CH172780A - Verfahren zur Herstellung einer Erdalkalimetall-Aluminiumlegierung. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung einer     Erd-,ilkalimetall-Aluminiumlegierung.       Es ist bekannt, durch Erhitzen sauerstoff  haltiger Verbindungen der     Erdalkalimeta.lle     mit einem     Überschusse    von Aluminium die  entsprechenden     Erdalkalimetall-Aluminium-          leg        ierungen    herzustellen, wobei ein Teil des  Aluminiums unter Bildung von Aluminium  oxyd zur Reduktion der     Erdalkalimetall-          verbindung    dient und das so in Freiheit ge  setzte Metall mit dem überschüssigen Alu  minium eine     Legierung    bildet.  



  Der Begriff     "Erdalkalimetall"    soll hier,  der älteren     Klassifikation    entsprechend,  auch Magnesium und Beryllium umfassen.  



  Man hat namentlich vorgeschlagen, ein  Gemisch von Metalloxyd und Aluminium  feile auf einem Bade geschmolzenen Alumi  niums zu erhitzen. Die Reaktion verläuft  hierbei rasch und     lä.sst    sich schwierig beauf  sichtigen.  



  Es wurde     nun;    gefunden, dass ein langsame  rer. gut kontrollierbarer Verlauf sich erzielen  lässt, wenn die     Erdalkaliverbindung    allein in    das Bad eingeführt und unter der     Badober-          fläche    erhitzt wird.  



  Neben einer Aluminiumlegierung bildet  sich hierbei ein Abfallprodukt, welches sich  auf der Oberfläche des Bades ansammelt. Es  besteht vorwiegend aus     Aluminiumoxyd,    in  dessen Masse zerstreut Tröpfchen der     Erd-          alkalimetall-Aluminiumlegierung    in grosser  Menge eingebettet sind, die in ihrer Gesamt  heit einen erheblichen Teil des Abfallpro  duktes bilden. Infolge der Umhüllung     köu-          nen    diese Tröpfchen nicht zusammenfliessen.  



  Damit sich die     Erdalkaliverbindung    mit  Sicherheit unter die Oberfläche des Alumi  niumbades einführen lasse, empfiehlt es sich,  sie in solcher Zerteilung anzuwenden, dass  die Stücke die Oberflächenspannung des Alu  miniumbades zu überwinden imstande sind.  Es ist deshalb angezeigt, die     Erdalkaliver-          bindung    in Stücken von der     Grössenordnung          1-100    mm anzuwenden.

        Durch gleichzeitige Anwendung mehrerer       Erdalkaliverbindungen    oder     einer    Doppel  verbindung, zum Beispiel     Dolomit,    lassen  sich mehr als ein E     dalkalimetall    enthal  tende Aluminiumlegierungen herstellen. Un  ter den sauerstoffhaltigen Verbindungen  eignen sich namentlich die Oxyde und Kar  bonate als Ausgangsmaterialien. Sulfate und       Oxychloride    sind zur Ausübung des vor  liegenden Verfahrens nicht     geeignet.     



  Das schwerschmelzbare Abfallprodukt  wird von der schmelzflüssigen     Aluminium-          legierung    getrennt, das Aluminium kann dar  aus abgeschieden und     wieder    in .den Prozess  eingeführt werden.  



  Die Wiedergewinnung des Aluminiums  aus dem schwerschmelzbaren Abfallprodukt  kann in nachstehend beschriebener Weise er  folgen.  



  Das Abfallprodukt wird mit einem Alkali  halogenid oder einem     Doppelhalogenid,    zum  Beispiel Chlornatrium oder     gryolith,    zu  sammengeschmolzen. Hierbei wird     zunäcäst     die in dem Abfallprodukt enthaltene     Erd-          alkalimetall-Aluminiumlegierung    angegrif  fen unter     Bildung    von     Erdalkalihalogenid     und Freiwerden von Aluminium und     Alkali-          Metall        (bezw.    Bildung einer     Alkalimetall-          Aluminiumlegierung)

            CaAl        +    2     NaCl    =     CaCh        +    Al     -I-    2 Na  Der im Abfallprodukt in Gestalt einer  Legierung vorhandene     Aluminiumanteil    wird  so im     erdalkalimetallfreien,    metallischen Zu  stande zurückgewonnen.

   Weiter     wirkt    dann       ein.    Teil des gleichzeitig freigewordenen       Alkalimetalles    auf das     Aluminiumoxyd    des       Abfallprocluktes    ein, nach der Gleichung:       AlA        -I-    6 Na = 3     Na20        -I-    2     Al,     so dass man schliesslich in dem Abfallprodukt  enthaltenes     Aluminium    als     annähernd    reines  Metall zum guten Teile zurückgewinnt.

