirkuleres i aluminiumsproduksjons-prosessen.

En utførelse av apparatet for utøvelse av fremgangsmåten er illustrert på fig. 1 som viser et vertikalt snitt av rotoren inne i og ute av senter i en digel med smeltet aluminium. Rotoren eller røreinnretningen er koplet til en reversibel, elektrisk motor med varierbar hastighet på en arm som kan dreies fra en midtstolpe eller en søyle. Armen er fortrinnsvis hydraulisk i stand til vertikal bevegelse tilstrekkelig til å gå klar av kanten på digelen ved stasjon A. På fordelaktig vis finnes det et duplikat, en speilvendt stasjon B 180 grader vis-å-vis. Armens høyde og rotasjon aktiveres og sty-res fra et automatisert, programmerbart panel (ikke vist). Fig. 2 er et planriss som ser ned på armen og viser en digel av smeltet aluminium som transporteres fra elektrolysecellerommet via metallrensestasjonen og til støperiet. Mellom stasjon A og B er det fordelaktig en rengjøringsstasjon for rø-reinnretningen, hvilken stasjon inneholder en sylindrisk tank som rotorakselen kan føres inn i for periodisk rengjøring. Svingarmen kan svinge forbi/over denne rengjøringsstasjon til stasjon B hvor systemet kan senkes ned og virke i en annen rekke digler med smeltet aluminium på vei til støperiet. Apparatet vist på fig. 1 består av en vertikal søyle 11 med den nedre ende montert på en stålplate 12 som er boltet til et gulvunderlag av betong. På toppen av søylen, som' fordelaktig er fra omtrent 4 til omtrent 6 meter høy, er det montert en horisontal arm 13. Fortrinnsvis er armen 13 i stand til hydraulisk å bevege seg 360 grader horisontalt og fra omtrent 1 til omtrent 2 m vertikalt. En reversibel, elektrisk motor 14 med varierbar hastighet er montert i den ene ende av armen og via en kopling 26 forbundet med en hul aksel 15 som er festet til den roterende røreinnretning 16. En motvekt 17 er festet til den andre ende av armen.

Ovenfor søylen 11 er det plassert to traktformede beholdere for henholdsvis aluminiumfluorid 18 og natriumaluminiumtetrafluorid 19, innbefattende en tilførselsledning for bæregass 20 og ventiler, tilførselsinnretninger, rør og annet diverse utstyr 21. Pulverne i de to traktformede beholdere injiseres i gasstrømmen og transporteres ned gjennom den hule aksel, ut gjennom røreinnretningen og inn i det smeltede metall i digelen 22. Hjelpemidlene slik som elektrisitet, trykkluft og hydraulikk pluss de traktformede beholdere for aluminiumfluorid og natriumaluminiumtetrafluorid så vel som beholderne for bæregasser er forbundet med søylen 11 og det ulike utstyr i apparatet. Det smeltede metall blir transportert fra elektrolysecellerommene via metallrensestasjonen og til støperiet på fordelaktig vis i digler på omtrent 4 til omtrent 6 tonn plassert på en tilhenger 23. I planrisset, sett ovenfra, av apparatet på fig. 2, kan to digler fordelaktig anbringes med den ene i klokken-3-posisjonen, og den andre i klokken-9-posisjonen, men bare én kan behandles om gang-en. En røreinnretningsrengjøringsstasjon 25 er fortrinnsvis plassert i klokken-6-posisjonen, og en mekanisert, automatisk avfallsskummestasjon, ikke vist, er fortrinnsvis plassert i klokken-12-posisjonen. Den mekaniske skummeinnretning er festet til enden av en andre arm, ikke vist, med den andre ende forbundet med søylen 11 nedenfor armen 13. Den andre arm er også fordelaktig hydraulisk i stand til å bevege seg 360 grader horisontalt og fra omtrent 1 til omtrent 2 meter vertikalt. Før behandlingen aktiverer et automatisk, programmerbart panel hydraulikken for å bevege armen 13 i stilling og senke røreinnretningen ned i det flytende metall. Et lokk 27 blir plassert oppå digelen før behandlingen startes, og et avluftingsrør 28 fører avgassene til et vaskesystem under behandlingen.

