DE1120699B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Titanschwamm - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Titanschwamm durch Reduktion von Titanchlorid mittels Magnesium oder Natrium oder anderen Erdalkali- oder Alkalimetallen bei wechselweiser Zugabe der Reaktionskomponenten und Ableiten des entstandenen Chlorids des Reduktionsmetalls im Maße seiner Entstehung aus dem Reaktionsraum; es besteht darin, daß das Ableiten des Chlorids in ganzer Höhe oder im wesentlichen jeweils im Umfang der Ebenen bzw. Schichten erfolgt, in denen sich das Chlorid bildet.

Der erfindungsgemäß gewonnene Titanschwamm eignet sich besonders zur Herstellung von Abschmelzelektroden für Lichtbogenöfen zum Gießen von Barren im Vakuum oder Inertgasatmosphäre. Die aus dem erfindungsgemäß erzeugten Titanschwamm hergestellten Elektroden sind vollkommen homogen, mechanisch sehr widerstandsfähig, besitzen ausgezeichnete elektrische Eigenschaften und sind, wie Vergleichsversuche gezeigt haben, den mit den bekannten Verfahren (einschließlich der mit Abführung des MgCl₂ am Bodenrand wie die deutsche Patentschrift 860 556) hergestellten Elektroden überlegen.

Wenngleich das Problem, die Eigenschaften von Titaniumschwamm zu verbessern, so alt ist wie das Kroll-Verfahren und es bekannt war, daß das als Nebenprodukt anfallende MgCl₂ abgezogen werden mußte, war die neue Arbeitsweise bisher trotzdem noch nicht in Vorschlag gebracht worden. Das bisher nach bekannten Arbeitsweisen erhaltene Metall ist verhältnismäßig kompakt, dabei aber wenig homogen. Demgegenüber ist das erfindungsgemäß erzielte Produkt hoch porös und äußerst homogen. Mit dem erfindungsgemäß hergestellten Material gelingen Destillation und Reinigung vollkommener, das Metall schmilzt einwandfrei ohne das nachteilige Rauchen und Spritzen, wie es beim Weiterbehandeln der bisher verwandten Rohprodukte unvermeidlich ist.

An sich beruht das neue Verfahren auf der bekannten Reaktion:

Ti Cl₄ + 2 Mg = Ti + 2 MgCl₂

Bekanntlich entsteht durch diese Reaktion metallisches Titan mit schwammiger Struktur, eine Substanz, die als »Titanschwamm« bezeichnet wird.

An Stelle des Magnesiums können als Reduktionsmittel auch Alkali- und Erdalkalimetalle herangezogen werden; aus wirtschaftlichen Gründen kommen dafür außer Magnesium auch Natrium, Natrium-Kalium-Legierungen oder deren Gemische in Betracht.

Die Reduktion muß im Vakuum oder in inerter Verfahren und Vorrichtung
zur Herstellung von Titanschwamm

Anmelder:

Montecatini, Societä Generale

per rindustria Mineraria e Chimica,

Mailand (Italien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem.Dr. phil. Dr. techn. J.Reitstötter, Patentanwalt, München 15, Haydnstr. 5

Beanspruchte Priorität:
Italien vom 12. August 1954 (Nr. 524 889)

Miniato Socci, Mailand (Italien),
ist als Erfinder genannt worden

Atmosphäre eines Edelgases ausgeführt werden, im zweiten Falle meist bei etwas erhöhtem Druck, um das Eindringen von Luft in die Apparatur zu verhindern, da bekanntlich Titan auch bei verhältnismäßig niedriger Temperatur sowohl mit Sauerstoff als auch mit Stickstoff reagiert und bereits geringe Anteile dieser Verunreinigungen das Metall unbrauchbar machen würden. Darüber hinaus ist die Reaktion außerordentlich exotherm und muß in einem Temperaturbereich erfolgen, dessen untere Grenze durch den Schmelzpunkt des reduzierenden Metallchlorids oder des Gemisches der reduzierenden Metallchloride und die obere Grenze durch den Siedepunkt (beim jeweiligen Arbeitsdruck) des Reduktionsmetalls bestimmt wird. In der Technik aber wird man über eine Höchsttemperatur von etwa 900 bis 950° C nicht hinausgehen, da die Vorrichtung aus Stahl ist; da bei dieser Temperatur die gegenseitige Diffusion der beiden Metalle (Eisen und Titan) schon erheblich ist, würden sie bei etwa 3000^c C um so heftiger miteinander reagieren.