   Der  andere Teil des in Freiheit gesetzten Alkali  metalles     verbrennt    während dieser Schmelz  operation     unmittelbar    zu Oxyd, das grossen  teils von der Oberfläche der Schmelze ab-    raucht und in einem Rauchsack aufgefangen  werden kann.  



  Bei der     Halogenid-Schmelze    bleibt eine  Schlacke zurück, welche hauptsächlich aus  Alkali- und     Erdalkalihalogeniden    nebst     Erd-          alkalimetalloxyd    und     Aluminiumoxyd    be  steht. Durch Behandeln der     .Schlacke        finit          Ätzalkalilauge,    vorzugsweise Natronlauge,  lässt sich das darin enthaltene Aluminium  in das entsprechende     Aluminat    überführen  und so wieder für .das Verfahren nutzbar  machen.

   Die     Ätzalkalilauge    kann aus dem  oben erwähnten, in Gestalt von Rauch auf  gefangenen     Alkalioxyd    hergestellt werden.  



  Es hat sich gezeigt, dass diese Schlacke  ausserdem durch     Einwirkung    von Luftstick  stoff gebildete     Nitride    (wahrscheinlich     Eril-          alkalinitride)    enthält. Beim Erhitzen der mit  Wasser benetzten Schlacke     entwickeln    sich  grosse Mengen Ammoniak, das aufgefangen  und als Nebenprodukt verwertet werden  kann.  



  Bei der Durchführung des vorliegenden  Verfahrens ist eine     zwischen   <B>1650,'</B> C, dem  Schmelzpunkte des Aluminiums, und 1600 C,  seinem     Verdampfungspunkt    liegende Tempe  ratur, das heisst eine annähernd von     700'C     bis     l500'    C sich erstreckende thermale Ar  beitszone einzuhalten. Innerhalb dieses Be  reiches kann die Temperatur dem Schmelz  punkte des mit dem Aluminium zu legieren  den     Metalles,    oder der Metalle entsprechend  gewählt werden.

   In dieser Hinsicht unter  scheidet sich das Verfahren gemäss der Erfin  dung von dem bekannten     Thermitverfahren,     bei welchem Aluminiumpulver     mit        Oxyden     .und sauerstoffhaltigen     Verbindungen    ein  schliesslich solcher des zu reduzierenden     Me-          talles,    gemischt und die erforderliche Tem  peratur     mittelst-    .der     Reaktionswärme    erzielt  und durch das     Mischungsverhältnis    zwischen  Aluminiumpulver und oxydierendem Agens  geregelt wird.  



  <I>Beispiel:</I>  Die     Herstellung    einer     Calcium-Alumi-          niumlegierung    kann auf nachstehende Weise  erfolgen.      Aluminiummetall wird zunächst, vor  zugsweise in einem     Graphittiegel,    im Tiegel  ofen niedergeschmolzen und dann die Tem  peratur auf     1000'C    bis     12i00      C gesteigert.  Hierauf bringt man gewöhnlichen, aber mög  lichst eisenfreien, gebrannten Kalk in Stücken  von einigen mm Durchmesser bis     Wallnuss-          grösse    auf die Oberfläche des Aluminium  bades, von wo sie währenddes Fortschreitens  der Operation nach und nach in das Bad  hinabsinken.  



  Wenn hingegen die Stücke zu klein  wären, wenn zum Beispiel Kalkpulver an  gewendet würde, so würden sie nicht in das  geschmolzene Aluminium hinabsinken, an  dern auf der Oberfläche schwimmen, und es  würde sogar nach mehrstündigem Kontakt  sich nur wenig oder gar kein     Calcium    im  Aluminiumbade nachweisen lassen.  



  Nach etwa einstündigem Kontakt sind die  Kalkstücke verschwänden. Die Legierung  wird, nachdem sie den gewünschten     Calcium-          gehalt,    zum Beispiel etwa 10% Ca., erreicht  hat, abgelassen. Ungefähr<B>50%</B> des     Metalles     bleiben jedoch in Gestalt des oben erwähn  ten, schwerschmelzbaren Abfallproduktes im  Tiegel zurück. Das Abfallprodukt besteht in  der Hauptsache aus Aluminiumoxyd und       Calcium-Aluminiumlegierung.    Sein     Calcium-          behalt    ist in der Regel höher als jener des  Aluminiumbades. Daneben kann indem Ab  fallprodukt eventuell     Calciumogyd    in kleiner  Menge vorhanden sein.  



  Die in dem Abfallprodukt enthaltenen  Metalle lassen sich in oben geschilderter  Weise wieder nutzbar machen. Die Behand  lung mit     Alkalihalo.genid    kann zum Bei  spiel so vorgenommen werden, dass man  das Abfallprodukt unter einer     Kochsalzdecke     auf etwa 1000   C erhitzt. Das Abfallprodukt  kann auch mit andern Halogeniden, zum Bei  spiel     gryolith,    behandelt werden.

