Procédé de production d'aluminium à au moins 99 %. par distillation directe d'aluminium allié à d'autres métaux et four pour la mise en aeuvre de ce procédé. Un fabrique industriellement l'aluminium par électrolyse de l'alumine dissoute dans la ervolithe fondue.
La plupart des métaux con tenus comme impuretés dans les matières pre mières ou dans le solvant et les électrodes sont séparés à. la cathode avant l'aluminium et viennent le souiller; pour obtenir de l'alu minium de teneur commerciale, i1 est essen tiel d'utiliser uniquement des produits extrê mement purs, donc très eoîtteux. En particu lier,
la purification de la bauxite en vue d'ob tenir de l'alumine pure ne peut être réalisée que dans des installations importantes exi geant des investissements de capitaux eonsi- dérables. Il serait dons très utile de disposer d'un procédé qui éviterait ces sujétions et perrlettrait d'obtenir l'aluminium commercial à partir du minerai sans avoir au préalable à traiter chimiquement ce dernier.
Or, les mi nerais (l'aluminium, en particulier les bauxites etlekaolin, contiennent comme impuretésessen- tielles le silicium et le fer, et leur réduction thermique permet. d'obtenir des alliages dont la teneur en aluminium atteint rarement 70 le reste étant. pratiquement du fer et du sili cium avec un peu de titane et diverses impu retés en faibles quantités.
On a déjà proposé de fabriquer de l'alu minium par distillation directe d'alliages ou de déchets de ce métal à une température et sous un vide élevés: jusqu'à présent, ce pro- cédé n'avait pas abouti, car on se heurtait à plusieurs difficultés.
Il était impossible de séparer assez com plètement le silicium et le fer de l'aluminium pour pouvoir obtenir un aluminium commer cial, c'est-à-dire à. titre minimum de 99 /o.
En outre, l'aluminium distillé se rassemblait à. l'état. extrêmement divisé (globules ou cris taux), le plus souvent mélangés intimement avec des oxydes.
Enfin, les matériaux employés, graphite ou oxydes métalliques, étaient rapidement mis hors d'usage par l'aluminium liquide.
La présente invention concerne un. pro cédé de production d'aluminium à au moins 990/0 par distillation directe d'alliages ou de déchets en contenant.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on effectue la distillation dans des conditions de température et de pression telles que, en por tant sur un système d'axes la pression utilisée en abscisses et la température correspondante en ordonnées, on obtienne un point. situé au dessus de la courbe passant par les points suivants
EMI0001.0031
0,03 <SEP> mm <SEP> de <SEP> mercure <SEP> à. <SEP> 1240 <SEP> C,
<tb> 0,3 <SEP> <SEP> <B> <SEP> <SEP> </B> <SEP> 1360 <SEP> C,
<tb> 0,5 <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> :> <SEP> 14000 <SEP> C,
<tb> 1 <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 1450 <SEP> C. Dans cet intervalle de vide, le silicium pur ne distille de façon appréciable que 100 à 150 degrés au-dessus de la. température de distillation de l'aluminium pur.
Pour le fer, la différence est encore plus grande.
On obtient de l'aluminium d'autant plus pur que la température de distillation est plus basse.
L'invention concerne également un four pour la mise en oeuvre de ce procédé. Ce four est caractérisé en ce qu'il est revêtu intérieu rement de matériaux résistant. à l'action de l'aluminium.
On a constaté, en effet, qu'en opérant. à une température voisine de 1100 C et sous des vides inférieurs à 200 microns, l'alumi nium liquide attaque les oxydes avec lesquels il est en contact, alumine, glncine, ete., et les réduit en formant des oxydes et des sous- oxydes volatils d'aluminium qui, passant de la température de distillation à la tempéra ture de condensation, redonnent des oxydes et abandonnent de l'ahuninium à l'état très di visé.
En revanche, d'autres matériaux, par exemple des carbures tels que le carbure de silicium, CSi, très pur, le carbure d'alumi nium et des nitrures d'aluminium, résistent suffisamment en pratique à l'action de l'alu minium liquide à des températures élevées et sous des vides poussés pour pouvoir être uti lisés pour revêtir le four.