Fig. 3, 4 og 5 viser i snitt fordelaktige former av rotoren/ in jektoren for utøvelse av fremgangsmåten. En kopling 38 forbinder drivakselen med motoren. Den hule drivaksel 31 innbefatter en roterende tetning 30, gjennom hvilken pulver kan injiseres i gasstrømmen fra de traktformede beholdere. Pulveret og gasstrømmen transporteres ned gjennom akselens 31 hule parti 32, rotoren/røreinnretningen 34 og inn i det flytende

metall. Roteren senkes, idet den roterer sakte ned i det flytende metall med gasstrømmen ved lav hastighet før aktivering av ventilen som trekker pulveret inn i rørene som fører pulveret til en innføringspakkboks. Rotoren/røreinnretningen kan være av hvilken som helst praktisk form som er effektiv til dispergering av pulveret (som kan sublimere) og igangsetting av både turbulens og skjæring inne i det flytende aluminium.

Fig. 4 viser en konisk, hul rotor med tenner 40. I én utfø-relse kan en rekke vertikale, utragende blader festes ovenfor den øvre koniske flate langs et parti av radiene for å øke skjæringen fra den øvre flate av rotoren. Fig. 5 viser i snitt en flatere og tynnere dreieskive 41 med blader/utspring 42 fra de nedre flater av den lett konkave rotor. Slike blader/utspring kan også være utragende fra de øvre flater av rotoren, og begge er fordelaktig plassert med omtrent 45 gra-ders mellomrom, dvs. 8 blader/utspring langs omkretsen.

Fig. 3 viser koplingen 38 med rotortetningene 3 9 for den hule aksel 31 til den elektriske motor, hvilken kopling også til-kopler bæregasstrømmen med pulverne. Den nedre ende av akselen 31 er festet til røreinnretningen 34 gjennom en skrukop-ling 35. Bæregassen med pulveret beveger seg gjennom røre-innretningens 34 hule aksel 31, brer seg ut gjennom den nedre del 36 og dispergeres i det smeltede metall gjennom åpningene 33 i den nedre ende av røreinnretningen. Fig. 5 viser en al-ternativ røreinnretningsutforming. Røreinnretningen 41 er utstyrt med en hul aksel 43 og flere røreblader 42. Fig. 6 og 7 viser i snittriss to alternative rotorer/røreinn-retninger. Begge har en konisk fasong med hule aksler 61 som lett kan koples til/fra motorens drivaksel. Fig. 6 viser åpninger 62 langs omkretsen 63 av den nedadragende kant på ro-torens 60 omkrets. Fig. 7 har et sett tenner 71 nedenfor åp-ningenes 72 nivå med den funksjon å øke skjæring/omrøring av metallet for å fremme dispergeringen av det injiserte pulver og reaksjonen med lettmetallene (Na, Li, Ca og Mg) oppløst i det flytende aluminium. Fig. 6 viser en røreinnretning 60 i snitt, hvilken har en hul aksel 61 hvor gasstrømmen med pulveret kan bre seg ut i den nedre del av røreinnretningen 63 og dispergeres inn i det smeltede metall gjennom åpningene 62 i den nedre del. Fig. 7 viser en røreinnretning 70 som har en skrueforbindelse 74 med akselen og en hul aksel 61. Gasstrømmen med pulveret brer seg ut i den nedre del av røreinnretningen 73 og dispergeres inn i det smeltede metall gjennom åpningene 72 i den nedre del, som også omrører det smeltede metall med tenner 71 i den nedre del av røreinnretningen 70.

