Verfahren zur Herstellung von Titanmetall. Titanmetall wird nach den Angaben des Schrifttums hergestellt durch Reduktion von Titanverbindungen durch den. elektrischen Strom oder mit Hilfe von Alkali- oder Erd- alkalimetallen, insbesondere durch Reduktion von Titantetrahalog@enid mit Alkali- oder Erd- alkalimetallen bei hoher Temperatur, bei der die reduzierenden Metalle in geschmolzener Form vorliegen.
Die Abtrennung des als Ne benprodukt hierbei gebildeten Alkali- oder Erdalkalihalogenids von dem Titanmetall er folgt mittels verdünnter Säuren, z. B. wäs seriger Salzsäure. Bei dieser Aufarbeitung lässt es sieh nicht vermeiden, Verunreinigun gen, beispielsweise durch Hydrolyse des ge lösten Titans, in das Metall einzubringen. Bei dem Umsetzen des Reaktionsproduktes mit Säure bildet. sieh immer mehr oder weniger Wasserstoff durch Einwirkung der Säure auf Reste des Alkali- bzw. Erdalkalimetalles. Die ser Wasserstoff wird vom Titanmetall teil weise aufgenommen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. ein Verfahren zur Herstellung von Titan metall durch Reduktion von Titanhalogenid, wie Jodid, Bromid, Fluorid, vorzugsweise Ti- tantetraehlorid, mit einem Reduktionsmetall, z. B. einem Erdalkalimetall oder einer Mi schung verschiedener Erdalkalimetalle oder auch Mischungen von Erdalkalimetall mit Alkalimetall oder andern geeigneten 1@Ieta1- len, wie<B>7.13.</B> Zink.
Das Verfahren ist dadurch 'ekennzeiehnet, dass die Umsetzung des Ti- tanhalogenids mit mindestens einem Reduk tionsmetall im festen Zustand in der Weise . erfolgt, dass eine Titanlegierung, welche we nigstens ein Titanid des Reduktionsmetalles enthält, entsteht, aus der alsdann das Reduk tionsmetall entfernt -wird. Zweckmässig liegt das Reduktionsmetall in zerteiltem Zustand vor, beispielsweise in Form von Spänen, Kör nern oder Pulver, und die Umsetzung erfolgt im festen Zustand.
Als Reduktionsmetalle können die Metalle der Gruppe Ha des peri odischen Systems eingesetzt werden, wobei, Radium aus wirtschaftlichen Gründen für eine praktische Durchführung des Verfahrens aus scheidet und in erster Linie das Magnesium für eine technische Durchführung des Verfah rens angewendet wird. Das Magnesium hat vor den andern Reduktionsmetallen, wie Beryl lium, Calcium, Barium und Strontium zu nächst den Vorteil des billigen Preises, dann aber den des niedrigen Schmelz- und Siede punktes. Technisch in Frage kommen auch ; Mischungen bzw..Legierungen zum Beispiel.
von Magnesium und Calcium oder auch Mi schungen von Magnesium und einem Alkali metall, z. B. Natrium oder auch Calcium-Zink- Magnesium-Aluminium- und Calcium-Alumi-, nium-Legierungen.
Zur technischen Durchführung des Ver fahrens kann in einem Reaktionsgefäss Re duktionsmetall, wie Magnesium in Spänen, Körnern oder Pulver, der Einwirkung von zum Beispiel Titantetraehlorid ausgesetzt wer- den. Hierbei wird man zweekmässigerweise, da das Titanmetall sich leicht mit Sauerstoff und/ oder Stielstoff und/oder Kohlenstoff umsetzt, entweder mit einem Schutzgas, wie einem Edelgas, wie Helium oder Argon, oder Was serstoff, arbeiten oder die Reduktion im Vakuum durchführen. Das Verfahren wird beispielsweise wie folgt durchgeführt: Ein Magnesiumspäne enthaltendes Reaktionsgefäss, z.
B. ein Stahlrohr, wird angeheizt, z. B. auf eine Temperatur von etwa - 500-550 und dann Titantetrachlorid zugegeben. Bei dieser Temperatur zündet das Magnesium und redu ziert das Titantetraehlorid zu Titanmetall, das sich mit einem Teil des Magnesiums zu lIa- ,,nesiumtitanid verbindet; Magnesiumehlorid entsteht als Nebenprodukt. Durch Regelung der Zugabe des Titantetrachlorids wird die Temperatur im Reaktionsrohr dauernd so ge halten, dass das Magnesium nicht zum Schmel zen kommt.
Das Magnesium brennt an einer Stelle beginnend langsam ab, und diese Ar beitsweise führt zu --#Iagnesiumtitanid (Mg2Ti), das je nach den Herstellungsbedingungen einen L\berschuss an Magnesium oder auch an Titan aufweisen kann. Wenn das Reak tionsrohr in schräger Lage eingebaut ist, fliesst die Hauptmenge des gebildeten Ma.gne- siumchlorids von der Reaktionsstelle ab; z. B.
in ein am Reaktionsrohr angebrachtes Auf- i'anggefäss. Die Abtrennung des Magnesium ehlorids lässt sieh erleichtern durch Einbau eines Rostes oder Siebes. In entsprechender Weise wird bei Verwendung von Calcium, Barium oder Strontium Calcium-, Barium oder Strontiumtitanid der entsprechenden Formel Ca2Ti, Ba2Ti, Sr2Ti erhalten.
