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Verfahren zur Herstellung von Titan Die vorliegende Erfindung betrifft
die Herstellung von Titan.
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Bei der Herstellung von Titan durch Reduktion von Titantetrachlorid
mit metallischem Natrium in inerter Atmosphäre bleibt nach Beendigung der Reaktion
ein Gemisch aus Titan und Natriumchlorid zurück, das Titansubchloride enthält.
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Es sind mehrere Methoden vorgeschlagen worden, um Titan aus dem Rückstandsgemisch,
zu isolieren, beispielsweise die Destillation der Produkte und auch das Auslaugen
des Salzes und des Überschusses an Reaktionsmitteln mit Lösungsmitteln. So sind
Verfahren zur Herstellung von Titan durch Umsetzen von Titantetrachlorid mit metallischem
Natrium und anschließendem Laugen der zerkleinerten Reaktionsprodukte bekannt. Doch
wird bei einem dieser Verfahren bei der Umsetzung zwischen Natrium und Titantetrachlorid
ein Überschuß an Natrium bevorzugt. Außerdem soll in erster Linie Wasser zur Entfernung
des Natriumehlorids aus dem Reaktionsprodukt benutzt werden.
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Eine übliche Arbeitsweise besteht darin, das Gemisch mit einer wäßrigen
Lösung, vorzugsweise einer salzsauren Lösung, auszulaugen; damit ist es zwar möglich,
das Salz und die überschüssigen Reaktionsmittel aus dem Gemisch herauszulösen. Doch
zeigte es sich, daß das schließlich dabei isolierte Titan durch die schädlichen
Wirkungen der Wasserstoffaufnahme gelitten hat und daß das so erhaltene Titan schließlich
nach dem Schmelzen im Lichtbogen im allgemeinen nicht die Eigenschaft besitzt, welche
vom metallurgischen Gesichtspunkt aus wünschenswert ist. Es wurde nunmehr gefunden,
daß die schädlichen Wirkungen der Wasserstoffaufnahme beim wäßrigen Auslaugen größtenteils,
wenn nicht vollständig, durch eine neue und verbesserte Arbeitsweise des Extrahierens
und Isolierens von Titan überwunden werden können.
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Das wird dadurch erreicht, daß man das Langen der gemahlenen abgekühlten,
vorzugsweise unter Verwendung von überschüssigem Titantetrachlorid erhaltenen Reaktionsprodukte
in eine Anzahl von Stufen unterteilt, von denen in der ersten Stufe die Behandlung
mit einer wäßrigen Lösung einer nichtoxydierenden Säure, beispielsweise Salzsäure,
und in einer weiteren Stufe eine Entgasung des Schlammes in einem Absetzbehälter
erfolgt.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird das. Verfahren zur Herstellung von
Titan durch Umsetzen von vorzugsweise überschüssigem Titantetrachlorid mit Natrium
durch Laugen der gemahlenen, abgekühlten, aus Natriumchlorid und Titan bestehenden
Reaktionsprodukte mit einer salzsauren Lösung und Waschen des so gewonnenen Titans
mit Wasser in der Weise durchgeführt, daß man den durch Laugen der Reäktionsprodukte
gebildeten Schlamm im wesentlichen besonders von Wasserstoff dadurch entgast, daß
man ihn in einen Absetzbehälter führt und ihn darin so lange beläßt, bis er im wesentlichen
gasfrei ist, und ihn dann in bekannter Weise, vorzugsweise durch Entfernen der Salzlauge,
in einen Dickschlamm mit höherem Titan- und niedrigerem Salzgehalt überführt, woran
sich eine Behandlung in salzsaurer Lösung und ein Waschen des so gewonnenen Titans
mit Wasser anschließt.
