Verfahren zur Reinigung von geschmolzenen Leichtmetallen und ihren Legierungen. Die Erfindung hat zum Gegenstand ein Verfahren. und eine Vorrichtung zur Reini gung von geschmolzenen Leichtmetallen, ins besondere Alkali- oder Erdalkalimetallen, und ihren Legierungen.
Rohe Leichtmetalle und ihre Legierungen enthalten im allgemeinen je nach dem Ver fahren zu ihrer Herstellung verschiedene Oxyde oder Salze oder andere Metalle als Verunreinigungen. Die Rohmetalle wurden bisher häufig dadurch gereinigt, @dass man sie geschmolzen und von den Verunreinigun gen, welche bei .dem Schmelzpunkt des Me- talles noch fest blieben, filtriert hat.
Die Reinigung der reaktionsfähigeren Leicht metalle, wie zum Beispiel der Alkalimetalle nach dieser Methode, musste in einem ge schlossenen Gefäss und in einer inerten Atmo-
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vorgenommen <SEP> werden, <SEP> um <SEP> die <SEP> Oxyda:
<tb> -f <SEP> . <SEP> Metalle <SEP> an <SEP> der <SEP> Luft <SEP> und <SEP> die <SEP> Gefähr- dung eer. mit der Reinigung beschäftigten Arbeiter zu. verhindern.
Die Verfahren, die man bisher zum Filtrieren von geschmolze- nen Leichtmetallen angewandt hat, sind in der Mehrzahl diskontinuierlich. Sie bestehen darin, dass. das Metall durch ein am Boden eines geschlossenen Behälters befindliches Filter hindurchgepresst wird, wobei man sich der Schwerkraft oder der Hilfe eines kom primierten inerten Gases bedient.
Nachdem ein Ansatz des geschmolzenen Metalles durchfiltriert ist, muss man den Apparat öffnen, um den schlammigen Rückstand, der neben den ungeschmolzenen Verunreinigun gen noch erhebliche Mengen des flüssigen Metalles enthält von dem Filter zu ent fernen. Die Brennbarkeit dieses halb ge schmolzenen Schlammes und seine Neigung zum Spritzen, bringt erhebliche Gefahren mit sieh. Ferner oxydiert sich -der Schlamm während dieser Behandlung in beträcht lichem Masse, wodurch die Ausbeute an Me tall verringert wird.
Gegenstand der Erfindung bildet ein Ver fahren zur Reinigung von geschmolzenen Leichtmetallen und ihren Legierungen, wel- ches darin besteht, dass die verunreinigte Metallschmelze in einer inerten Atmosphäre auf Temperaturen, gehalten wird, bei denen die Verunreinigungen verfestigt werden und das reine Metall von dieser Schmelze durch Filter abgezogen wird, während die Verun reinigungen an einer unterhalb der Filter vorrichtung gelegenen Stelle des die Schmelze enthaltenden Behälters gesammelt und ab geführt werden.
Die Entfernung der Verunreinigungen aus ,den Rohleichtmetallen, und zwar insbeson dere Alkali- und Erdalkalimetallen bezw. ihrer Regierungen wird zweckmässig unter Rühren durchgeführt. @ Als Filter können zum Beispiel Saugfilter verwendet werden. Die Reinigung des Filters kann dadurch ge schehen, dag man; von Zeit zu Zeit einen Teil des gereinigten Metalles durch das Fil ter zurückströmen lässt.
Die Einführung des zu reinigenden Me- talles in das Schmelzgefäss, das Filtrieren und das Abziehen der Verunreinigungen wird zweckmässig kontinuierlich durchge führt.
Das Verfahren liefert ein Produkt von gleichmässig guter Beschaffenheit und ist mit einem Minimum an. Metallverlusten ver bunden. Ferner wird die Gefahr, die beim Reinigen der reaktionsfähigen, an der Luft brennbaren Metalle nach dem bisherigen Verfahren bestand, in erheblichem Masse ver ringert. Schliesslich bedarf das vorliegende Verfahren eines geringeren. Aufwandes an Arbeitskräften.