Bei den in der Technik bekannten Verfahren findet die Reaktion in einem von außen beheizten Reaktionsgefäß statt, das zuerst in kaltem Zustande mit dem Reduktionsmetall (z.B. Magnesium) beschickt wird; sodann verschließt man das Reaktionsgefäß mit einem völlig abgedichteten Deckel, durchweichen

109 757/521

3 4

die Leitungen für die Herstellung des Vakuums so- Um diese Übelstände und Schwierigkeiten ganz wie für die Einleitung des Inertgases und das Be- oder teilweise zu überwinden, wird das Reaktionsschickungsrohr des TiCl₄ gehen. Nach Erzeugung gefäß erfindungsgemäß wechselweise mit den entdes Vakuums zum Verdrängen der Luft läßt man sprechenden Mengen Reduktionsmetall und Tetradas Edelgas (z. B. Argon) einströmen und heizt auf 5 chlorid beschickt, wobei ein besonderes Kennzeichen 750 bis 800° C auf. Bei dieser Temperatur beginnt der Erfindung darin besteht, daß sich fortlaufend das man mit abgestuften Zusätzen des Titanchlorids, um sich bildende Chlorid des Reduktionsmetalls aus Überhitzung zu vermeiden. Die Bildung von Titan- dem gebildeten Schwamm abscheidet. Dies erfolgt erschwamm beginnt auf der Oberfläche des geschmol- findungsgemäß, indem die Reaktion in einem in den zenen Reduktionsmetalls, und während das Chlorid io Ofen eingesetzten Reaktionsgefäß vor sich geht, wodes letzteren auf den Boden des Reaktionsgefäßes bei das Reaktionsgefäß kleine seitliche Öffnungen sinkt, von wo es dann zeitweise durch ein Abstich- und einen blinden Boden aufweist, während es oben loch abgezogen wird, steigt das Reduktionsmetall teilweise oder ganz offen ist. Dieses Reaktionsgefäß durch Kapillarität durch den bereits gebildeten wird wechselweise über besondere Speisungsvorrich-Schwamm, dessen Volumen auf diese Weise stetig 15 tungen mit dem Reduktionsmetall und dem zu reduzunimmt. Allerdings kann der Ablauf der Reaktion zierenden Titantetrachlorid beschickt,
nach einem solchen Verfahren nicht gleichmäßig Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, sein, da nach einer Anlaufperiode die Reaktions- daß durch entsprechende Abmessungen der seitlichen geschwindigkeit ein Maximum erreicht, das durch Öffnungen — worauf später noch näher eingegangen kleinere Zugaben von TiCl₄ gebremst werden muß. 20 wird — das flüssige Reduktionsmetall nicht durch Sodann nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit stetig diese Öffnungen hindurchgeht, wohl aber das in der ab, bis die Reaktion praktisch zum Stillstand kommt. Reaktion gebildete Chlorid, das sich somit auf diese In diesem Reaktionsstadium verbleiben im Schwamm Weise schon im Augenblick seiner Bildung vom noch etwa 20 bis 25% metallisches Magnesium. Titanschwamm abscheidet und sich in einem anderen Nach Erkaltung des Reaktionsgefäßes wird der ge- 25 Einsatz innerhalb des Behälters ansammelt oder bildete Titanschwamm mittels eines Fräsers heraus- kontinuierlich nach außen abläuft,
