Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus unreinem Titanmetall Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfernung von Verun reinigungen aus unreinem Titanmetall.
Wenn man metallisches Titan nach einem Verfahren herstellt, bei dem Titantetra- chlorid und cinTaktives Reduktionsmittel, wie metallisches Magnesium bei hohen Tem peraturen umgesetzt werden, wobei metalli sches Titan und das Chlorid des reduzieren den Metalls entstehen, so ist das gebildete metallische Titan in der Regel durch das Chlorid und oft auch- durch das reduzierende Metall verunreinigt. Bevor das metallische Titan weiterverwendet werden kann, ist es erforderlich, diese Verunreinigungen daraus zu entfernen.
Dies kann durch Auslaugen des Produktes mit Wasser oder verdünnter Säure geschehen. Durch Anwendung geeigneter Auslaugungsprozesse mit Wasser ist es mög lich, praktisch alle wasserlöslichen Verun reinigungen, wie z. B. Magnesiumchlorid zu entfernen und bei Verwendung einer ver dünnten Säure ist es ferner möglich, sowohl die metallischen Verunreinigungen, wie iVTa- gnesium, als auch die löslichen salzartigen Verbindungen herauszulösen.
Aus wirtschaft- lichen Überlegungen ist es allgemein üblich, eine saure Lösung zu verwenden, wie z. B. Salzsäure oder Schwefelsäure. Man hat jedoch beobachtet, dass bei der Weiterverarbeitung und insbesondere beim Schmelzen des aus- gelaugten Titanmetalls, z.
B. im Lichtbogen und Giessen in eine für die technische Ver wendung geeignete Form, oft unerwünschte Schwierigkeiten auftreten und dass_.das Titan metallprodukt aus gewissen Gründen sich für das Schmelzen im Lichtbogen nicht eignet.
Die Gründe hierfür sind nicht klar, doch ist es möglich, dass das Titanmetäll nach dem Auslaugen mit verdünnter Säure etwas ab sorbiertes Gas, wie Wasserstoff enthält, das während dem Schmelzen im Lichtbogen freigesetzt wird. Dadurch wird der Licht bogen unstabil und das Metall beginnt zu spritzen, so dass die Schmelzung nicht mehr befriedigend verläuft.
Dementsprechend bezweckt die Erfin dung die Beschaffung einer befriedigenden Methode zur Entfernung von Verunreini- gungen aus unreinem Titanmetall, um dieses für das Schmelzen im Lichtbogen geeignet zu machen.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeich net, dass man das unreine Titanmetall mit einer sauren Lösung auslaugt, die ein lösliches Oxydationsmittel enthält, dessen Redox- potential höher ist als das der Normal-Wasser- stoffelektrode. Es wurde gefunden, dass prak tisch jedes Oxydationsmittel, das befähigt ist,
Wasserstoffgas zu Wasserstoffion in saurer Lösung zu oxydieren, mit Erfolg verwendet werden kann.. Unter den mit Erfolg verwen- deten Verbindungen befinden sich Nitrate, Chromsäure, saure Lösungen von Ferrisalzen, Na2Cr04, K,Cr207, KMn04, 111011 NaC103,
NaC10,.NaC104, KBr03, KI03, T'C14, Mn02, Pb02, SnC14, CUS04 und oxydierende Gase wie Chlor, Sauerstoff, Ozon und Brom.
Bei der Durchführung des erfindungs- gemässen Verfahrens wird das Oxydations mittel in der Regel in der sauren Lösung gelöst. Einige dieser Produkte, insbesondere Gase wie Sauerstoff und Ozon sind jedoch nur wenig löslich. In diesem Falle empfiehlt es sich, die Gase während des Auslaugungs- prozesses in die Lösung einzuleiten. Es ver steht sich, dass die Mengen der in einem be stimmten Verfahren zu verwendenden Oxy dationsmittel von verschiedenen Faktoren abhängt,
wie z.B. von der Art des Oxyda tionsmittels, der Menge der vorhandenen Verunreinigungen, der physikalischen Be schaffenheit des zu reinigenden Titanmetalls und andern Abweichungen in den Arbeits bedingungen. In gewissen Fällen, wie bei spielsweise bei Verwendung von CUS04 schei det sich während dem Auslaugen Kupfer auf dem Schwamm ab. Diese Komponente kann jedoch durch anschliessende Säurebehandlung vor dem Schmelzen im Lichtbogen wieder entfernt werden.
Im Falle von Chlor und andern Gasen kann man das Gas entweder in die Lösung einleiten oder in dieser selbst entstehen lassen. Da einige der als Oxydationsmittel verwendeten Salze nur wenig. in der Säure lösung löslich sind, ist es erwünscht, wenn auch nicht unerlässlich, die Geschwindigkeit der Zuführung entweder der sauren Lösung oder des Oxydationsmittels zu kontrollieren. In den meisten Fällen wurden befriedigende Ergebnisse erhalten bei Verwendung von mindestens 0,50/p des Oxydationsmittels, bezogen auf das Gewicht der Auslaugungs- flüssigkeit. Mengen von etwa 0,5 bis 20 Ge wichtsprozent sind empfehlenswert.
