Verfahren zur Reinigung von elementarem Bor Die vorliegende Erfindung bezweckt die Herstel lung von elementarem Bor mit verbessertem Rein heitsgrad.
Es sind bereits verschiedene Methoden für die Herstellung von elementarem Bor vorgeschlagen wor den, von denen zwei genannt sein mögen, nämlich die Elektrolyse von gewissen torhaltigen Salzen bei hohen Temperaturen sowie die direkte Reduktion von Boroxyd mit Magnesium (wie dies ursprünglich von Moissan beschrieben wurde). Das anfallende Rohpro dukt wird im allgemeinen gründlich mit heisser Säure ausgelaugt, enthält jedoch auch dann in den meisten Fällen mindestens 8 % Verunreinigungen.
Gemäss vorliegender Erfindung lässt sich ein be trächtlicher Teil dieser Verunreinigungen entfernen durch Erhitzen des unreinen Bors mit einem Reak tionsmittel, welches Borfluorid, Fluorwasserstoff, ein Ammonium- oder Alkalimetallfluorid oder eine Mi schung bzw. Kombination von zwei oder mehreren dieser Verbindungen enthält, vorzugsweise bei einer Temperatur von 300-1000 C, sowie vorzugsweise in einer in bezug auf Bor inerten Atmosphäre, zweck mässig bei subatmosphärischem Druck, und durch Auslaugen des Produktes mit heisser Säure.
Als Ausgangsmaterial kommt rohes Bor in Frage, wobei man auslaugbare Verunreinigungen vorzugs weise zuerst wenigstens teilweise durch Behandlung mit heisser Säure entfernt.
Als bevorzugtes Reaktionsmittel wird man eine Mischung von KBF4 und KHF.., insbesondere unter Zugabe von KF, verwenden.
Die zu verwendende Menge an Reaktionsmittel kann weitgehend schwanken, wobei festgestellt wor- den ist, dass selbst eine geringfügige Menge von 5 % (bezogen auf das Gewicht des Bors) hinreicht. Vor zugsweise wird man indessen 50-200 0/a Reaktions mittel verwenden, doch reichen im allgemeinen<B>10</B> bis 20% Reaktionsmittel aus,
es sei denn, dass ein maxi- maler Reinheitsgrad erreicht werden soll.
Der Erhitzungsprozess wird vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre, z. B. Helium oder Argon, oder in einer reduzierenden Atmosphäre, z. B. Wasserstoff, durchgeführt. Das Reaktionsgefäss sollte zweck mässigerweise derart gebaut sein, dass man es eva kuieren kann, wobei die Eliminierung von Sauerstoff durch Erhitzen in Anwesenheit der Reaktionsmittel bei vermindertem Druck erleichtert wird.
Die Dauer des Erhitzens kann verhältnismässig kurz sein. Zufriedenstellen.de Resultate konnten in manchen Fällen bei einem Röstprozess von lediglich 30 Minuten oder weniger erzielt werden. Röstzeiten, welche 60 Minuten überschreiten, scheinen keine weitere Verbesserung des Reinheitsgrades des Pro duktes mit sich zu bringen.
Nach dem erfindungsgemässen Erhitzungsprozess wird das behandelte Material ausgelaugt, um die Reaktionsprodukte und etwa noch vorhandenes, un verändertes Reaktionsmittel zu entfernen. Dies ge schieht vorzugsweise in ähnlicher Weise, wie das Aus laugen in den bereits bekannten Methoden erfolgt. Zuerst können die wasserlöslichen Materialien durch Extraktion mit Wasser entfernt und der Rückstand z. B. während 3 Stunden mit 20 1/o Salzsäure zum Sieden erhitzt werden, worauf gewaschen und ge trocknet wird.
Es wurde festgestellt, dass ein derartiges Auslau gen nach dem Erhitzen gemäss vorliegender Erfin dung die Verunreinigungen zu entfernen vermag, und zwar jene Verunreinigungen, welche bisher durch eine gleiche Auslaugoperation, welche vor dem Er- hitzungsvorgang erfolgte, nicht entfernt werden konnten.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders für die Beseitigung von Magnesium, welches als primärer Verunreinigungsfaktor bei der Herstellung von elementarem Bor nach Moissan gilt, geeignet. Die Leichtigkeit und Wirtschaftlichkeit, mit welcher Magnesium nach dem erfindungsgemässen Verfahren entfernt werden kann, gestatten somit ,eine wesent liche Verbesserung gegenüber dem Moissanverfahren. Ein Studium der Literatur zeigt, d'ass das Moissan- verfahren einen maximalen Reinheitsgrad des erzeug ten Bors mit sich bringt bei einem B203/Mg-Gewichts- verhältnis von etwa 3.
Wird dieses Verhältnis redu ziert, so wird gewöhnlich die Menge an anderen Ver unreinigungen im Endprodukt reduziert, während die Verunreinigung an Magnesium zunimmt. Es wurden nun hervorragende Resultate unter Verwendung im Moissanverfahren eines Verhältnisses von BA/Mg von 1,5 zu 2,0 bei nachfolgender Reinigung nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzielt.
