Verfahren zur Herstellung von Beryllium. Bei der Herstellung von Berylliummetall durch Reduktion von Berylliumchlorid mit Magnesium, bei der es bisher üblich war, entweder das Reduktionsmittel in eine auf Reaktionstemperaturen erhitzte, aus Beryl- liumchlorid bestehende oder Berylliumchlo- rid enthaltende Salzschmelze einzutragen oder aber umgekehrt das Berylliumchlorid, gegebenenfalls in Mischung mit andern Be- rylliumsalzen,
in eine Schmelze des Reduk tionsmittels einzuführen, hat es sich bisher als unmöglich erwiesen, eine weitgehende Verdampfung des Berylliumchlorids zu ver meiden, es sei denn, dass die ganze Reaktion, wie für die letzterwähnte Arbeitsweise be reits vorgeschlagen wurde, in einer indiffe renten Atmosphäre, das, heisst also in einem allseitig geschlossenen Reaktionsraum, durch geführt wird.
Es wurde nun erkannt, dass die Verdamp fung des Berylliumehlorids bei den bisher be kannten Arbeitsverfahren im wesentlichen dadurch bedingt ist, dass das für die Reduk tion verwendete Magnesium dann, wenn die Reaktion in Gegenwart von Luft durchge führt wird, sich örtlich entzündet und infolge der hierbei auftretenden, sehr hohen Tempe raturen zu einer erheblichen Verdampfung des Berylliumchlorids Veranlassung gibt.
Erfindungsgemäss werden nun Beryllium- ehlorid und Magnesium miteinander ver mischt, worauf dieses Gemisch durch fort schreitende Temperatursteigerung bis zur Reaktion erhitzt wird. Zwecks Beschleuni gung der Reaktion erfolgt die Erhitzung zweckmässig bis auf Temperaturen zwischen 730 und<B>900'</B> C, wobei sich eine indiffe rente Atmosphäre, z. B. eine Wasserstoff atmosphäre als vorteilhaft, wenn auch nicht notwendig, erweist. Vorzugsweise wird das Gemisch in Form von Presskörpern erhitzt.
Auf diese Weise wird erreicht, dass bei der Erhitzung eines solchen Reaktionsge misches zunächst das Berylliumchlorid zum Schmelzen kommt und hierbei die noch un- geschmolzenen lsagnesiumteilchen umhüllt und so vor einer Entzündung bewahrt. Bei weiterem Erhitzen schmilzt dann auch das Magnesium und reagiert ohne örtliche Über hitzung, so dass eine Verdampfung von Be- rylliumchlorid praktisch nicht eintritt.
Wie gefunden wurde, ist es möglich, dieses Verfahren in irgendeinem Reaktions gefäss, z. B. einem Tiegel üblicher Ausfüh rung, zweckmässig in einer indifferenten Atmosphäre, die zum Beispiel durch Über leiten von Wasserstoff aufrechterhalten wird, unter gewöhnlichem, oder zwecks Vermei dung der an sich schon geringfügigen Ver dampfung unter etwas erhöhtem Druck, aus zuführen.
Die Umsetzung der vorzugsweise in stöchiometrischen Gewichtsmengen vorliegen den Reaktionsteilnehmer geht, insbesondere bei Temperaturen zwischen 730 und<B>900'</B> C, sehr schnell vonstatten, so dass sie meist schon nach wenigen Minuten, höchstens jedoch nach etwa. 15 Minuten, beendet ist. Die Anwen dung eines kleinen Überschusses an Magne sium, z.
B. in Höhe von etwa 0,5 Gewichts prozent, ist ebenso wie die Überleitung eines inerten Gases über die Oberfläche des Reak tionsgemisches zur völligen Unterdrückung jeglicher Berylliumchloridverdampfung von Vorteil.
Eine Verringerung der Reaktionstempe ratur bis herab zum Schmelzpunkt des Ma gnesiums kann man erreichen, indem man durch an sich bekannte Zusätze, wie Ka- liumchlorid, Natriumchlorid und ähnliche in Mengen bis zu etwa 20 Gewichtsprozent zum Einsatzgut, eine Erniedrigung des Schmelzpunktes des entstehenden Magne- siumchlorids bewirkt.
Dagegen hat es sich als weniger zweckmässig erwiesen, die Reak tionstemperatur durch grössere Salzzusätze unter den Schmelzpunkt des Magnesiums zu erniedrigen, da in diesem Falle die erhaltenen Berylliumflitter graphitähnliche Beschaffen heit aufweisen und kleiner sind.
