DE1069885B

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Publication number: DE1069885B
Application number: DENDAT1069885D
Authority: DE
Publication date: 1959-11-26

Description

DEUTSCHES

Zur Herstellung von Erdalkalimetallen können bekanntlich Erdalkalihydride erhitzt werden, wobei Wasserstoff abgespalten wird und das Erdalkalimetall in mehr oder weniger reiner Form, je nach dem Grade an Verunreinigungen des Hydrids, zurückbleibt. Bei der Destillation des so erhaltenen Metalls bleibt der größte Teil der Verunreinigungen zurück, jedoch ist ein sehr reines Metall auf diesem Wege nicht zu erhalten, da das Destillat stets Stickstoff enthält.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung reiner Erdalkalimetalle durch Erhitzen von Erdalkali'hydriden und Destillieren des erhaltenen Erdalkalimetalls, das darin besteht, die Einwirkung von Stickstoff auf das destillierende Metall durch Anwesenheit eines nitridbildenden Metalls zu verhindern. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß im Hydrid vorhandener Stickstoff nicht in das destillierende Metall übergeht, wenn der Erhitzung ein Ansatz unterworfen wird, der einen so großen Gehalt an Aluminium aufweist, daß der Stickstoff in Form von Aluminiumnitrid gebunden wird.

Neben der Spaltung der Erdalkalihydride in Wasserstoff und Erdalkalimetall laufen bei der thermischen Zersetzung noch eine Reihe anderer Umsetzungen ab; so geht Kohlenstoff, der in elementarer Form oder als Karbonat vorliegen kann, in ErdaJkalicarbid über, Schwefel in Sulfid und Siliciumverbindungen in Silicide. Während diese Umsetzungen alle zu Verbindungen führen, die erheblich weniger flüchtig sind als die Erdalkalimetalle, werden die Stickstoffverbindungen der Erdalkalimetalle gerade unter den Temperatur- und Druckbedingungen der Metallverdampfung gespalten und unter denen der Metallkondensation neu gebildet. Für die Herstellung reiner Erdalkalimetalle ist es daher von entscheidender 'Bedeutung, daß sich der Stickstoff im Destillationsrückstand an Aluminium binden läßt, da das entstandene Aluminiumnitrid eine so hohe Zersetzungstemperatur besitzt, daß die Destillation der Erdalkalimetalle ohne gleichzeitige Abspaltung von Stickstoff erfolgen kann. Es hängt nun von der im Ausgangshydrid enthaltenen Stickstoffmenge ab, welche Menge von Aluminium oder Aluminiumverbindungen, wie Tonerde, oder Aluminiumlegierungen, wie Calcium-Aluminium, dem zu destillierenden Ansatz zugemischt werden muß. Enthält das Ausgangshydrid Aluminium, so verringert sich entsprechend die zuzusetzende Menge an Aluminium; unter Umständen erübrigt sich ein besonderer Zusatz an Aluminium, wenn das Rohhydrid eine genügende Menge Aluminium enthält, um den vorhandenen Stickstoff als Nitrid zu binden. z.B. 1,52% Al und 0,28% N.

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Erdalkalimetallen

Anmelder: '

Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft,·

Leverkusen-Bayerwerk Γ

Dr. Engelbert Walaschewski, Leverkusen,

und Dr. Dieter Goerrig, Lohmar (Siegkr.),

sind als Erfinder genannt worden

Beim Erhitzen der Erdalkalihydride auf 1000 bis 1150° C unter Normaldruck werden etwa 50% des vorhandenen Wasserstoffs abgespalten, beim weiteren Erhitzen auf 1150 bis 1350° C der größte 'Teilu des restlichen Wasserstoffs unter Bildung mefhr oder weniger stark verunreinigter flüssiger , Erdalkalimetalle, die oberhalb 1400⁰C zu verdampfen beginnen und bei der bei 1600° C beendeten Destillation ein reines Metallkondensat liefern. Vorzugsweise wird das Verfahren bei vermindertem Druck ausgeführt, so daß die Spaltung und Destillation bei Temperaturen unterhalb 1000° C und Drucken von einigen hundert Torr unter 10~² Torr ,durchgeführt wird. ' '