In der anliegenden Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens nach der Erfindung beispielsweise wie dergegeben. Das eiserne Gefäss 1, das zur Aufnahme des unreinen Metalles dient, ist mit geeigneten Heizvorrichtungen 2, Kühl kanälen 3, und Isolierungen 4 versehen. Durch das Rohr 5 kann Kühlluft in -die Kanäle 3 eingeführt werden. Durch das Rohr 6 wird ein inertes Gas, durch das Rohr 7 das unreine Metall zugeführt.
Auf der Welle 8, .die bei 9 in geeigneter Weise angetrieben wird, ist ein Rührer 10 angebracht, der zu- gleich als Kratzer dienen kann. 11 ist eine Temperaturmessvorrichtung. Die Filtervor richtung 12 besteht nach der in der Zeich nung dargestellten Ausführungsform aus einem Stück Rohr, das mit vielen, verhältnis mässig weiten Löchern versehen ist, und das mit mehreren Metallsieben von -unterschied- licher Feinheit bedeckt ist. Die Metallsiebe sind um das Rohr so angeordnet, dass die Maschenöffnung mit der Entfernung des Siebes vom Rohr zunimmt.
Die Siebe sind mit hitzebeständigem Kitt in der Filtriervor- richtung fest eingefügt. Die Filtriervorrieh- tung ist durch -das Rohr 13 mit dem Behälter 14 verbunden, der mit der Isolierung 15 und mit den Rohren 16, 17 und 18 versehen ist. Am Rohr 17 ist der Zweiwegehahn 18 an gebracht. Die eine Seite des Hahnes ist mit: einer Saugpumpe, die andere mit einem Gas behälter verbunden, die in der Abbildung nicht angegeben sind.
Ein weites Rohr 19, .das mit Heizvorrichtung 20 und Isolierung 21 versehen ist, führt vom Boden des Ge fässes 1 in einem Winkel von ungefähr 45 nach oben. In diesem Rohr ist eine Förder schnecke 22 eingebaut, die bei 23 angetrieben wird. Am obern. Ende des Rohres 19, an einer Stelle oberhalb der im Gefäss 1 einzu haltenden Flüssigkeitsoberfläche, ist ein Ab zugsrohr 24 angebracht.
Zur Durchführung des Verfahrens wird durch das Rohr 6 ein inertes Gas, das heisst ein Gas, das mit dem zu reinigenden Metall bei der Reinigungstemperatur praktisch nicht reagiert, in die Vorrichtung eingeleitet. Das rohe, geschmolzene Metall wird durch -das Rohr 7 in das Gefäss 1 so lange eingeführt, bis seine Oberfläche die Filtervorrichtung 12 bedeckt.
Die Temperatur des geschmolzenen Metalles wird mit Hilfe der Kühlvorrichtun gen 3 bezw. :der Heizvorrichtungen 2 so ge regelt, dass die Verunreinigungen des Metal- les im wesentlichen festbleiben. Der Rührer 10 wird laufen gelassen und der Behälter 14 durch den Hahn 18 evakuiert. Das partielle Vakuum saugt von der geschmolzenen Masse praktisch reines Metall durch die einge tauchte Filtriervorrichtung 12 und das Rohr 13 in den Behälter 14 ein.
Sobald dieser Behälter voll ist, oder wenn Verstopfungen des Filters vorkommen, wird die Verbindung des Ventils 18 mit der ,Saugpumpe geschlos sen und gleichzeitig die Verbindung zum (xasl)ehälter hergestellt. Die plötzliche Druck veränderung im Behälter 14, bezw. das in den Behälter einströmende inerte Gas bewirkt das Zurückströmen des im Rohr 13. enthal tenen flüssigen Metalles in das Gefäss 1, wo durch die an der Oberfläche der Filtriervor- richtung festgesetzten Verunreinigungen weg gespült werden.
