CH94260A - Arbeitsverfahren zur Herstellung von Metallegierungen mit einem Gehalt an Erdalkalimetall. - Google Patents

Description

  Arbeitsverfahren zur Herstellung von     Netallegierungen    mit einem Gehalt au       Erdalkalimetall.       Es ist möglich, Legierungen zahlreicher  Metalle, wie Blei,     Zink,    Antimon, Wismut,  Aluminium,     Kupfer    usw., in der eise her  zustellen, dass man eine Legierung des be  treffenden Metalls mit einem     Alkali-Metall     oder eine mechanische Mischung des Metalls  mit einem Alkali-Metall, falls sich das Me  tall nicht     niit        @    dem     Alkalimetall    legiert, mit  Halogenverbindungen der     Erdallzaliinetalle     erhitzt.

   Hierbei findet eine Umsetzung zwi  schen dem     Erdalkali-I3alogenverbindung    und  dem     Alkaliaietall    in der Legierung in der  Weise statt, dass das     Erdalkalimetall    in die       Legiei'-ung    eintritt und in der Halogenverbin  dung durch das     Alkalimetall    ersetzt wird.  Es hat sich nun bei der     praktischen    Ausfüh  rung dieses Verfahrens gezeigt, dass die Um  setzungsreaktion nach einer gewissen Zeit  praktisch     aufhört,    bevor noch die Gesamt  menge des     Alkalinietalls.    aus der Legierung  entfernt ist.

   Als Ursache dieser Erscheinung  ist vom Erfinder der Umstand erkannt wor  den, dass einerseits das Halogensalz     finit    der  Zeit<B>zu.</B>     dickflüssig    wird, vermutlich infolge  der Bildung von schwer schmelzbaren Oxy-         chloriden,    und dadurch seine Reaktionsfähig  keit verliert     und    dass anderseits bei der Reak  tion ein     Gleichgewichtzustandhergestellt    wird,  indem das in das Metallbad eingetretene     Erdal-          kalimetall    aus der Salzschmelze so viel     Alkali-          inetall    zurückreduziert, als     Erdalkalimetall     der Salzdecke entzogen wird.  



  Gegenstand vorliegender     Erfindung    ist nun  ein     Arbeitsverfahren    zur Herstellung von Me  tallegierungen mit einem Gehalt an     Erdal-          kalimetall,    einschliesslich des     b!Iagnesiums    und  Berylliums, durch     Unisetzung    von Halogen  verbindungen     derErdalkalimetalleimSchriielz-          fluss    mit einer     Mischung,        _    zum Beispiel einer  Legierung des andern     Metalles    mit einem       Alkalimetall,    dadurch gekennzeichnet, dass  von.

   vornherein und während des Verlaufs  der Umsetzungsreaktion eine Salzschmelze  mit solchen     physikalischen    Eigenschaften ver  wendet wird, dass sie dauernd genügend dünn  flüssig und reaktionsfähig bleibt, um den       ungebinderten    Verlauf der Umsetzung zu  gewährleisten.  



  Man kann eine aus     verschiedenen    Be  standteilen bestehende Salzschmelze verwen-      den, welche einen von dem Schmelzpunkt  ihrer einzelnen Bestandteile verschiedenen,  zum Beispiel niedrigere Schmelzpunkt als  die einzelnen Bestandteile hat. Die Salz  schmelze kann zum Beispiel aus     Mischungen     von     Erdalkali-Halogeiiverbindungen        einsclili        el.')-          lieh    der chemisch definierten Doppel- und       Mehrfachsalze    unter sich oder von     Erdalkali-          Halogenverbindungen    mit andern Halogen  verbindungen,

   oder von     Erdalkali-Halogen-          verbindungen    mit     sonstigen    chemischen Ver  bindungen     bestehen.        Vorteilhafterweise    wird  die die     Erdalkali-Halogenverbindungen    ent  haltene Salzschmelze unabhängig von dem  Metallbad durch besondere     Erhitzungsmittel     erhitzt.  



  Einige beispielsweise Ausführungsformen  des Arbeitsverfahrens gemäss Erfindung wer  den nachstehend näher erläutert.  