Fig. 8 og 9 viser tverrsnittet og planrisset, sett ovenfra,

av røreinnretningsrengjøringsstasjonen. Denne består av en innelukket tank 81, fortrinnsvis av stålkonstruksjon, med konisk bunn 82, hvor to systemer er brakt til å sørge for eventuell, nødvendig rengjøring av rotoren/den nedre aksel 80 for vedheftende bad. Skjematisk fremstilt, en horisontalt bevege-lig aksel 88 med et litt spisst hode 89 er koplet til en vib-rasjonskilde 83, f.eks. en ultralyddrivanordning eller en magnetostriktordrivanordning som overfører vibrasjonsenergi langs akselen 88 til hodet 89 som presser mot utsiden av rotoren 80. Sandblåsingshjul 84 som rager gjennom veggen i den innelukkede tank 81, gjennom hvilke et slipende pulver, fortrinnsvis aluminiumoksid, alfa-aluminiumoksid, eller mindre ønskelig hard silikasand, kan blåses på røreinnretningen 80, utfører rengjøringen. Avfallet som faller av røreinnretning-en, samles opp gjennom ventilen 85 i bunnen 86 av tanken, fortrinnsvis skrådd innover ved bunnen 87. På grunn av dets sammensetning av kryolitt-aluminiumsoksid-hvitt avfallsbad er resirkulering til elektrolysecellene mulig. Halvsirkelformede lokk 90 er hengslet på toppen av tanken for å holde inne og samle støv som luftes ut gjennom oppsamlingsmidler 91 til filterkammeret, hvilket fordelaktig også samler avgasser fra metallrenseoperasjonen.

Fig. 8 viser en elektrisk motor 92 med varierbar hastighet,

en horisontal arm 93, en koplingsboks med en roterende pak-ning 94 til det sylindriske kar 81 som rommer røreinnret-ningsrengjøringsstasjonen, to sandblåsingshjul 84, en ultralyddrivanordning 83, rotasjonsventilen 85 og tømmesjakten 86 som tømmer det materialet som skal resirkuleres, til elektrolysecellene. Røreinnretningen 80 er vist på plass i rengjø-

ringsstasjonen med lukkede lokk 90 og avluftingsrør 91 som overfører støvet til filterkammeret. Fig. 9 er et planriss, sett ovenfra, og viser armen 91, sandblåsingshjulene 84 og ultralyddrivanordningen 92.

Fig. 10 viser en digel med smeltet aluminium 22 som sitter på en tilhenger 23 på rensestasjonen. På toppen av søylen er det montert en reversibel, elektrisk motor 14 på en horisontal arm 13 som er i stand til hydraulisk å bevege seg 360 grader horisontalt og omtrent 1 til omtrent 2 meter vertikalt. Den elektriske motor 14 er montert via en kopling 103 til en hul aksel 94 som er festet til den roterende røreinnretning 16. En traktformet beholder 100 for aluminiumfluorid er plassert ovenfor søylen og innbefatter en tilførselsledning for bæregass 102 og ventiler, tilførselsinnretninger, rør og annet diverse utstyr 101 og 103.

Det er også vist to rør 95 og 96 utstyrt med spredere 97 til dispergering av pulver og gasser i strømmen av smeltet metall nær røreinnretningen 16. Rørene er festet til en jigg og festet til armen 13 (ikke vist), hvilket gjør rørene i stand til å bevege seg opp og ned med røreinnretningen, og til å opprettholde dispergeringen av pulveret og gassene i samme posi-sjon i forhold til røreinnretningen. En traktformet beholder 104 for natriumaluminiumtetrafluorid er plassert ovenfor søy-len og innbefatter en tilførselsledning 106 for gasser samt ventiler, tilførselsinnretninger og rør og annet diverse utstyr 105 og 107. Videre er digelen utstyrt med et lokk 27 for oppsamling av avgasser gjennom avluftingsrøret 28.

Fig. 11 viser en digel 22 med smeltet aluminium på en tilhenger 23 på rensestasjonen. På toppen av søylen er det montert en reversibel, elektrisk motor 117 til en horisontal arm 118 som kan være i stand til hydraulisk å bevege seg horisontalt og vertikalt. Den elektriske motor er montert på en aksel 108 som er festet til den roterende røreinnretning 111.