Au contact de l'aluminitun liquide, le car bure de silicium se transforme peu à. peu en carbure d'aluminium. Le silicium ainsi libéré risque alors de venir souiller le condensai. Il est donc préférable d'utiliser dès le début le carbure d'aluminium si on peut le préparer suffisamment pur. Le carbure d'alniiiiiiium convient comme revêtement à condition de le maintenir à l'abri de l'humidité; le nitrure d'aluminium résiste parfaitement à l'action de l'aluminium liquide sous un vide élevé et. jusqu'à 1500 C.
On a constaté également que l'aluminium à l'état. de vapeur ne paraît pas attaquer sen siblement le graphite compact; il est donc pos sible d'utiliser ce matériau pour l'enceinte du four et comme résistor chauffant. Tout le reste de l'appareil pouvant se trouver en con tact, avec l'aluminium liquide est. confectionné avec les matériaux (carbures, nitrures) indi qués ci-dessus.
Dans une mise en ceuvre particulière du procédé selon l'invention, on sépare de façon pratiquement complète le silicium et le ter de l'aluminium par une série de distillations dont. chacune reprend le condensat de l'opéra tion précédente.
Pour les alliages contenant plus de 20% de silicium, il faut générale- ment trois distillations, mais on peut éviter la première de ces distillations par une sim ple ségrégation de l'alliage,
qui permet d'ob- tenir un euteetique à. environ 13% de silicium. C'est ce dernier allia-,e qui est ensuite distillé une ou ;généralement deux fois.
L':r@e@raplc <I>l:</I> On part de silico-aluminium de la compo sition suivante:
EMI0002.0050
Si <SEP> 31,5 /0
<tb> Fe <SEP> <B>6,5(1/o</B>
<tb> Ti <SEP> ?,? <SEP> 0/0
<tb> Al <SEP> le <SEP> reste. On procède à. une. ségrégation et on obtient. un euteetique ayant pour analyse:
EMI0002.0053
Si <SEP> 11,'D0/0
<tb> Fe <SEP> 1, <SEP> â <SEP> 0/0
<tb> Ti <SEP> 0,21/0
<tb> Al <SEP> le <SEP> reste. Après une première distillation de cet.
eutectique, on obtient dans le condense une teneur en Si inférieure à ?,8% et une teneur en Fe de 0,1%.
Après une deuxième distillation, on obtient un condensat de la composition suivante:
EMI0002.0068
Si <SEP> 0,21%
<tb> Fe <SEP> 0,041/o
<tb> Ti <SEP> 0,050/0
<tb> Al <SEP> <B>99,67"/o.</B> Les matériaux et supports en eontaet avec l'aluminiiini liquide sont en nitrure d'al.iiiïii- nium. Avec une température de 1380 à.1150 (_" et un vide de 0,200 à 0,020 111111 de mercure, on obtient un rendement en A1 sur le silico-aht- minium initial de 810/0.
Le silicium et, l'aluminium ne forment pas entre eux de composé défini et la distillation d'un alliage aluminiiim-silicium a lieu prati quement dans les mêmes conditions que la dis tillation (le l'aluminium pur.
Par contre, le fer forme avec l'aluminium ou avec l'aluminium et le silicium des com posés définis et on pouvait. craindre que ces combinaisons ne soient pas dissociées dans les conditions de température et de vide utilisées, ce qui n'aurait pas permis de séparer l'alumi- niunl avec un bon rendement des alliages con- tenant plus de 6 % de fer. Or,
i1 n'en est rien, comme le montre l'exemple 2 ci-après.
Exemple <I>II:</I> Distillation de ferro-silico-aluminium, com posé cristallisé de formule approximative A15Fesi.
Composition de l'alliage en poids: 8i: 12,3%, Fe: 20%, Al: 67,7%.