Die Verunreinigungen, die entweder fest oder halbfest sind, und im all gemeinen spezifisch schwerer als -das leichter flüssige Metall sind, sammeln sich am Boden des Gefässes an. Die Ruhrvorrichtung schabt das konisch geformte untere Ende des Ge fässes 1 ab, wodurch der ,Schlamm von Ver unreinigungen in die Förderschnecke 22 ge langt. Die Fördervorrichtung 22 ist so aus gebildet, dass sie den Schlamm entweder kon tinuierlich oder diskontinuierlich abtranspor tieren kann.
Die Schnecke 22 ist in dem Förderrohr 19 so lose eingepasst, dass das flüssige Metall aus dem von der Schnecke beförderten Schlamm in das Gefäss 1 zurück laufen kann. Der Schlamm wird durch das Abzugsrohr 24 abgelassen.
Zur wirli:ungs- vollen Durchführung des Verfahrens ist es wesentlich, dass die Vorrichtung zum Ent fernendes Schlammes in einem solchen Win kel zum Unterteil des Gefässes 1 angebracht ist, und mit einer solchen Geschwindigkeit umläuft, dass möglichst viel von dein flüssi gen Metall in dem beförderten Schlamm in die Filtrierkammer zurücklaufen kann.
Das so beschriebene Verfahren kann voll ständig kontinuierlich oder ganz oder zum Teil diskontinuierlich arbeiten. Man kann auch mehrere Filtriervorrichtungen in das Filtriergefäss einbringen, die mit einem ge meinsamen oder mehreren Sammelbehältern
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Z <SEP> halb <SEP> der <SEP> Kammer <SEP> verbunden <SEP> sind. <SEP> Die
<tb> Tation <SEP> kann <SEP> durch <SEP> Druck <SEP> auf <SEP> die
<tb> der <SEP> geschmolzenen <SEP> Metallmasse
<tb> be <SEP> :erden. <SEP> Die <SEP> Saugfilter <SEP> können
<tb> unter <SEP> IU <SEP> \ <SEP> den: <SEP> durch <SEP> Druckfilter <SEP> ersetzt werden. Auch. andere Filtertypen, können mit Erfolg verwendet werden.
Die Rührvor- richtung kann in verschiedener Weise aus gebildet und angetrieben werden und mit verschiedener Geschwindigkeit umlaufen, Auch die Fördervorrichtung kann anders ausgestaltet werden. Für. den Erfolg des Verfahrens ist es von Bedeutung, dass das Abzugsrohr 24 oberhalb der Oberfläche des geschmolzenen, Metalles angebracht ist. Die Fördervorrichtung kann in einem verschie denen Winkel zum Filtriergefäss stehen. Auch kann die Fördergeschwindigkeit in weiten Grenzen verändert. werden.
<I>Beispiel:</I> Das Verfahren kann zum Beispiel zur Gewinnung von reinem Natrium aus rohem, elektrolytisch gewonnenem Metall Verwen dung finden. Das rohe, geschmolzene Na trium, das noch Natriumchlorid, Natrium ogyd, Calcium und Cal-ciumchlorid enthält, wurde in das Gefäss 1 so eingeführt, dass das Filter 12 bedeckt wurde. Durch das Rohr 6 wurde Stickstoff -unter einem geringen über- druck eingeleitet. Die Temperatur des Ge fässes 1 wurde während des Filtrierens auf 100 bis 120 gehalten.
Der Rührer 10 lief mit ungefähr 18 Umdrehungen in der Minute, während sich ,die Förderschnecke 22 mit ungefähr 10-5 Umdrehungen in der Mi= nute drehte. Die Fördervorrichtung war in einem Winkel von 40 zur Achse des Rüh- rers angebracht. Die Ganghöhe der Schnecke betrug 15 cm. Von Zeit zu Zeit wurde rohes Natrium durch das Rahr 7 eingeführt. Nach jeder Zugabe wurde der Behälter 14 unter Vakuum gesetzt, und das reine Natrium so. lange hineingesaugt, bis sich die Oberfläche der Flüssigkeit im Gefäss 1 dem Kopf der Filtriervorrichtung näherte.
