NL1023009C2 - Werkwijze voor het winnen van een metaal uit een mengsel. - Google Patents

Description

I r I Werkwijze voor het winnen van een metaal uit een mengsel I De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een I werkwijze voor het winnen van een metaal uit een mengsel dat I meer dan één metaal omvat.

I Voor het winnen van een gewenst metaal uit een meng- I 5 sel van metalen, zoals schroot, raakt het daaruit verkregen I te winnen metaal vaak sterk verontreinigd met andere, oor- I spronkelijk in het mengsel van metalen aanwezige metalen. Dat I wil zeggen, het metaalrooster van het te winnen metaal is I verontreinigd. Deze verontreiniging is niet zelden sterker I 10 dan die van een oorspronkelijk schrootdeeltje uit het te win- I nen metaal.

I De onderhavige uitvinding beoogt een werkwijze te I verschaffen voor het doelmatig winnen van een metaal uit een I mengsel van meer dan één metaal.

I 15 Hiertoe wordt de werkwijze volgens de uitvinding ge- I kenmerkt doordat de werkwijze de stappen omvat van I a) het smelten van het mengsel onder oplevering van I een smelt; I b) het leiden van de smelt over een gekoeld opper- I 20 vlak waarbij het te winnen metaal op het gekoelde oppervlak uitkristalliseert en een aan het te I winnen metaal verarmde smelt van het gekoelde op- pervlak wordt afgevoerd.

Gevonden is dat door een geschikte, eenvoudig te be- I 25 palen temperatuur van het gekoelde oppervlak aan te houden, het te winnen metaal op het gekoelde oppervlak uitkristalli- seert en aldaar een kristallijne laag vormt. De aan het te winnen metaal verarmde smelt stroomt van dit oppervlak af.

Het op het oppervlak uitgekristalliseerde materiaal bezit een I 30 hoge zuiverheid, en is arm aan het te winnen metaalverontrei- I nigende andere metalen. Het gekoelde oppervlak is bijvoor- I beeld een plaat, en het koelen kan zowel geschieden door het voeren van een koelmedium door kanalen in de plaat, als door I koelen middels een gas dat met de plaat in contact komt. De 35 plaat kan trillen of draaien, maar een niet-bewegende plaat werkt reeds uitstekend. De aan te winnen metaal verarmde I 1023009 H smelt kan, indien deze nog een interessante hoeveelheid van H het te winnen metaal bevat, opnieuw aan de bij b) beschreven H behandeling worden onderworpen. Binnen de definitie van me- H taal zoals gebruikt in de onderhavige aanvrage vallen naast H 5 algemeen als metaal bekende elementen ook elementen met half- H geleidereigenschappen, zoals silicium. Door winning van het H te winnen metaal ontstaat een aan een of meer andere metalen verrijkte smelt, welke eveneens waardevol kunnen zijn. Of- schoon deze uitvinding wordt beschreven aan de hand van de 10 kristallisatie van een te winnen metaal op een gekoeld opper- vlak, is het voor de vakman duidelijk dat het net zo goed de van het gekoelde oppervlak afgevoerde smelt kan zijn die men H wenst te winnen. Dat wil zeggen, het te winnen metaal is een metaal waarvan gewenst wordt het uit het mengsel te verwijde- 15 ren, en de aan het metaal verarmde smelt is het gewenste pro- duet. Dit valt volledig binnen het kader van de onderhavige uitvinding. Wat op een gekoeld oppervlak wordt afgezet hangt af van de samenstelling van het mengsel, meer in het bijzon- der de smelt daarvan, en nog nauwkeuriger het fasendiagram 20 van de smelt. Het feitelijk afgezette metaal wordt, naast het I fasendiagram, ook door andere, uit de literatuur (Burton, I W.K. et al, J. Chem. Phys. 21, blz. 1987-1990 (1953)) bekende I parameters bepaald.

25 k0 k = - , \ ko+ (1-ko) exp { - )

D

30 k0 = de best mogelijke verdelingscoëfficient met de extreeem langzame groei van een enkel kristal (enkelkristal?) k = feitelijke verdelingscoëfficient met praktische kristal-lisatiesnelheden 35 f = kristallisatiesnelheid δ = dikte van de grenslaag, waar atoomdiffusie plaatsvindt D = atomaire diffusiecoëfficient van de component (te winnen metaal) in de vloeibare grenslaag 40 Hiermee zal de gewone terzake kundige in de praktijk voor de I 3 I betreffende smelt gemakkelijk geschikte werkwijze- I omstandigheden kunnen bepalen en optimaliseren, en dit be- I hoeft geen verdere toelichting.