EMI0003.0028
N. <SEP> Température <SEP> Vide <SEP> Analyse <SEP> Métal <SEP> condensé
<tb> (le <SEP> en <SEP> en <SEP> millimètres <SEP> du <SEP> métal <SEP> condensé <SEP> pour <SEP> 100
<tb> l'essai <SEP> degrés <SEP> C <SEP> de <SEP> mercure <SEP> Fe <SEP> /o <SEP> Si <SEP> /o <SEP> de <SEP> métal <SEP> initial
<tb> 1 <SEP> 1470 <SEP> 1 <SEP> mm <SEP> 0,65 <SEP> 0,62 <SEP> 47,5%
<tb> 2 <SEP> 1470 <SEP> 0,5 <SEP> mm <SEP> 1,07 <SEP> 0,82 <SEP> 65%
<tb> 3 <SEP> 14700 <SEP> 0,1 <SEP> mm <SEP> 1,5.1 <SEP> 0,53 <SEP> 70% On voit qu'à la.
température choisie, les combinaisons de fer avec l'aluminium sont pratiquement entièrement dissociées et le mé tal liquide se comporte à la distillation comme un simple mélange.
En pratique, lorsqu'on veut distiller des alliages contenant des combinaisons Fe Al ou Fe Si Al, il est préférable d'opérer à une température supérieure à 1400 C; au-dessous < le cette température, la distillation de l'alu minium est trop lente.
En comparant avec l'exemple I, on cons tate que pour une teneur en silicium presque identique dans le métal de départ, on obtient en une seule distillation dans l'exemple II du métal condensé plus pauvre en :silicium: 0,52 à 0,82 contre 2,8%. Il semble que le fer re- tient. en partie le silicium à l'état. de combi naison de fer et de silicium et l'empêche de. distiller.
Une seconde distillation permet. d'obtenir de l'aluminium à 99,5%.
Au lieu de procéder de faqon discontinue par distillations successives, on peut aussi effectuer la séparation de l'aluminium du sili cium, du fer et du titane, par distillation continue à reflux. Exemple <I>III: '</I> Sur les dessins ci-joints, les fig. 1 et<B>9 -</B> représentent, à titre d'exemple, un four de distillation à. reflux qui permet. d'obtenir im métal plus pur et avec un meilleur rende ment:
la fig. 1 en est une vue en coupe lon gitudinale axiale, et la fig. 2 une vue en coupe suie alït la ligne 2-2 de la fig. 1.
Le creuset allongé c, contenant le métal liquide, est en carborundum ou en nitruré d'aluminium, il est. incliné sur l'horizontale.
Dans la partie d'extrémité la plus basse du creuset. est. ménagé un récipient cl, con tenant l'alliage liquide, par exemple un eutec- tique à 13% de silicium obtenu par ségréga- tion de silico-aluminium, comme indiqué ci- dessus. A la partie d'extrémité la phis haute du creuset est ménagé un récipient, c'2, destiné à recueillir l'aluminium condensé.
Le creuset est fermé à sa partie supérieure par un couvercle b1, en nitrure d'aluminium, entouré d'une enveloppe chauffante a, consti tuée, par exemple, par une résistance conique en. graphite; un second couvercle b2, calori- fue, interposé entre cette surface chauffante et \le premier couvercle b1, permet d'obtenir une température moins élevée, allant en di- niinuant régulièrement entre le récipient cl, où règne une température de 1470 C, et le récipient c'',
où règne une température de 1210 à 123011C.
La position de ce couvercle calorifuge b-' est. réglable.
Un refroidisseur d est. placé en dehors du creuset c et à proximité de ce récipient c<B>l</B>, à l'intérieur de l'enveloppe a. ri la partie la plus haute du creuset, une petite ouverture e est. ménagée contre le couvercle b1 pour per mettre d'extraire par le vide les gaz inertes.
Le récipient c2, collecteur de l'aluminium condensé, est fermé à sa partie supérieure par une dalle c3, en carborundum ou nitrure d'aluminium, comportant un orifice c4.
Le creuset c est chauffé par l'enveloppe conique, en graphite, cc, formant résistance électrique de chauffage, avec amenées de cou rant à ses extrémités, en al.
Le fonctionnement du four est. le suivant Après mise sous vide, l'alliage à distiller avant atteint la température d'ébullition 1.-170 <B>C</B>, les vapeurs métalliques remplissent l'espace libre sous le couvercle b1 et viennent. se condenser sur la paroi interne du creuset en face du refroidisseur d.
