AT145192B

AT145192B - Verfahren zur Herstellung von Nioblegierungen.

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Publication number: AT145192B
Authority: AT
Original assignee: Electro Metallurg Co
Priority date: 1934-04-11
Filing date: 1935-03-29
Publication date: 1936-04-10
Also published as: DE678505C

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Verfahren zur Herstellung von Nioblegierungen. 



   Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Nioblegierungen aus Nioboxyd enthaltenden Stoffen. 



   Die wichtigen Nioberze, wie z. B. Niobiterze, enthalten häufig erhebliche Mengen von Tantal, Titan und andern Metallen. Die Abscheidung und Reinigung des Niobs von seinen Erzen mittels der bekannten chemischen Verfahren ist schwierig und kostspielig, besonders dann, wenn eine Abscheidung des Niobs von Tantal oder Titan oder von beiden notwendig ist. 



   Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfaches und wirksames Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffarmen Nioblegierungen aus den Erzen und Oxyden des Niobs zu schaffen. 



   Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur selektiven Reduktion von Nioberzen und-oxyden mit Bezug auf Tantal und Titan zu schaffen derart, dass das Verhältnis von Niob zu Tantal und Titan in der Legierung erheblich grösser ist als in dem Rohmaterial. 



   Die Erfindung umfasst im allgemeinen die Reduktion von Nioboxyderzen oder-verbindungen mit Silizium oder Siliziumlegierungen, wobei die Menge des zur Verwendung gelangenden Siliziums im Verhältnis zu der Charge so bemessen ist, dass eine selektive Reduktion von Niobverbindungen gegenüber Tantal-oder Titanverbindungen stattfindet. 



   Es wurde gefunden, dass es zwecks Erzielung einer bestmöglichen Reduktion und Gewinnung von Niob, soweit sich solche mit einer in hohem Masse vorzugsweisen Reduktion von Niobverbindungen gegenüber Tantal-und Titanverbindungen in Einklang bringen lässt, notwendig ist, das Silizium in der Charge so zu bemessen, dass genügend Silizium vorhanden ist, um eine Legierung mit einem Niob-SiliziumVerhältnis von etwa 6 : 1 bis etwa 12 : 1 zu ergeben. Dieses Verhältnis hält sich vorzugsweise zwischen 7 : 1 und 9 : 1. 



   Sofern die vorteilhafteste Siliziummenge benutzt wird, ist es möglich, mehr als 75% des ursprünglich in der Charge vorhandenen Niobs als Metall zu gewinnen und ausserdem eine Legierung zu gewinnen, in der die Verhältnisse von Niob zu Tantal und von Niob zu Titan erheblich grösser sind als in dem geschmolzenen Erz oder der geschmolzenen Verbindung. Wenn die verwendete Siliziummenge das günstigste Verhältnis überschreitet, so enthält die sich ergebende Legierung grössere Mengen von Tantal und Titan ; falls geringe Mengen von Silizium benutzt werden, ist die Niobausbeute ungünstiger. 



   Das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung wird zweckmässig in einem elektrischen Ofen ausgeführt. Vorzugsweise wird basische Schlacke verwendet, jedoch kann unter Umständen auch neutrale oder saure Schlacke mit Erfolg benutzt werden. 



   Als Siliziumreduktionsmittel dient entweder metallisches Silizium oder eine Siliziumlegierung. 



  So können z. B. Ferrosilizium, Chromsilizium, Ferrochromsilizium oder Niobsilizium und im allgemeinen irgendeine Legierung von Silizium mit in dem Endprodukt wünschenswerten oder unschädlichen Metallen als Reduktionsmittel benutzt werden. 



   Die für die Reduktion des Erzes oder der Siliziumverbindung benötigte Siliziummenge kann annähernd an Hand der theoretischen Bedingungen für die Reduktion der Metalloxyde und der in diesen enthaltenen Sauerstoffverbindungen geschätzt werden. Ein gewisser Überschuss muss erlaubt werden zum Ausgleich für die durch den in den Ofengasen enthaltenen Sauerstoff oxydierte Siliziummenge, 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 ebenso natürlich für das in der endgültigen Legierung gewünschte Silizium. Die im Einzeliall   benötigten   Mengenverhältnisse können durch Versuche bestimmt werden. 



