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Verfahren zur Scheidung von im flüssigen Zustande legierten oder gelösten
Stoffen durch Anwendung von Zentrifugalkraft. Es ist allgemein bekannt, daß mit
Hilfe der Zentrifugalkraft Trennungen von festen und flüssigen Substanzen, entsprechend
ihrem spezifischen Gewicht, ausführbar sind. Man hat auch schon versucht, geschmolzene
Metalle zu zentrifugieren, und man kann damit in solchen Fällen Erfolge erzielen,
wo die zu trennenden Bestandteile in flüssigem und festem Zustande ineinander unlöslich
sind.
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Andererseits ist eine Anwendung des Schleuderverfahrens zur Trennung
solcher Stoffe, die im flüssigen Zustande ineinander löslich sind, vorgeschlagen
worden für den Fall, daß sie als inniges mechanisches Gemenge in Form von Spänen
o. dgl. vorliegen. Das `-erfahren besteht darin, daß die niedriger schmelzenden
Metallpartikel in einer indifferenten gasförmigen oder flüssigen Schutzhülle geschmolzen
und von den im festen Zustand verbleibenden Rückständen durch Zentrifugieren getrennt
werden, so daß auf diese Weise die Bildung einer Legierung überhaupt vermieden wird.
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In vielen Fällen wird jedoch der Technik die Aufgabe gestellt, aus
Metallen oder Salzen die letzten Spuren gelöster Fremdbestandteile zu entfernen,
sei es, um ein Produkt höchster Reinheit zu erzeugen, sei es, um wertvolle Substanzen,
die in geringer Konzentration in dem Metall oder Salz gelöst sind, zu gewinnen.
Es handelt sich hierbei vor allem um die Trennung solcher Stoffe. die im flüssigen
Zustande vollkommen ineinander löslich, im festen Zustand aber mehr oder weniger
unlöslich sind und somit ein sogenanntes Eutektikum bilden.
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Bei der langsamen Abkühlung solcher Legierungen bzw. Salzgemische
scheiden sich zunächst reine Kristalle des einen Bestandteiles aus. Hierdurch verschiebt
sich die Konzentration der verbleibenden Schmelze so lange, bis die niedrigste Temperatur
erreicht ist, bei der eine Legierung aus den betreffenden Komponenten überhaupt
noch flüssig sein kann. Dasjenige Mischungsverhältnis, das sich bis zu dieser Temperatur
allmählich einstellt, ist das sogenannte Eutektikum.
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Die Trennung primär ausgeschiedener Kristalle von der verbleibenden
Schmelze ist durch die sogenannten Saigerungsprozesse der Praxis bekannt. Als Beispiel
sei die Gewinnung des Silbers aus dem `wenig Silber enthaltenden Bleierzen angeführt.
Man überläßt das geschmolzene Metall der Erstarrung und und schöpft die primär ausgeschiedenen
Bleikristalle aus. Die verbleibende .Schmelze enthält dann das gesamte Silber, und
zwar im idealen Falle, nämlich bei der Zusammensetzung des Eutektikums, 4. Prozent.
Dieser ideale Gehalt kann jedoch bei diesem und bei ähnlichen Saigerungsverfahren
niemals erreicht werden. Das Ausschöpfen führt vor allem bei leicht oxydierbaren
Metallen stets zur Verunreinigung und zu Verlusten, wie auch an den herausgeschöpften
Kristallen und in den Hohlräumen zwischen diesen stets Mutterlauge haftet.
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Es wurde nun gefunden, daß eine praktisch
quan;itative
Trennung der primären Kristalle von dem Eutektikum gelingt, wenn man die Saigerung
unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft, und zwar bei ganz allmählicher Temperaturerniedrigung
vor sich gehen läßt. Wird nämlich die geschmolzene Legierung bzw. der Salzschmelzfluß
unter ganz langsamer Wärmeentziehung geschleudert, so beginnen die bei eintretender
Erstarrung nach und nach sich primär ausscheidenden Kristalle sofort durch die noch
flüssige Masse in diejenige Zone des Zentrifugiergefäßes zu wandern, die ihrem spezifischen
Gewicht im Vergleich _ zur verbleibenden Schmelze entspricht. Die Kristalle werden
dabei infolge der Zentrifugalkraft eng aneinander gepreßt, so daß die Schmelze aus
den Zwischenräumen verdrängt wird. Ist die Temperatur endlich bis zum eutektischen
Punkt erniedrigt, so erstarrt auch das Eutektikum in derjenigen Zone, in die es
gemäß seinem spezifischen Gewicht gedrängt wurde. Nach beendigter Erstarrung ist
die räumliche Trennung der Bestandteile vollzogen. Das Eu-ektikum haftet an dem
Regulus mehr oder weniger fest und läßt sich von diesem mechanisch durch Abdrehen,
Sägen o. dgl. trennen.