  Es kann erwünscht sein, nur ein     einzelires          Erdalkalimetall    in die Legierung einzuführen.  In diesem Fall stellt     inan    die Salzmischung  beispielsweise so     zusammen,    dass sie zwei  oder mehrere verschiedenartige Halogensalze,  zum Beispiel das Chlorid und das     Fluorid     dieses einen zu legierenden     Erdalkali-Metalles,     oder neben einem oder mehreren verschieden  artigen Halogensalzen dieses einen zu legie  renden     Erdalkalinietalles;

      eine oder mehrere  andere seiner chemischen Verbindungen oder  eine oder mehrere andere     Halogenverbin-          dungen    anderer Metalle,     welche    keine     Erdal-          kalimetalle    sind, oder sonstige chemische Ver  bindungen enthält.

   Nach Einführung des einen       Erdalkalimetalles    in die Legierung kann man  dann     gewünschtenfalles    in einem oder mehre  ren     darauffolgendenArbeitsgängen    noch ausser  dem eines oder mehrere der andern     Erdalkali-          metalle    in die Legierung einführen, indem  man diese als Zwischenprodukt erhältliche  Legierung, in der das     Alkalinietall    nur teil  weise ersetzt ist, in gleicher Weise mit Salz  gemischen, welche die entsprechenden     Erdal-          kalimetalle    enthalten, behandelt.  



  Die Erfindung ermöglicht es aber auch,  zwei oder mehrere verschiedenartige     Erdal-          kalimetalle    gleichzeitig, also in einem Ar  beitsgange in die Legierung einzuführen, in-    dem     inan    Salzmischungen verwendet, welche  zwei oder mehrere der verschiedenartigen       Erdalkalimetalle    enthalten.

   Diese Salzmi  schungen können beispielsweise entweder nur  aus zweien oder mehreren gleichartigen oder  verschiedenartigen Halogenverbindungen der  beiden oder mehreren zu legierenden Erdalkali  inetalle bestehen, oder können neben je einem  oder mehreren gleichartigen oder verschieden  artigen Halogensalzen der zu legierenden       Erdalkalinietalle    noch eine oder mehrere an  dere ihrer chemischen Verbindungen oder  eine oder mehrere Halogenverbindungen an  derer Metalle oder andere chemische Verbin  dungen enthalten.  



  Die zur Herstellung der Salzmischungen  gemäss vorliegender Erfindung benutzbaren  andern Halogenverbindungen können dabei  entweder solche sein, deren Metalle ebenfalls  mit dem     Alkalimetall    in der Legierung um  setzbar sind, wie zum Beispiel Aluminium,       Cadiniuni,    Kupfer, Zink, Blei,     Wismuth,    wel  che also dann ausser den     Erdalkalimetallen     in die Legierung eintreten, oder solche, wel  che sich dem     Alkalimetall    in der Legierung  gegenüber     indifferent    verhalten, wie zum Bei  spiel bei Verwendung von Natrium die     ffa-          lagenverbindungen    des Natriums.

   Die an  dern chemischen Verbindungen, welche zur  Veränderung des Schmelzpunktes der     Salz-          inischungen    benutzbar sind, können beispiels  weise Oxyde, Sulfide, Karbonate,     Borate,     Silikate, Phosphate, Sulfate,     Karbide,        Phos-          phide,        Silicide    und dergleichen sein. Diese  chemischen     Verbindungen    können sieh eben  falls bei der Umsetzung entweder     indifferent     verhalten oder bei der Reaktion beteiligt  sein, indem sie auf die Metalle oder Salze  einwirken.  



  Als Grundmetall für die herzustellenden  Legierungen sind alle Metalle geeignet, wel  che sich mit den     Erdalkalimetallen    zu le  gieren vermögen. Sofern diese Grundmetalle  sich mit dem     Alkalimetall    nicht legieren, lässt       man    die schmelzflüssigen Salzmischungen auf  mechanische Gemische der Metalle mit dem       Alkalimetall    einwirken.

   Das Grundmetall  kann natürlich auch eine Legierung     zweier         oder mehrerer Metalle sein, und die gemäss  vorliegender Erfindung hergestellte Legierung       kann        ausser    den     Erdalkalimetallen    auch noch       Alkalimetall    enthalten, und es können ihr  beliebige andere Metalle     zulegiert    werden.  



       Beispiel   <I>I:</I>  Die zur Herstellung einer Legierung des  Bleies mit     Calcium    lässt     malt    die bei 650   schmelzende Mischung von 85 Teilen     Calcium-          chlorid    und 15 Teilen     Calciumssuorid    und  eine Legierung des Bleies mit Natrium im  Schmelzfloss aufeinander einwirken. Das in  der Salzschmelze enthaltene     Calciumchlorid     und     Calciumfluorid    setzt sich mit dem Na  trium um und das     Caleium    wird von den)  Blei aufgenommen.  