Das Reaktionserzeugnis, das aus einem von Magnesiumchloridschmelze umgebenen Haufwerk von mit Magnesiumchlorid und Magnesium durchsetzten, metallisch glänzen den Berylliumflittern besteht, kann mit Wasser oder auch mit Ammoniumchlorid- lösung zwecks Herauslösung etwa anhaften der Magnesiumanteile aufgearbeitet -erden.
Eine weitgehende Trennung der Salz schmelze von dem festen Metall unmittelbar nach beendeter Reaktion kann man dadurch erreichen, dass man das aus verfilzten Me tallflittern bestehende Haufwerk, das etwa die Beschaffenheit eines Sinterkörpers hat, aus der flüssigen Magnesiumchloridschmelze heraushebt, oder die letztere auf andere Weise, beispielsweise durch Abstechen oder Abziehen, von ihm trennt und es durch Zu sammenpressen zwischen zwei Siebplatten von den Resten der Salzschmelze befreit. Schliesslich kann man die Trennung im Reaktionsgefäss selbst,
beispielsweise durch Anwendung eines siebartig durchlöcherten Pressstempels vornehmen, so dass man in einem einzigen Verfahrensgange vom Aus gangsgemisch zum brikettierten, kristallini schen Beryllium gelangt. Es ist dabei zweck mässig, der im wesentlichen aus ':4Tagnesium- chlorid bestehenden Salzschmelze noch schmelzpunkterniedrigende Salze, falls diese dem Ausgangsgemisch nicht schon beigege ben wurden, zuzusetzen.
Die Salzschmelze wird dadurch dünnflüssiger, so dass sich die Trennung von Kristallhaufwerk vollständiger und mit einfacheren apparativen Mitteln bei niedrigeren Temperaturen bewerkstelligen lässt; auch bei der Trennung von Metall und Salzschmelze ist die Einhaltung einer inerten Atmosphäre vorteilhaft. Da die erhaltenen Metallflitter die Form kleiner Plättchen aufweisen, wird praktisch das gesamte, durch Reduktion erhaltene Beryllium durch die Siebe zurückgehalten.
Das erhaltene kristallisehe Beryllium kann dann in bekannter Weise zu regulini- sehem Metall umgeschmolzen oder mit andern Metallen zu Legierungen verarbeitet werden. <I>Beispiel:</I> Ein aus 393 Gewichtsteilen BeC12-Pulver und 120 Gewichtsteilen Magnesiumgriess be- stehendes Gemisch wurde in einem Tiegel, der sich in einem mit Wasserstoff gefüllten Rohr befand, durch Erhitzen auf 800 C um gesetzt. Dem während der Erwärmung sich bildenden Überdruck wurde von Zeit zu Zeit Gelegenheit gegeben, sich gegen die Atmo sphäre auszugleichen.
Die Reaktion war nach etwa 10 Minuten beendet. Das gebildete in Form eines Klumpens vorliegende kristalline Beryllium wurde aus der flüssigen Chlor magnesiumschmelze herausgehoben, und die letztere abgegossen. Da die Reaktionsend produkte zu 497 Gewichtsteilen festgestellt wurde, errechnet sich der Verlust auf etwa <B>3%.</B> Der berylliumhaltige Körper wurde unter Luftzutritt bei 800 in einer Matrize mit einem Hohlstempel, dessen Boden zum Durchlass des erhaltenen Magnesiumchlorids siebartig durchlöchert war, zusammengepresst.
Das ablaufende Magnesiumchlorid erwies sich als praktisch berylliumfrei. Der erhal tene Berylliumpresskörper wurde bei 1400' in Argonatmosphäre zu regulinischem Be ryllium eingeschmolzen.
Process for the production of beryllium. In the production of beryllium metal by reducing beryllium chloride with magnesium, in which it has hitherto been customary either to add the reducing agent to a molten salt consisting of beryllium chloride or containing beryllium chloride heated to reaction temperatures or, conversely, to add the beryllium chloride, possibly mixed with it other beryllium salts,
To introduce it into a melt of the reducing agent, it has so far proven impossible to avoid extensive evaporation of the beryllium chloride, unless the entire reaction, as has already been proposed for the last-mentioned procedure, takes place in an inert atmosphere, that is, in a reaction space that is closed on all sides, is carried out.