Das so hergestellte reine, in Anwesenheit von Aluminium destillierte Erdalkalimetall enthält immer noch, wenn auch sehr geringe Mengen, Stickstoff. Das Auftreten dieser Stickstoffanteile wird .erfindungsgemäß vermieden, wenn der Metalldampf durch hochwirksame Staubabscheider geleitet wird, denn es stellte sich heraus, daß stickstoffhaltige staubförmige Anteile bei der Destillation aus dem Bodenkörper herausgerissen werden und bei der Kondensation im Metall eingeschlossen werden. Für diese Staubabscheider werden Kombinationen von Filtern verwendet, wie sie im Grobvakuum- und im Feinvakuumbereich angewendet werden.

Sehr geringe Anteile Stickstoff enthält auch das Erdalkalimetall, das nach sorgfältigster Filtration des Metalldampfes kondensiert wird. Erfindungsgemäß wird ein Erdalkalimetall, das praktisch völlig stickstofffrei ist, erhalten, wenn die Hydridzersetzung und Metalldestillation in Vorrichtungen vorgenommen wird, deren der Atmosphäre zugekehrte Wände kalt sind; es stellte sich nämlich heraus, daß die erwähnten

909 650/442

Claims

gefingen S'tickstoffgehalte durch Diffusion von Stick- mit einem wirksamen Calciumhydridgehalt von 72 bis

stoff durch heiße Gerätewandungen bedingt sind. Er- 73%· wird nach Zugabe von 0,125 kg einer 50% AIu-

findungsgemäß werden z. B. Vorrichtungen mit minium enthaltenden Aluminium-Calcium-Legierung

Doppelmänteln verwendet, zwischen denen Isolier- in vorstehend beschriebener Vorrichtung unter laufen-

matejial vorgesehen ist, das_:/eine Temperaturerhöhung 5, der Vakuumpumpe mit einer Saugleistung von 50m³/h

dgr,"Außenwände in engen Grenzen hält bzw., ganz, >. durch elektrische Heizung mit einer Heizleistung von

verhindert, wie sie von der ehemaligen I. G. Bitterfeld 8 kW erhitzt. Nach 3 Stunden sind eine Temperatur

für-die Destillation von Calcium verwendet wurden von 900° C und ein Druck von 0,1 Torr erreicht. Nach

(vgl.,yilrnanns Enzyklopädie der technischen Chemie, Einschaltung zweier Quecksilberdiffusionspumpen

3. Auflage, 4. Band, 1953, S.'834, 835. io wird bei voller Tieizleistung und unterhalb von

In der Zeichnung ist beispielsweise, eine Vorrich- 10—- Torr noch etwa 1 Stunde lang weiter erhitzt, bis

tung dargestellt, die zur Herstellung reinster Erd- die Temperatur plötzlich auf knapp 1000° C zu stei-

alkaljmetalle gemäß der Erfindung verwendet werden gen beginnt. Hierauf wird der Ofen abgekühlt, indem

kann. ' unter einem Druck von 6 at stehendes Argon mittels

■ In Abb. 1 bedeutet 1 ein mit Isolierung 2 wärme- 15 eines Umlaufkompressors durch den Ofen gepumpt

isoliertes Umsetzungsgefäß, in dessen Innerem ein ' wird. An der Kühlvorrichtung werden 8,1 kg Calcium-

Chromnickelgefäß 3 angebracht ist, das mit Hilfe der metall von 99,98%iger Reinheit erhalten,

elektrischen Heizung 4 auf Reaktionstemperatur ge- Die Gesamtanalyse ergibt:

bracht werden''kann. Am Boden des Umsetzungs- _r oaoso/

,.._.. . „ , . _ .... , , . Ua etwa 99,98%

gefaßesl ist eine Zuleitung 5 fur Argon oder em 20 _s ηηηςο/_η

anderes inertes Gas angebracht und am Kopf des Um- ,, , _nnnio;