  Die Legierung des Bleies mit Barium  kann in der gleichen Weise unter Verwen  dung einer     lllischung        voll        Baririmchlorid    und       Bariumfluorid,    die Legierung des Bleies mit  Magnesium unter Verwendung von     Carnallit     oder einer Mischung des     Carnallits    mit     Na-          triunichlorid    erhalten werden.  



  <I>Beispiel</I>     II     Eine Legierung des Bleies, welche gleich  zeitig     Calcium    und Barium enthält, kann  durch Einwirkung der     Natritimlegierung    des  Bleies auf die bei<B>6000</B> schmelzende Mi  schung     voll    1 Teil     Caleiumclilorid    auf 1 Teil       Bariumelilorid    erhalten werden. Diese Salz  mischung könnte beispielsweise ersetzt wer  den durch die bei<B>5500</B> schmelzende Mi  schung von 80 Teilen     Calciumchlorid,    10  Teilen     Calciumkarbonat    und 10 Teilen Barium  karbonat.  



  Die Bleilegierung, welche gleichzeitig Cal  cium oder Barium und Magnesium enthält,  könnte durch Verwendung eines Gemisches  von     Calciumchlorid    oder     Bariumchlorid    und       Magnesiumchlorid    erzielt werden.  



       Beispiel        III:     Zur Herstellung der Legierung des Alu  miniums mit     Magnesirim    wird ein mecha  nisches Gemisch des Aluminiums mit     nietal-          lischern    Natrium hergestellt, das Gemisch    brikettiert und in dieser Form mit     einet'          schrnelzflüssigen    Salzmischung zur Reaktion  gebracht; die aus     Cryolith    und     Magnesiiini-          ehlorid    besteht.

   An Stelle dieser Salzmischung       könnte    auch     Carnallit    verwandt werden und  diesem nötigenfalls zur weitem Erniedrigung  des Schmelzpunktes beispielsweise Natrium  chlorid zugesetzt werden.  



  Die Legierung des Aluminiums mit .Beryl  lium wird in gleicher Weise durch Einwir  kung des brikettierten     Aluminium-Natrium-          Gemisches    auf eine Mischung von Beryllium  fluorid und     Natriumfluorid    hergestellt.  



  <I>Beispiel IV:</I>  Zur Herstellung einer     Kupfer-Calcium-Le-          gierung    wird eine     Mischung        von        Caleium-          chlorid    mit Borsäure oder     eitlem        Borat    ver  wendet und das Gemisch auf eine     Kupfer-          Natrium-Mischung    zur Einwirkung gebracht.  Es entsteht eine Kupferlegierung, welche  neben     Calcium    noch Bor enthält.  



  <I>Beispiel</I>     1'     Eine     Legierung        dei    Bleies, welche     rieben          Barium    Mangan enthält, wird erhalten durch  Verwendung einer Salzmischung, welche ausser       Bariumchlorid    noch     Manganverbindungen,    zum  Beispiel     Manganoxyd    oder     Mangansulfid    ent  hält.

   In der gleichen Weise kann     inan    eine       Kapfer-Aluniinium-Calcium-Legiei-ung    durch  Verwendung eines Gemisches     voll        Calcium-          fluorid    und     Aluminiumsulfid    erzielen.  



  Um die     Halogenschmelze        möglichst    lange  reaktionsfähig zu erhalten, kann man sowohl  bei     Verwendung    einfacher Salze, als auch       voll    Salzmischungen auch ihre Dünnflüssig  keit durch möglichst hohe Überhitzung über  ihren Schmelzpunkt fördern. Hierbei wird       zweckmässigerweise    die Salzschmelze 'unab  hängig     voll    der Erhitzung der     Alkali-Metall-          Legierung    auf den gewünschten Grad der  Überhitzung gebracht.

   Man kann hierbei bei  spielsweise in der Weise verfahren, dass mau  die     Natrium-Legierung    in einem gewöhnlichen  eisernen     Schmelzkessel    einschmilzt, die Salz  schmelze jedoch in     eitlem    besondern Ofen           zweckmässig,    zum Beispiel in einem Tiegel  ofen oder einem     elektri#;clien    Ofen, auf den  erforderlichen Überhitzungsgrad bringt.

