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Verfahren zur Herstellung von Legierungen aus Blei und Alkalimetall
Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Herstellung von Legierungen
aus Blei und Alkalimetall, insbesondere von solchen Legierungen, weiche bei der
Herstellung organischer Bleiverb-indungen., vor allem von Bleitetraäthyl, verwendet
werd;e@n:.
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Die: Mononatriumlegierungen des Bleies, der Formel PbNa entsprechend,
enthalten im wesentlichen 90% Blei und 10°/o Natrium (Gewichtsprozent) und werden,
zur Zeit durch Vermischen der beiden. Metalle im geschmolzenen Zustand hergestellt.
Das für diese Legierungen verwendete Natrium wird fast immer durch Schmelzelektrolyse
eines Natriumsa.lzes erhalten.
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Man hat verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um die Alkalimetalle
aus den verdünnten, durch die Elektrolyse wäßriger Lösungen der Alka.lisalze in
Zellen mit OQuecksilbeirkathoden erhaltenen Amalgamen abzutrennen.
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Diese! Verfahren weisem jedoch alle die Schwierigkeiten auf, welche
eine; Folge der großen Affinität der :l,ll;a.limeta:llet zu Oue:cksilber sind, was
die Trennung beschwerlich macht.
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Für die: Herstellung von Metallegierungen mit erhöhtem Schmelzpunkt
ist es bekannt (deutsche Patentschrift 448 681), Quecksilber zuzufügen, um diese
Metalle in. Lösung als Amalgame zu bringen und dann das Quecksilber abzudestillieren.
Dieses Verfahren hat keine Bedeutung für die Herstellung von Pb Na-Legierungen,
wenn man von reinen; Metallen ausgeht, deren Schmelzpunkte niedriger als der Siedepunkt
des 0u.ecksilbers sind. Es ist auch bekannt (österreichische- Patentschrift 83169),
kleine Mengen Quecksilber gegeb.enenfaJ1s als Alkaliamalgam zuzufügen, um die Eigenschaft
des Bleies zu ändern, aber nicht zu dem Zweck, das Quecksilber von. den Alkalimetallen
zu trennen.
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Die Erfindung hat ein Verfahren zum Ziel, welches erlaubt, Legierungen
aus Blei und Alkalimetallen zu erhaltene, wobei von Alkäliamalgamen, insbesondere
von dein durch Elektrolyse erhaltenen Amalgamen. ohne Abtrennung des Alkalimetalls
in isoliertem Zustand ausgegangen; wird..
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Es beruht auf der Eigenüs;cha£t des Bleies, in für die Destillation,
günstiger Weise die Partialdrücket von Quecksilber und Alkalimetall der aus Quecksilber
und Alkalimeta.ll bestehenden binären Legierungen zu ändern..
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Wenn man durch Destillation. das in einem Alkalia.ma:lgam enthaltene
Quecksilber beseitigt, verringert sich der Partialdrück des Quecksilbers sehr stark
mit dem Quecksilbergehalt des Amalgams. Dieser Partialdruck ist nur 8 mm Hg bei
500° C für ein Amalgam, dessen Gehalt an Quecksilber 0,1 Atom g/Hg/Atorn g Quecksilber
oder 500 g Hg/kg (Na.+Hg) ist. Wenn aber diese Legierung von. 50 Gewichtsprozent
Quecksilber noch Blei in denn Atomverhältnis Na.Pb=1 enthält, ist der Partiald.ru:ck
des Quecksilbers 220 mm Hg.
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Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren. zur Herstellung von Legierungen
aus Blei und einem Alkalimetall unter Ausgehen von in Zellen mit: Ou:ecksilberkatho:de
erhaltenen Elektrolyseamalgatnen darin, da,ß Blei in dem Amalgam gelöst und das
Onecksilber der ternären Legierung durch Destillation entfernt wird.
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Die Erfindung ist auf die Herstellung von Legierungen des Bleies mit
einem oder mehreren Alkalimetallen anwendbar, aber um das Verständnis des Verfahrens
zu erleichtern, soll die Erfindung im nachstehenden in ihrer Anwendung auf die Herstellung
von Blei-Natrium-Legierungen. beschrieben werden.
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Dass Auflösen. des Bleies in dem Amalgam findet vorteilhafterweise
in dar Wärme statt. Nach beendeter Auflösung wird das ternäre Amalgam zur Entfernung
des Ouecks.ilbers destilliert, welches man kondensiert, sammelt und zu den Elektrolysezellen:
zurückleitet. Eine nur noch Quecksilberspuren enthaltende Blei-Natrium-Legierung
wird als Destil.lationsrückstand erhalten.
Das destillierte und
in die Elektrolysezellen zurückgeführte Quecksilber darf nur geringe Mengen Natrium
enthalten. Aus diesem Grunde beschränkt man vorzugsweise das Verhältnis Atom Na
zu Atom. Pb in der Legierung auf einen Wert zwischen 3 und 0,1. Die, besonders zur
Herstellung von Bleitetraäthyl geeignete Legierung kann unmittelbar in der gewünschten.
Konzentration hergestellt werden. Man kann auch eine an. Natrium mehr oder weniger
konzentrierte" Legierung herstellen:, deren Zusammensetzung man anschließend durch.
Auflösen einer neuen Menge Blei oder Natrium verändern kann.
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Die Einführung des Bleies muß nicht notwendigerweise in das verdünnte.
