NO141418B - Fremgangsmaate for fjerning av alkali- og jordalkalimetaller fra lettmetallsmelter - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fjerning

av alkali- og jordalkalimetaller fra lettmetallsmelter, særlig aluminiumsmelter, ved passasje gjennom et masseskikt av karbon-

holdig granulat.

Industrielt fremstilt aluminium inneholder overraskende betyde-

lige forurensninger av alkali- og jordalkalimetaller, som når det gjelder natrium kan anta verdier opp til 0.0070% (70 ppm),

skjønt teoretisk sett ingen metaller som er mer elektropostive enn aluminium, skulle kunne komme med i elektrolyseproduktet ved smelteelektrolytisk fremstilling av aluminium, men bare forbli som ioner i smelteløsningen.

Sådanne forurensninger av alkali- og jordalkalimetaller utgjør

en betydelig ulempe ved aluminium av reneste art, da disse metaller som kjent umiddelbart omsettes med den foreliggende luftfuktighet og derved danner metallhydroksyder som utøver en sterkt korroderende basisk innvirkning på det omgivende metall.

Et høyt natriuminnhold ytrer seg særlig forstyrrende ved varme-bearbeiding av magnesiumholdige legeringer, hvor det gjør seg bemerket ved opprivning av barrekanter under valsing og støping.

I lengere tid har man derfor forsøkt å komme frem til fremgangs-

måter for å fjerne forurensninger av alkali- og jordalkali-

metaller fra lettmetallsmelter, for derved å redusere innholdet av sådanne metaller til tolererbare verdier. Man kan herunder

gå ut fra at det innledningsvis foreligger et typisk total-

innhold av alkali- og jordalkalimetaller på 20 - 35 ppm, som ved små barrer bør nedsettes til 10 - 12 ppm og ved større barrer til omkring 2 ppm. I denne forbindelse er det tidligere forsøkt hovedsakelig tre . utveier.

For det første er lettmetallsmelter forsøkt behandlet med

elementært klor, hvorved alkali- og jordalkalimetaller sammen med mange andre stoffer kan fjernes i form av klorider. I

henhold til fagfolk som har forsøkt denne fremgangsmåte, er det ved behandling av en aluminiumsmelte med elementært klor i 6 timer oppnådd en nedsetning av natriuminnholdet fra 5- 0 ppm til omkring 1.0 ppm (US-PS 3-737-303 - 30*0. Denne fremgangsmåte har imidlertid den åpenbare ulempe at en opprettholdelse av smeltetemperaturen i et så langt tidsrom som 6 timer vil med-

føre meget store ekstra energi-omkostninger, hvilket i høy grad påvirker fremgangsmåtens kommersielle anvendbarhet. En ytterlige-

re ulempe ved denne fremgangsmåte ligger i at det anvendte ele-mentære klor også i vesentlig grad vil reagere med aluminium og således vil føre til et nedsatt produksjonsutbytte av dem fremstilte høygradig rensede metall. Utover dette utgjør av-

gassene av aggresivt aluminiumklorid en betraktelig miljøbelast-

ning eller medfører kostbare rense- og beskyttelsestiltak. Den mest tungtveiende ulempe ved denne fremgangsmåte ligger imidler-

tid i den høye giftighet av elementært klor, som utgjør en stor fare for omgivelsene og således nødvendigvis medfører særlig strenge sikkerhetstiltak under drift, hvilket i sin tur er nøye forbundet med funksjon og bruk av kostbart teknisk utstyr.

Den andre nevnte tidligere kjente fremgangsmåte for fjerning

av alkalimetallforurensninger fra lettmetaller går ut på behand-

ling av lettmetallsmelten med karbon. Det er uklart om alkali-r metallene herunder elimineres ved adsorbsjon (kjemisorbsjon) på

karbonoverflåtene eller ved en kjemisk reaksjon. I sistnevnte tilfelle er det videre usikkert om det dannes et saltlignende karbid (acetylid) i samsvar med en av reaksjonsligningene:

eller om og i så fall i hvilket omfang det utfelles en av følgende, lite undersøkte metallgrafitt-forbindelser med ut-preget skiktstruktur; NaCg (brun), NaC^ (grått) eller NaCg0

(sterkt grafittisk). (Se K. FREDENHAGEN: Z. Anorg. Allg. Chem. 158 (1926), 29^-63).

Ved en industriell anvendelse av denne fremgangsmåte filtreres aluminiumsmelter gjennom et masseskikt av petroleumkoksgranulat.

