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Verfahren nebst Vorrichtung zur Darstellung von schwer schmelzbaren oxydfreien Metallen, insbesondere der Metalle der seltenen Erden.
Das vorliegende Verfahren gestattet die Darstellung beliebig grosser Mengen schwer schmelzbarer Metalle in reinem Zustande, ohne dass die Darstellung umständlich oder teuer wäre. Behufs Durchführung des Verfahrens werden Oxyde oder sonstige Verbindungen der Metalle in feinster Verteilung mit einem erheblichen Überschuss von Magnesium oder dgl. gemischt und die Mischung einer reinen Wasserstoff-oder Stickstoffatmosphäre ausgesetzt, wobei durch eine besondere Wärmequelle möglichst so viel Wärme zugeführt wird, dass die Reduktion etwa bei der Temperatur des elektrischen Lichtbogens stattfindet.
Die nach erfolgter Reduktion entstandenen Hydride oder Nitride werden, um die sie \erunreinigende Magnesia zu beseitigen, einer entsprechenden Reinigung unterworfen und dann bis zur vollständigen Abtreibung des Wasser-oder Stickstoffes in einem Behälter erhitzt, welcher gestattet, die aus den Hydriden oder Nitriden abgespaltenen Gase abzuziehen oder chemisch zu binden. Das Abziehen der Gase muss natürlich früher geschehen, als die Temperatur der erhitzten, im Behälter befindlichen Masse sich wesentlich vermindert hat. Die Erwärmung der Masse behufs Abspaltung der Gase muss mit möglichster Beschleunigung und unter vollständigem Abschluss der atmosphärischen Luft erfolgen.
Dies wird daher praktisch nur mit Hilfe eines elektrischen Stromes durchgeführt werden können, welcher die Hydride und Nitride bis zur völligen Abspaltung des Wasserstoffes und Stickstoffes im Vakuum oder in einer indifferenten Gasatmosphäre erwärmt. Je pach dem Grad der Erwärmung ist der Charakter des erhaltenen Metalles verschieden ; dasselbe zeigt bei Anwendung der höchsten erreichbaren Temperaturen ein durchaus kristallinisches Aussehen.
Bei Anwendung niedrigerer Temperaturen dagegen dauert nicht nur die Gasabtreibung entsprechend länger, sondern auch das Metall erhält dann ein mehr amorphes Aussehen und dementsprechende Eigenschaften.
Ein ähnliche ? Verfahren hat bereits Clemens Winkler für die Darstellung der Wasserstoffverbindungen der Metalle der seltenen Erden angewandt, wobei er die in Frage kommenden Oxyde mit etwa 20% Magnesium im Überschuss behandelte. In seinen dies- bezüglichen Schriften wies er ausdrücklich darauf hin, dass ein höherer Prozentsatz von Magnesium als schädlich angesehen werden müsse, da er eine Erniedrigung der Temperatur bedingt.
Winkler hat dabei überstehen, dass diese Erniedrigung der Temperatur und ihre schädliche Feige, die sich in einer starken Oxydhaltigkeit der erhaltenen Reduktionsmasse kundgibt, dadurch ausgeglichen werden kann, dass der Behälter, in welchem die Reduktion vorgenommen wird, in irgendeiner Weise beheizt wird. Wird so verfahren, dann kann an Stelle des von Winkler angewendeten ungenügenden Überschusses an Magnesium ein hinreichend grosser Zuschlag desselben verwendet werden. In dieser Erkenntnis ist vor- nehmlich die vorliegende Erfindung begründet.
Eine zweckentsprechende Ausführungsform einer für die Ausführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem starkwandigen Rohr a aus fast unschmelzbarer, den
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elektrischen Strom nichtleitender Masse, also beispielsweise aus Porzellan. Dieses Rohr o ist an beiden Enden mittels Elektroden c und gegebenenfalls noch durch eine besondere
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ganz bestimmten Kubikinhalt.
Soll mit Hilfe dieser Vorrichtung, z. B. Zirkoniummetall hergestellt werden, dann wird folgendermassen verfahren : Zirkondioxyd in feinster Verteilung wird mit Magnesium im Überschuss gemischt und die Mischung einer Wasserstoffatmosphäre unter höchster äusserer Wärmezuführung ausgesetzt. Das Ergebnis ist Zirkonhydrid und Magnesia. Diese letztere wird mittels. verdünnter Salzsäure gelöst und das dadurch entstandene Chlormagnesium, sowie etwa noch vorhandene Salzsäure durch Waschen beseitigt. Das Zirkonhydrid aber wird bei mässiger, höchstens 2500C betragender Temperatur getrocknet. Darauf wird es nach Entfernung der einen Elektrode c des Rohres b in dieses gebracht und festgestampft, so dass sein ganzer Innenraum, soweit zulässig, ausgefüllt wird.
Dann setzt man die herausgenommene Elektrode c wieder ein, dichtet das Rohr gut ab und evakuiert den Innenraum desselben. Schliesslich wird durch die von einem Gasbrenner n ausgehende Flamme oder in irgendeiner anderen Weise eine äussere Erwärmung des Rohres b bewirkt.
An Stelle der Erwärmung durch die Flamme oder gleichzeitig damit wird ein Strom von geeigneter Stromdichte durch die Elektroden c geschickt. Die Erwärmung des Zirkonhydrids wird so weit getrieben, bis der gesamte Wasserstoff desselben abgespalten ist, für welchen, falls er nicht abgezogen oder sonstwie gebunden wird, eine äquivalente Menge
Sauerstoff behufs Bindung desselben in das Rohr geschickt werden muss.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Darstellung von schwer schmelzbaren oxydfreien Metallen, insbesondere der Metalle der seltenen Erden, durch Reduktion von in feinster Verteilung befindlichen Oxyden oder anderen Metallverbindungen in einer Wasserstoff-oder Stickstoffatmosphäre mittels im Überschuss vorhandenen Magnesiums oder dgl., dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion durch Zuleitung fremder Wärme, z. B. mittels des elektrischen Stromes, etwa bei der Temperatur des elektrischen Lichtbogens durchgeführt, die reduzierte Masse gereinigt, getrocknet und schliesslich erwärmt wird, wobei die atmosphärische Luft abgeschlossen und gleichzeitig für die Absaugung oder chemische Bindung der durch die Erwärmung abgespaltenen Gase Sorge getragen ist.