Diese Titanide können nur auf dem erfindungs gemässen Wege erhalten werden, das heisst bei Umsetzung von Titanhalogenid mit Erdalkali- metall bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des angewendeten Erdalkali- metalles. Steigt die Reaktionstemperatur auf oder über den Schmelzpunkt des angewende ten Erdalkalimetalles, so hört die Bildung von Erdalkalititanid auf.
Auf dem Wege über Erdalkalititanid ist es möglich, zu reinem Ti- tanmetall zti kommen, indem man das Titanid auf Zersetzungstemperatur erhitzt, wobei das abdestillierende Erdalkalimetall wiedergewon nen werden kann.
Es ist so möglich, die Ge winnung von Titanmetall in zwei Stufen vor zunehmen, indem man zunächst in einer Vor rielitung das Erdalkalititanid herstellt und dieses anschliessend in einer andern Vorrich tung bis zur Zersetzung erhitzt, wobei gegebe nenfalls die Temperatur bis zum Schmelzen des zunächst erhaltenen schwamm-, blättclien- oder pulverförmigen Titanmetalles gesteigert werden kann.
Anderseits ist es auch möglich, in derselben Vorrichtung zunächst bei nie derer Temperatur Erdalkalititanid herzustel len und dieses anschliessend durch Erhöhung der Temperatur zu zersetzen in Erdalkali- metall und Titannietall. Hierbei kann die Temperatur so weit gesteigert werden,
(lass nach dem Abdestillieren des@Erdalkalimetalles das zunächst in verteilter Form erhaltene Ti tan zii einem Regulus zusammenschmilzt.
In der Zeichnung ist eine Einrichtung zur Herstellung von Titanmetall beispielsweise schematisch dargestellt. In dem geneigt an geordneten evakuierten Reaktionsrohr 1 be finden sieh Magnesiumspäne ?, die mit dem aus dem Gefäss 3 durch die Rohrleitung 4 zugeführten Titantetraehlorid zur Umsetzung gebracht werden. Das Magnesium wird mittels des Gebläses 5 gezündet und reduziert das Titantetraehlorid zu Titanmetall, das sich mit einem Teil des Magnesiums zu Magnesium- titanid verbindet..
Als Nebenprodukt entsteht Magnesiumchlorid, das zum grössten Teil in einem an dem Reaktionsrohr 1 angebrachten Behälter 6 aufgefangen wird.
Um unter dem Schmelzpunkt des Magne siums zu bleiben und ein langsames Abbren nen des Magnesiums zu gewährleisten, wird die Zugabe des Titantetrachlorids durch den Absperrhahn 7 geregelt. Auf dem Deckel des Titantetraehloridgefässes 3 ist. als Abschluss gegen die äussere Atmosphäre ein siphonarti- ges Rohr 8 angeordnet, das eine Chlorkalziuni- füllung enthält.
Zur Aufreeliterhaltung des Unterdruckes im Reaktionsrohr 1 dient. die Vakuumpumpe S), in deren Saugleitung 10 eine beispielsweise mit Trockeneis beschickte Kühlfalle 11 ange ordnet ist, die dazu dient, ins Saugrohr ein- gesogene Titantetraehloriddämpfe mit Sicher heit niederzuschlagen und damit von der Va kuumpumpe fernzuhalten. In die Saugleitung 7 0 ist zwischen der Kühlfalle 11 und dem Reaktionsrohr 1 ein Absperrorgan 12 angeord net. Zur Kontrolle des im Reaktionsrohr herr- schenden Druckes dient das Manometer 13.
<I>Beispiel:</I> In einem schräggestellten, leergepumpten Stahlrohr werden 5 kg Magnesiumspäne mit Titantetraehlorid zur Umsetzung gebracht. Die Späne werden an einer Stelle auf die Zündtemperatur von 550 erhitzt. Durch ge regeltes Zuführen des Titantetrachlorids wird die Reaktion in Gang gehalten, und zwar so, dass immer ein Druck von etwa 200 mm Wassersäule im Gefäss aufrechterhalten wird. hierbei setzt sieh das gesamte Magnesium mit 18 kg Titantetrachlorid um, woraus sich 5 kg Magnesiumtitanlegierung (Mg2Ti) und 18 kg Magnesiumchlorid bilden.
Das Magne- siumehlorid wird zum grössten Teil in einem an dem. Reaktionsrohr angebrachten Gefäss aufgefangen.
Durch Erhöhung der Temperatur wird die Magnesium-Titan-Legierung thermisch zergetzt; das Magnesium destilliert je nach Druck unterhalb des Siedepunktes ab und kann durch Kühlung wieder gewonnen wer den, während das Titan praktisch rein in Schwammform hinterbleibt.