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Bei einer geeigneten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Hauptfraktion zwischen dem Titanchlorid und dem metallischen Natrium in
inerter Atmosphäre bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Natriumchlorids
und unterhalb desjenigen des Titans durchgeführt. Dabei wird vorzugsweise metallisches
Natrium mit einem Überschuß von Titantetrachlorid umgesetzt. Nachdem die Reaktion
beendet ist und die Produkte abgekühlt sind, wird das Gemisch zu einem feinen Pulver
vermahlen und dann zu einer gerührten verdünnten Salzsäure gegeben. Es wurde festgestellt,
daß in diesem Stadium in dem Salz-Metall-Schlamm Wasserstoff in Form kleiner Blasen
vorhanden ist, die sich durch die Lösung verteilen und dazu neigen, an den Teilchen
des Titans zu haften. Daher bildet es ein wesentliches
Merkmal vorliegender
Erfindung, daß der .Titanschlamm und die Lösung in diesem Stadium entgast werden,
bevor weitere Schritte zur Isolierung des Titans in Angriff genommen werden.
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Zur Entgasung im wesentlichen von Wasserstoff wird der Schlamm so
lange in einem Absetzbehälter belassen, bis die Gasblasen zumindest an der Ablaßstelle
des Absetzbehälters aufhören, aufzusteigen und die Oberfläche zu verlassen. Es wurde
gefunden, daß eine etwa 30 Sekunden lange Entgasungsbehandlung für eine zufriedenstellende
Entfernung des unerwünschten Gases ausreichend ist; doch ist es wesentlich, daß
die Entgasung nicht weniger als 3 Sekunden lang vorgenommen wird. Am Ende dieser
Zeit wird das Material zur Erzielung eines dicken Schlammes in einen Hydrozyklon
übergeleitet. Die Verwendung von Hydrozyklonen ist zur Abtrennung von Feststoffen
aus Schlämmen aller Art bereits aus »Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie«,
Bd. 1 (1951), S. 480/481, bekannt.
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In dem anschließenden ersten Hydrozyklon kann der Schlamm dann mit
angesäuertem Wasser gewaschen und in den darauffolgenden Hydrozyklonen weiter eingedickt
werden, bis ein Endschlamm erhalten wird, welcher nur eine geringe Menge Natriumchlorid
enthält. Zur endgültigen Isolierung des Titans kann der Endschlamm mit Wasser gewaschen
und filtriert werden, wobei ein Metall erhalten wird, welches nach der Lichtbogenschmelze
gute Eigenschaften aufweist.
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Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung, ohne sie darauf zu
beschränken. Beispiel Ein Titan-Salz-Aufschluß mit 16% Titangehalt wurde gemahlen
unter Durchgabe durch ein 3,17-mm-Sieb und dann in einer Menge von 454kg/Std. zusammen
mit 2 ms/Std. Wasser und 0,06 ms/Std. konzentrierter Salzsäure in einen Rührkessel
aufgegeben. Der so erhaltene Schlamm wurde in einen Ruhe- oder Absetzbehälter gepumpt,
in dem die Entgasung stattfand. Der entgaste Schlamm wurde danach in einen Hydrozyklon
geleitet. Aus dem Hydrozyklon wurde ein dicker Schlamm mit ungefähr 40 Gewichtsprozent
Titan und 60 Gewichtsprozent Salzlauge derselben Salzkonzentration in einen Schlammkessel
geführt und mit 2 ms/Std. Wasser und 0,03 ma/Std. konzentrierter Salzsäure behandelt.
Dieser dünne Schlamm wurde dann in einen konischen Wäscher gepumpt, wo das Titan
mittels eines aufwärts gerichteten Wasserstroms von Chlorionen freigewaschen und
danach auf einer Nutsche abfiltriert wurde. Das nasse Metall wurde dann in einem
Wirbelschichttrockner getrocknet und gab Titanpulver mit einem Wasserstoffgehalt
von 0,004°/o, welches bei der Lichtbogenschmelze festes Titan mit einer Brinellhärte
von etwa 128 kg/mm2 gab. Die Ausbeute betrug über 98%.