Le métal condensé ruisselle sur la dalle c3, qui recouvre<B>le</B> réci pient collecteur c2, une partie seulement pé nètre dans ce récipient c2 par l'orifice cl; le reste revient en arrière en coulant sur la face supérieure inclinée c5 du creuset, formant rampe à reflux, dont on a allongé le parcours autant que possible par des nervures ou sail lies en chicanes c6. Pendant ce reflux, le mé tal liquide est. en contact. avec les vapeurs mé talliques, qui se dirigent en sens inverse, et il se produit une véritable distillation frac tionnée, la phase vapeur s'enrichissant en mé tal plus volatil (aluminium), tandis que le liquide qui reflue s'enrichit en métaux moins volatils (silicium, fer, titane).
En réglant les températures comme indi qué ci-dessus et sous un vide de 0,03 mm, on obtient en une seule distillation de l'alumi nium commerical dans le récipient collecteur du métal condensé en c2. Dans les intervalles de température dans lesquels on réalise habituellement le procédé, 1200-1500 C, la tension clé vapeur du sili cium pur est très inférieure à. celle de l'alumi nium pur;
il en résulte que sous un vicie donné, le silicium se condense à une tempéra ture clé 100 ;i <B>1500</B> C plus tlevée que celle à laquelle se ennderise l'aliiniiniuni. Pour le ter et le titane, la différence est encore plus grande. Cela est mis ii profit dans une forme d-'exécution du procédé suivant l'invention, en séparant le silicium" le fer et. le titane clé l'alu minium, par condensation fractionnée.
A cet effet, on peut utiliser un condenseur composé de deux parties, dont l'une est plus refroidie que l'antre, le silicium, le fer et le titane se, con- dençent alors sur la partie la plus chaude du condenseur et l'aluminium sur la partie la plus froide.
11 est possible également. de créer sz-stéma- tiquement dans le four de distillation des zones à. températures différentes, comme le montre l'exemple IV.
Les fig. 3 et 4 représentent, à. titre d'exemple, un four utilisant ce principe; la fig. 3 en est une vue en coupe longitudinale axiale et la fig. 4 une vue en coupe transver sale suivant la ligne -1---4 de la fig. 3.
La chambre .du four de ni@@nie que l'enve loppe g de celui-ci présentent une forme tron conique, la section transversale allant. en aug mentant de la droite vers la -auehe (fif@. 3).
Dans le fond du four sont ménai2@és trois bas sins<I>h, i,</I> j; le premier, h, en partant de la droite, reçoit, par le conduit. g1, L'alliage à épurer, par exemple un alliage d'aluminium à 13% de silicium. La paroi transvemle oppo- sée, g2, voisine du troisièiiie bassin j, est re froidie par une circulation d'eau,
en g3. 1-n canal g4, ménagé à. travers cette paroi froide, raccorde la chambre du four à l'appareil clé production de vide (non représenté); une cloi son cg5 formant chicane protège l'orifice de ce canal .du côté de la chambre du four. On ri-)-le le refroidissement de cette paroi g2 du four de manière que cette dernière soit à une tem pérature inférieure à celle du point triple du métal<B>(</B>600 C par exemple.). Des résistors h sont disposés à la partie supérieure de cette chambre du four.
Une cloison 1 sépare des bassins <I>h, i,</I> j, cette zone supérieure chauf fante du four, en protégeant les résistors con tre des projections de métal. Ces résistors k et les niveaux des bassins h., i, j s'écar¯tent graduellement et régulièrement. de l'axe lon- =itudinal du four, ce qui permet de régler avec précision la température dans chacun des bassins; les températures de ces bassins, décroissant de la droite vers la gauche, sont.
déterminées par la preasion régnant dans la chambre chi four.
Le premier bassin h., contenant l'alliage :ï. épurer, est, pour une pression de la chambre du tour, de l'ordre de 0,1 niai de mercure, p.-)rté i une température de 1.1i0 C¯ environ.
lie métal, ;lui a eomniencé à s'évaporer un peu a,;azit cette tenipéïatnre, est entraîné vers la paroi froide g' du four sous l'effet de la dif férence de pression entre l'enceinte de ce bas sin ix. et le voisinage de la paroi froide g'. On constate qu'il se dépose du métal à l'état li quide sur le seuil hl, séparant ce bassin h et le bassin suivant i; ce seuil hl est à tune tem pérature de 1380 <B>C</B> par exemple.