   Das       Umsetzungsverfahren        kann        dann    durch Auf  geben der überhitzten Salzschmelze auf das  Metallbad in dein eisernen     l@essel"voi-genom-          irren    werden; man     kann    die     Überhitzung    der  Salzschmelze beispielsweise auch in der Weise  vornehmen, dar     inan    die in dein eisernen  Schmelzkessel über dem Metallbad stehende  Salzschmelze durch ein besonders zusätz  liches     Erhitzungsmittel,    beispielsweise durch  elektrische Widerstandserhitzung oder durch  eine über der Salzdecke angeordnete Muffel  feuerung, auf den erforderlichen Grad der  Dünnflüssigkeit erhitzt.  



  Ein weiteres Mittel, um die Durchführung  des Verfahrens     möglichst    schnell und voll  kommen zu gestalten, besteht     darin,        dah     für eine dauernde Reaktionsfähigkeit der  Salzschmelze dadurch gesorgt wird,     dah    man  die     Erdalkalihalogen-Salzscliinelze    im Ver  lauf des Verfahrens ein oder     mehrere    Male  erneuert.

   Man kann beispielsweise in der  Weise verfahren, dar man, wenn die     -um-          setzungsreaktion        nicht    mehr     genügend    schnell  vor sich geht, die dickflüssig gewordene  Salzdecke von der     Metallegierung    entfernt  und eine Decke von frischem     Erdalkali-Ha-          logensalz    auf das Metallbad aufbringt.

   Na  türlich kann man auch nach der Entfernung  der     unwirksam    gewordenen Salzdecke das  Metallbad in ein anderes Schmelzgefäss um  giessen, in welchem     inan    vorher eine Decke  von frischen     Erdalkalichlöriden    eingeschmolzen  hat.     U    m an     Erdalkalisalz    zu sparen, kann       inan    in der Weise verfahren, dar man die  abgegossene Salzschmelze, welche in der  zweiten Reaktionsperiode benutzt wurde und  deren Menge man     zweckmässig    so     gewählt     hat, dass sie nicht zu dickflüssig wird, zur       Einwirkung    auf eine.

   -frische     _        Alkalinietall-          Legierung    in der ersten Reaktionsperiode be  nutzt. Hierbei     kann    man die     Dickflüssigkeit     dieser bereits einmal benutzten Salzdecke  dadurch weiter vermindern, dar man .eine  mehr oder weniger grosse Menge frischen  Salzes     hinzufügt.            Beispiel        V1:     80     kg    einer     Bleinatrium-Legierung        rnit          2.84";

  o    Na     wurden    in 15 kg     eines    geschmol  zenen     Gemisches    von     gleichem    Feilen Barium  chlorid und     Calciumehlorid    eingegossen,     das     Bad erhitzt und von Zeit zu Zeit umge  rührt.

   Fünf     Allrouten    nach dein     Eingie1Sen        ent-          hielt        das        Metallbad        0,58        I        \o        Ca,        1,83        %        Ba        und     <B>1,2J</B>     o/o    Na. Nach einer halben Stunde hatte  sich die Zusammensetzung     folgendermassen     geändert:<B>0,68</B>     "/o    Ca,<B>2</B>,25 ,'o Ba und     0.99"'ö     Na.

   Nach einer weitem Stunde ergab sich  folgende     Zusammensetzung    : 0;64 ";'o Ca.     2,30",        u     Ba und     0,87"o    Na. Es war also -nach     '.'._stän-          diger        Einwirkung-    eine     -weitere        Herabininde-          rung    des     Natriumgehaltes        und    eine     Erhöhung     des     Cxehaltes    an     Erdalkali-llletallen    prak  tisch nicht mehr eingetreten.

   Nach dieser       1',l2stündigen        Einwirkung    wurde die zu dick  flüssig gewordene     Salzdecke.    abgegossen und  das Metallbad in ein vorher geschmolzenes  Gemisch von 5 kg     Bariumchlörid    und 5     lig          Calöiumchlorid    übergegossen. Nach einer       i/°        ständigen    Erhitzung waren in der     Legie-          i-ung    enthalten:     U,75    ";'o     Ca,    2,60     ",,'u    Ba und       0,.\30        0i'o    Na.

   Bei nochmaliger     Neuerung    der  Salzdecke und     Erhitzen        während    kürzer Zeit  war das N     atriuni    praktisch     vollständig    aus  der Legierung verschwunden.  



       Eine    wesentliche     Förderung    der Reak  tion findet bei dem vorliegenden Verfahren  auch statt,     wenn    man entweder das flüssige  Bad der     Alkali-Metall-Legierung    oder die  Salzschmelze oder beide gleichzeitig im V er  lauf des Umsetzungsverfahrens in     strömen-          dem    Zustand erhält.