Sodann wurde mit Hilfe des Zweiwegehahnes 18 das Va kuum abgestellt und Stickstoff in den Behäl ter 14 eingeleitet. Gleichzeitig floss ein Teil des gereinigten Natriums, das sich im Rohr 13 befand, durch die Filtervorrichtung 12 in .das Gefäss 1 zurück und reinigte dadurch die Filter. Die Verunreinigungen setzten sich als Schlamm am Boden,des Behälters 1 ab und wurden durch die Förderschnecke 22 zum Abzugsrohr 24 herausbefördert. Das flüssige Metall, das mit dem Schlamm in die Förder schnecke gelangte, floss zum Teil in die Fil- trationskammer zurück.
Das gereinigte. Metall wurde aus dem Behälter 14 durch das Rohr 16 abgelassen. Es enthielt nur 0,025 % an Verunreinigun gen. Der bei 24 abgezogene Schlamm, des sen Gesamtgewicht<B>8,6,%</B> des eingeführten Rohnatriums betrug, enthielt ungefähr 69a.n metallischem Natrium. Nach den bisher bekannten Reinigungsverfahren konnten die Verunreinigungen des gereinigten Natriums nicht unter 0,045 % gebracht werden. Dabei wurde mehr als 14% des eingeführten Roh natriums mit dem Schlamm entfernt. Das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung liefert demnach bedeutend höhere Ausbeuten an einem wesentlich reineren Metall.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass man es nach Wunsch kontinuierlich oder diskontinuier lich durchführen kann. Das Verfahren ist bei seiner Anwendung auf besonders reaktions fähige Metalle, die leicht brennbar sind, zum Spritzen neigen und ätzend wirken, mit einer viel grösseren .Sicherheit als die bisherigen verbunden. Es ist von Vorteil, dass der ge samte Reinigungsprozess- in einer geschlos senen Vorrichtung durchgeführt wird. Durch .die inerte Atmosphäre wird praktisch jede Oxydation vermieden.
Wenn die Vorrich tung mit Vakuum betrieben wird, wird auch die Gefahr verringert, die bei Vorrichtungen, die unter Druck arbeiten, durch Undichtig- keiten in der Apparatur bedingt ist. Nament- lieh war es bei den bisherigen Verfahren sehr schwierig, die Entfernung des Filterschlam mes zu überwachen. Der Schlamm hat die Neigung, in den Ventilen bezw. Hähnen fest zu werden und dadurch Verstopfungen zu verursachen. Bei den Versuchen, die mit Metall verstopften Ventile zu regeln, wurden .die Ventile oder die Ventilverbindungen oft undicht oder sogar abgebrochen.
Dies konnte ein Austreten bezw. Ausspritzen des ge- schmolzenen Metalles zur Folge haben. Diese Nachteile können bei der Vorrichtung nach vorliegender Erfindung vermieden werden, ,da sie ohne Ventile in den Schlammleitungen arbeiten kann.
Process for cleaning molten light metals and their alloys. The subject of the invention is a method. and a device for cleaning molten light metals, in particular alkali or alkaline earth metals, and their alloys.
Raw light metals and their alloys generally contain various oxides or salts or other metals as impurities, depending on the method used to produce them. Up to now, the raw metals have often been cleaned by melting them and filtering them to remove the impurities that remained solid at the melting point of the metal.
The cleaning of the more reactive light metals, such as the alkali metals, using this method, had to be carried out in a closed vessel and in an inert atmosphere.
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<SEP> are carried out, <SEP> to <SEP> the <SEP> Oxyda:
<tb> -f <SEP>. <SEP> metals <SEP> to <SEP> the <SEP> air <SEP> and <SEP> the <SEP> hazard. cleaning workers too. prevent.
Most of the processes that have hitherto been used to filter molten light metals are discontinuous. They consist in that the metal is pressed through a filter located at the bottom of a closed container, using gravity or the aid of a compressed inert gas.