   Eisen, Nickel, Chrom oder irgendein anderes Metall oder Mischung von Metallen kann dem Reduktionsprodukt zugesetzt werden, um eine Legierung mit der gewünschten Zusammensetzung zu erzeugen, entweder dadurch, dass die Reduktion in Gegenwart eines Metallbades vorgenommen wird. oder durch Zusatz eines oder mehrerer der genannten Metalle während oder nach der Reduktion. 



   Beispiel 1 : Eine Charge, bestehend. aus : 
 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> Niobit <SEP> .................................... <SEP> 453#600 <SEP> kg
<tb> Silizium <SEP> (97% <SEP> Si) <SEP> ......................... <SEP> 110#225 <SEP> #
<tb> Kalk <SEP> 737#100 <SEP> 
<tb> Quarzit <SEP> ................................... <SEP> 11#340 <SEP> #
<tb> Ferroniobschrott <SEP> 170'100 <SEP> " <SEP> 
<tb> 1482'365 <SEP> kg
<tb> 
 wurde in einem elektrischen Lichtbogenofen geschmolzen.

   Das verwendete Niobit hatte   analysengemäss   die folgende Zusammensetzung : 
 EMI2.2 
 
<tb> 
<tb> Nb2O5 <SEP> ............... <SEP> 55#66% <SEP> Nb <SEP> = <SEP> 38#96%
<tb> Ta2O5 <SEP> ............... <SEP> 5#77% <SEP> Ta <SEP> = <SEP> 4#73%
<tb> TiO2 <SEP> ................ <SEP> 5#32% <SEP> Ti <SEP> = <SEP> 3#19%
<tb> Fe3O4 <SEP> ................ <SEP> 23#27%
<tb> Mono <SEP> 2-10%
<tb> 
 
Verhältnis :. Nb : Ta = 8 : 1
Nb : Ti   = 12   : 1
Der Ferroniobsehrott bestand aus einer Mischung von Metall und Schlacke und enthielt ungefähr   13'9%   Nb. 



   Die Schmelzung ergab   209-336kg   Ferroniob mit der folgenden Zusammensetzung : 
 EMI2.3 
 
<tb> 
<tb> Nib <SEP> 55-57%
<tb> Ta <SEP> 1-76%
<tb> Fe................................ <SEP> 32-61%
<tb> Si <SEP> ................................ <SEP> 6-68%
<tb> Tu <SEP> 0-15%
<tb> Mn <SEP> ............................... <SEP> 1#82%
<tb> C <SEP> ................................. <SEP> 0#32%
<tb> 98#91%
<tb> 
 
Verhältnis : Nb : Ta = 32 : 1
Nb : Ti = 370 : 1
Nb :   Si = 8#3   : 1
Trennung des reinen Metalls von der Schlacke ergab ausserdem 350-179 kg eines ziemlich niobarmen Schrotts, der etwa   10'5%   Nb enthielt. Von dem mit der Charge eingeführten Niob wurden 76-4% in der reinen Legierung und dem Schrott wiedergewonnen. 



   Die Analyse der Schlacke zeigte 5-2%   Nb,     0-9% Ta0s   und 2-4%   TiOs, d.   h. ein Verhältnis von Niob zu Tantal von 5 : 1 und von Niob zu Titan von 2-5 : 1. 



   Beispiel 2 : In diesem Beispiel wurde eine grössere Menge Silizium verwendet mit dem Erfolg, dass eine weniger günstige selektive Reduktion des Niobs gegenüber dem Titan und Tantal erzielt wurde. 