(etylenkoks, acetylenkoks), hvorved det i følge offentliggjorte rapporter er oppnådd en nedsettelse på 50% av natriuminnholdet i en aluminiumsmelte. En særlig fordel ved denne fremgangsmåte ligger i den usedvanlig lave løselighet av karbon i aluminium. Det kan således ikke påvises noen løselighet av koks i smeltet aluminium opp til 1100°C, og arbeidstemperaturen for den angitte fremgangsmåte ligger mellom 700 og 800°C (De-OS 2-019-538).

På den annen side taler de nedenfor angitte driftsulemper imot en anvendelse av masseskikt av karbon for eliminering av alkalimetaller fra lettmetallsmelter.

Et sådant masseskikt av petroleumkoks oppviser nemlig en alt for lav mekanisk fasthet til å kunne motstå de metallostatiske trykk fra en metallsmelte. Lokale deformasjoner og sterke kanaldannel-ser i masseskiktet er en følge av dette, hvilket fører til uens-artet kvalitet av det behandlede lettmetall.

Som en ytterligere ulempe må det påpekes at kalsinert petroleumkoks, som har en tetthet på 1 .50 til 1.70 g/cm<3>, er betraktelig lettere enn smeltet aluminium, som har en tetthet på 2.1 til 2.51 g/cm<3> (US-PS 3.281.238). For at filterleiet av denne årsak ikke skal flyte opp til smeltens overflate, må det fastholdes mot bevegelse oppover, hvilket medfører betraktelige problemer ved ifylling og uttak av filtergranulater i varm tilstand. Disse vanskeligheter øker ikke ved en eventuell gasstilførsel til masseskiktet, men en sådan gasstilførsel forhøyer ytterligere faren for en opprivning av skiktet. Under disse omstendigheter hindres også en uttapning av metallsmelten på undersiden av gjennomløpsbeholderen, hvilket er ønskelig av driftstekniske grunner (fraskilling av svømmende forurensninger).

Som en tredje ulempe ved behandling av en lettmetallsmelte i et masseskikt av koks, kan angis at det under visse omstendigheter er vanskelig å oppnå et granulatskikt som er helt fritt for meget små og fine karbonpartikler. Sådanne karbonpartikler medfører lett at filterleiet sammenpakkes og på visse steder fullstendig tilstoppes. En betraktelig nedsettelse av metallsmeltens gjennom-strømning er en følge av dette.

En tredje kjent fremgangsmåte' for fjerning av alkali- og jord-alkali-metaller går ut på behandling av vedkommende metallsmelter med salter. Samtidig som det på ingen måte er sikkert at denne fremgangsmåte er egnet til å nedsette forurensningsinnholdet til den ønskede verdi på 2 ppm, skal det også henvises til betraktelige driftsulemper ved sådanne fremgangsmåter. De nødvendige saltmengder for en hensiktsmessig behandling vil under kontinuer-lig drift være minst dobbelt så dyre som et tilsvarende masseskikt av koks, og ved den nødvendige hyppige fornyelse av saltene opp-står det problemer med borttagning av de gjenværende materialer, hvilket vil være særlig problemfylt når det anvendes natriumfluorid hvis giftighet utgjør en sterk belastning av omgivelsene og en fare for drifthygienen på vedkommende arbeidsplass.

På denne bakgrunn er det et formål for foreliggende oppfinnelse

å angi en forbedret fremgangsmåte for fjerning av alkalimetallforurensninger fra lettmetallsmelter, idet denne fremgangsmåte på den ene side fullstendig utnytter de nevnte fordeler ved meltebehandling med karbon, og på den annen side unngår de ovenfor angitte ulemper som fremkommer ved behandling med elemen-

tært klor eller i et masseskikt av petroleumkoks.

Fra tysk offentliggjørelsesskrift nr. 2.050.659 er det kjent

en fremgangsmåte for fjerning av alkali- og jordalkalimetaller fra lettmetallsmelter, særlig aluminiumsmelter, véd passasje gjennom et masseskikt av karbonholdig granulat, idet vedkommende smelte gjennomstrømmes i motstrøm av en inert gass.

På dette grunnlag av kjent teknikk har fremgangsmåten i henhold

til oppfinnelsen som særtrekk at smeiten bringes til å gjennom-

løpe et masseskikt som utgjøres av granuler bestående av en kjerne av inert, mekanisk holdfast material med et ytre overflatebelegg av karbon.

Det er overraskende funnet at det ved hjelp av et sådant karbon-

skikt på granulater av keramisk bæremateriale var mulig å oppnå

minst like god virkning ved fjerning av alkalimetaller fra lettmetallsmelten som ved anvendelse av tidligere nevnte porøse petroleumkoks. Ved optimal utførelse av oppfinnelsens fremgangs-

måte ble de oppnådde resultater ved petroleumkoks overtruffet.