gearbeitet, und zwar aus dem Innern der Masse, Dieser Übergang des Chlorids des Reduktionswährend rings um die Stahlwand eine dicke Lage metalls findet auch dann statt, wenn mit fortschrei-Titanschwamm zurückgelassen wird. Dieser Anteil tender Reaktion die Öffnungen teilweise oder ganz ist zwar durch das Eisen der Gefäßwandung verun- 30 durch den gebildeten Titanschwamm verstopft werden, reinigt, schützt aber das Produkt der folgenden Es ist angezeigt, daß wenigstens die ersten Par-Reaktion vor Verunreinigungen. Hier muß darauf tien des Reduktionsmetalls mit dem das Reaktionshingewiesen werden, daß der ganze Vorgang der gefäß beschickt wird, nicht sehr groß sind, um den Öffnung des Reaktionsgefäßes und des mechanischen hydrostatischen Druck des flüssigen Metalls auf die Aushebens des gebildeten Schwamms in Räumen 35 Seitenwände des Reaktionsgefäßes niedrig zu halten; mit Klimaanlage bei niedrigster relativer Feuchtig- diese Maßnahme ist erforderlich, um mit Sicherheit keit stattfinden muß, um zu verhindern, daß die die Gefahr eines Austritts des geschmolzenen Metalls hygroskopischen Chloride, die den Schwamm durch- durch die Öffnungen zu vermeiden,
tränken, Feuchtigkeit aus der Luft anziehen, die Aus dem bereits erwähnten Grunde werden die später in der Reinigung durch Destillation, eine Er- 40 seitlichen Öffnungen des Reaktionsgefäßes erst behöhung des Sauerstoffgehaltes des Metalls und dem- ginnend von etwa 1 bis 3 cm über dem Boden des zufolge eine Verschlechterung seiner Qualität zur Reaktionsgefäßes angebracht. Dadurch wird überdies Folge hat. Dies ist hinsichtlich der Produktions- erreicht, daß der sich nach und nach bildende kosten ein ausschlaggebender Umstand. Schwammblock durch eine dünne Lage des Chlorids Eine andere Möglichkeit ist durch eine dem 45 des Reduktionsmittels vom Boden des Reaktions-Reaktionsgefäß im wesentlichen entsprechende Appa- gefäßes isoliert ist, mit dem Vorteil, daß bei Anratur gegeben mit einem Einsatz, bestehend aus wendung eines Stahlbehälters die nötige Entfernung einem Blechbehälter, dessen mit groben Öffnungen des Bodens des Reaktionsgefäßes, um das Produkt versehener Boden den Spiegel des geschmolzenen abzuscheiden, ohne Beeinträchtigung des Blocks des Metalls streift. In diesem Behälter erfolgt die BiI- 50 Titanschwamms vorgesehen ist.
dung des Metallschwamms, der aus dem Reaktions- Mit der bei fortschreitender Reaktion zunehmengefäß durch Herausheben des Behälters entfernt den Bildung des Titanschwamms, der dazu neigt, an wird. Diese Einrichtung, die jedenfalls eine Ver- den Behälterwänden entlang zu klettern, erfolgt, wie vollkommnung des obigen Verfahrens darstellt, da bereits erwähnt, eine allmähliche Verstopfung der keine Fräsarbeit erforderlich ist, ist aber im übrigen 55 Öffnungen, die für das flüssige Metall, aber nicht für mit den gleichen Nachteilen behaftet, und zwar mit das gebildete Chlorid, undurchlässig werden, so daß der Schwierigkeit, den Ablauf der Reaktion zu es nunmehr möglich ist, die Metallzugaben nach leiten, der Notwendigkeit von wiederholten und be- und nach zu steigern. Es ist aber immerhin ratsam, schwerlichen Abstrichen der gebildeten Chloride und die Zusätze des Reduktionsmetalls in kleinere Pordemzufolge bedeutende Verluste an Edelgas, der 60 tionen zu unterteilen, damit die Reaktion immer in Notwendigkeit der Anwendung eines großen Über- dünnen Lagen (in der Größenordnung von 1 bis 2 cm) Schusses an Reduktionsmetall, der im Falle des und somit vollständig erfolgt.

