AT203221B

AT203221B - Verfahren zur Gewinnung von Metallen und Legierungen

Info

Publication number: AT203221B
Application number: AT198056A
Authority: AT
Inventors: Erich Dipl Ing Dr Techn Fitzer; Hans Dr Phil Hohn
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1956-03-30
Filing date: 1956-03-30
Publication date: 1959-05-11

Description

Verfahren zur Gewinnung von Metallen und Legierungen
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Die Metallurgie bedient sich neuerdings in steigendem Masse des bei Raumtemperatur bereits geschmolzenen Quecksilbers als Hilfsmetall bei Metallgewinnungs- und Raffinationsprozessen, sei es bei Elektrolysevorgängen aus wässeriger Lösung unter Ausnützung der hohen wasserstoffüberspannung an Quecksilberkathoden, bei der indirekten Elektrolyse oder bei Reduktionsprozessen mit den grosstechnisch gewinnbaren Alkaliamalgamen. Bei allen, diesen Prozessen fallen die gewünschten Metalle oder Legierungen in Form ihrer Amalgame an. Amalgame sind Legierungen dieser Metalle mit Quecksilber. Je nach dem Legierungspartner und der Konzentration desselben im Quecksilber handelt es sich bei den Amalgamen um Lösungen des Metalls im geschmolzenen Quecksilber, um feinverteilte feste Metalle bzw.

Metallverbindungen im flüssigen Quecksilber oder aber um feste Metall-QuecksilberVerbindungen. So handelt es sich z. B. bei den Amalgamen des Eisens um ein sehr fein verteilt, es metallisches Eisen im Quecksilber. Eine Anreicherung des Eisens im Eisenamalgam etwa nach Art der metallurgisch bekannten Ausseigerungsmethode kann im Falle des Eisenamalgams nur bis zu einem Gehalt von, 4-5% Eisen erfolgen. Derartiges Eisenamalgam ist bereits fest und eine weitere Absonderung des Quecksilbers durch Filtration gelingt nur unter höchsten Drucken, so etwa bei 70 Atmosphären bis 10% Eisen. Eine weitere mechanische Anreicherung ist nicht möglich.

Beim Nickelamalgam handelt es sich wiederum um eine Nickel-QuecksiIberverbindung im überschüssigen Quecksilber. Auch hier kann man durch Filtration oder ähnliche Massnahmen lediglich eine Anreicherung bis etwa 4-5 Gew.-% Nickel im Quecksilber erreichen.

Die Metalle Kupfer und Mangan wiederum lösen sich bereits etwas im flüssigen Quecksilber (0, 001-0, 01%). Grösser sind die Lös- liche-eisten von Zink und Blei in Quecksilber, während z. B. das hochschmelzende Metall Titan oder Uran nur bei höchsten Temperaturen eine Löslichkeit in Quecksilber aufweist und bei Raumtemperatur praktisch unlöslich ist und in. Form von festen feinverteilten Queck- silberverbindungen im praktisch titan- und uranfreien Quecksilber vorliegt.

Der einzige, bisher gangbare Weg zur rest- losen Entfernung des Quecksilbers von diesen
Metallen besteht im Abdestillieren des Queck- silbers. In manchen Fällen ist es wünschen- wert, nicht die gesamte Quecksilbermenge von den Metallen zu trennen. So ist z. B. bekannt, die Ausformung und Sinterung hochschmelzen- der Metalle, wie z. B. Wolfram, durch einen
Gehalt an Quecksilber zu erleichtern. Auch ist früher bereits beschrieben worden, dass auch die
Sinterung von Eisenmetallen durch Quecksilber- gehalte erleichtert wird.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Gewinnung von in Quecksilber gelösten oder suspendierten oder im überschüssigen Quecksilber als Quecksilberverbindungen vorliegenden Metallen und/oder Legierungen durch Abdampfen des Quecksilbers in einem Ofen, in dem entweder Vakuum oder reduzie- rende oder inerte Atmosphäre herrscht. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass das Amalgam durch ein oder mehrere oben offene beheizte Rohre von unten dem Ofenraum derart zugeführt wird, dass ständig etwas Abdampfrückstand, von dem zugeführten Amalgam getragen, in der Destillationszone des oder der Zuführungsrohre verbleibt und der übrige laufend anfallende Abdampfrückstand über den oberen Rand des Amalgamzuführungsrohres hinaus aus der Destillationszone entfernt wird.