  Die folgende Charge wurde in einem elektrischen Lichtbogenofen geschmolzen : 
 EMI2.4 
 
<tb> 
<tb> Niobit <SEP> ................................... <SEP> 559#742 <SEP> kg
<tb> Silizium <SEP> (97% <SEP> Si) <SEP> ......................... <SEP> 239-047,,
<tb> Kalk <SEP> 1079, <SEP> 568 <SEP> 5, <SEP> 
<tb> Kieselerde <SEP> ................................ <SEP> 6#804 <SEP> 
<tb> Ferroniobschrott <SEP> 42-638" <SEP> 
<tb> 1927-799 <SEP> kg
<tb> 
 Die Analyse des verwendeten Niobits ergab die folgende Zusammensetzung :

   
 EMI2.5 
 
<tb> 
<tb> Nb2O5 <SEP> ............... <SEP> 54#80% <SEP> Nb <SEP> = <SEP> 38#36%
<tb> Ta2O5 <SEP> ............... <SEP> 5#36% <SEP> Ta <SEP> = <SEP> 4#39%
<tb> Tir2 <SEP> 6-90% <SEP> Ti <SEP> = <SEP> 4-14%
<tb> FeO................ <SEP> 3#61%
<tb> Fe3O4 <SEP> ............... <SEP> 18#09%
<tb> MnO <SEP> ................ <SEP> 3#04%
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 
Verhältnis : Nb : Ta = 9 : 1
Nb : Ti = 9 : 1 Der Ferroniobschrott enthielt etwa 54% Niob. 



  Die Schmelzung lieferte 339'746 kg einer Legierung mit der folgenden Zusammensetzung : 
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> Nb.......................... <SEP> 54-87%
<tb> Ta <SEP> 3-11%
<tb> Ti <SEP> 0-75%
<tb> Si <SEP> .......................... <SEP> 11-65%
<tb> C <SEP> ........................... <SEP> 0#62%
<tb> 
 
 EMI3.2 
 
Verhältnis : Nb : Ta = 18 : 1
Nb : Ti = 73 : 1
Nb :   Si = 4#7:   1
Trennung des reinen Metalls von der Schlacke ergab ausserdem   69#4   kg Metallschrott mit einem Niobgehalt von etwa   39%.   Von dem mit der Charge eingeführten Niob wurden   0'2%   in den Metallprodukten wiedergewonnen. 



   Die Analyse der Schlacke zeigte   1-32%     Or"     0-26% taros   und 1-68%   Ti02, d.   h. ein Verhältnis von Niob zu Tantal von 4 : 1 und von Niob zu Titan von weniger als 1 : 1. 



   Es ist beachtenswert, dass in diesem Beispiel, in dem eine Legierung mit einem Verhältnis von Niob zu Silizium von   4'7   : 1 erzeugt wurde, die Legierung weit mehr Tantal und Titan enthält als im Beispiel 1, in dem eine Legierung mit niedrigerem Siliziumgehalt und einem Verhältnis von Niob zu Silizium   8'3   : 1 hergestellt wurde. 



   Beispiel 3 : Dies ist ein Beispiel für die Herstellung von Ferroniob, in dem eine Niob-SiliziumLegierung als Reduktionsmittel benutzt wurde. Die folgende Charge wurde in einem elektrischen Lichtbogenofen geschmolzen : 
 EMI3.3 
 
<tb> 
<tb> Niobit <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> ............................... <SEP> 136#080 <SEP> kg
<tb> Niobit <SEP> Nr. <SEP> 2 <SEP> 272-160"
<tb> Niob-Silzium <SEP> 328'860"
<tb> Kalk <SEP> ..................................... <SEP> 340#200 <SEP> #
<tb> 
 Die Analysen dieser Stoffe zeigten die folgenden Zusammensetzungen :

