Verfahren zur Entfernung von Alkali- und Erdalkalimetallen aus Aluminiumschmelzen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Al­kali- und Erdalkalimetallen aus Aluminiumschmelzen durch Einbringen von pulverförmigem Aluminiumfluorid in die Schmelze.

[0002] 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.

[0003] Aus der EP-A-0 065 854 ist ein Verfahren zur Entfernung von Alkali- und Erdalkalimetallen aus Aluminiumschmelzen be­kannt, bei welchem pulverförmiges Aluminiumfluorid 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.

[0004] 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.

[0005] Zur Lösung der gestellten Aufgabe führt, dass das Alumini­umfluorid einem Trägergas in einer Menge von 1 - 10 Gramm 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.

[0006] 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.

[0007] Die Durchflussmenge des Trägergases liegt bevorzugt zwi­schen 40 und 200 Liter pro Minute. Für die Festlegung des unteren Grenzwertes ist der metallostatische Druck massge­bend. Mit dem oberen Grenzwert wird die Bewegung an der Schmelzeoberfläche und dadurch die Bildung von Krätze limi­tiert.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] Die Vorteilhaftigkeit des erfindungsgemässen Verfahrens wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles ge­zeigt.

[0013] 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 Aluminium­ fluorid 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.

[0014] 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.

Ansprüche

1. Verfahren zur Entfernung von Alkali- und Erdalkalime­tallen aus Aluminiumschmelzen durch Einbringen von pul­verförmigem Aluminiumfluorid in die Schmelze,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Aluminiumfluorid einem Trägergas in einer Menge von 1 - 10 Gramm 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 Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, dass die Durchflussmenge des Trägergases zwischen 40 und 200 Liter pro Minute liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­kennzeichnet, dass als Trägergas Argon, gegebenenfalls mit einem Zusatz eines halogensubstituierten Kohlenwas­serstoffes, verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­kennzeichnet, dass das Aluminiumfluorid mittels eines Strahlmischers dem Trägergas zudosiert wird.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Entfernung von Natrium und Lithium aus Aluminium-­Magnesium-Legierungsschmelzen.