To traktformede beholdere er plassert ovenfor søylen for å inneholde henholdsvis aluminiumfluorid 113 og natriumaluminiumtetrafluorid 114 og innbefatter tilførselsledninger 115 for gasser samt ventiler, tilførselsinnretninger, rør og diverse utstyr 116 og 120. Digelen er utstyrt med et lokk 121 for oppsamling av avgasser gjennom utluftingsrøret 119.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan utøves ved hjelp av et apparat til blanding av partikkelformig og gassformig fluoridmateriale med smeltet aluminium for å fjerne oppløste forurensninger slik som litium, natrium, kalsium og magnesium fra det smeltede aluminium, hvor nevnte apparat omfatter: a. et kar som har en sylindrisk innervegg med en vertikal, geometrisk akse og en innvendig diameter D, hvilket skal inneholde en masse av smeltet aluminium til en høyde H over karets gulv;

b. en røreinnretning som omfatter et skovlhjul som har en åpning gjennom sin aksel og blader for derigjennom å føre en bæregass inneholdende fluoridet i partikkelform, inn i og ned under overflaten av det smeltede aluminium, og har en flerhet av blader anbrakt for nedsenking i en masse av smeltet aluminium inneholdt i karet, samt middel til rotering av

skovlhjulet om en i det vesentlige vertikal akse, hvor nevnte skovlhjul har en diameter d, og hevnte blader har en høyde h, hvor nevnte bladers midtpunkt befinner seg i en avstand y over karets gulv, skovlhjulets rotasjonsakse befinner seg i en avstand x fra nevnte geometriske akse, og nevnte bla-

der har store flater med en nedadrettet stigning i en vinkel theta i forhold til vertikalen; eller c. en røreinnretning som omfatter et skovlhjul festet til en aksel med en flerhet av blader innrettet til nedsenking i en masse av smeltet aluminium inneholdt i karet, og middel til rotasjon av skovlhjulet om en i det vesentlige vertikal akse og plassert nær ett eller flere rør utstyrt med spredere til dispergering av en bæregass inneholdende de partikkelformige fluorider i strømmen av smeltet metall nær skovlhjulet, hvor nevnte skovlhjul har en diameter d, og nevnte blader har en høyde h, nevnte bladers midtpunkt befinner seg i en avstand y over karets gulv, skovlhjulets rotasjonsakse befinner seg i en avstand x fra nevnte geometriske akse, og nevnte blader har store flater med en nedadrettet stigning i en vinkel theta i forhold til vertikalen; og d. verdiene for d, D, h, H, x og theta er slik at d/D er mellom 0,1 og 0,6, h/H er mellom 0,1 og 0,7, x er mellom 0 og D/4, y er mellom 0,25 H og 0,75 H, og theta er mellom 0° og 45°, idet i det minste én av x og theta er større enn null.

Både x og theta er fordelaktig større enn null og fortrinnsvis er d/D mellom 0,15 og 0,40, h/H er mellom 0,2 og 0,40, x er ikke større enn d/2, y er mellom 0,4 H og 0,6 H, og theta er mellom 30° og 50°. Mest fortrinnsvis er theta mellom 40° og 45°, og antallet av nevnte blader er åtte.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan utøves ved hjelp av et apparat for å blande partikkelformig og gassformig fluoridmateriale med smeltet aluminium for å fjerne oppløste forurensninger slik som litium, natrium, kalsium og magnesium fra det smeltede aluminium, hvor nevnte apparat omfatter: a. et kar som har en geometrisk akse, hvilket skal inneholde en masse av smeltet aluminium; og

b. en røreinnretning omfattende et skovlhjul som har en åpning gjennom sin aksel og blader for derigjennom å føre en bæregass inneholdende det partikkelformige fluorid inn i og ned under overflaten av det smeltede aluminium, og som har en flerhet av blader innrettet til nedsenking i en masse av smeltet aluminium inneholdt i karet og middel for å rotere skovlhjulet i et rotasjonsplan som inneholder skovlhjulbladenes midtpunkt og skjærer nevnte geometriske akse, hvor nevnte skovlhjul har en diameter d, og nevnte blader har en høyde h, nevnte bladers midtpunkt befinner seg i en avstand y over karets gulv, skovlhjulets rotasjonsakse befinner seg i en avstand x fra nevnte geometriske akse, og nevnte blader har store flater med en nedadrettet stigning i en vinkel theta i forhold til skovlhjulets rotasjonsakse, hvor d og x måles i nevnte ro-tas jonsplan, og h og y måles langs nevnte rotasjonsakse; eller