Diesese Verfahren bringt mannigfache Vorteile gegenüber den an sich bekannten diskontinuierlichen Topfschwelungen oder kontinuierlichen Versprühschwelungen und ähnlichen Einrichtungen. Es basiert auf dem grossen spezifischen Gewicht des Quecksilbers. Sämtliche als Amalgame eingespeiste Materialien werden durch thermische Trennung in einen spezifisch leichteren Schwelrückstand übergeführt, welcher in allen Fällen auf dem zugeführten Amalgam schwimmt. Diese Anordnung bringt den grossen Vorteil mit sich, dass in einfacher Weise ein kontinuierlicher Abdampfvorgang eingerichtet werden kann, ohne dass irgendein bewegter Teil in der Ofenzone angebracht sein muss.

Die Entfernung des Abdampf rückstandes aus der Destil-

lationszone kann ebenfalls kontinuierlich oder auch diskontinuierlich ohne bewegte Teile, z. B. durch Abfallenlassen über den oberen Gefässrand erfolgen. Auch haben sich Anordnungen wie z. B. Abstreifvorrichtungen bewährt.

Von besonderem Vorteil ist das erfindungsgemässe Verfahren, wenn der während des Verdampfungsvorganges ständig auf der Amalgamoberfläche schwimmende Abdampfrückstand von poröser, grossoberflächiger Beschaffenheit ist und von Quecksilber benetzt wird. Durch die Benetzung desselben durch das flüssige Quecksilber wird die Oberfläche des zu verdampfenden Quecksilbers um ein Vielfaches vergrössert und die Verdampfung beschleunigt.

Schliesslich gestattet das erfindungsgemässe Verfahren auch die Gewinnung von quecksilberfreien Metallen und Legierungen derart, dass der vom zugeführten Amalgam getragene Abdampfrückstand bis zur vollkommenen Abdampfung des in ihm zunächst noch enthaltenen Quecksilbers im Verdampfungsgefäss bleibt.

Es konnte nun gefunden werden, dass die Qualität, d. h. die Feinkörnigkeit und Pyrophorität des gewonnenen Metallpulvers aus dem Abschwelrückstand ausschliesslich von der Temperatur abhängt, welcher dieser Abdampfrückstand nach der Abschwdung ausgesetzt wird. Erfindungsgemäss wird nun dieser Abdampfrückstand Zonen steigender Temperatur, jedoch Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des betreffenden Metalls bzw. der betreffenden Legierung ohne Anwendung mechanischen Druckes zugeführt.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich ganz besonders gut für die kontinuierliche Ausgestaltung, da bei der Einspeisung des abzuschwelenden Amalgams von unten durch Rohre der Abschluss gegen die Aussenatmosphäre erreicht wird, insoferne es sich um flüssige oder plastische Amalgame handelt. Der Eintrag selbst wird bei gut fliessfähigen Amalgamen auf dem Prinzip der kommunizierenden Rohre basierend erfolgen. Für plastische Amalgame hat es sich bewährt, den Eintrag z. B. mit Hilfe einer Einpress-Schnecke zu tätigen (Fig. 1). Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird das Amalgam aus einem Vorratsbehälter 1 zufliessen gelassen und mittels einer Schnecke 2 durch ein senkrechtes mit einer Heizung 3 versehenes Zuführungsrohr 4 in den Ofenraum gepresst und gleichzeitig, wie früher beschrieben, abgeschwelt.

Das vom Quecksilber befreite Metall fällt über einen Überlauf in einen Behälter 5, der beheizt ist, um das Kondensieren von Quecksilberdampf zu vermeiden. Das abdestillierte Quecksilber wird schliesslich durch Kühler 6 zur Kondensation gebracht und über einen überlauf 7 kontinuierlich ausgetragen. Bei sehr schlecht plastischen Amalgamen wird man vorteilhafterweise eine Gasschleuse für den Materialeintrag anordnen, um eine saubere Ofenatmosphäre zu gewährleisten. Auch bei Anwendung von Vakuum innerhalb des Abdampfraumes wird sich eine derartige Gasschleuse empfehlen.

