DE1022807B - Verfahren zur Herstellung von Magnesiumlegierungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Magnesiumlegierungen Die Erfindung betrifft Magnesiumlegierungen und insbesondere ein Verfahren zur Einführung von Thorium in Magnesiumschmelzen zwecks Herstellung von Magnesiumthoriumlegierungen.
• Bei dem Versuch, Legierungen aus Magnesium und Thorium nach den üblichen Verfahren in der Weise herzustellen, daß man eine reduzierbare Thoriumverbindung mit geschmolzenem Magnesium im Überschuß gegenüber der stöchiometrischen Menge nach der Gleichung umsetzt Th F4 -E- 2 Mg = 2 Mg F2 + Th, wodurch Thorium in situ mit dem Überschuß des geschmolzenen, nichtoxydierten Magnesiums frei wird, taucht die Schwierigkeit auf, daß der Wirkungsgrad der Legierungsbildung insofern klein ist, als nur ein verhältnismäßig geringer Teil (unter 10 °/o) der Thoriumverbindung mit dem nichtoxydierten Teil des Magnesiums legiert wird.
• Hauptziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Legierungen des Magnesiums mit Thorium durch Umsetzung einer reduzierbaren Thoriumverbindung mit geschmolzenem Magnesium, wodurch der Wirkungsgrad der Legierungsbildung erhöht wird. Weitere Ziele gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.
• Die Erfindung gründet sich auf der Entdeckung, daß man bei Verwendung von Thoriumtetrafluorid als der Thoriumquelle und bei Bildung einer Schmelze dieses mit den Chloriden eines oder beider Alkalimetalle Kalium und Natrium eine Zusammensetzung erhält, die Magnesiumthoriumlegierungen mit erhöhtem Wirkungsgrad in bezug auf die Thoriumausnutzung ergibt, wenn man diese Zusammensetzung der reduzierenden Wirkung geschmolzenen Magnesiums in einer Menge unterwirft, die einen erheblichen Überschuß gegenüber der obenerwähnten stöchiometrischen Menge im Hinblick auf den Thoriumtetrafluoridgehalt der Zusammensetzung darstellt. Die Erfindung soll im folgenden näher beschrieben werden.
• Bei der praktischen Durchführung werden für jedes Mol Thoriumtetrafluorid 3 bis 7 Mole Alkalichlorid, und zwar entweder Kaliumchlorid oder Natriumchlorid oder beide benutzt. Nach einem solchen Verfahren bringt man diese Stoffe wie folgt zusammen, um die Reduktion des Thoriumtetrafluorids zu bewirken und das bei der Reduktion freigesetzte Thorium mit Magnesium zu legieren: Man schmilzt die erforderliche Menge Alkalichlorid in einem geeigneten Eisen- oder Stahltiegel und gibt zu diesem geschmolzenen Chlorid unter Rühren die erforderliche Menge Thoriumtetrafluorid. Das Thoriumtetrafluorid löst sich in dem geschmolzenen Allalichlorid schnell auf. Die so erhaltene Salzschmelze wird auf so hoher Temperatur, z. B. etwa 700 bis 870°, gehalten, daß Magnesium darin schmelzen kann, worauf das Magnesium zu dieser Salzschmelze in einer Menge gegeben wird, die gegenüber der obigen Gleichung hinsichtlich des Verhältnisses von Mg zu ThF4 einen Überschuß darstellt. Vorzugsweise wird außerdem ein bei der Magnesiumschmelze übliches Flußmittel in kleiner, z. B. 0,5 bis 2 Gewichtsprozent des Magnesiums, entsprechender Menge zugegeben, um das Magnesium vor dem Angriff der Atmosphäre zu schützen, während es geschmolzen und mit dem ThF4 in der Salzschmelze umgesetzt und schließlich mit dem Thorium legiert wird. Die erhaltene geschmolzene Mischung wird kurze Zeit, z. B. 2 bis 20 Minuten, gerührt, während welcher Zeit das Thoriumtetrafluorid reduziert und das freigesetzte Thorium mit dem Magnesium legiert wird, das in der Schmelze in größerer Menge vorhanden ist, als zur Reduktion erforderlich war. Nach dem Rühren der geschmolzenen Mischung läßt man sie wenige Minuten, z. B. 5 Minuten, absetzen, worauf der erhaltene obenschwimmende Metallregulus, der aus einer Magnesiumthoriumlegierung besteht, von der untenschwimmenden Salzmasse durch Dekantation oder auf andere Weise abgetrennt wird.
• Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
• Beispiel 1 Etwa 6,75 kg Kaliumchlorid werden geschmolzen und unter Rühren mit 9 kg festem Thoriumtetrafluorid versetzt. Das Thoriumtetrafluorid löst sich in dem geschmolzenen Kaliumchlorid schnell unter Bildung einer schwach viskosen Salzschmelze auf, die 3,06 Mole K Cl je Mol ThF4 enthält. Die geschmolzene Salzschmelze wird in einen Tiegel gegossen, der 27 g geschmolzenen Magnesiums bei 720° enthält, worauf der Inhalt des Tiegels 5 Minuten gerührt wird. Unter fortgesetztem Rühren steigt die Temperatur infolge der frei werdenden Wärme bei der Reduktion der Thoriumverbindung durch Magnesium zu metallischem Thorium auf etwa 760°, wobei sich ein Teil des Thoriums mit dem verbleibenden Magnesium legiert. Das Rühren wird weitere 5 Minuten fortgesetzt und das Gemisch 15 Minuten bei 760° belassen, worauf sich die thoriumhaltige Magnesiumlegierung als geschmolzener Metallregulus abscheidet, der auf dem Salzbad schwimmt. Die obenschwimmende Legierung wird dekantiert und zu einem Block vergossen. Sie enthält auf Grund der Analyse 9,38 °/o Thorium. Wenn alles verfügbare Thorium sich mit allem verfügbaren Magnesium legiert hätte, müßte der Block auf Grund der Berechnung 20,10/, Thorium enthalten. Der Wirksamkeitseffekt der Legierungsbildung beträgt auf Grund dieser Berechnung Beispiel 2 27 kg Magnesium werden unter dem Schutz von 0,45 kg eines Magnesiumflußmittels, das aus 28 Gewichtsteilen Ca 02, 57 Teilen KCl, 12,5 Teilen Ba Cl, und 2,5 Teilen CaF2 besteht, geschmolzen. Thoriumtetrafluorid und Kaliumchlorid werden in einem Verhältnis von 4 Molen K Cl j e Mol Th F4 verschmolzen. Die erhaltene Salzschmelze läßt man fest werden, um sie dadurch in Klumpen von der Größe einer Faust zu zerbrechen. 18 kg dieser Klumpen der verfestigten Salzschmelze aus ThF4 und KCl werden zu dem geschmolzenen Magnesium bei etwa 760° gegeben, worauf 20 Minuten gerührt wird. Während des Rührens werden weitere 21/4 kg Magnesiumflußmittel zugegeben, um das Magnesium vor dem Angriff der Atmosphäre zu schützen. Bei der eintretenden Reaktion wird Thorium aus der ThF4 KCl-Masse in Freiheit gesetzt, worauf sich ein Teil des Thoriums mit dem verbleibenden 5 Magnesium legiert. Die umgerührte Mischung wird 10 Minuten bei 760° belassen, damit sie sich in Schichten absetzt. Die erhaltene geschmolzene thoriumhaltige Magnesiumlegierung schwimmt auf dem Salzbrei, von dem sie dekantiert und zu einem Block vergossen wird. Der 1o Thoriumgehalt beträgt auf Grund der Analyse 15 °/o. Wenn alles verfügbare Thorium sich mit allem verfügbaren '.Magnesium legiert hätte, würde der Block 20,2 °/o Thorium enthalten. Der Legierungsgrad auf dieser Grundlage beträgt Eine Reihe weiterer Versuche wurde unternommen, um die Wirkung des Molverhältnisses von Alkalichlorid zu Thoriumtetrafluorid auf die Legierungsbildung bzw. deren Ausmaß festzustellen. Bei allen Untersuchungen wurde das Thoriumtetrafluorid in den Alkalichloridschmelzen in solchen Mengen aufgelöst, daß diese verschiedene Molverhältnisse von Alkalichlorid zu ThF4 aufwiesen. Zu diesen wurde dann das Magnesium unter Rühren bei Temperaturen zwischen 700 und 870° gegeben. Die erhaltenen Gemische aus Magnesiumthoriumlegierung und Salzschmelze wurden absitzen gelassen, die Legierungen dann dekantiert, zu Blöcken vergossen und auf Thorium analysiert. Der Wirkungsgrad der Legierungsbildung wurde wie im Beispiel 1 und 2 berechnet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Daraus geht hervor, daß eine Erhöhung des Molverhältnisses von Alkalichlorid zu Thoriumtetrafluorid eine starke Erhöhung des Wirkungsgrades der Legierungsbildung zur Folge hat, wenn das Verhältnis über 3 liegt. Dieser Wirkungsgrad erreicht ein Maximum bei einem Verhältnis zwischen etwa 4 und 6 und sinkt ab, wenn das Verhältnis über 7 ansteigt. Das beste Verhältnis liegt bei etwa 4,5.
• Nach dem vorstehenden Verfahren können Magnesiumthoriumlegierungen mit verschiedenen Thoriummengen hergestellt werden, wobei der Wirkungsgrad der Thoriumausnutzung gesteigert ist. So können z. B. Magnesiumthoriumlegierungen mit 0,1 bis 35 °/o Thorium oder mehr in Abhängigkeit von der angewandten Magnesiummenge zum Thoriumtetrafluorid hergestellt werden. Vorzugsweise werden wenigstens 12 Mole Magnesium je Mol Thoriumtetrafluorid angewandt. Es können aber auch bis zu 1000 Mole Magnesium je Mol Thoriumtetrafluorid angewandt werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von thoriumhaltigen Magnesiumlegierungen durch Umsetzung geschmolzenen Magnesiums mit Thoriumtetrafluorid in Gegenwart eines Alkalichlorids, wodurch das durch Reduktion freigesetzte Thoriummetall mit Magnesium legiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Salzschmelze von Kalium- und/oder Natriumchlorid, die Thoriumtetrafluorid in einem Verhältnis zwischen 3 und 7 Molen Alkahchlorid je Mol Thoriumtetrafluorid enthält, der reduzierenden Wirkung von geschmolzenem Magnesium unterworfen wird, wobei die Zahl der Mole Magnesium 12- bis 1000mal so groß wie die Zahl der Mole Thoriumtetrafluorid ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalichlorid Kaliumchlorid ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalichlorid Natriumchlorid ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 987 541.