c. en røreinnretning som omfatter et skovlhjul festet til en aksel med en flerhet av blader innrettet til å senkes ned i en masse av smeltet aluminium inneholdt i karet, og middel til rotasjon av skovlhjulet i et rotasjonsplan som inneholder skovlhjulbladenes midtpunkt, og som krysser nevnte geometriske akse, og plassert nær ett eller flere rør utstyrt med spredere for dispergering av en bæregass inneholdende fluorider i partikkelform, slik som aluminiumfluorid og natriumaluminiumtetrafluorid, i strømmen av smeltet metall så nær skovlhjulet som det er praktisk, hvor nevnte skovlhjul har en diameter d, og nevnte blader har en høyde h, hvor nevnte bladers midtpunkt befinner seg i en avstand y over karets gulv, skovlhjulets rotasjonsakse befinner seg i en avstand x fra nevnte geometriske akse, og nevnte blader har store flater med en nedadrettet stigning i en vinkel theta i forhold til skovlhjulets rotasjonsakse, hvor d og x måles i nevnte rotasjonsplan, og h og y måles langs nevnte rotasj onsakse;

d. nevnte kar har en minste innvendig diameter D i nevnte rotasjonsplan og er tilpasset til å inneholde smeltet aluminium til en høyde H over karets gulv, målt langs nevnte rotasjonsakse; og

e. verdiene for d, D, h, H og theta er slik at d/D er mellom omtrent 0,1 og omtrent 0,6, h/H er mellom omtrent 0,1 og omtrent 0,7, y er mellom omtrent 0,25 H og omtrent 0,75 H, og theta er mellom 0° og omtrent 45°, hvor i det minste én av x og theta er større enn null, og minimumsavstanden mellom nevnte rotasjonsakse og veggen i nevnte kar er minst D/4 målt i nevnte rotasjonsplan.

Fremgangmåten til fjerning av forurensninger slik som litium, natrium, kalsium og magnesium fra aluminium ved å bringe aluminiumet i smeltet tilstand med de deri oppløste forurensninger i kontakt med partikkelformig og gassformig fluoridmateriale kan omfatte:

a. avlevering av nevnte partikkelformige materiale under overflaten av en masse av det smeltede aluminium inneholdt i et kar som har en geometrisk akse; b. omrøring av det smeltede aluminium for å skape og opprettholde en omrøring i dette og avlevering av nevnte partikkelmateriale mens partikkelmaterialet blir omrørt og blandet med det smeltede aluminium, for derved å bevirke en reaksjon mellom partikkelmaterialet og de oppløste forurensninger, idet om-røringstrinnet utføres ved i et rotasjonsplan og om en rotasjonsakse å rotere et skovlhjul som har en flerhet av blader nedsenket i den smeltede masse; c. fortsatt omrøring av det smeltede aluminium inntil innholdet av nevnte oppløste forurensninger i dette er redusert i det minste til et forhåndsbestemt nivå ; d. utskilling av det smeltede aluminium fra reaksjons-produktene av forurensningene og fluoridet;

e. hvor skovlhjulet inneholder en åpning gjennom sin aksel og blader for derigjennom å føre en bæregass inneholdende det partikkelformige fluorid inn i det smeltede aluminium; eller

f. hvor skovlhjulet inneholder en åpning gjennom sin aksel og blader for føring derigjennom av et parti av en bæregass inneholdende de partikkelformige fluorider inn i det smeltede aluminium, og også er utstyrt med ett eller flere rør med tilknyttede spredere for dispergering av et parti av en bæregass inneholdende partikkelformige eller gassformige fluorider inn i metallstrømmen så nær skovlhjulet som det er praktisk; eller

g. hvor skovlhjulet er festet til nevnte aksel, og en bæregass inneholdende de partikkelformige eller gassformige fluorider blir dispergert gjennom ett eller flere rør utstyrt med spredere og inn i me-tallstrømmen så nær skovlhjulet som det er praktisk.