Das erfindungsgemässe Verfahren der Materialzuführung von unten beschränkt sich nicht auf senkrechte Anordnungen der Zuführungsleitungen. So kann man mit besonderem Vorteil Zuführungen verwenden, welche schräg nach oben gerichtet sind. Derartige schräge Anordnungen erleichtern ganz besonders den selbsttätigen Austrag des Abdampfrückstandes.

Fig. 2 gibt als Beispiel eine derartige Anordnung, in welcher das schräg angeordnete Zuführungsrohr selbst beheizt wird. Sie lässt auch die Möglichkeit erkennen, das abgeschwelte Metall mit Hilfe einer Strangpresse kontinuierlich aus dem Ofenraum auszutragen. Aus der Fig. 2 ist weiter zu ersehen : das beheizte Amalgamzuführungsrohr 4, die Strahlungsheizung 8, die Quecksilberdampfkühlung 6 und der Quecksilberüberlauf 7. In dieser Figur ist auch die oberwähnte Austragpresse mit dem Presskolben 9 und der Austrag des abgeschwelten Materials 10 dargestellt.

Es hat sich gezeigt, dass die Amalgamzuführung auch in Form eines ROhrbündels erfolgen kann. Diese sehr zweckmässige Anordnung verlangt eine geeignete Beheizung jedes einzelnen Rohres. In diesem Fall verfügt man über grosse Wärmedurchgangsflächen und erzielt eine sehr rasche Aufheizung und Zuführung der für die Verdampfung benötigten Wärmemenge, man erzielt also mit derartigen Anordnungen sehr grosse Durchsätze in der Zeiteinheit. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 3 wiedergegeben.

Durch den Amalgamzulauf 11 wird das Amalgam in das beheizte Rohrbündel 12 der Vorrichtung eingebracht. Das abgeschwelte, noch heisse Metall gelangt dann über den überlauf 13 zu den Walzen 14. Mittels der Walzen wird es zu einem Band 15 geformt. Dieses kann durch eine Schleuse 16 aus dem Quecksilber kontinuierlich gasdicht ausgetragen werden. Diese Mög- Ichkeit ergibt sich bei Metallen, die keine oder nur sehr geringe Löslichkeit oder eine sehr geringe Lösungsgeschwindigkeit in Quecksilber aufweisen. Während durch Quecksilber nicht benetzbare Metalle so direkt quecksilberfrei erhalten werden, ist bei Ausbildung eines Quecksilberfilms eine kurze Nachglühung in Inertgasatmosphäre notwendig. Fig. 3 zeigt ferner noch die Kühlvorrichtung 6 und den Quecksilberüberlauf 7.

Für die Verdampfung des eingespeisten Amalgams benötigt man eine Wärmemenge zum Aufheizen bis zum Siedepunkt des Quecksilbers und dann eine bestimmte Verdampfungswärme. Als Beispiel soll z. B. angegeben werden : Es wird 1, 5 Gew.-% Eisen enthaltendes Eisen-
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und Chrom-Nickel-Stähle für die Verdampfung des Quecksilbers völlig ungeeignet sind. Das beste Heizleiter-Röhren-Material ist unlegiertes Eisen, jedenfalls muss es frei von Chrom und Nickel sein. Chrom-Nickel-legierte Metallteile unterliegen durch erhitztes Quecksilber einem sehr starken Korrosionsangriff.