Le métal liquide ainsi déposé grimpe sur ce seuil hl et se déverse (comme indiqué par la flèche) dans le bassin i. La teneur de ce métal en Si est inférieure à 3%, tant que la distillation est restée inférieure à 90 % du contenu dut bassin h.
Le métal recueilli dans le bassin i est par tiellement stabilisé; sa température étant établie à 1350" C, il distille néanmoins, mais moins vite que dans le bassin h, bien que le bassin i soit. plus rapproché de la paroi froide g2, qui exerce un effet accélérateur sur la dis tillation. Le métal grimpe sur le seuil il sé parant les bassins i et. ,j, selon le même phéno mène que dans le bassin h; il se déverse dans le bassin j, où sa teneur en Si descend au- dessous de l0/0.
La température de ce bassin j, formant récipient collecteur de l'aluminium purifié, est portée à 1?00 C environ, température à laquelle la tension de vapeur de ]'aluminium est très faible. Le métal i- est stabilisé à l'état liquide pour la. pression régnant dans la chani.- bre du four. La paroi froide.g2 du tour se couvre (en g6) de métal solide, qui se liqué fie et ruisselle dès que la température atteint en surface celle du point. triple.
Le procédé de distillation continue avec reflux peut être appliqué également à la sépa ration de l'aluminium d'avec le silicium et le ter en utilisant une colonne de distillation à plateaux du t#-pe connu dans laquelle toutes les parties en contact avec. l'aluminium liquide .,ont en nitrure d'aluminium.
On peut utiliser un simple cylindre rem pli d'anneaux de Raschig ou mpme simple ment de morceaux bruts de nitrure d'alumi- iiium.
Le procédé :selon l'invention est applica ble à l'obtention d'aluminium raffiné à plus de 99,91/o à. partir de l'aluminium du com merce ou de déchets d'alliages d'aluminium assez purs, et ceci en une seule distillation.
Process for producing at least 99% aluminum. by direct distillation of aluminum alloyed with other metals and furnace for the implementation of this process. An industrially manufactures aluminum by electrolysis of alumina dissolved in the molten ervolite.
Most of the metals contained as impurities in the raw materials or in the solvent and the electrodes are separated out. the cathode before the aluminum and come to soil it; in order to obtain aluminum of commercial grade, it is essential to use only extremely pure products, therefore very expensive. In particular,
the purification of bauxite in order to obtain pure alumina can only be carried out in large installations requiring considerable capital investment. It would therefore be very useful to have a process which would avoid these constraints and would enable commercial aluminum to be obtained from the ore without first having to chemically treat the latter.
Now, minerals (aluminum, in particular bauxites and lekaolin, contain silicon and iron as essential impurities, and their thermal reduction makes it possible to obtain alloys whose aluminum content rarely reaches 70, the remainder being. practically iron and silicon with a little titanium and various impurities in small quantities.
It has already been proposed to manufacture aluminum by direct distillation of alloys or waste of this metal at a high temperature and under a high vacuum: until now, this process had not succeeded, because encountered several difficulties.
It was impossible to separate the silicon and iron from the aluminum completely enough to be able to obtain a commercial aluminum, that is to say. minimum titer of 99 / o.
In addition, the distilled aluminum gathered at. the state. extremely divided (globules or cries rate), most often intimately mixed with oxides.
Finally, the materials used, graphite or metal oxides, were quickly put out of use by liquid aluminum.
The present invention relates to a. process for the production of at least 990/0 aluminum by direct distillation of alloys or waste containing them.
This process is characterized in that the distillation is carried out under temperature and pressure conditions such that, by carrying on a system of axes the pressure used on the abscissa and the corresponding temperature on the ordinate, a point is obtained. located above the curve passing through the following points
EMI0001.0031
0.03 <SEP> mm <SEP> from <SEP> mercury <SEP> to. <SEP> 1240 <SEP> C,
<tb> 0.3 <SEP> <SEP> <B> <SEP> <SEP> </B> <SEP> 1360 <SEP> C,
<tb> 0.5 <SEP> <SEP> <SEP> <SEP>:> <SEP> 14000 <SEP> C,
<tb> 1 <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 1450 <SEP> C. In this vacuum interval, pure silicon only appreciably distils 100 to 150 degrees above the. pure aluminum distillation temperature.