After a batch of molten metal has been filtered through, you have to open the apparatus in order to remove the sludgy residue, which in addition to the unmelted impurities, still contains considerable amounts of the liquid metal from the filter. The flammability of this half-molten sludge and its tendency to splash, brings with it considerable dangers. Furthermore, the sludge is oxidized to a considerable extent during this treatment, as a result of which the yield of metal is reduced.
The subject matter of the invention is a method for purifying molten light metals and their alloys, which consists in keeping the contaminated metal melt in an inert atmosphere at temperatures at which the contaminants are solidified and the pure metal from this melt through Filter is withdrawn, while the impurities are collected at a device located below the filter point of the container containing the melt and removed.
The removal of impurities from the raw light metals, in particular alkali and alkaline earth metals BEZW. their governments is expediently carried out with agitation. @ Suction filters, for example, can be used as filters. The cleaning of the filter can be done by; from time to time allows some of the cleaned metal to flow back through the filter.
The introduction of the metal to be cleaned into the melting vessel, the filtration and the removal of the impurities are expediently carried out continuously.
The process delivers a product of consistently good consistency and is with a minimum of. Metal losses connected. Furthermore, the risk that existed when cleaning the reactive, air-flammable metals according to the previous method, ver reduced to a considerable extent. Finally, the present procedure requires less. Labor expenditure.
In the accompanying drawing, an apparatus for performing the procedural rens according to the invention is, for example, as given. The iron vessel 1, which is used to hold the impure metal, is provided with suitable heating devices 2, cooling channels 3, and 4 insulation. Cooling air can be introduced into the channels 3 through the pipe 5. An inert gas is fed through the tube 6 and the impure metal is fed through the tube 7.
On the shaft 8, which is driven in a suitable manner at 9, a stirrer 10 is attached, which can also serve as a scraper. 11 is a temperature measuring device. The Filtervor device 12 consists according to the embodiment shown in the drawing voltage from a piece of tube which is provided with many, relatively moderately wide holes, and which is covered with several metal sieves of different fineness. The metal screens are arranged around the pipe so that the mesh opening increases with the distance of the screen from the pipe.
The sieves are firmly inserted in the filtering device with heat-resistant cement. The filter device is connected by the pipe 13 to the container 14, which is provided with the insulation 15 and with the pipes 16, 17 and 18. On the pipe 17 of the two-way valve 18 is brought to. One side of the tap is connected to: a suction pump, the other to a gas container, which are not shown in the figure.
A wide pipe 19, which is provided with heating device 20 and insulation 21, leads from the bottom of the vessel 1 at an angle of approximately 45 upwards. In this tube a conveyor screw 22 is installed, which is driven at 23. At the top. At the end of the tube 19, at a point above the liquid surface to be held in the vessel 1, a draft tube 24 is attached.
To carry out the method, an inert gas, that is to say a gas which practically does not react with the metal to be cleaned at the cleaning temperature, is introduced into the device through the tube 6. The raw, molten metal is introduced through the tube 7 into the vessel 1 until its surface covers the filter device 12.
The temperature of the molten metal is with the help of Kühlvorrichtun conditions 3 BEZW. : The heating devices 2 are regulated in such a way that the impurities in the metal essentially remain solid. The stirrer 10 is allowed to run and the container 14 is evacuated through the tap 18. The partial vacuum sucks practically pure metal from the molten mass through the immersed filter device 12 and the tube 13 into the container 14.
As soon as this container is full or if the filter is clogged, the connection of the valve 18 to the suction pump is closed and the connection to the (xasl) container is made at the same time. The sudden change in pressure in the container 14, respectively. the inert gas flowing into the container causes the liquid metal contained in the tube 13 to flow back into the vessel 1, where the impurities attached to the surface of the filtering device are flushed away.
The impurities, which are either solid or semi-solid, and are generally specifically heavier than the more easily liquid metal, collect at the bottom of the vessel. The agitator scrapes the conically shaped lower end of the Ge vessel 1, whereby the sludge from Ver impurities in the screw conveyor 22 reached ge. The conveying device 22 is designed so that it can remove the sludge either continuously or discontinuously.
