182924. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szennyezéseket tartalmazó aluminium tisztítására
1 182 924 2 lést. A bórforrást abba az olvadt alumíniumötvözetbe vihetjük be, amely a Hoopes cella szennyezett rétegét alkotja. A bórforrást az előbetápláló vagy a 26 betöltő nyíláson át vezethetjük be. Belátható, hogy kismennyiségű bór más szokásos szennyezők, így a vas, a szilícium és a réz, és hasonlók eltávolításában nem vagy csak alig játszik szerepet. A találmány egyik előnyös kiviteli módja szerint a Hoopes cella katódjáról elvont olvadt alumíniumot széntartalmú anyaggal kezeljük a magnézium eltávolítása vagy az esetleg jelenlévő magnézium mennyiségének lényeges csökkentése érdekében. Előnyös nagy tisztaságú széntartalmú anyagot használni. Mindazonáltal bizonyos esetekben kevésbé tiszta anyaggal is elérhető jó eredmény, ha a levegővel való elégést meg tudjuk akadályozni. Úgy gondoljuk, hogy a magnézium magnéziumkarbiddá alakul. Széntartalmú anyagként nagytisztaságú grafitot alkalmazhatunk. Ilyen grafit pl. Ultra-F márka néven szerezhető be az Ultracarbon Corporation, Bayview, Michigan, cégtől. Felismertük, hogy grafitnak erre a célra való használatával a magnézium mennyisége 40 ppm-ről 1 ppm alá is csökkenthető. Előnyösen nagytisztaságú (99,99 %) grafitot használunk. Mindazonáltal kevésbé tiszta grafit is használható, mint amilyen Union Carbide cég CS és AGSX jelű grafit öntőformái vagy tégelyei. A magnézium eltávolítható oly módon, hogy az elektrolizáló cellából származó tisztított alumíniumot grafit tégelyekbe öntjük vagy, hogy a végterméket nagytisztaságú grafit béléssel ellátott villamos kemencében újra megolvasztjuk, és azután öntjük nagytisztaságú grafit öntőformákba vagy tégelyekbe. Bár a magnézium eltávolítás mechanizmusát nem ismerjük, de feltételezzük, hogy magnéziumkarbid képződik vagy, hogy a szén katalizálja a magnéziumoxid képződést, és az felúszik az olvadék tetejére és így lefölözhető. A találmány szerinti eljárás más nagyon nagytisztaságú alumíniumot előállító eljárásokkal szemben számos előnnyel rendelkezik. Egyik legfontosabb előnye értelmében a nagyon nagytisztaságú végtermék előállítási költsége lényegesen kisebb, mint az eddigi módon előállított termékeké. Ez a lényeges költségcsökkenés hozzájárulhat ahhoz, hogy a magfúzió révén történő energiatermelés kivitelezhető legyen. A találmány szerinti rendszerben azért csökkennek a költségek, mert lényegében a kiindulási alumínium teljes mennyisége átalakítható nagytisztaságú termékké, és alig keletkezik olyan anyag, amelyet ne tudnánk bármilyen gyakorlatban előforduló célra hasznosítani, szemben a korábbi módszerekkel, így a találmány szerinti rendszer leírásából látható, hogy az úgy működik, hogy a költség és a hulladék mennyiség is csökken, amint ezt az utóbbit a frakcionált kristályosítással kapcsolatban kimutattuk. A fentiekhez még hozzájárul az a további előny, hogy nagytisztaságú így 99,999 és 99,9999 %-os tisztaságú alumínium állítható elő nagy mennyiségben igen szilárd bázison. Ami azt jelenti, hogy a találmány szerint alkalmazott berendezés könnyen, igen csekély költséggel méretezhető a célszerű termelési kapacitásúra. Megjegyezzük, hogy energia megtakarításban is megmutatkozik az eljárás előnye. Amint előbb már közöltük, az elektródok célszerű elhelyezésével az elektrolizáló cella energiaigénye lényegesen csökken. Az energia megtakarítást