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Eine Hauptforderung des neuen Verfahrens besteht somit darin, daß
während des Schleuderns die Abkühlung innerhalb des Erstarrungsintervalls nach -Möglichkeit
-#-erzögert wird, da die Trennung der primär ausgeschiedenen Kristalle von dem bis
zuletzt flüssig bleibenden Eutektikum um so vollständiger ist, je langsamer die
Wärmeentziehung erfolgt. Es ist zwar bereits bekannt, beim Zentrifugalguß die in
einer Schleuderform rotierende Schmelze abzukühlen, -eine solche Abkühlung bezweckt
jedoch lediglich die Erhaltung der einmal. im flüssigen Zustande gewonnenen Form
und besteht daher stets in einer Beschleunigung der natürlichen Abkühlung (Abschreckung),
so daß eine Konzentrationsverschiebung innerhalb der Schmelze nicht nur nicht erstrebt,
sondern geradezu verhindert wird. Dagegen wird bei dem neuen Verfahren eine möglichst
starke Verzögerung der natürlichen Abkühlung zum Zweck von Konzentrationsverschiebungen
erstrebt.
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Zum Zwecke der leichteren Scheidung können in besonderen Fällen vor
dem Zentrifugieren Zuschläge von leichten oder schweren Metallen gemacht werden.
So ist z. B. bei der Scheidung des Blei-Silber-Eutektikums vom Blei die Differenz
zwischen dem spezifischen Gewicht des ersteren von dem des Bleies nur gering, da
das Eutektikurn nur Prozent Silber enthält. Durch: Zusatzeines Leichtmetalls, wie
z. B. Aluminium, läßt sich ein spezifisch leichteres, ternäres Eutektikum erzeugen,
das leicht abzuscheiden ist. Es können ferner solche Zuschläge gemacht «erden, die
den abzusondernden Bestandteil chemisch oder in seinem metallographischen Verhalten
verändern. Um z. B. eisenhaltiges Zink, das das Eisen in Form einer Eisen-Zinkverbindung
enthält, vom Eisen zu befreien, wird, wie bekannt, zu der Schmelze Aluminium gegeben
und dadurch das Eisen an Aluminium gebunden. Wird auf einen solchen Schmelzfluß
das oben gekennzeichnete Verfahren angewendet, so wird eine Trennung der Eisen-Aluminiumverbindung
vom Zink ermöglicht.
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Ein besonderer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß sich durch
seine Anwendung die Möglichkeit eröffnet, bei zahlreichen hüttenmännischen Prozessen
auf eine hochwertige Aufbereitung der Rohstoffe zu verzichten und aus dem zunächst
in unreinem Zustande gewonnenen Metall die in flüssigem Zustande in ihm gelösten
Fremdbestandteile, soweit sie mit dem Hauptmetall Eutektika bilden, durch Zentrifugieren
zu entfernen.
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Das Verfahren findet weiterhin Anwendung, um metallische Gegenstände
von geeigneter, durch Zentrifugalguß in an sich bekannter Weise zu erzeugender Form
derartig herzustellen, daß die Oberfläche andere physikalische bzw. chemische Eigenschaften
aufweist als das Innere, indem man z. B. ein hartes oder säurebeständiges Eutektikum
erforderlichenfalls durch geeignete Zuschläge nach Art der oben angeführten erzeugt,
das an der inneren oder äußeren Oberfläche nach dem neuen Verfahren abgeschieden
wird. Soll beispielsweise ein Lager aus einer Blei-Antimonlegierung durch Zentrifugalguß
hergestellt werden, so kann man durch Zusatz einer geringen Menge Zinn die harten
Zinn-Antimonkristalle unter den Bedingungen des hier beanspruchten Verfahrens im
Innern des Rotationskörpers abscheiden.
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Das Verfahren findet sinngemäß Anwendung auf solche geschmolzenen
Stoffe, wie Salze u. dgl., die bei der Erstarrung Eutektika bilden.
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Die Herstellung von chemisch. reinem Wolfram und Eisen auf ähnlichem
Wege, allerdings verbunden mit Reduktionsprozessen, ist bereits vorgeschlagen worden.