..._n . . ^ö. .,„_... · -ir 1 Jja unter 0,001 %

setzungsgefaßes 1 ein Anschluß 6 fur eine Vakuum- ^₀. 0 0OS⁰/

pumpe. Von oben ragt· in das Innere des Umsetzungs- Na +'uulVre Xll-ali' ' * '

gefäßes 1 eine Kühlvorrichtung 7 mit Zu- und Ab- '^^ ; ; _(;

leitungsvoriichtungen 8 und 9 fur ein.Kältemittel, wie 25 g. ^^ 0 001%

Kühlwasser.. ,,An dieser, .Kühlvorrichtung 7 scheidet ^y unter 0001°/

sich das destillierte ''-Metall 10 ab. Das Ausgangs- _{y +} ^j_n _etwa _O'_QQ. _0/°

material 11 befindet sich am Boden des Chromnickel- _{Pe und anderc}· Metalle „_{nter 0}'_{001 o/o}

gefaßes 3. Das aus dem Ausgangsmaterial 11 heraus- _{N (;twa bis}

gestillierte Metall passiert in Gasform die Staubfilter 30 „ unter 0 001%

12. Zwischen dem Vakuumanschluß 6 und der Argon- ρ unter 0 001 °/

zuleitung 5 ist'außerhalb des Umsetzungsgefäßes eine υ etwa 0005°/

Umlauf pumpe 13 vorgesehen. Die. Abb. 2 zeigt in

Aufsicht und die Abb. 3 und 4 zeigen in Querschnitten Bei der Verarbeitung von, technischem Barium-Filtervorrichtungen für die Staubabscheidung, die im 35 hydrid mit einem wirksamen BaH₂-Geha.lt von 52% wesentlichen aus schräg gestellten Metallplatten 14 und bei der Verarbeitung von technischem Strontium- und einem Metallsieb 15 bestehen, wobei das Metall- hydrid mit einem wirksamen SrH,-Gehalt von 55% sieb 15 unter, wie in Abb. 3, oder über, wie in Abb. 4, in gleicher A¥eise werden analoge Ergebnisse erhalten. den schräegestellten Metallplatten 14 angebracht sein _
kann 40 Patentansprüche:

Die Abb. 5 und 6 zeigen in Aufsicht bzw. im Quer- 1. Verfahren zur Herstellung von Erdalkalischnitt eine weitere Ausführungsform eines Staub- metallen durch Destillation von Erdalkalihydriden, abscheiders, der im wesentlichen aus Lochplatten 16 dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung von mit gegeneinander versetzten Löchern und einem Stickstoff auf das destillierende Metall durch An-Metallsieb 15 besteht. 45 Wesenheit eines nitridbildenden Metalls verhindert "Eine weitere Ausführungsform eines Staubabsohei- wird.

ders zeigen die Abb.7 (Aufsicht) und 8 (Querschnitt). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-Er besteht im wesentlichen aus zwei oder mehr über- zeichnet, daß der Erhitzung ein Ansatz untereinander mit Abstand angebrachten konzentrischen worfen wird, der einen solchen Gehalt an Alumi-Ringscheiben 17, deren Durchmesser von oben nach 50 nium aufweist, daß der Stickstoff in Form von unten zunimmt, die von einer ebenfalls mit Abstand Aluminiumnitrid gebunden wird,
angebrachten Platte 18 abgedeckt sind; unter der Vor- 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrichtung befindet sich ein Metallsieb 15. rens mach Anspruch 1 und 2, in einer vakuumdichten, mit Doppelmänteln versehenen Destil-

. Beispiel 55 lationsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in

_Λη r λ ^ ι · ι /- ι · ι ι · ι ι τ dieser zur Vermeidung des Mitreißens von stick-

12,5-kg technisches Calciumhydrid der Zusammen- _stofrhaltigem Staub bei der Destillation Staubfilter

setzung (in Gewichtsprozent): angeordnet sind, vorzugsweise eine Kombination

Ca^83,19 O 5,71 P 0,01 Fe u. a. 0,80 von Filtern mit optimaler Wirksamkeit bei Nor-

H ■'· 3,62 N 0,88 Si 1,24 60 maldruck oder geringem Vakuum und Filter mit

C 1,94 S 0,93 Al 1,68 optimaler Wirksamkeit bei hohem Vakuum.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 650/4-12 11.50