Magnesium 20 bis 25°/o der stöchiometrischen Grundsätzlich kann das Reaktionsgefäß mit festem

Menge beträgt, der Gefahr der Verunreinigung des oder flüssigem Reduktionsmetall beschickt werden;

Schwamms durch die Wände des Reaktionsgefäßes 65 es wird aber die Beschickung mit handelsüblichen

oder des eingesetzten Korbes mit nachträglicher zu- Magnesiumblöckchen vorgezogen, weil dadurch die

sätzlicher Arbeit des Ausscheidens der Verunreini- entsprechende Menge Titantetrachlorid genau dosiert

gungen. werden kann. Überdies kann durch Zugabe von

kaltem stückigem Magnesium Reaktionswärme abgeführt werden, was zur Gleichmäßigkeit des Reaktionsablaufes beiträgt. Andererseits kann die Beschickung mit flüssigem Magnesium zu Verstopfungen der Zulaufleitung des Magnesiums führen.

Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung über die bekannten Vorrichtungen kommt in verschiedenen Vorteilen zum Ausdruck:

1. Sie gestattet eine Unterteilung der Beschickung des Reaktionsmetalls in mehrere Anteile (gleichgültig ob die Zugabe in festem oder flüssigem Zustand erfolgt), so daß der Reaktionsablauf zeitlich viel regelmäßiger ist und leicht schädliche Überhitzungen vermieden werden können, die falls Reaktionsgefäße aus unlegiertem oder legiertem Stahl verwendet werden, ein Legieren dieser Werkstoffe mit dem Titan bewirken würden.

2. Die Unterteilung der Beschickung in kleinere Zugaben ermöglicht, den Überschuß an Reduktionsmetall wesentlich herabzusetzen; der Überschuß bei den bekannten Verfahren beträgt bis zu 25°/o der theoretischen Menge und ist nötig, um die Bildung von niedrigeren Titanchloriden zu verhindern und auch weil bei den bekannten Verfahren und Einrichtungen ein Teil des Reduktionsmetalls im Metallschwamm eingeschlossen bleibt und nicht mehr an der Reaktion teilnimmt.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann dieser Überschuß bis auf weniger als 5% herabgesetzt werden und dies ohne nachteilige Folgen, weil die Reaktion partienweise mit dünnen Schichten des Reduktionsmetalls vor sich geht und jedesmal vollständig ist.

3. Aus dem bereits unter 2 erörterten Grunde läßt sich, wenn gewünscht, ein Block von erheblicher Höhe auf einfache Weise bei Anwendung eines Reaktionsgefäßes mit entsprechenden Abmessungen erhalten, was mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht möglich ist, da ohne die kontinuierliche seitliche Entfernung des Chlorids des Reduktionsmetalls der Titanschwamm selbst nach Erreichung eines bestimmten Punktes die Reaktion in unerträglicher Weise verlangsamt, weil die Reagenzien nicht mehr genügend rasch durch die Schwammschicht diffundieren können, falls letztere zu hoch ist.

Dies ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtung nicht der Fall, da die gebildeten Chloride kontinuierlich durch die Öffnungen der Seitenwände ablaufen sowie durch die Art und Weise der Beschickung, durch die der Reaktionsverlauf nur mehr in ganz zu vernachlässigendem Maße an das Diffusionsvermögen der Reagenzien durch besagten Schwamm gebunden ist.

4. Während bisher zur Gewinnung voluminöser Blöcke von metallischem Titanschwamm der Durchmesser des Reaktionsgefäßes vergrößert werden mußte und bei einer solchen Arbeitsweise die Abführung der Reaktionswärme schwieriger wurde und dazu zwang, die Reaktion zu verlangsamen, können — wie bereits erwähnt — erfindungsgemäß große Volumina mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser erhalten werden, mit besserer Abführung der Reaktionswärme.