The screw 22 is so loosely fitted into the conveying pipe 19 that the liquid metal can run back into the vessel 1 from the sludge conveyed by the screw. The sludge is drained through the drain pipe 24.
For the process to be carried out efficiently, it is essential that the device for Ent removing sludge is attached at such an angle to the lower part of the vessel 1, and that it rotates at such a speed that as much as possible of your liquid metal is in the transported sludge can run back into the filter chamber.
The process described in this way can work fully continuously or wholly or partly batchwise. It is also possible to introduce several filter devices into the filter vessel, with one common or several collecting containers
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Z <SEP> half <SEP> of the <SEP> chamber <SEP> are connected to <SEP>. <SEP> The
<tb> Tation <SEP> can <SEP> by <SEP> pressing <SEP> on <SEP> the
<tb> the <SEP> melted <SEP> metal mass
<tb> be <SEP>: ground. <SEP> The <SEP> suction filter <SEP> can
<tb> under <SEP> IU <SEP> \ <SEP> the: <SEP> must be replaced by <SEP> pressure filter <SEP>. Also. other types of filters can be used with success.
The stirring device can be designed and driven in different ways and can rotate at different speeds. The conveying device can also be designed differently. For. It is important to the success of the process that the flue pipe 24 be positioned above the surface of the molten metal. The conveyor can be at a different angle to the filter vessel. The conveying speed can also be changed within wide limits. will.
<I> Example: </I> The process can be used, for example, to obtain pure sodium from raw, electrolytically extracted metal. The raw, molten sodium, which still contains sodium chloride, sodium ogyd, calcium and calcium chloride, was introduced into the vessel 1 so that the filter 12 was covered. Nitrogen was introduced through the pipe 6 under a slight excess pressure. The temperature of vessel 1 was kept at 100 to 120 during the filtration.
The stirrer 10 ran at about 18 revolutions per minute, while the screw conveyor 22 rotated at about 10-5 revolutions in the minute. The conveyor was mounted at a 40 angle to the axis of the stirrer. The pitch of the screw was 15 cm. From time to time, raw sodium was introduced through the Rahr 7. After each addition the container 14 was placed under vacuum and the pure sodium so. sucked in for a long time until the surface of the liquid in vessel 1 approached the head of the filtering device.
Then the Va kuum was turned off with the help of the two-way valve 18 and nitrogen was introduced into the Behäl ter 14. At the same time, part of the purified sodium that was in the pipe 13 flowed back through the filter device 12 into the vessel 1 and thereby cleaned the filter. The impurities settled as sludge on the bottom of the container 1 and were conveyed out to the discharge pipe 24 by the screw conveyor 22. Some of the liquid metal that got into the screw conveyor with the sludge flowed back into the filtration chamber.
The cleaned. Metal was drained from container 14 through tube 16. It contained only 0.025% of impurities. The sludge withdrawn at 24, the total weight of which was 8.6% of the raw sodium introduced, contained approximately 69a.n metallic sodium. According to the purification methods known up to now, the impurities in the purified sodium could not be brought below 0.045%. More than 14% of the imported raw sodium was removed with the sludge. The process according to the present invention accordingly provides significantly higher yields of a significantly purer metal.
Another major advantage of the process is that it can be carried out continuously or discontinuously, as desired. When used on particularly reactive metals, which are easily flammable, have a tendency to splash and have a corrosive effect, the process is associated with a much greater level of safety than the previous ones. It is advantageous that the entire cleaning process is carried out in a closed device. The inert atmosphere practically avoids any oxidation.
If the device is operated with a vacuum, the risk that is caused by leaks in the apparatus in devices that work under pressure is also reduced. Namely, it was very difficult with the previous methods to monitor the removal of the filter sludge. The mud has a tendency to bezw in the valves. Taps become stuck and cause blockages. In the attempts to regulate the valves clogged with metal, the valves or the valve connections were often leaky or even broken off.
This could be a leak. The molten metal will splash out. These disadvantages can be avoided with the device according to the present invention, since it can operate without valves in the mud lines.