Det er også som sikkert fastslått at det under rutinemessige

betingelser f.eks. kan oppnås en nedsettelse av natriuminnholdet i en aluminiumsmelte til omkring en tredjedel pr. behandlingsom-

gang. Tilsvarende virkning er oppnådd ved fjerning av kalium.

Virkningen av inerte gasser som føres i motstrøm gjennom smeiten,

på fjerningen av alkalimetall fra denne er imidlertid ikke full-

stendig klarlagt. Likevel er det fastslått at det her dreier seg om en vesentlig betingelse ved oppfinnelsens fremgangsmåte, og uten dette trekk kan det ikke oppnås samme virkningsfulle fjerning av alkalimetall.

Ved praktisk utførelse av oppfinnelsens fremgangsmåte for ut-skillelse av alkali- og jordalkalimetaller fra en lettmetallsmelte er den gjennomløpsbeholder som inneholder masseskiktet av karbonbelagte granuler, fortrinnsvis utført åpen oventil og forsynt med et innløp for den lettmetallsmelte som skal behandles. Gjennomløpsbeholderen oppviser også i sitt bunnområde minst en utløpsåpning for den behandlede smelte, og beholderbunnen er forsynt med en eller flere gassgjennomtrengbare og ildfaste stener for innføring av inert gass gjennom en innløpskobling. For varmetilførsel kan det være anordnet et elektrisk motstands-varmeelement, en induksjonsspole eller en oljebrenner av kjent type. Ved en ytterligere fordelaktig utførelse er gjennomløps-beholderen, som er isolert mot utsiden, utstyrt med et omslut-ningsdeksel forsynt med en regulerbar varmeinnretning. En ut-løpskanal tilsluttet gjennomløpsbeholderen kan f.eks. tjene til videreføring av den rensede smelte til et strengstøpningsanlegg.

I det følgende skal det nærmere beskrives et utførelseseksempel for fjerning av alkalimetaller fra en lettmetallsmelte i henhold til oppfinnelsen.

For fjerning av alkali- og jordalkalimetaller fra aluminiumsmelte ble det anvendt en gjennomløpsbeholder av keramisk material og som var i stand til å oppta ca. ^-0 kg metall. Den smelte som skulle behandles hadde herunder følgende sammensetning:

Smeiten oppviste i smelteovnen en temperatur på 720 - 7Lt-0°C og ble bragt til å flyte gjennom gjennomløpsbeholderen i samme takt som smelte ble tilført. Filterets temperatur var 7"!0°C, og ved denne temperatur ble det oppnådd en midlere gjennomløpsmengde på h tonn smelte pr. time.

Det karbonbelagte granulat ble før filtreringen av lettmetallsmelten innlagt i kold tilstand i gjennomløpsbeholderen og derpå oppvarmet til en temperatur omkring 720°C i løpet av 2 timer ved hjelp av en konvensjonell oljebrenner innebygd i beholderens ytterhylster. Som inert gass ble 33 til 35 liter argon blåst gjennom lettmetallsmelten pr. minutt og kvadratmeter.

Ved parallelle forsøk med kjent filtergranulat av korund, karbon-belagt granulat i henhold til oppfinnelsen samt granulat av etylenkoks (acetylenkoks) som kontroll, ble de nedsatte konsen-trasjoner av alkali- og jordalkalimetaller som er angitt i etter-følgende tabell, oppnådd. Granulenes diameter var under alle forsøk 1.0 - 1.5 cm, således at smeiten i alle tilfeller var utsatt for tilnørmet samme virksomme reaksjonsoverflate. Derfor ble det ved alle forsøk innstilt en midlere gjennomløpsmengde

på h tonn smelte pr. time, og temperaturen i gjennomløpsbeholderne ble konstant holdt i området 710 - 720°C. Forurensningskonsentra-sjonen ble på kjent måte bestemt ved atomabsorbsjons-spektroskopi.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for fjerning av alkali- og jordalkalimetaller fra lettmetallsmelter, særlig aluminiumsmelter, ved passasje gjennom et masseskikt av karbonholdig granulat, idet vedkommende smelte gjennomstrømmes i motstrøm av en inert gass,karakterisert ved at smeiten bringes til å gjennomløpe et masseskikt som utgjøres av granuler bestående av en kjerne av inert, mekanisk holdfast material med et ytre overflatebelegg av karbon.