   
 EMI3.4 
 
<tb> 
<tb> Niobit <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> Niobit <SEP> Nr. <SEP> 2
<tb> Nb2O5............... <SEP> 60#36% <SEP> 24#97%
<tb> Ta2O5 <SEP> ............... <SEP> 6#43% <SEP> 1#75%
<tb> Fe3O4 <SEP> .............. <SEP> 18-84% <SEP> 33-30%
<tb> Ti02................ <SEP> 5-17% <SEP> 29-84%
<tb> 
 Niobsilizium 
 EMI3.5 
 
<tb> 
<tb> Nib <SEP> 34-59%
<tb> Ta <SEP> 16-58%
<tb> Ti <SEP> 13-20%
<tb> Fe <SEP> 514%
<tb> Si........................................... <SEP> 21#00%
<tb> 
 
 EMI3.6 
 
 EMI3.7 
 
<tb> 
<tb> Niob <SEP> ........................................ <SEP> 50#53%
<tb> Tantal <SEP> 5-36%
<tb> Titan <SEP> 0-75%
<tb> Silizium <SEP> 5-67%
<tb> Kohlenstoff <SEP> 0-87%
<tb> 
 
Verhältnisse : Nb : Ta = etwa 10 : 1
Nb : Ti = etwa 73 : 1
Nb :

   Si   = etwa 9#7   : 1
Dies entspricht einer Niobgewinnung von 70'5% in der reinen Legierung ; weitere 2'9% wurden aus der sich ergebenden kleinen Schrottmenge gewonnen. Ausserdem wurden   901#75   kg Schlacke erhalten, die   26'2% des ursprünglich   in dem Schmelzgut befindlichen Niobs enthielt. 



   Die bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren anfallenden Schlacken enthalten gewöhnlich erheb-   liche Mengen von Niob, Tantal und Titan. Es mag manchmalwünsehenswert sein, die Metalle aus den Schlacken   wiederzugewinnen, was dadurch erzielt werden kann, dass die Schlacken mit genügend Silizium geschmolzen 

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 EMI4.1 
 Erzeugung der vorstehend beschriebenen siliziumarmen Legierung verwendet werden kann. 



   Das vorliegende Verfahren kann allgemein für das Schmelzen von Nioberzen und Niobverbindungen mit erheblich schwankenden Verhältnissen zwischen Niob und Tantal oder Titan verwendet werden. 



  Während zu einem gewissen Grade die Wiedergewinnung von Niob von der Menge des in dem Erz oder der Verbindung enthaltenen Niobs abhängt, hat sich herausgestellt, dass ein Höchstmass in der Wiedergewinnung von Niob zusammen mit einer in hohem Grade selektiven Reduktion des Niobs gegenüber Tantal und Titan erreicht wird, wenn das siliziumhaltige Reduktionsmittel so bemessen wird, dass eine Legierung entsteht, in der das ungefähre Verhältnis von Niob zu Silizium sich zwischen etwa 7 : 1 und 9 : 1 hält. 



   Sämtliche in vorstehender Beschreibung und in den nachstehenden Patentansprüchen angegebenen Verhältnisse sind Gewichtsverhältnisse. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Nioblegierungen aus nioboxyd-, tantaloyxd-und titanoxydhaltigen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zuschlag von Silizium oder siliziumhaltigen Verbindungen oder Legierungen eine selektive Reduktion des Nioboxyds gegenüber dem Tantaloxyd und Titanoxyd bewirkt wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Silizium in Form einer NiobSilizium-Legierung zugeschlagen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Silizium in genügender Menge zugeschlagen wird, um eine Nioblegierung mit einem Verhältnis von Niob zu Silizium von etwa 6 : 1 bis 12 : 1, vorzugsweise 7 : 1 bis 9 : 1, zu erzeugen.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Reaktion sich ergebende nioboxydhaltige Schlacke durch Reduktion mit Silizium auf eine siliziumreiche Nioblegierung aufgearbeitet wird, in welcher das Verhältnis von Niob zu Silizium geringer ist als etwa 6 : 1.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die siliziumreiehe Nioblegierung als Reduktionsmittel zur Erzeugung einer siliziumarmen Nioblegierung verwendet wird.