182924. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szennyezéseket tartalmazó aluminium tisztítására
1 182 924 2 minium egy részét elvezetjük, ahol az eljárást az jellemzi, hogy d) a katód rétegből elvezetett olvadt alumíniumból az eutektikus szennyezőket egy kristályosító cellában frakcionált kristályosítással eltávolítjuk, oly módon, hogy az olvadt alumínium egy részét megszilárdítjuk, e) az eutektikus szennyezőkben feldúsult, olvadt frakciót a szilárd frakciótól elválasztjuk, a tisztított alumíniumot kinyerjük, és adott esetben egy második frakcionálva kristályosító művelettel tovább tisztítjuk, f) az első vagy a második kristályosítóban keletkező szennyezett frakciót - előnyösen olvadt állapotban - a kristályosító cellából az elektrolizáló cella anódrétegéhez vezetjük vissza. Egy előnyös kiviteli mód szerint a szennyezett alumínium frakciót egy további frakcionálva kristályosító műveletnek vetjük alá, hogy a szennyezések még jobban feldúsuljanak a szennyezett frakcióban, ezt a szennyezett, olvadt frakciót visszavezetjük az elektrolizáló cellába. A második kristályosítási műveletből származó tisztított frakciót összekeverjük az elektrolizáló cella katódrétegéből érkező alumíniummal és az első kristályosítási művelethez vezetjük. A mellékelt rajzok: 1. ábra a találmány szerinti eljárás folyamatábrája 2. ábra a találmány szerinti eljárásban alkalmazható háromréteges elektrolizáló cella elölnézeti képe 3. ábra a találmány szerinti eljárásban alkalmazható kristályosító kemence vázlatos elölnézeti metszete 4. ábra a találmány szerinti eljárás előnyös kiviteli módjának folyamatábrája 5. ábra a találmány szerinti eljárás másik előnyös kiviteli módjának folyamatábrája 6. ábra mutatja a szennyezett alumíniumban lévő szilícium koncentráció faktorát az eltávolított adag függvényében. Részletesebben rátérve az 1. ábrára látható, hogy a találmány szerinti, bizonyos vonatkozásban alumínium tisztítási eljárás, részben a szakemberek által Hoopes cellának nevezett 3 rétegű elektrolizáló cellában zajlik le, amelynek anódja a szennyezőktől szelektíven megtisztítandó olvadt alumínium. Ez az olvadt anód alumínium az alsó vagy fenék réteg, amelyet olvadt sóréteg általában olvadt elektrolit réteg választ el az olvadt alumínium katódrétegtől. Az olvadt alumínium katódréteg bizonyos kiválasztott szennyezőkből lényegesen kevesebbet tartalmaz, mint a kiindulási alumínium, a cella működése során az elektroliton elektromos áram hatására áthaladt olvadt alumínium a katódrétegen válik le. A találmány szélesebb értelmezése szerint az olvadt katódból származó alumíniumot tovább tisztítjuk, azaz frakcionálva kristályosítjuk. A frakcionálva kristályosítás során irányított hűtés hatására alumíniumban gazdag kristályok képződnek, illetve igen nagytisztaságú alumínium szilárdul meg. Ez azért van, mert annak az olvadt alumíniumnak, amelyben kevesebb a szennyező, magasabb a fagyáspontja, mint annak amelyben több a szenynyező, ezt az utóbbit anyalúgnak is nevezzük. A tiszta alumínium kristályosítása után a nagy szennyező tartalmú anyalúgot elszívjuk és visszamarad az alumínium kristály, illetve a csak nagyon csekély szennyező tartalmú alumínium frakció. Az eltávolított anyalúg menynyisége a kristályosító műveletnél keletkező termék mennyiségének fele, vagy annál több is lehet. Az anyalúg ezen aránya a szokásos arány a hagyományos frakcionált kristályosításnál, ha kisebb arányban vezetik el az anyalugot, akkor a szennyezési szint növekszik, és így általában tovább nem tisztítják. Az alumíniumban gazdag kristályról elszívott anyagban ugyanis az eredeti kristályosítási kiindulási anyaghoz képest sokkal magasabb a szennyezési szint, ezért ezt nehezebb tisztítani. A jelen találmány egyik kiviteli módja szerint a magas szennyezési szintű részt vagy anyalúgot visszakeringtetjük a három rétegű elektrolizáló cellába, ahol azon szennyezők szintje, amelyek a frakcionálva kristályosítási műveletben hajlamosak az anyalúgban való feldúsulásra. ismét csökkenthető olyan szintre, hogy gazdaságos legyen a frakcionálva kristályosítási művelet, amint ez az 1. ábrán látható. így a nagy szennyező tartalmú rész visszakeringtetésével lényegében a szennyezett alumínium teljes mennyisége tipikusan 90-95 %-a átalakítható igen nagytisztaságú alumíniummá. Ez azt jelenti, hogy minden a rendszer anódját alkotó szennyezett alumínium vagy igen nagytisztaságú alumíniummá vagy ismét az anód rétegbe visszaviendő olvadt fémmé alakítható. Belátható, hogy a szennyezett olvadt anyalúg-alumínium visszakeringetése lényeges megtakarítást jelent például az eredeti szennyezett alumínium vagy hasonló megolvasztásához szükséges energiát tekintve. (A visszakeringetett résszel csökkenteni lehet a megolvasztandó alumínium mennyiségét.) Mivel a találmány szerinti rendszerben bizonyos szenynyezések szelektíven eltávolíthatók, ezért igen sokféle forrásból származó alumínium tisztítható problémamentesen a rendszerben. Mégis alkalmasabb az olyan alumínium nyersanyag, amely 99,6 súly'/í-os alumínium és a maradék lényegében olyan szennyezésekből áll. amelyek a jelen rendszerben eltávolíthatók, és így igen nagytisztaságú alumínium állítható elő. Néhány esetben a kiindulási alumínium nyersanyag 99,9^-os, amely természetesen előnyös a találmány szerint eljárásban való alkalmazásához. Tipikusan előforduló szennyezések a vas, a szilícium, a titán, a vanádium, a mangán, a magnézium, a gallium, a réz, a nátrium, a bárium, a cirkónium, a króm, a nikkel és a cink. Amint később látható ezek a szennyezések könnyen eltávolíthatók, és így nagymennyiségű igen nagytisztaságú alumínium állítható elő, azaz legalább 99,995 súly%-os alumínium. A találmány egyik fontos tényezője a háromrétegű cella. A 2. ábrán mutatjuk be azt az előnyös szerkezetű cellát, amelyben előállítható a tisztított alumínium a találmány szerinti rendszerben. Az ábrázolt cellát külső szigetelő 20 hőálló fal határolja, szén vagy grafit 20 padozata vagy fenékrésze van és speciális 24 bélése van, amely lényeges a tisztított alumínium termelése szempontjából. A cella 26 betöltő nyílásán át vezetjük be a nyers alumíniumot az olvadt 28 anódhoz. Az előtöltő nyílásban a 30 fal választja el a szennyezett olvadt alumíniumot a 32 elektrolit rétegtől és a 34 katódrétegtől. A 36 cella fedő vagy cellafedél korlátozza a levegő behatolását, és megakadályozza, hogy a tisztított alumíniumból álló 34 katódréteg felülete elsalakosodjon. A cella speciális 24 bélése lényeges a találmány szempontjából. A 24 bélésanyag nagytisztaságú alumíniumoxid téglákból áll, amelyeket speciális kötőanyag (fugázó anyag) köt össze. A nagytisztaságú alumíniumoxid téglák 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