I Op een ander gebied dan dat van de onderhavige uit- I 5 vinding, te weten dat van de scheiding en zuivering van orga- I nische verbindingen, heeft US 3.621.66 betrekking op een I werkwijze voor gefractioneerde kristallisatie. Melding wordt I gemaakt van de mogelijkheid om in plaats van een oplossing I een smelt te gebruiken.

I 10 Bij voorkeur staat voor het leiden van de smelt over I het gekoelde oppervlak en het afvoeren van de aan te winnen I metaal verarmde smelt, het gekoelde oppervlak onder een hoek I met de horizontaal.

I Het aldus over het gekoelde oppervlak laten stromen I 15 van de smelt zorgt voor niet-laminaire, d.w.z. turbulente I stroming, waardoor te winnen metaal door stroming (en dus I niet alleen diffusie) bij het gekoelde oppervlak komt en al- I daar kan uitkristalliseren.

I De hoek kan binnen ruime grenzen worden gekozen en 20 ligt bijvoorbeeld tussen 0,1 en 30°.

I Bij voorkeur is de hoek tussen 2° en 12° met de ver- ticaal.

I Aldus kan een uitstekende turbulente stroming van de smelt over het gekoelde oppervlak worden bereikt.

I 25 De op het gekoelde oppervlak afgezette kristallijne I metaallaag kan holten bezitten welke aan het te winnen metaal verarmde smelt bevatten. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm wordt, na het afvoeren van de aan het te winnen metaal ver- I armde smelt van het gekoelde oppervlak waarop metaal is afge- I 30 zet, het metaaloppervlak verwarmd tot juist onder de smelt- I temperatuur van het uitgekristalliseerde te winnen metaal, en een verdere hoeveelheid van aan het te winnen metaal verarmde I smelt van het verwarmde oppervlak afgevoerd.

Aldus "zweet" de aan metaal verarmde smelt uit de op 35 het gekoelde oppervlak afgezette metaallaag en wordt het uit- gezwete materiaal over het verwarmde oppervlak afgevoerd.

Volgens een voorkeursuitvoering wordt het metaalop- pervlak verwarmd door overleiden van smelt, en verontreini- I gingen uit het metaaloppervlak door de smelt afgevoerd.

Hierbij wordt hetzij een hetere smelt over het gekoelde oppervlak geleid of wordt bij het overleiden van een niet in temperatuur verhoogde smelt het koelen van het ge-5 koelde oppervlak verminderd of zelfs stop gezet. Ook een combinatie van beide maatregelen is mogelijk.

Het uitgekristalliseerde materiaal kan op uiteenlopende wijzen van het gekoelde oppervlak worden verwijderd, bijvoorbeeld door middel van mechanische technieken zoals 10 slijpen. Echter, volgens een voorkeursuitvoeringsvorm wordt het oppervlak verwarmd tot ten minste de smelttemperatuur van het te winnen uitgekristalliseerde metaal, voor het uit het metaaloppervlak verwijderen van het te winnen metaal.

Het gesmolten te winnen metaal kan aldus eenvoudig 15 worden opgevangen. Desgewenst kan het te winnen metaal opnieuw worden gesmolten en met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding verder worden opgezuivèrd.

Ofschoon de werkwijze volgens de uitvinding gebruikt kan worden voor een groot aantal metalen, is het te winnen 20 metaal bij voorkeur gekozen uit aluminium, magnesium, tin, lood, silicium, germanium, en gallium.

In het algemeen zal het de voorkeur genieten om de werkwijze volgens de uitvinding onder een inerte atmosfeer uit te voeren. Hierbij wordt in het bijzonder bij voorkeur 25 gewerkt onder zuurstofarme omstandigheden en bij voorkeur in afwezigheid van zuurstof. De inerte atmosfeer wordt bij voorkeur verschaft door een edelgas, zoals argon.

Voor een optimale turbulentie wordt bij het leiden van de smelt over een gekoeld oppervlak de filmdikte zodanig 30 gekozen dat het Reynoldsgetal Re ten minste 300 is, en bij voorkeur ten minste 500. Bij voorkeur wordt de filmdikte zodanig gekozen dat het Reynoldsgetal is gelegen tussen 700 en 1300.