For iron, the difference is even greater.
Aluminum is obtained which is all the purer as the distillation temperature is lower.
The invention also relates to an oven for carrying out this process. This oven is characterized in that it is internally lined with resistant materials. to the action of aluminum.
It has been found, in fact, that by operating. at a temperature of around 1100 C and under vacuum less than 200 microns, liquid aluminum attacks the oxides with which it is in contact, alumina, glncine, ete., and reduces them by forming oxides and sub-oxides volatiles of aluminum which, passing from the distillation temperature to the condensation temperature, give back oxides and give up ahuninium in the highly targeted state.
On the other hand, other materials, for example carbides such as silicon carbide, CSi, very pure, aluminum carbide and aluminum nitrides, in practice are sufficiently resistant to the action of aluminum. liquid at high temperatures and high vacuums so that they can be used to coat the furnace.
In contact with liquid aluminitun, the silicon carbide gradually changes. little aluminum carbide. The silicon released in this way then runs the risk of contaminating the condensate. It is therefore preferable to use aluminum carbide from the start if it can be prepared sufficiently pure. Alniiiiiiium carbide is suitable as a coating provided it is kept away from humidity; aluminum nitride perfectly resists the action of liquid aluminum under high vacuum and. up to 1500 C.
It was also found that aluminum in the state. vapor does not appear to attack the compact graphite significantly; it is therefore possible to use this material for the oven enclosure and as a heating resistor. All the rest of the device that can be in contact with the liquid aluminum is. made with the materials (carbides, nitrides) indicated above.
In a particular implementation of the process according to the invention, the silicon and the ter are separated almost completely from the aluminum by a series of distillations including. each one takes up the condensate of the previous operation.
For alloys containing more than 20% silicon, three distillations are generally necessary, but the first of these distillations can be avoided by a simple segregation of the alloy,
which makes it possible to obtain a euteetics at. about 13% silicon. It is this latter alloy which is then distilled once or generally twice.
L ': r @ e @ raplc <I> l: </I> We start with silico-aluminum of the following composition:
EMI0002.0050
If <SEP> 31.5 / 0
<tb> Fe <SEP> <B> 6.5 (1 / o </B>
<tb> Ti <SEP>?,? <SEP> 0/0
<tb> Al <SEP> the <SEP> remains. We proceed to. a. segregation and we get. a euteetic having for analysis:
EMI0002.0053
If <SEP> 11, 'D0 / 0
<tb> Fe <SEP> 1, <SEP> â <SEP> 0/0
<tb> Ti <SEP> 0.21 / 0
<tb> Al <SEP> the <SEP> remains. After a first distillation of this.
eutectic, one obtains in the condensate an Si content of less than?, 8% and an Fe content of 0.1%.
After a second distillation, a condensate of the following composition is obtained:
EMI0002.0068
If <SEP> 0.21%
<tb> Fe <SEP> 0.041 / o
<tb> Ti <SEP> 0.050 / 0
<tb> Al <SEP> <B> 99.67 "/ o. </B> The materials and supports in contact with liquid aluminiiini are al.iiiiiinium nitride. With a temperature of 1380 to. 1150 (_ "and a vacuum of 0.200 to 0.020 111111 of mercury, we obtain a yield of A1 on the initial silico-aht- minium of 810/0.
Silicon and aluminum do not form a defined compound between them and the distillation of an aluminum-silicon alloy takes place under practically the same conditions as the distillation (pure aluminum.
On the other hand, iron forms with aluminum or with aluminum and silicon defined compounds and we could. fear that these combinations would not be dissociated under the temperature and vacuum conditions used, which would not have made it possible to separate aluminum in good yield from alloys containing more than 6% iron. Gold,
This is not the case, as shown in Example 2 below.
Example <I> II: </I> Distillation of ferro-silico-aluminum, crystalline compound of approximate formula A15Fesi.
Composition of the alloy by weight: 8i: 12.3%, Fe: 20%, Al: 67.7%.