Unter besonderen Verhältnissen hat es sich ganz besonders bewährt, das Zuführungsrohr innen mit oxydischen Materialien auszukleiden, etwa durch Einführen eines Quarzglasrohres in das Heizrohr. Dadurch werden Verkrustungen bei überhitzungen des zugeführten Amalgams mit Sicherheit vermieden, während metallische Gefässmaterialien durch das gewonnene entquecksilberte Metall sehr gut benetzt werden und zum Ansetzen von Krusten neigen.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Gewinnung von in Quecksilber gelösten oder suspendierten oder in überschüssigem Quecksilber als Quecksilberverbindungen vorliegenden Metallen und/oder Legierungen durch Abdampfen des Quecksilbers in einem Ofen, in dem entweder Vakuum oder reduzierende oder inerte Atmosphäre herrscht, dadurch gekennzeichnet, dass das Amalgam durch ein oder mehrere oben offene beheizte Rohre (4, 12) von unten dem Ofenraum derart zugeführt wird, dass ständig etwas Abdampfrückstand, von dem zugeführten Amalgam getragen, in der Destillationszone des oder der Zuführungsrohre (4 oder 12) verbleibt und der übrige laufend anfallende Abdampfrückstand über den oberen Rand des Amalgamzuführungsrohres hinaus aus der Destillationszone entfernt wird.

2. Verfahren zur Gewinnung quecksilberfreier Metalle und Legierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vom zugeführten Amalgam getragene Abdampfrückstand bis zur vollkommenen Abdampfung des in ihm zunächst noch enthaltenen Quecksilbers im Ofenraum verbleibt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Amalgamzuführung kontinuierlich erfolgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialeintrag durch eine Gasschleuse hindurch erfolgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gasdichte Abschluss zwischen Ofen- und Aussenatmosphäre bei der Einspeisung des abzudampfenden Amalgams durch die Verwendung flüssiger oder plastischer Amalgame erreicht wird.

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Claims

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dan dise Materialzuführung und die Quecksilberverdampfung in einem schräg nach oben gerichteten, oben offenen, beheizten Rohr (4) durchgeführt werden (Fig. 2). <Desc/Clms Page number 4>

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Amalgamzuführung und-Verdampfung in einem Rohr- bündel (12), von welchem jedes einzelne Rohr in geeigneter Weise beheizt wird, durchgeführt wird (Fig. 3).

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Erwärmung des zugeführten Quecksilbers benötigte Wärme durch die Wände des Zuführungsrohres (4) eingespeist wird, und dass die für die Verdampfung des Quecksilbers benötigte Wärmemenge durch Strahlung von einem oberhalb des oben offenen Verdampfungsgefässes angeordneten Strahlungsheizkörpers (8) aus erfolgt (Fig. 2).

9. Verfahren zur Gewinnung von nicht pyrophoren feinen bis grobkörnigen Metallen bzw.

Legierungspulvern nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschwelrückstand Zonen steigender Temperatur, jedoch unterhalb der Schmelztemperatur des betreffenden Metalls bzw. der betreffenden Legierung ohne Anwendung mechanischen Druckes zugeführt wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrag des Abdampfrückstandes durch eine Sperre (16) aus kondensiertem Quecksilber erfolgt (Fig. 3).

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrag des Abdampfgutes (10) in der Art des Strangpressens mit Hilfe einer Pressvorrichtung (9) durch eine Düse erfolgt (Fig 2).

12. Ofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 11, in dem Vakuum reduzierte oder inerte Atmosphäre herrscht, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Kammer besteht, in die für die Einbringung des Amalgams ein oder mehrere beheizte Zuführungsrohre (4, 12) hineinragen, ferner für die Einbringung des abdampfenden Amalgams Gasschleusen vorgesehen sind und Einrichtungen für die kontinuierliche oder diskontinuierliche EMI4.1 Vergrösserung der Oberfläche in an sich bekannter Weise wesentlich von der Kreisform abweicht.

14. Ofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Zuführungsrohre (4 oder 12) gegen Ende der Verdampfungszone eine wesentliche Querschnittserweiterung aufweisen.

15. Ofen nach den Ansprüchen 13 und 14 zur Behandlung von Quecksilberlegierungen des Kupfers und der Eisenmetalle, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Zuführungsrohre (4 oder 12) in der Verdampfungszone aus unlegiertem Eisen, vor allem aus chrom- und nickelfreiem Eisen bestehen.

16. Ofen nach den Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Zuführungsrohre (4 oder 12) in der Verdampfungszone zumindestens an ihren mit. dem Quecksilber bzw. den Quecksilberverbindungen in Berührung stehenden Oberflächen aus nichtmetallischen, vor allem aus oxydischen Materialien bestehen.