It has now been recognized that the evaporation of the beryllium chloride in the previously known working methods is essentially due to the fact that the magnesium used for the reduction, when the reaction is carried out in the presence of air, ignites locally and as a result of the the very high temperatures that occur in this case give rise to considerable evaporation of the beryllium chloride.
According to the invention, beryllium chloride and magnesium are now mixed with one another, whereupon this mixture is heated by a progressive increase in temperature until the reaction. In order to accelerate the reaction, the heating is expediently carried out up to temperatures between 730 and 900 ° C, with an indifferent atmosphere, e.g. B. a hydrogen atmosphere is advantageous, although not necessary. The mixture is preferably heated in the form of compacts.
What is achieved in this way is that when such a reaction mixture is heated, the beryllium chloride first melts and in the process envelops the as yet unmelted magnesium particles and thus protects them from ignition. With further heating, the magnesium also melts and reacts without local overheating, so that evaporation of beryllium chloride practically does not occur.
As has been found, it is possible to use this process in any reaction vessel, e.g. B. a crucible of the usual Ausfüh tion, expediently in an indifferent atmosphere, which is maintained, for example, by passing hydrogen over, under normal, or in order to avoid the already slight Ver evaporation under slightly increased pressure, perform.
The reaction of the reactants, which are preferably present in stoichiometric amounts by weight, proceeds very quickly, in particular at temperatures between 730 and 900 ° C., so that they usually take place after a few minutes, but at most after about. 15 minutes, has ended. The application of a small excess of Magne sium, z.
B. in the amount of about 0.5 percent by weight, as well as the transfer of an inert gas over the surface of the reac tion mixture for the complete suppression of any beryllium chloride evaporation of advantage.
A reduction in the reaction temperature down to the melting point of the magnesium can be achieved by adding additives known per se, such as potassium chloride, sodium chloride and the like in amounts of up to about 20 percent by weight to the starting material, lowering the melting point of the resulting magnesium. sium chloride causes.
On the other hand, it has been found to be less expedient to lower the reaction temperature below the melting point of magnesium by adding larger amounts of salt, since in this case the beryllium flakes obtained have a graphite-like nature and are smaller.
The reaction product, which consists of a pile of beryllium flakes with a metallic sheen, surrounded by magnesium chloride melt, can be worked up with water or with ammonium chloride solution in order to dissolve any adhering magnesium components.
A substantial separation of the salt melt from the solid metal immediately after the reaction has ended can be achieved by lifting the pile consisting of matted metal flakes, which is about the nature of a sintered body, out of the liquid magnesium chloride melt, or the latter in another way, for example by tapping or peeling, separates from it and freed it from the remnants of the molten salt by pressing together between two sieve plates. Finally, the separation can be carried out in the reaction vessel itself,
for example, by using a sieve-like perforated press ram, so that you get from the starting mixture to the briquetted, crystalline beryllium in a single process. It is advisable to add salts which lower the melting point to the molten salt, which essentially consists of magnesium chloride, if these have not already been added to the starting mixture.
The molten salt becomes thinner as a result, so that the separation of heap of crystals can be accomplished more completely and with simpler apparatus at lower temperatures; Maintaining an inert atmosphere is also advantageous when separating metal and molten salt. Since the metal flakes obtained are in the form of small platelets, practically all of the beryllium obtained by reduction is retained by the sieves.
The crystalline beryllium obtained can then be remelted in a known manner to regulinize metal or processed into alloys with other metals. <I> Example: </I> A mixture consisting of 393 parts by weight of BeC12 powder and 120 parts by weight of magnesium grit was put into a crucible which was located in a tube filled with hydrogen, by heating to 800.degree. The overpressure that formed during the heating was given the opportunity from time to time to equalize itself against the atmosphere.
The reaction was over after about 10 minutes. The crystalline beryllium formed, present in the form of a lump, was lifted out of the liquid chlorine-magnesium melt and the latter was poured off. Since the final reaction products were found to be 497 parts by weight, the loss is calculated to be about <B> 3%. </B> The beryllium-containing body was perforated with air admission at 800 in a die with a hollow punch, the bottom of which was perforated like a sieve for the magnesium chloride obtained to pass through was pressed together.
The magnesium chloride running off was found to be practically free of beryllium. The beryllium compact obtained was melted down to regular beryllium at 1400 'in an argon atmosphere.