   In diesem  Falle wird es einem Bade geschmolzenen       Kryoliths    zugesetzt, wobei das Metall zurück  gewonnen,     während    das     oxydierte    Alumi  nium sich im Bade löst und hernach durch  Elektrolyse daraus abgeschieden werden       kann.       Das oben erwähnte     Nitrid,    hier wahr  scheinlich     Calciumnitrid,    bildet kleine, gelbe.  in der Masse der     Halogenidschmelze    zer  streute Teilchen. Wenn man mit Wasser be  feuchtete Schmelze erhitzt, so     wird    Ammo  niak entwickelt, und zwar in solcher Menge,  dass man es auffangen kann.

   Beim Kochen  und Auslaugen der     Halogenidschmelze    mit  Wasser entsteht Natronlauge     (bezw.        Ätz-          alkalilösung),    welche das Aluminiumoxyd  unter Bildung von     Natriumaluminat    löst  und     aüs,den        Nitriden    Ammoniak frei macht.  Das     Natriumaluminat    kann zur Elektrolyse  benutzt, das Ammoniak als Nebenprodukt  verkauft werden.  



  Verwendet man     Bariumoxyd    statt Kalk,  so kann man eine 15 % Ba enthaltende Legie  rung erhalten und einen metallischen     Alumi-          niumoxydabfall,    welcher Wasser zersetzt  und 21 % metallisches Barium enthält.  



  Bei Verwendung von     .Strontiumogyd    an  Stelle von Kalk kann man eine 22 %     Sr    ent  haltende Legierung erhalten und einen 44       Sr    enthaltenden, metallischen Abfall, welcher  Wasser heftig zersetzt.  



  Ähnlich kann eine     Beryllium-Aluminium-          legierung    mit beispielsweise 0,2%     Be-Gehalt     erhalten werden.  



  Auch in diesen Fällen kann das Abfallpro  dukt mit einem     Halogenid    oder Doppelhalo  genid behandelt werden, wodurch Aluminium  in metallischer Form     undf        Bariumchlorid          (bezw.        Strontiumchlorid    oder     Berylliumchlo-          rid)    und     Ammoniak    als Nebenprodukte zu  rückgewonnen werden.  



  Der Abfall kann auch durch andere       Alkali-Halogenidzuschläge,    wie zum Beispiel       Kryolith,    behandelt werden. Der Abfall kann  alsdann einem geschmolzenen     Kryolithbad     zugesetzt und das Metall zurückgewonnen  werden, während das oxydierte Aluminium  sich im Bad auflöst und durch Elektrolyse  zurückgewonnen werden kann.  



  Durch Zusatz von     calciniertem        Magnesit     in Form von Stücken, Körnern oder Klum  pen zum Aluminium lässt sich beispielsweise  eine bis zu 1,5 % Mg enthaltende     Mg-Al-          Legierung    herstellen.      Ferner     wurde    gefunden, dass, wenn     oine          Calcium-Aluminiumlegierung    mit geschmol  zenem     Mg-Chlorid    behandelt wird, das Mg  in die Legierung     eintritt    und das Ca ein  Chlorid bildet.  



       MgC12        -i--    Ca = Mg     -I-        Cacl2     Ausserdem wurde     gefunden,    dass die Gegen  wart von     Calciumögyd        neben    Magnesium  ogyd den -vorzugsweisen     Eintritt    von Mag  nesium in das Aluminium     begünstigt.    Dem  zufolge kann die Benutzung von     Dolömiten     oder gebrannten Dolomiten vorgeschlagen   werden, welche eine     Caleium-Magnesium-          legierung    ergeben,

   die fernerhin durch Eli  minierung des Ca entweder mit Salz oder       'XgC12    in eine     Mg-Al-Legierung    umgewan  delt werden     kann.  

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH:</B> Verfahren zur Herstellung einer Erd- alkalimetall-Aluminiumlegierung, wobei eine sauerstoffhaltige Verbindung eines Erdalkali- metalles mit einem Überschusse von Alumi- nium erhitzt und so neben einer schwer- schmelzbaren Aluminiumogydschlacke eine Erdalkalimetall-Aluminiumlegierung erhal ten wird, .dadurch gekennzeichnet,

   dass man die sauerstoffhaltige Erdalkalimetallverbin- dung allein in ein schmelzflüssiges Alumi niumbad bringt und unter dessen Oberfläche erhitzt und alsdann -die gebildete Aluminium legierung von dem schwerschmelzbaren Ab fallprodukte trennt. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdalkalimetall- verbindung dem Aluminiumbade in Stük- ken zugesetzt wird, deren Grösse die Ober flächenspannung des Bades zu überwinden vermag. 2.

   Verfahren gemäss Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass. die Stückgrösse zwischen 1 mm und 100 mm beträgt.