Durch die Mitverwendung des Oxydationsmittels in der Auslauglösung ergibt sich ein Ver bessertes Titanmetall. Vorzugsweise sollte genügend Oxydationsmittel zugegeben sein, um mit mindestens dem grössten Teil des Wasserstoffs zu reagieren, der theoretisch entwickelt würde, wenn die Auslaugelösung kein Oxydationsmittel enthalten würde. Zur Erreichung bester Ergebnisse sollte man einen Überschuss über diese Mengen anwenden.
Man kann irgend eine Lösung verwenden, die genügend sauer ist, um metallisches Ma gnesium anzugreifen. Vorzugsweise verwen det man Lösungen von Mineralsäuren wie HCl und H,S04, doch kann man auch orga nische Säuren, wie z. B. Essigsäure verwen den. Desgleichen kann man Lösungen, die andere Stoffe, wie Magnesiumchlorid und dergleichen enthalten, die genügend sauer sind, um die metallischen Verunreinigungen anzugreifen, benutzen.
Die Konzentration der sauren Lösung kann innerhalb weiter Grenzen wechseln, jedoch ist es aus wirtschaftlichen Gründen und für die leichtere Durchführbarkeit des Prozesses vorteilhaft, ziemlich verdünnte Lösungen zu verwenden. So wurden z. B. Auslaugeflüssigkeiten, die etwa 2 bis 10 /p HCl oder HIS04 enthielten, mit Erfolg ver wendet. Bei Verwendung einiger der Oxyda tionsmittel hat es sich jedoch gezeigt, dass Konzentrationen,. die von den oben ange führten verschieden sind, wirksamer sind. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und zur Vermeidung anderer schädlicher Einflüsse sollte man jedoch stark konzentrierte Säuren vermeiden.
Bei Verwendung konzentrierter HCl und HIS04 greift die Säure leicht das Titanmetall selbst an.
Der Grund weshalb die Anwesenheit eines Oxydationsmittels in der sauren Auslauge flüssigkeit ein im Hinblick auf die Weiter verarbeitung verbessertes Titanmetall liefert, ist zur Zeit nicht klar. Man nimmt an, dass das Oxydationsmittel mit dem beim Aus laugen möglicherweise entwickelten Wasser stoffgas reagiert und dieses daran hindert, vom Titan absorbiert zu werden. Ferner ist es möglich, dass das Oxydationsmittel selbst bevorzugt reduziert wird und dass seine Reduktionsprodukte vom Titanmetall nicht absorbiert oder eingeschlossen werden. Die Auslaugung kann in einem ziemlich weiten Temperaturbereich durchgeführt wer den.
Um eine wirksame Entfernung der Ver unreinigungen zu ermöglichen, ist es unter den meisten Bedingungen empfehlenswert, die Auslaugung bei etwa Zimmertemperatur zu beginnen. Die Auslaugung ist gewöhnlich von einer Temperatursteigerung begleitet, doch scheint dies keine schädigende Wirkung zu haben.
Durch die folgenden Beispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Beispiel <I>I</I> 70 Teile einer Probe von metallischem Titan, die erhalten wurde durch Umsetzung von Titantetrachlorid mit geschmolzenem Magnesiummetall und die mit metallischem Magnesium und Magnesiumchlorid verun reinigt ist, wird ausgelaugt. Als Auslaugungs- flüssigkeit verwendet man 1460 Teile einer Lösung, die 44 Teile HIS04 und 292 Teile NaC103 enthält.
Diese Mengen entsprechen Konzentrationen von 36/" H2804 und 20 NaC103. Während der ersten halben Stunde wird die Säure langsam zugegeben, wonach man die Auslaugung weitere 4 Stunden bei etwa 24 bis 47' C fortsetzt. Nach dieser Zeit wird das Titanmetall aus der Lösung heraus genommen, mit Wasser gewaschen und etwa 3 Stunden bei etwa 150 C getrocknet. Es wird praktisch alles Magnesium und Magne- siumchlorid ausgelaugt.
Das Titanmetall wird nun in eine Lichtbogenschmelzanlage übergeführt, geschmolzen und das geschmol zene Metall zu Masseln gegossen. Die Masseln haben eine Brinellhärte von 220. Während des Schmelzens ergäben sich keine Schwierig keiten in der Aufrechterhaltung eines sta bilen Lichtbogens, und es fand praktisch kein Spritzen des schmelzenden Metalls statt.