Elektrolyseamalgam bewirkt werden. Mitunter ist es vorteilhaft, einen Teil des Ouecksilbers
aus dein verdünnten Amalgam zu entfernen, um das Amalgam an, Natrium anzureichern
und dann das Blei zuzuführen. Der Zusatz des Bleies kann auf einmal oder in mehreren.
Portionen erfolgen, wobei die sich aus der Einführung des Bleies ergebenden Vorteile
um so deutlicher ergeben, je reicher an Natrium das der Destillation unterworfene
Amalgam ist.
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Die, kontinuierliche, Destillation des in dem ternären Amalgam Ouecksilber-Blei-Natrium
enthaltenden Ouecksilbers kann in einem Rieseldestillator ausgeführt werden, worin
das Amalgam über eine Metallwand fließt, durch welche die zur Verdampfung des Quecksilbers
erforderlichen Kalorien übertragen werden. Diese, Vorrichtung besitzt den. Vorzug,
die Destillation. in dünner Schicht zu ermöglichen., und vermeidet so, die Destillatio:nsstöße.
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Man kann auch die kontinuierliche Destillation in einer oder mehreren
Stufen in. Verdampfern, mit oder ohne darüber angeordneten, Austreibkolonnen bewirken.
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Die: Mehrstufendes.tillation besitzt den. Vorzug, einen großen. Teil
des. Quecksilbers bei einem Druck in. der Nähe des atmosphärischen zu verdampfen.
Sie ermöglicht außerdem die Entfernung des Quecksilbers aus der schließlichen Blei-Natrium-Legierung
viel weiter zu treiben.
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Die; Vorteile der Erfindung werden an den Beispielen erläutert, welche
sie jedoch keineswegs be# schränken. Beispiel 1 In dem auf 0,5 Gewichtsprozent Natrium
verdünnten und aus Elektrolysezellen mit Quecksilberkathode herauskommenden Amalgam
löst man unter Bildung einer ternären. Legierung in: einer solche Weise Blei auf,
daß das Verhältnis der Konzentrationen an- Natrium und an Blei gleich 0,5 Atom Na
zu Atom Pb ist.
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Dieses Amalgam wird in kontinuierlicher Weise in einen mit einer Temperatur
von 550° C und einem Druck von: 100 mm Hga arbeitenden Verdampfer eingeführt. Die,
herausgehenden. Dämpfe werden, durch Abkühlen kondensiert, und das Kondensat, welches
nur ein 1,0 Atomo%o Natrium enthaltendes Quecksilber darstellt, wird in die Elektrolysezelle
zurückgeleitet.
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Von: dem Verdampfer zieht man in stetiger Weise eine binäre Blei-Natrium-Legierung
ab, welche etwa der Formel Pb2 Na entspricht und nur 2 Atomprozent Quecksilber enthält.
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Beispiel 2 Zu verdünntem aus den Elektrolysezellen herauskommendem
Amalgam mit 0"5 Gewichtsprozent Natrium wird Blei derart unter Bildung eines ternären
Ama,lgäms von solcher Zusammensetzung zugefügt, daß das Verhältnis dar Konzentration
an Natrium und an Blei gleich 1 Atom Na zu 1 Atom Pb ist.
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Diese ternäre Legierung wird am Kopfe eines Rieseldestilla,tors eingeführt
und gleichförmig über die innere Fläche des von außen erhitzten Apparats verteilt.
Diei Vorrichtung arbeitet unter normalem Druck von 760 Hga, und die Temperatur schwankt
zwischen 370 und 550° C von oben bis unten.
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Die herausgehenden Dämpfe. werden kondensiert und das aus praktisch
reinem Quecksilber bestehende Kondensat zur Elektrolyse zurückgeführt.
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Die flüssige ternäre aus dem Destillator herauskommende Legierung
besitzt folgende Zusammensetzung: Natrium . . . .. . . . . . . . 41 Atomprozent
Blei . .. . . . . . . . . .. . . . 41 Atomprozent Quecksilber . ....... 18
Atomprozent. Diese Legierung wird stetig in den Kessel eines bei 550° C unter einem
Druck von 10 mm Hga arbeitenden Verdampfers eingeführt. Das verdünnte, durch Kondensation
der aus diesem Verdampfer herausgehenden Dämpfe erhaltene Amalgam besitzt eine Konzentration
an Natrium von 5 Atomprozent. Dieses Amalgam wird mit dem aus der Elektrolyse herauskommenden
Amalgam vermischt, um dann in dem Rieseldestilla.tor nach Zusatz von Blei behandelt
zu werden. Die flüssige, vom Fuß des Destillatorverdampfers abgezogene Legierung
entspricht der Formel PhNa, und ihr Gehalt an Quecksilber ist nur 2 Atom°/oo* Augenscheinlich
bestehen zahlreiche Abänderungen für die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Die! Rieseldestillatoren können durch Destillatorverdampfer und umgekehrt ersetzt
werden. Übrigens kann bei den Destillationsverfa@hren mit mehreren Stufen eine fast
reine, durch Kondensation der aus einer ersten Stufe herausgehenden Dämpfe erhaltenem:
Quecksilberfraktion für das Niederschlagen von in einer späteren Stufe erzeugten,
Dämpfen. be7 nutzt werden. Diese Arbeitsweise erlaubt das Verringern. der Konzentration.
an Natrium in den herausgehenden Dämpfen in der letzten Stufe und vermeidet so,
dien fraktionierten. Kondensationen und die Hindernisse, welche sich aus der Bildung
fester Amalgame ergeben können.