5. Da das in den Behälter eingesetzte Reaktionsgefäß nicht die Rolle einer mechanischen Stütze spielt, weil die nach und nach anwachsende Säule des Schwamms selbsttragend ist, kann das Reaktionsgefäß aus dünnem Stahlblech oder einem Blech aus einem geeigneten legierten Stahl gefertigt sein mit dem Vorteil, daß nach Beendigung der Reaktion und gegebenenfalls nach Reinigung des gewonnenen Titans durch Destillation der Block mit Leichtigkeit mechanisch abgetrennt werden kann, nämlich durch Heraussägen des Bodens und mit einem Schnitt längs einer Erzeugenden des Reaktionsgefäßes.

6. Im Anschluß an das unter 5 Gesagte kann das Reaktionsgefäß nach einer Variante der vorliegenden Erfindung auch aus dünnem Blech des gleichen Metalls, das hergestellt werden soll, nämlich Titan, bestehen. In diesem Falle ist nicht nur jede Möglichkeit einer Verunreinigung des Schwamms durch den Werkstoff des Reaktionsgefäßes ausgeschaltet, sondern es werden auch die Schäden durch etwaige Überhitzungen vermieden; man hat eine höhere obere für die Reaktion zulässige Temperaturgrenze, ganz abgesehen davon, daß von einer mechanischen Bearbeitung abgesehen werden kann, da der Block ausschließlich aus dem gewünschten Metall besteht.

Angesichts der Tatsache, daß das Gewicht des Bleches im Vergleich zum Gewicht des Blockes minimal ist, daß das eingesetzte Material nicht verlorengeht, daß sein Einsatz eine wesentliche Verbesserung des Produktes und eine Einsparung an Arbeitskräften in den folgenden Behandlungen mit sich bringt, machen sich die hohen Kosten für das Walzen des Titanbleches reichlich bezahlt.

7. Die Enddestillation zur Entfernung der Reste des Chlorids des Reduktionsmetalls und des Überschusses des Reduktionsmetalls kann direkt am noch vom Reaktionsgefäß umschlossenen Block, nach Herausheben des Reaktionsgefäßes aus dem Behälter, durch die Löcher in den Seitenwänden erfolgen. Dies ist wichtig, weil es in die Lage versetzt, das Produkt rasch vom Reaktionsgefäß zur Destillation zu fördern, wobei vermieden wird, daß in dieser kurzen Zeitspanne Feuchtigkeit absorbiert wird, die sich dann als Verschlechterung der Eigenschaften des Produkts auswirken würde (Oxydation usw.).

Das erfindungsgemäße Verfahren kommt in einer Vorrichtung zur Anwendung, die ebenfalls den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet und in erster Linie durch das bereits erwähnte Reaktionsgefäß mit den kleinen seitlichen Öffnungen, und den anderen ebenfalls erwähnten Merkmalen gekennzeichnet ist. Die anderen Kennzeichen und Vorteile der Vorrichtung und auch des Verfahrens gehen aus der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsformen hervor, die nur beispielsweise und nicht beschränkend hinsichtlich der Tragweite der Erfindung in den Zeichnungen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform als Variante der ersten,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer dritten Ausführungsform.

