EP0285566B1 - Verfahren zur Entfernung von Alkali- und Erdalkalimetallen aus Aluminiumschmelzen - Google Patents
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Classifications
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Definitions
- the invention relates to a method for removing alkali and alkaline earth metals from molten aluminum by introducing powdered aluminum fluoride into the melt by means of a carrier gas.
- Electrolysis metal often has a considerable content of alkali and alkaline earth metals. Before the further processing of such contaminated melts, in particular before the casting into rolling bars, a reduction in the concentration of the undesired accompanying elements is inevitable in most cases.
- the inventor has set himself the goal of creating a method of the type mentioned at the outset with which the consumption of aluminum fluoride can be kept as low as possible while maintaining a high cleaning efficiency.
- the process should be able to be carried out without major retrofitting with existing melt treatment facilities.
- the aluminum fluoride leads to the carrier gas in an amount of 1-10 grams per minute at a flow rate of the carrier gas between 40 and 200 liters per minute and the gas / powder mixture is continuously introduced into the melt kept at a temperature between 690 and 780 ° C by means of lances.
- the entry of aluminum fluoride in the melt in the form of a gas / powder mixture has the result that the aluminum fluoride is enclosed in gas bubbles in the melt and settles within the individual gas bubbles in their lower part.
- the actual chemical reaction between alkali and alkaline earth metals and the aluminum fluoride thus takes place at the gas / melt interface during the ascent phase of the gas bubbles to the melt surface. It is easy to see that a relatively small amount of aluminum fluoride is sufficient to cover the lower part of the gas bubble surface.
- the aluminum fluoride introduced with a carrier gas is better wetted by the melt than is the case with processes with direct powder introduction. This also explains the high efficiency of melt cleaning that can be achieved with a small amount of aluminum fluoride in the process according to the invention.
- aluminum fluoride of a lower degree of purity ie with a content of up to about 20% aluminum oxide, can also be used.
- Cryolite with an excess content of aluminum fluoride is also suitable.
- Argon optionally with the addition of a halogen-substituted hydrocarbon, such as CCl2F2, is used as the preferred carrier gas.
- a halogen-substituted hydrocarbon such as CCl2F2
- other gases or gas mixtures such as are customary in the melt treatment of aluminum, can also be used.
- the addition of aluminum fluoride to the carrier gas can be carried out in a simple and effective manner via a jet mixer, as is described, for example, in US Pat. No. 4,295,883 for introducing gases into a melt stream.
- the flowing gas creates a negative pressure in the jet mixer, whereby the aluminum fluoride is sucked into the jet mixer and swirled in the gas stream.
- the method according to the invention is particularly suitable for the removal of sodium and lithium from aluminum-magnesium alloy melts and can be implemented with the usual smelting furnaces with purging gas treatment without major conversion.
- the aluminum fluoride is fed into the gas supply line, possibly via a jet mixer.
- the sodium content of the molten metal was 29 ppm before the treatment and 2 ppm after the treatment. During the treatment period of 2.5 hours, a total of only 525 grams of aluminum fluoride were consumed, corresponding to 18 grams per ton of molten metal treated.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Alkali- und Erdalkalimetallen aus Aluminiumschmelzen durch Einbringen von pulverförmigem Aluminiumfluorid in die Schmelze mittels eines Trägergases.
- Elektrolysemetall weist oftmals einen beträchtlichen Gehalt an Alkali- und Erdalkalimetallen auf. Vor der Weiterverarbeitung derart kontaminierter Schmelzen, insbesondere vor dem Vergiessen zu Walzbarren, ist eine Herabsetzung der Konzentration der unerwünschten Begleitelemente in den meisten Fällen unumgänglich.
- Aus der EP-A-0 065 854 ist ein Verfahren zur Entfernung von Alkali- und Erdalkalimetallen aus Aluminiumschmelzen bekannt, bei welchem pulverförmiges Aluminiumfluorid mittels eines Trägergases in einem Schub in einen in der Schmelze erzeugten Strudel eingetragen wird. Die Behandlung erfolgt in einem zylindrischen Behälter mit einem Fassungsvermögen von 3 - 5 Tonnen Aluminiumschmelze. Mit diesem Verfahren lassen sich kleinere Chargen von Aluminiumschmelzen in verhältnismässig kurzer Zeit wirkungsvoll reinigen. Allerdings ist die pro Tonne zu behandelnde Schmelze erforderliche Menge Aluminiumfluorid recht hoch. Zudem müssen spezielle Vorrichtungen zum Rühren der Schmelze bereitgestellt werden.
- Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit welchem unter Beibehaltung eines hohen Reinigungswirkungsgrades der Verbrauch an Aluminiumfluorid möglichst niedrig gehalten werden kann. Ueberdies soll das Verfahren ohne grosse Umrüstung mit bestehenden Schmelzebehandlungseinrichtungen durchgeführt werden können.
- Zur Lösung der gestellten Aufgabe führt, dass das Aluminiumfluorid dem Trägergas in einer Menge von 1 - 10 Gramm pro Minute bei einer Durchflussmenge des Trägergases zwischen 40 und 200 Liter pro Minute kontinuierlich zudosiert und das Gas/Pulver-Gemisch mittels Lanzen kontinuierlich in die auf einer Temperatur zwischen 690 und 780°C gehaltene Schmelze eingeleitet wird.