EMI0003.0028
N. <SEP> Temperature <SEP> Vacuum <SEP> Analysis <SEP> Metal <SEP> condensed
<tb> (the <SEP> in <SEP> in <SEP> millimeters <SEP> of the <SEP> metal <SEP> condensed <SEP> for <SEP> 100
<tb> test <SEP> degrees <SEP> C <SEP> of <SEP> mercury <SEP> Fe <SEP> / o <SEP> Si <SEP> / o <SEP> of <SEP> metal <SEP > initial
<tb> 1 <SEP> 1470 <SEP> 1 <SEP> mm <SEP> 0.65 <SEP> 0.62 <SEP> 47.5%
<tb> 2 <SEP> 1470 <SEP> 0.5 <SEP> mm <SEP> 1.07 <SEP> 0.82 <SEP> 65%
<tb> 3 <SEP> 14700 <SEP> 0.1 <SEP> mm <SEP> 1.5.1 <SEP> 0.53 <SEP> 70% We see that at.
temperature chosen, the combinations of iron with aluminum are practically completely dissociated and the liquid metal behaves on distillation as a simple mixture.
In practice, when it is desired to distill alloys containing Fe Al or Fe Si Al combinations, it is preferable to operate at a temperature above 1400 C; below this temperature, the distillation of the aluminum is too slow.
By comparing with Example I, it can be seen that for an almost identical silicon content in the starting metal, condensed metal which is poorer in silicon is obtained in a single distillation in Example II: 0.52 to 0 , 82 versus 2.8%. It seems that the iron is holding back. partly the silicon in the state. combination of iron and silicon and prevents it from. distill.
A second distillation allows. to obtain 99.5% aluminum.
Instead of proceeding discontinuously by successive distillations, it is also possible to separate the aluminum from the silicon, the iron and the titanium by continuous reflux distillation. Example <I> III: '</I> In the accompanying drawings, figs. 1 and <B> 9 - </B> represent, by way of example, a distillation furnace at. reflux that allows. to obtain a purer metal and with a better yield:
fig. 1 is an axial longitudinal sectional view thereof, and FIG. 2 a sectional view of soot alit line 2-2 of FIG. 1.
The elongated crucible c, containing the liquid metal, is carborundum or aluminum nitride, it is. tilted to the horizontal.
In the lower end part of the crucible. East. provided in a container C1, containing the liquid alloy, for example a 13% silicon eutectic obtained by silico-aluminum segregation, as indicated above. At the top end part of the crucible is a receptacle, c'2, intended to collect the condensed aluminum.
The crucible is closed at its upper part by a cover b1, made of aluminum nitride, surrounded by a heating jacket a, constituted, for example, by a conical resistance at. graphite; a second, heated cover b2, interposed between this heating surface and the first cover b1, makes it possible to obtain a lower temperature, decreasing regularly between the receptacle c1, where a temperature of 1470 C prevails, and the container c '',
where there is a temperature of 1210 to 123011C.
The position of this heat-insulating cover b- 'is. adjustable.
A cooler d is. placed outside the crucible c and near this receptacle c <B> l </B>, inside the casing a. r at the highest part of the crucible, a small opening is. provided against the cover b1 to enable the inert gases to be extracted by vacuum.
The receptacle c2, the condensed aluminum collector, is closed at its upper part by a slab c3, in carborundum or aluminum nitride, comprising an orifice c4.
The crucible c is heated by the conical envelope, in graphite, cc, forming an electric heating resistance, with current feeds at its ends, in al.
The operation of the oven is. the following After evacuation, the alloy to be distilled before reaches the boiling point 1.-170 <B> C </B>, the metallic vapors fill the free space under the cover b1 and come. condense on the inner wall of the crucible in front of the cooler d.
The condensed metal trickles onto the slab c3, which covers <B> the </B> collecting vessel c2, only part of which enters this vessel c2 through the orifice cl; the remainder returns to the rear, flowing over the inclined upper face c5 of the crucible, forming a reflux ramp, the course of which has been lengthened as much as possible by ribs or ribs c6 baffles. During this reflux, the liquid metal is. in touch. with the metallic vapors, which go in the opposite direction, and a true fractional distillation takes place, the vapor phase becoming enriched in more volatile metal (aluminum), while the refluxing liquid is enriched in less volatiles (silicon, iron, titanium).