Når en digel med flytende aluminium er anbrakt på metalIren-sestasjonen, beskrives den foretrukne renseprosess i sammen-drag som følger: • før røreinnretningen senkes ned i det smeltede metall, åpnes inertgassventilen for å tillate en gjen-nomstrømningshastighet fra omtrent 30 til omtrent 60 normalliter/minutt. • røreinnretningen senkes ned i metallet ved lav hastighet fra omtrent 40 til omtrent 70 rpm. • Røreinnretningshastigheten økes til omtrent 400 rpm.

Aluminiumfluorid og/eller natriumaluminiumtetrafluorid blir injisert i gasstrømmen med en rate fra omtrent 0,3 til omtrent 0,7 kg/minutt for hver av komponentene. Vektforholdet mellom de to partikkelformige tilsetninger er fordelaktig programmert til å endre seg under behandlingen av en digel smeltet metall for å redusere behandlingstiden. Den kombinasjon av strømningsratene for inert (argon eller nitrogen) og reaktiv gass (CO) man tar sikte på, programmeres. • Røreinnretningen er programmert til å endre hastighet og skifte til motsatt retning omtrent hvert minutt eller hver to minutter for å maksimere blandeeffekten.

De kjemiske reaksjoner som finner sted for å redusere litium-innholdet i den smeltede aluminium fra omtrent 15 til 30 ppm (parts per million/deler pr. million) til omtrent 1 ppm (og reduksjonen av de andre alkalimetaller også), og den virkning denne oppfinnelse har på å påskynde renseprosessen, er som følger: • litium vil reagere med de dispergerte finmalte partikler av aluminiumfluorid til dannelse av litiumfluorid. Effektiv blanding og stort partikkeloverflate-areal på aluminiumfluoridet i det flytende metall vil påskynde prosessen. • natriumaluminiumtetrafluoridet vil delvis fordampe idet det kommer i kontakt med det flytende aluminium, og sterkt påskynde prosessen for omdanning av litium til litiumkryolitt. • bæregassen vil raskt overføre aluminiumfluorid- og natriumaluminiumtetrafluorid-partiklene til det flytende aluminium som beveger seg saktere. • bæregassen vil også raskt overføre det fordampede parti av natriumaluminiumtetrafluoridet som bobler inn i det smeltede aluminium for rask reaksjon. • sirkulasjonen av det flytende aluminium vil være høy-est nær røreinnretningen og saktest nær dige1veggene. For å nå den tilstrebede lave konsentrasjon av litium og de andre alkalimetallurenheter på kortest mulig tid, er det nødvendig å skape et tilstrekkelig turbu-lensnivå i digelen, men ikke i det flytende aluminiums overflate. Dette oppnås ved å endre røreinnret-ningens rpm og/eller reversere retningen ved korte programmerte mellomrom i tillegg til å heve og senke

røreinnretningen og tilknyttet utstyr korte stykker med programmerte mellomrom. • etter fullført blanding stanses injeksjonen av pulverne mens gasstrømmen får fortsette. Røreinnretning-ens rpm reduseres til fra omtrent 400 til omtrent 70, og rotoren og det tilknyttede utstyr løftes ut av metallet. Røreinnretningen beveges til røreinnretnings-rengjøringsstasjonen for rengjøring og påføring av nytt belegg etter behov. • skummearmen beveges på plass over digelen, og avfallet på toppen av det flytende metall fjernes med den mekaniske skummeinnretning.

Etter at den siste metallprøve er tatt for kjemisk analyse, overføres digelen til støperiet for behandling.

De kritiske deler av utstyret er fordelaktig laget av materi-aler slik som: Røreinnretning: grafitt, støpejern, høylegert stål,

komposittmaterialer og lignende.

Hul aksel: grafitt, høylegert stål, komposittmaterialer og lignende.

Massiv aksel: grafitt, høylegert stål, komposittmaterialer og lignende.