- Die Eintragung von Aluminiumfluorid in die Schmelze in der Form eines Gas/Pulver-Gemisches hat zur Folge, dass das Aluminiumfluorid in der Schmelze in Gasblasen eingeschlossen ist und sich innerhalb der einzelnen Gasblasen in deren unterem Teil absetzt. Die eigentliche chemische Reaktion zwischen Alkali- und Erdalkalimetallen und dem Aluminiumfluorid findet somit an der Grenzfläche Gas/Schmelze während der Aufsteigphase der Gasblasen an die Schmelzeoberfläche statt. Es ist leicht einzusehen, dass eine verhältnismässig geringe Menge Aluminiumfluorid genügt, um den unteren Teil der Gasblasenoberfläche zu bedecken. Es hat sich zudem herausgestellt, dass das mit einem Trägergas eingetragene Aluminiumfluorid von der Schmelze besser benetzt wird als dies bei Verfahren mit direktem Pulvereintrag der Fall ist. Damit lässt sich auch der mit einer kleinen Menge Aluminiumfluorid erreichbare hohe Wirkungsgrad der Schmelzereinigung beim erfindungsgemässen Verfahren erklären.
- An Stelle von reinem Aluminiumfluorid kann auch Aluminiumfluorid von geringerem Reinheitsgrad, d. h. mit einem Gehalt von bis zu etwa 20 % Aluminiumoxid, eingesetzt werden. Ebenfalls geeignet ist Kryolith mit einem Ueberschussgehalt an Aluminiumfluorid.
- Als bevorzugtes Trägergas wird Argon, gegebenenfalls mit einem Zusatz eines halogensubstituierten Kohlenwasserstoffes, wie beispielsweise CCl₂F₂, verwendet. Es können jedoch auch andere Gase bzw. Gasgemische, wie sie bei der Schmelzebehandlung von Aluminium üblich sind, eingesetzt werden.
- Die Zudosierung von Aluminiumfluorid zum Trägergas kann auf einfache und wirkungsvolle Weise über einen Strahlmischer erfolgen, wie er etwa in der US-A-4 295 883 zur Einleitung von Gasen in einen Schmelzestrom beschrieben ist. Das strömende Gas erzeugt im Strahlmischer einen Unterdruck, wodurch das Aluminiumfluorid in den Strahlmischer eingesaugt und im Gasstrom verwirbelt wird.
- Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere zum Entfernen von Natrium und Lithium aus Aluminium-Magnesium-Legierungsschmelzen und lässt sich ohne grosse Umrüstung mit den üblichen Schmelzeöfen mit Spülgasbehandlung realisieren. Hierzu wird das Aluminiumfluorid, gegebenenfalls über einen Strahlmischer, in die Gaszufuhrleitung eingespiesen.
- Die Vorteilhaftigkeit des erfindungsgemässen Verfahrens wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles gezeigt.
- In einem Herdofen wurden 28 Tonnen Schmelze einer Aluminium-Magnesium-Legierung der Gattung AlMg3 auf einer Temperatur von 740 +/- 10°C gehalten und während 2,5 Stunden mittels eines Gas/Pulver-Gemisches mit Aluminiumfluorid behandelt. Ueber sechs von einer Hauptgasleitung gespiesene Graphitlanzen wurde ein Gasgemisch aus 93 % Argon und 7 % CCl₂F₂ in einer Menge von 150 Litern pro Minute in die Schmelze eingeleitet. Die Zufuhr von pulverförmigem Aluminiumfluorid erfolgte über einen in die Hauptgasleitung eingebauten Strahlmischer. Das in einem oberhalb des Strahlmischers angeordneten Vorratsbehälter gelagerte Aluminiumfluorid wurde dem Strahlmischer über einen Verbindungsschlauch als Rieselstrom in einer Menge von 3,5 Gramm pro Minute zugeführt. Ein senkrecht stehendes, in den Verbindungsschlauch eingefügtes Rohrstück mit entsprechend angepasstem Innendurchmesser diente hierbei als Dosiervorrichtung.
- Der Natriumgehalt der Metallschmelze betrug vor der Behandlung 29 ppm, nach der Behandlung 2 ppm. Während der Behandlungsdauer von 2,5 Stunden wurden somit insgesamt nur 525 Gramm Aluminiumfluorid verbraucht, entsprechend 18 Gramm pro Tonne behandelte Metallschmelze.
Claims (5)
1. Verfahren zur Entfernung von Alkali- und Erdalkalimetallen aus Aluminiumschmelzen durch Einbringen von pulverförmigem Aluminiumfluorid in die Schmelze mittels eines Trägergases,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aluminiumfluorid dem Trägergas in einer Menge von 1 - 10 Gramm pro Minute bei einer Durchflussmenge des Trägergases zwischen 40 und 200 Liter pro Minute kontinuierlich zudosiert und das Gas/Pulver-Gemisch mittels Lanzen kontinuierlich in die auf einer Temperatur zwischen 690 und 780°C gehaltene Schmelze eingeleitet wird.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aluminiumfluorid dem Trägergas in einer Menge von 1 - 10 Gramm pro Minute bei einer Durchflussmenge des Trägergases zwischen 40 und 200 Liter pro Minute kontinuierlich zudosiert und das Gas/Pulver-Gemisch mittels Lanzen kontinuierlich in die auf einer Temperatur zwischen 690 und 780°C gehaltene Schmelze eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Aluminiumfluorid von geringerem Reinheitsgrad oder Kryolith mit einem Ueberschussgehalt an Aluminiumfluorid eingesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas Argon, gegebenenfalls mit einem Zusatz eines halogensubstituierten Kohlenwasserstoffes, verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumfluorid mittels eines Strahlmischers dem Trägergas zudosiert wird.
5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Entfernung von Natrium und Lithium aus Aluminium-Magnesium-Legierungsschmelzen.
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