       Lälät        inari    zum Beispiel  die Salzschmelze und das Metallbad im Ge  genstrom zueinander fliehen, so trifft das fri  sche Salz stets mit an     A11@alimetall        ärmerer,     schwerer     umsetzbarer        Legierung,    bereits     ver-          brauelites    Salz mit an     Alkalinietall    reicherer,  leichter umsetzbarer     Legierung    zusammen.

    Andere     Möglichkeiten    der Ausführung dieses  Verfahrens bestehen darin,     dah    das Metall  bad und die Salzschmelze     in)    Gleichstrom,       senkrecht    oder in     einem    beliebigen     andern     Winkel relativ zueinander sich bewegen.      Eine weitere Ausführungsform der vor  stehenden Erfindung besteht darin, ein Mehr  faches der theoretischen Menge des zur Durch  führung der Reaktion erforderlichen Halogen  salzes zu verwenden.

   Bei     Anwendung    eines  solchen     erheblichen    Überschusses an Halogen  salz im Verhältnis zu der Menge des in der       Metallegierung    enthaltenen     Alkalimetalles    ist  es möglich, eine, hinreichende     Reaktionsfähig-          keit    der Salzschmelze bis zum vollständigen  Übergang des Natriums in die Salzschmelze  aufrecht zu erhalten.

   Die Menge der sich  durch den Übergang des     Alkalimetalles    in  die     Salzschmelze    bildenden schwer schmelz  baren     Oxychloride    bleibt in diesem Fall im  Verhältnis zu der     Gesamtmenge    des verwen  deten Halogensalzes so gering, dass der un  günstige Einfluss, den 'diese     ()xychloride    auf  den Flüssigkeitsgrad des Halogensalzes aus  üben, unterdrückt wird. Man kann in der  Regel mit etwa dem Zweifachen bis Fünf  fachen der theoretisch berechneten Halogen  salzmenge auskommen, um die Reaktion in  einer praktisch genügend     kurzen    Zeit durch  zuführen.

   Bei der Herstellung einer     Blei-Cal-          cium-Legierung    mit 20o     Calcium    durch Ein  wirkenlassen von     Calciumchlorid    auf 100 kg  einer     Blei-Natrium-Legierung,    welche 2,3 kg       Natrium    enthielt, wird man beispielsweise  15 kg     Calciumchlorid    verwenden, während  die theoretisch zur Umsetzung erforderliche  Menge nur 5,6 kg beträgt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Arbeitsverfahren zur Herstellung von Me tallegierungen mit einem Gehalt an Erdal- halimetall (einschliesslich des Magnesiums und Berylliums) durch Umsetzung von Ha logenverbindungen der Erdalkalimetalle im Schmelzfluss mit einer Mischung des andern Metalles mit einem Alkalimetall, dadurch ge kennzeichnet, dass von vornherein und wäh rend des Verlaufes der Umsetzungsreaktion eine Salzschmelze mit solchen physikalischen Eigenschaften verwendet wird, dass sie dauernd genügend dünnflüssig und reaktionsfähig bleibt,

   um den ungehinderten Verlauf der Umsetzung zu gewährleisten. UNTERANSPRVCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch,' dadurch gekennzeichnet, dass eine aus verschie denen Bestandteilen bestehende Salz schmelze verwendet wird, -welche einen von dem Schmelzpunkt ihrer einzelnen Bestandteile verschiedenen Schmelzpunkt hat. ?. Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus verschiedenen Bestandteilen bestehende Salzschmelze einen niedrigern .Schmelzpunkt als die einzelnen Bestand teile hat. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die die Erdalkali-Halo- genverbindungen enthaltende Salzschmelze unabhängig -Ton dem Metallbad durch be sondere Erhitzungsmittel erhitzt wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Umsetzungsreaktion ein Mehrfaches der theoretischen Salzmenge Verwendung findet. 5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzschmelze im Verlauf des Umsetzungsverfahrens minde stens einmal erneuert wird. G.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die das Erdalkalime- tall enthaltende Legierung während des Umsetzungsverfahrens in strömendem Zu stande erhalten wird. i. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzschmelze wäh rend des Umsetzungsverfahrens in strö mendem Zustand erhalten wird. B. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die das Erdalkalime- tall enthaltende Legierung und die Salz schmelze beide gleichzeitig während des Umsetzungsverfahrens in strömendem Zu stand erhalten werden.