In den Figuren sind die gleichen oder entsprechenden Organe durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen ist in Fig. 1 eine Vorrichtung dargestellt mit einem fest angeordneten Teil, der im wesentlichen aus einer unten offenen, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl gefertigten Glocke 6 besteht mit verhältnismäßig dünnen Seitenwänden, um sowohl die Erhitzung als auch die Abkühlung und hauptsächlich die Abführung der Reaktionswärme zu erleichtern. Das Rohrl mündet mit einer Ausdehnungskupplung 4 in die Glocke 6 ein und wird durch die von außen durch ein Ventil 5 betätigte Spindel geführt, wobei dieses Ventil über der Einmündungsöffnung angeordnet ist und den Zweck hat, den Austritt der Reaktionsdämpfe zu verhindern, die sich sonst auf den kalten Teilen kondensieren würden, während das Rohr 1 für die Beschickung der Blöckchen des Reduktionsmetalls (z. B. Magnesium) aus der Verteilungs- und Beschickungsvorrichtung! für die Herstellung des Vakuums und die Einleitung des Inertgases (z.B.Argon) über die Leitung 16 dient; die Zugabe des Titantetrachlorids erfolgt aus einem oder mehreren Rohren 3. Der bewegliche Teil der Vorrichtung besteht aus der Hülle 18, die den Sammelbehälter des Chlorids des Reduktionsmetalls stützt und durch den Flansch 17 mit Gummidichtungen an den Stutzen 13 angeschlossen ist, der mit einer nicht eingezeichneten Vorrichtung zum Heben und Senken verbunden ist.

In Arbeitsstellung liegt der Stutzen 13 mit seinem oberen Rand dicht, gegebenenfalls unterstützt durch eine nicht eingezeichnete Asbestschnur, auf dem nach innen vorstehenden Ring 11 der Glocke 6 auf. Der Stutzen 13 weist eine von außen beheizbare ringförmige kleine Wanne 15 auf (die Mittel zur Beheizung sind nicht eingezeichnet), in die, wenn der Stutzen 13 in gehobener Stellung ist, der freie Rand der Glocke 6 taucht.

Die kleine Wanne 15 ist vorgesehen, um Blei als Dichtung aufzunehmen, das zum Schmelzen gebracht wird, um die Glocke 6 und den Stutzen 13 zu verbinden und zu trennen (d. h. vor dem Heben und Senken des Stutzens 13). Der Stutzen 13 ist mit einer anderen Leitung 16 für die Herstellung des Vakuums und für die Einleitung des Inertgases ausgerüstet, wobei die Leitung 16 mit der Leitung des Rohres 1 zusammenarbeitet.

Oben ist der Stutzen 13 als kleine Wanne ausgebildet, mit einem Überlauf mit Heber 12 in der Mitte für den kontinuierlichen Ablaß des Chlorids des Reduktionsmetalls in den Sammelbehälter 14 und gleichzeitig als hydraulischer Regler (bei geschmolzenem Salz), um zu verhindern, daß die in der Reaktionszone vorhandenen Dämpfe aus dieser entweichen und sich auf den unteren kalten Teilen kondensieren. Dieser als Schutzvorrichtung dienende Heber 12 arbeitet regelmäßig durch Ausgleich des Druckes im oberen und unteren Teil des Behälters mittels einer an sich bekannten (nicht eingezeichneten) Vorrichtung, die die Ein- und Ableitung des Edelgases über die Leitungen 16 einstellt.

Der Stutzen 13 trägt unten auf (nicht eingezeichneten) Stützen das eigentliche Reaktionsgefäß 8 mit blindem Boden und, von 1 bis 3 cm vom Boden aufwärts an, seitliche kleine dicht angeordnete Öffnungen, deren Durchmesser bei Anwendung von Magnesium als Reduktionsmetall 0,5 bis 3 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm, beträgt. Die Öffnungen können entweder alle gleich sein oder von unten nach oben größer werden. Der Abstand zwischen den Öffnungen entspricht zweckmäßig dem halben bis doppelten Durchmesser der Öffnungen. Die Innenwandungen der Glocke 6 können vor Ablagerungen des Produkts

ίο oder seiner Nebenprodukte durch eine Abschirmung? zwischen der Glocke 6 und dem eigentlichen Reaktionsgefäß 8 geschützt werden.