Rør og spredere: grafitt, støpejern, høylegert stål,

komposittmaterialer og lignende.

For å minimere den nødvendige rensetid, er det fordelaktig at røreinnretningen holdes fri for opphopning av kryolitt og bad, da dette ville redusere blandeeffekten.

Den herværende oppfinnelse er utformet for å oppnå høyest mulig effektivitet for å fjerne urenheter av litium, natrium, magnesium og kalsium i flytende aluminium på kortest mulig tid. Utstyret er bygd for hurtig omløp av diglene, hvilket er avgjørende for den innvolverte økonomi.

Det vil være innlysende for fagfolk på området at formålene og utførelsene ifølge denne oppfinnelse kan oppnås gjennom mindre modifiseringer av de spesielle midler beskrevet i dette skrift og gjennom erstatning med andre, mindre effektive, men virksomme fluoridforbindelser slik som et bad med lavt forhold (kryolitt med 10 til 12 % overskudd av aluminiumfluorid eller utvalgte, reaktive gassformige fluorider).

Eksempel 1

En digel inneholdende 5 tonn primært aluminium som har 80 ppm Na leveres til metallbehandlingsstasjonen ved en temperatur på 805 °C. Etter ordentlig plassering, med en gassblanding på 90 % N2 - 10 % CO strømmende med en rate på 50 liter/min gjennom akselen, senkes den innledningsvis sakteroterende rotor ned i det smeltede aluminium. Ved korrekt dybde økes ro-torhastigheten til 160 omdreininger pr. minutt, pulverisert A1F3 med finhet -100 mesh (partikler for det meste på 100 mikron og mindre), renhet 90 %, tilsettes gasstrømmen med en konsentrasjon på 1,26 volumprosent. Dette tilsvarer en til-førselsrate på 0,98 kg/min; fire ganger den støkiometriske mengde som er nødvendig for å trekke ut natriumet ved kjemisk reaksjon eller 1,2 kg AlF3/tonn aluminium. Når bæregassen når termisk balanse med metallet som over perioden på 6 minutter til fjerning av natriumet til 8 ppm synker i temperatur til 800 °C, øker gasstrømmen gjennom boblene og de skjærkraftdan-nende huller eller åpninger i skovlhjulet til 183 liter/min. og boblenes gjennomsnittlige størrelse er omtrent 4 mm (0,16" diameter). Dette skaper 5,46 x IO<6> bobler/min som A1F3 kan

fordampe til. Disse bobler tar også bort lettmetallene Na, Mg og Ca på grunn av deres begrensede damptrykk. Prosessen til

fjerning ved kjemisk reaksjon mellom alkalimetallet og aluminiumfluoridet i både faststoff- og dampfasen benyttes således på aluminiumet, og én fysisk prosess til fjerning ved uttrek-king, hvor lettmetall fordamper til bobler, er også oppnådd.

Denne forbedring fører til en reduksjon i det bevisste overskudd av reaktive fluorider som benyttes i industri. Med 4 mm bobler ved gjennomsnittstemperaturen for en behandling av 6 minutters varighet, er hastigheten på fordampning av A1F3 inn i boblene 0,1 kg/min. eller 10 % av det innmatede. Etter seks minutter med temperaturen på 800 °C, stenges pulverstrømmen av mens gassen fremdeles strømmer, skovlhjulet løftes ut av metallet, og rotasjonshastigheten senkes til null. Hvis man ser bort fra komplekse fluorider av natrium og aluminium som er fordampet og er samlet via lokket og inn i avgassingssys-temet, vil det være omtrent 4 til 5 kg salt flytende ved 72 0 °C på den krumme overflate. En kald mekanisk skummeinnretning kan fjerne dette. To minutter etter fjerning av lokket kan digelen med aluminiummetall ved 780 °C inneholdende 8 ppm Na og 3 ppm Ca slepes til støperiet.