Nachstehend sei eine Ausführungsform der Er findung beschrieben. Das Reaktionsgefäss besteht aus einem verlän gerten Zylinder, welcher an seinem oberen Ende einen Deckel aufweist, wobei eine Verschlussdichtung und Mittel, dank welchen die Abschlussdichtung kalt bleibt, während der untere Teil des Gefässes erhitzt wird, vorgesehen sind. Ein Gemisch von unreinem Bor und Reaktionsmittel, z. B. Kaliumfluoborat und Kaliumhydrogenfluorid, welche letztere fein verteilt bzw. gepulvert sind, wird in das Gefäss eingefüllt oder vorzugsweise in ein Schiffchen eingetragen, welches dann in das Gefäss eingeführt wird.
Das Gefäss wird hierauf evakuiert, mehrmals mit inertem Gas durch flutet und schliesslich evakuiert oder mit inertem Gas gefüllt und rasch während ungefähr einer halben Stunde auf die ,gewünschte Temperatur erhitzt. Das gekühlte Produkt wird gründlich mit heisser 20%iger Salzsäure ausgelaugt, gewaschen und getrocknet.
Einige typische Resultate werden in der folgenden Tabelle gezeigt. In jedem Fall enthielt das Ausgangs- material 89,1% Bor, 7,8% Magnesium und 3,10/0 andere Verunreinigungen als Magnesium. Als Ver fahren gelangte die modifizierte Moissanmethode unter Verwendung eines B203/M5 Verhältnisses von 2 zur Anwendung.
Die Reaktionsmittelzusammen- setzung ist in Gewichtsteilen pro 100 Teile behan deltes Bor angegeben.
EMI0002.0044
<I>Tabelle</I>
<tb> Reaktionsmittelzusammensetzung <SEP> Produkt
<tb> Beispiel
<tb> KBF4 <SEP> KHF2 <SEP> KF <SEP> BF3 <SEP> HF <SEP> % <SEP> B <SEP> % <SEP> Mg <SEP> iö <SEP> andere
<tb> Verunreinigungen
<tb> - <SEP> (unbehandelt)- <SEP> 8-9,1 <SEP> 7,8 <SEP> 3,1
<tb> A <SEP> 50 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 95,5 <SEP> 2,9 <SEP> 1,6
<tb> B <SEP> - <SEP> 50 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 96,3 <SEP> 2,3 <SEP> 1,4
<tb> C <SEP> 100 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 96,3 <SEP> 1,6 <SEP> 2,1
<tb> D <SEP> - <SEP> 100 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 96,5 <SEP> 1,4 <SEP> 2,1
<tb> E <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 96,7 <SEP> 0,9 <SEP> 2,
4
<tb> F <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 97,0 <SEP> 0,7 <SEP> 2,3
<tb> G <SEP> 200 <SEP> 200 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 93,9 <SEP> 0,6 <SEP> 5,5
<tb> H <SEP> - <SEP> - <SEP> 50 <SEP> - <SEP> - <SEP> 94,0 <SEP> 5,2 <SEP> 0,8
<tb> 1 <SEP> - <SEP> - <SEP> 100 <SEP> - <SEP> - <SEP> 94,3 <SEP> 4,6 <SEP> 1,1
<tb> J <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> - <SEP> - <SEP> 97,0 <SEP> 1,3 <SEP> 1,7
<tb> K <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Gas <SEP> - <SEP> 94,1 <SEP> 3,5 <SEP> 2,4
<tb> L <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Gas <SEP> 91,4 <SEP> 6,2 <SEP> 2,4 In den Beispielen A-J wurde der Röstprozess während 40 Minuten in einer Argonatmosphäre bei etwa 0,4 mm Druck und bei 1000 C durchgeführt.
In den Beispielen K und L wurden die gasförmigen Reaktionsteilnehmer BF3 bzw. HF durch thermische Zersetzung von KBF4 bzw. KHF2 geliefert, wobei diese Verbindungen in einem Schiffchen eingeführt wurden. Sowohl in diesen als auch in den anderen Beispielen erfolgte der Röstprozess während 40 Minu ten bei 1000 C.
Aus der obigen Tabelle geht hervor, dass gewisse Reaktionsmittel, z. B. KBF4, KHFZ und Gemische davon, für die Entfernung von Magnesium besonders wirksam sind, während andere wiederum, z. B. KF, für die Beseitigung von anderen Verunreinigungen als Magnesium besonders geeignet sind. Gemische von Reaktionsmitteln aus diesen beiden Gruppen neigen dazu, die Vorteile beider zu vereinigen, wie dies das Beispiel J zeigt.
Selbstverständlich wäre es möglich, mehrere Behandlungen des Bors durch zuführen, indem man zuerst mit KF alle Verunreini gungen ausser Magnesium entfernt und hierauf mit einer Mischung von KBF4 und KHF, Magnesium beseitigt. Man kann auch in umgekehrter Weise ver fahren.