Het Reynoldsgetal is gedefinieerd als 35

Re = ^.

7 waarbij 5 p de dichtheid is van de over het gekoelde oppervlak gevoerde smelt; δ de dikte van de film is; η de dynamische viscositeit van de over het gekoelde 5 oppervlak gevoerde smelt is; en v de gemiddelde stroomsnelheid van de film is.

Waarden voor de bovengenoemde parameters zijn hetzij bekend uit de literatuur (bijv. Handbook of Chemistry and Physcis, CRC Press), of kunnen door de gewone ter zake kundi-10 ge worden bepaald (zie Fulford, Advances in Chemical Engineering, deel 5 (1964), Academie Press, New York). Voor aluminium is een geschikte filmdikte minder dan 1 mm, bij voorkeur minder dan 0,7 mm, in het bijzonder circa 0,5 mm.

I De uitvinding zal thans worden toegelicht aan de I 15 hand van een tekening, waarbij d I Fig. 1 een schematische voorstelling is van een in- I richting geschikt voor het toepassen van de werkwijze volgens I de uitvinding; en I Fig. 2 een zijaanzicht is van de in fig. 1 getoonde I 20 inrichting.

De in fig. 1 weergegeven inrichting omvat een vat 1 I voor een smelt, welke bijvoorbeeld wordt gevormd door een I smelt van aluminium-houdend schroot. De smelt heeft een tem- I peratuur van 5°C boven het punt waarop stolling plaats gaat 25 vinden. Via een afvoeropening van het vat 1 wordt de smelt, I onder invloed van de zwaartekracht, over een in hoofdzaak verticaal geplaatst koelelement 2 gevoerd. Een metaal uit de I smelt zet zich af op het koelelement 2, en het aan het metaal I verarmde smelt wordt opgevangen in een opvangvat 3. Het in I 30 het opvangvat 3 opgevangen aan metaal verarmde smelt kan nog- I maals over het koelelement 2 (of een ander, niet weergegeven koelelement 2') worden geleid.

Het koelelement 2 is, in de in fig. 2 weergegeven uitvoeringsvorm, voorzien van vinnen 4, welke bijdragen aan 35 het afstaan van stollingswarmte.

I 1 ΠΟη ~

Claims (10)

1. Werkwijze voor het winnen van een metaal uit een mengsel dat meer dan een metaal omvat, met het kenmerk, dat de werkwijze de stappen omvat van a) het smelten van het mengsel onder oplevering van 5 een smelt; b) het leiden van de smelt over een gekoeld oppervlak waarbij het te winnen metaal op het gekoelde oppervlak uitkristalliseert en een aan het te winnen metaal verarmde smelt van het gekoelde oppervlak wordt afgevoerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor het leiden van de smelt over het gekoelde oppervlak en het afvoeren van de aan te winnen metaal verarmde smelt, het gekoelde oppervlak onder een hoek met de horizontaal staat.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de hoek tussen 2° en 12° met de verticaal is.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat na het afvoeren van de aan het te winnen metaal verarmde smelt van het gekoelde oppervlak waarop me-20 taal is afgezet, het metaaloppervlak wordt verwarmd tot juist onder de smelttemperatuur van het uitgekristalliseerde te winnen metaal, en een verdere hoeveelheid van aan het te winnen metaal verarmde smelt van het verwarmde oppervlak wordt afgevoerd.

5. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, met het ken merk, dat het metaaloppervlak wordt verwarmd door overleiden van smelt, en verontreinigingen uit het metaaloppervlak door de smelt worden afgevoerd.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, 30 met het kenmerk, dat het oppervlak wordt verwarmd tot ten minste de smelttemperatuur van het te winnen uitgekristalliseerde metaal, voor het uit het metaaloppervlak verwijderen van het te winnen metaal.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, 35 met het kenmerk, dat het te winnen metaal is gekozen uit alu- • · minium, magnesium, tin, lood, silicium, germanium, en gallium.

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze onder een inerte atmosfeer wordt 5 uitgevoerd.

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat bij het leiden van de smelt over een gekoeld oppervlak de filmdikte zodanig wordt gekozen dat het Reynoldsgetal Re ten minste 300 is, en bij voorkeur ten min- 10 ste 500.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de filmdikte zodanig wordt gekozen dat het Reynoldsgetal is gelegen tussen 700 en 1300. I 102:-:000