By adjusting the temperatures as indicated above and under a vacuum of 0.03 mm, commercial aluminum is obtained in a single distillation in the collecting vessel of the metal condensed in c2. In the temperature ranges in which the process is usually carried out, 1200-1500 C, the vapor pressure of pure silicon is much lower than. that of pure aluminum;
it follows that under a given vicis, the silicon condenses at a key temperature 100; i <B> 1500 </B> C higher than that at which the aliiniiniuni is degraded. For ter and titanium, the difference is even greater. This is taken advantage of in one embodiment of the process according to the invention, by separating the silicon from iron and titanium from aluminum by fractional condensation.
For this purpose, a condenser made up of two parts can be used, one of which is cooler than the other, silicon, iron and titanium are then concentrated on the hottest part of the condenser and the other. aluminum on the coldest part.
It is also possible. to create sz-stematically in the distillation furnace zones to. different temperatures, as shown in Example IV.
Figs. 3 and 4 represent, to. by way of example, an oven using this principle; fig. 3 is a view in axial longitudinal section and FIG. 4 a cross-sectional view along the line -1 --- 4 of FIG. 3.
The furnace chamber denies that the casing thereof has a truncated conical shape with the cross section extending. increasing from right to -auehe (fif @. 3).
In the bottom of the oven are three bottom sins <I> h, i, </I> j; the first, h, starting from the right, receives, through the duct. g1, The alloy to be purified, for example an aluminum alloy with 13% silicon. The opposite transvemle wall, g2, close to the third basin j, is cooled by a circulation of water,
in g3. 1-n channel g4, spared at. through this cold wall, connects the furnace chamber to the vacuum production key apparatus (not shown); a wall its cg5 forming a baffle protects the orifice of this channel .du side of the oven chamber. We laugh -) - the cooling of this wall g2 of the furnace so that the latter is at a temperature lower than that of the triple point of the metal <B> (</B> 600 C for example.). Resistors h are placed in the upper part of this chamber of the furnace.
A partition 1 separates the basins <I> h, i, </I> j, this upper heating zone of the furnace, while protecting the resistors against metal projections. These resistors k and the levels of the basins h., I, j gradually and regularly deviate. the lon- = itudinal axis of the oven, which makes it possible to precisely adjust the temperature in each of the basins; the temperatures of these basins, decreasing from right to left, are.
determined by the preasion prevailing in the chi oven chamber.
The first basin h., Containing the alloy: ï. to purify, is, for a pressure of the chamber of the lathe, of the order of 0.1 niai of mercury, p .-) rté i a temperature of approximately 1.1i0 C¯.
The metal,; it has eomniencé to evaporate a little,; azit this tenipéïatnre, is entrained towards the cold wall g 'of the furnace under the effect of the pressure difference between the enclosure of this lower sin ix. and the vicinity of the cold wall g '. It can be seen that metal is deposited in the liquid state on the threshold hl, separating this basin h and the following basin i; this threshold hl is at a temperature of 1380 <B> C </B> for example.
The liquid metal thus deposited climbs on this threshold hl and pours (as indicated by the arrow) into the basin i. The content of this metal in Si is less than 3%, as long as the distillation has remained less than 90% of the content of the basin h.
The metal collected in the basin i is partially stabilized; its temperature being set at 1350 "C, it still distills, but less quickly than in basin h, although basin i is closer to the cold wall g2, which exerts an accelerating effect on distillation. The metal climbs upwards. on the threshold it separates basins i and., j, according to the same phenomenon as in basin h; it flows into basin j, where its Si content falls below 10/0.
The temperature of this basin j, forming a collecting vessel for the purified aluminum, is raised to approximately 100 ° C., at which temperature the vapor pressure of the aluminum is very low. The metal i- is stabilized in the liquid state for the. pressure in the oven chamber. The cold wall.g2 of the lathe is covered (in g6) with solid metal, which liquefies and trickles as soon as the temperature at the surface reaches that of the point. triple.
The continuous reflux distillation process can be applied also to the separation of aluminum from silicon and ter using a known type of plate distillation column in which all parts contact. liquid aluminum., have aluminum nitride.
One can use a simple cylinder filled with Raschig rings or even just raw pieces of aluminum nitride.
The process: according to the invention is applicable to obtaining refined aluminum to more than 99.91 / o. from commercial aluminum or fairly pure scrap aluminum alloys, in a single distillation.