Eksempel 2

7 tonn smeltet aluminium tatt ut fra en elektrolysecellelinje som opererer med et litiumfluorid-modifisert bad, ankommer behandlingsstasjonen, idet det inneholder 100 ppm Na og 20 ppm Li ved en temperatur på 840 °C. Etter plassering senkes det sakteroterende skovlhjul, med 40 liter/min nitrogen

strømmende derigjennom, eksentrisk til en innstilt dybde. Ro-torens hastighet økes til 200 omdreininger pr. minutt, og en tilførsel av finpulverisert (-140 mesh eller stort sett mindre enn 100 mikron i diameter) natriumtetrafluorid tilsettes gasstrømmen. Tilsetningsraten er tre ganger støkiometrisk,

dvs. 3,3 kg/min. Dette tilsvarer 2,8 kg/tonn aluminium. Den høyere rotasjonshastighet fører til at boblenes gjennomsnittlige diameter blir mindre enn i eksempel 1. For bobler på 3 mm (0,12 tomme) i diameter er det overflateareal som er i kontakt med metallet hvert sekund, 2,91 x IO<6> cm<2> (0,46 x 10<5 >kvadrattommer). Ved en gjennomsnittstemperatur på 813 °C, er mengden av NaAlF4 som vil kunne fordampes inn i disse bobler

og føres frem for hurtig reaksjon og dispergering i aluminiumet, 4,4 kg/min. Med NaAlF4 kan derfor hele ladningen fordampes i motsetning til med A1F3. Når 6 minutter er gått, av-sluttes behandlingen, idet rotoren heves mens pulvertilfør-selen stenges, gassgjennomstrømningen fortsetter og

skovlhjulet stanses. Vektforholdet til NaF/AlF3 på 0,76 antyder et frysepunkt på omtrent 750 °C, under metallets temperatur idet dette forlater behandlingsstasjonen, 775 °C. Det reaktive fluorids damptrykk kombinert med mengden gasstrømning gjennom metallet og gjennom aluminiumets overflate er tilstrekkelig til å transportere det meste av de komplekse fluorider til avgassoppfangingssystemet, i hvilket tilfelle det ville være lite eller ikke noe bad å skumme på metallet.

Claims

1. Fremgangsmåte til fjerning av forurensende litium, natrium, kalsium og magnesium fra aluminium ved å bringe aluminiumet i smeltet, tilstand med de deri oppløste forurensninger i kontakt med et partikkelformig fluoridmateriale, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter: a. avlevering av partikkelmaterialet natriumaluminium-tetraf luoride , NaAlF4, under overflaten av det smeltede aluminium inneholdt i et kar (22) som har en geometrisk akse; b. injisere et andre parti av fluoridmaterialet inneholdt i en bæregass gjennom ett eller flere rør (95,96; 109,110) med spredere (97, 112) for dispergering inn i strømmen av smeltet metall nær skovlhjulet. c. omrøring av det smeltede aluminium for å skape og opprettholde en omrøring i dette og avlevering av nevnte partikkelmateriale mens det blir omrørt, sub-limert og blandet med det smeltede aluminium, for derved å bevirke en reaksjon mellom partikkelmaterialet og de oppløste forurensninger, idet omrørings-trinnet utføres ved i et rotasjonsplan og om en rotasjonsakse å rotere et skovlhjul som har en flerhet av blader nedsenket i den smeltede masse; d. fortsette omrøring av det smeltede aluminium inntil innholdet av nevnte oppløste forurensninger i dette er redusert i det minste til et forhåndsbestemt nivå; og e. utskilling av det smeltede aluminium fra reaksjons-produktene av forurensningene og det sublimerte fluoridet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at skovlhjulet inneholder en åpning gjennom sin aksel (15) og sine blader for derigjennom å føre en bæregass som inneholder det partikkelformige fluorid, inn i det smeltede aluminium.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte skovlhjulblader har en stigning, idet de hver har en stor flate som er vendt nedover i en spiss vinkel i forhold til skovlhjulets rotasjonsakse, og ved at skovlhjulets rotasjonsretning er slik at nevnte store flater er bladenes ledende flater.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at skovlhjulets rotasjonsakse er plassert eksentrisk i forhold til karets (22) geometriske akse i skovlhjulets rotasjonsplan.