növeli az is, hogy a frakcionált kristályosítási műveletből az olvadt alumínium egy frakcióját visszakeringtetjük az elektrolizáló cella betöltőnyílásához. Meg kell jegyeznünk, hogy az 1., 4., és 5. ábrákon látható olvadt alumínium visszakeringetése nem szükségszerű, hogy közvetlenül történjen, történhet olvadt alumíniumot tartó grafit tégelyek közbeiktatásával is, azaz, hogy tégelyekben vigyük át az alumíniumot az egyik fokozatból a másikba. Az energia megtakarítás szempontjából csak az a lényeges, hogy a fokozatok között újra fűtés és újraolvasztás ne legyen szükséges (azaz szobahőmérsékletű alumínium újrahevítése és újraolvasztása elmarad). A következő példa tovább illusztrálja a találmányt. Példa 99,98 súly%-os alumíniumot használunk kiindulási anyagként. Az anyagban lévő 100%-ra kiegészítő menynyiségű szennyezést a táblázatban a „nyersanyag” fejléc alatt soroljuk fel. Ezt az ötvözetet 45,36 kg/nap (100 lbs/nap) sebességgel adagoljuk szilárd formában a Hoopes cella előtöltő nyílásán át; lényegében ahogy a 2. ábrán látható. A cellát előzőleg három olvadt réteggel láttuk el. A cella fenekén lévő anódréteg előírt sűrűségét réz beötvözésével biztosítjuk. Az elektrolit réteg lényegében közelítőleg 44 súly% AF3-ból, 22 súly% NaF-ból, 18 súly% BaF2-ból és 16 súly% CaF2-ből áll. A harmadik réteg lényegében 99,993 súly%-os alumínium. A cella többé-kevésbé folyamatosan működik kb. 2A/6.45 • 10~4 m2 (2A/in2) azaz 1555 A/m2 áramsűrűséggel. Naponta lényegében a betöltött mennyiséggel egyenlő mennyiségű 99,993 súly %-os alumíniumot vezetünk el. A tisztított termék szennyezési nívóját a táblázat „Hoopes termék” fejléce alatt mutatjuk be. Meg kell jegyezzük, hogy 68,04 kg (150 lbs) szennyezett fémet táplálunk be, de ebben a kristályosítási folyamatból visszakeringtetett 22,68 kg (50 lbs) fém is beleértendő. Ha a visszakeringtetett fémet a kiindulási nyersanyaggal összekeverve együtt tápláljuk be, akkor a nyersanyagunk 99,91 súly %-os, és a szennyezési nívóját lényegében a táblázatban „A kevert nyersanyag” fejléc alatt mutatjuk be. Megközelítőleg 68,04 kg (150 lbs) tisztított alumíniumot vezetünk el a Hoopes cellából a frakcionálva kristályosító egységbe, ahogyan ezt lényegében a 3. ábra mutatja. A fém és levegő közötti határoló felületről hőt vonunk el, hogy megindítsuk a kristályosítást, amit addig folytatunk, amíg a kiindulási anyag 70%-a kikristályosodik. A kristályosítási folyamat alatt kiváló kristályokat összetörjük. A kristályosítás befejeztével az olvadt, szennyezésekben feldúsult fémet, az anyalúgot elszívjuk a kristályokról. A visszamaradó kristályokat felülről a fenék felé megolvasztjuk, ily módon a kristályok felső vagy felületi rétege átmossa a fenékhez legközelebb lévő rétegeket. Az újraolvasztást addig végezzük, amíg a kristályok 30%-a még megmaradt és azokat tisztított termékként elvezetjük. Az első kristályosító terméke közelítőleg 99,999 súly%-os alumínium. A jelenlévő szennyezéseket a táblázatban „Az 1. fokozat terméke” fejléc alatt mutatjuk be. Az anyalúgot vagy kevésbé tiszta anyagot mégegyszer frakcionálva kristályosítjuk, hogy összevethető tisztaságú legyen a Hoopes cellából elvezetett termék tisztaságával. Kb. 45,35 kg (100 lbs) 99,987 súly%-os 1 fokozatból származó alumíniumot, amelynek szennyezései „1 fokozat szennyezett maradék” fejléc alatt a táblázat-7 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