<I>Beispiel I1</I> Die gleiche Menge einer andern Portion des im Beispiel I verwendeten unreinen Me talls wird einer andern Säureauslaugüng unterworfen, um metallisches Magnesium und Magnesiumchlorid zu entfernen. Die ver- wendete saure Auslaugungsflüssigkeit be steht aus 1500 Teilen einer Lösung, die 150 Teile H,S04 und 150 Teile KMn04 enthält. Die Auslaugung dauert 4 Stunden bei etwa 34 bis 44' C. Sowohl die Auslaugung, als das anschliessende Schmelzen im Lichtbogen und das Giessen erfolgen, wie im Beispiel I be schrieben.
Wiederum ergeben sich während des Schmelzens keine Schwierigkeiten und der GussbIock hat eine Brinellhärte von 140: Beispiel III Eine weitere Probe des in den vorange henden Beispielen verwendeten unreinen Titanmetalls wird mit 1450 Teilen einer Lö sung, enthaltend 70 Teile H1S04 und 140 Teile H202 ausgelaugt. Das abgetrennte Titanmetall wird gewaschen, getrocknet, im Lichtbogen geschmolzen und gegossen.
Der Gussblock hat eine Brinellhärte von 210.
<I>Beispiel I</I> V Man wiederholt das im Beispiel I be schriebene Verfahren, verwendet jedoch<B>1500</B> Teile einer Lösung, die 45 Teile HCl und 45 Teile K,Cr20, enthält. Wiederum lässt sich das Titanmetall im Lichtbogen gut schmelzen.
Beispiel V <I>.</I> Eine weitere Probe des unreinen Titan metalls wird wie im Beispiel I behandelt, aber mit 1600 Teilen einer Lösung, die 180 Teile T'C14 enthält. Wiederum werden die Verunreinigungen entfernt und eine befrie digende Schmelzung im Lichtbogen erzielt. Die Brinellhärte des Giesslings ist 140.
Beispiel V1 Man wiederholt das Verfahren des Bei spiels I mit 1400 Teilen einer Lösung, -die 140 Teile H2S04 und 84 Teile K,03 enthält. Das Ergebnis ist gleich wie vorher beschrie ben und die Brinellhärte des Giesslings ist 137.
<I>Beispiel</I> VII Eine weitere Probe des unreinen Metalls wird, wie im Beispiel I mit 120 Teilen einer Lösung behandelt, die 36 Teile HCl und 180 Teile SnC14 enthält. Die Oberfläche des Titanmetalls wird von einem Belag über zogen, der sich leicht durch Auslaugen mit verdünnter Säure entfernen lässt.
Das Titan metall lässt sich dann in befriedigender Weise im Lichtbogen schmelzen.
Beispiel <I>V</I> III Eine weitere Probe unreinen Metalls wird in 900 Teile Wasser gebracht und Chlorgas durch die Lösung hindurchgeleitet. Das so behandelte metallische Titan lässt sich in befriedigender Weise im Lichtbogen schmel zen.
<I>Beispiel IX</I> Man verwendet die gleiche Arbeitsweise wie im Beispiel VIII, doch leitet man an Stelle von Chlorgas Sauerstoff durch die Lösung und setzt derselben während der ersten Stunde 28 Teile HCl zu.
Gleiche Ergebnisse wie in den vorstehen den Beispielen erhält man auch mit Ozon, Brom, Na2Cr04, Chromsäure, Mn02, Pb02, NaC104, NaC10, KBr03 und CuSO4.
Zu Vergleichszwecken und zur Darstel lung der Wirksamkeit des erfindungsgemässen Verfahrens wurde eine weitere Probe des im Beispiel I verwendeten unreinen Titanmetalls mit der gleichen Menge Schwefelsäurelösung, wie im Beispiel I, die jedoch kein Oxyda tionsmittel enthielt, ausgelaugt.
Obschon die Verunreinigungen, wie Magnesiummetalle und Magnesiumchlorid offensichtlich ent fernt wurden, konnte das Titanmetall nicht in geeigneter Weise im Lichtbogen geschmol zen werden, da das Metall stark spritzte und der Lichtbogen während des Schmelzpro zesses nicht stabil gehalten werden konnte.
Durch die Beispiele und die vorangehende Beschreibung wurde klar belegt, dass das erfindungsgemässe Verfahren es gestattet, Verunreinigungen wie z. B. Magnesiumme- tall und Magnesiumchlorid aus Titanmetall durch Auslaugen mit einer sauren, ein Oxy dationsmittel enthaltenden Lösung, zu ent- fernen. Die durch diese Auslaugung erhal tenen Produkte eignen sich besonders zum anschliessenden Schmelzen im Lichtbogen.
Ferner wurde gezeigt; dass es möglich ist, diese Entfernung durch ein Auslaugungsver- fahren zu bewerkstelligen, das einfach und wirtschaftlich ist, und keine komplizierten Einrichtungen oder grosse Mengen. zusätz liche Reinigungsmittel erfordert.