Während die gegebenenfalls vorgesehene Abschirmung 7 sich auf dem oberen Rand des Stutzen 13 abstützt, sind die Träger des Reaktionsgefäßes 8 derart ausgebildet, daß das aus seinen Öffnungen durchsikkernde geschmolzene Salz leicht in die kleine, mit einem als Siphon ausgebildeten Heber 12 ausgestattete Wanne treten kann. Im Zwischenraum zwischen der Glocke 6 und der Abschirmung 7 ist ein vertikal verstellbares Thermoelement 9 vorgesehen, um den Reaktionsablauf überwachen zu können, d. h. das Zunehmen der Höhe des sich im Reaktionsgefäß 8 bildenden Blocks des Titanschwamms und die Temperatür und demzufolge die Einstellung der Beschickung des Titantetrachlorids.

Die Erhitzung des oberen Teils des Reaktionsgefäßes einschließlich der Zone des Ventils 5 und der kleinen Wanne für das geschmolzene Salz erfolgt durch den Ofen 10 (Beheizung mittels Gas, Schweröl oder Strom), der möglichst rasch zum Erkalten gebracht werden kann. Zu diesem Zwecke sind auch in der Reaktionszone, auf verschiedenen Höhen gestaffelt, radiale Strahlen kalter Luft vorgesehen, einerseits um die Temperatur während der Reaktion zu regulieren, andererseits um ein rasches Erkalten nach Beendigung der Reaktion herbeizuführen.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird zum besseren Verständnis hier noch kurz zusammengefaßt.

Die Arbeit beginnt bei kaltem Ofen. Um die Vorrichtung zu montieren, setzt man den Sammelbehälter

14 auf die Hülle 18, verbindet den Stutzen 13 mit der Hülle 18 durch Anziehen der Flanschverbindung 17 und setzt das Reaktionsgefäß 8 und die Abschirmung 7 auf den Kopf des Stutzens 13, des weiteren schmilzt man das Blei in der kleinen Wanne 15 und hebt den Zusammenbau bis zum Anschlag auf den Ring 11. Man läßt das Blei in der kleinen Wanne 15 erstarren, füllt das Reduktionsmetall in die Verteilungs- und Beschickungsvorrichtung 2, und bei geschlossenen Beschickungseinrichtungen stellt man über die Leitungen 16 das Vakuum her, sodann leitet man über die Leitungen 16 das Edelgas ein bis zu einem leichten Überdruck von einigen Zentimetern Hg. Nun wird der Ofen 10 auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt und mit der wechselweisen Beschickung des Reaktionsgefäßes mit dem Reduktionsmetall und der entsprechenden Menge Titantetrachlorid begonnen, wobei der Reaktionsablauf durch das Thermoelement 9 überwacht und reguliert wird, indem dieses Thermoelement vertikal nach oben oder unten gleiten gelassen wird. Nach Beendigung der Reaktion wird die Heizung abgestellt und nach vollständigem Erkalten der Apparatur (das durch Bestrahlung mit kalter Luft beschleunigt werden kann) werden nach vorhergehendem Schmelzen des Bleis in der Wanne

15 die beweglichen Teile der Apparatur ausgebaut, indem die oben beschriebenen Schaltungen und Hand-

langungen in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.

Die Variante nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 durch eine andere Ausbildung des Stutzens 13 und des Hebers 12, der in diesem Beispiel eine größere Länge aufweist (es genügt ungefähr 30 bis 50 cm), so daß der »Wächter« des geschmolzenen Salzes (das durch die Heizvorrichtung 28 auf Schmelztemperatur gehalten wird) im Innern des Reaktionsgefäßes einen leichten Überdruck des Edelgases aufrechthält und im Falle einer Druckerniedrigung unter Atmosphärendruck im Innern des Reaktionsgefäßes das Eindringen von Luft verhindert. Bei dieser Variante kann das Magnesiumchlorid entweder in einen Sammelbehälter 14 wie in Fig. 1, doch außerhalb der Apparatur, wie in der Zeichnung angegeben, abgelassen werden oder auch in einen beliebigen Behälter im Freien. Im letzteren Fall wird zu Beginn die Abdichtung für das Vakuum nicht durch den Flansch 17, sondern durch den im Heber 12 verbliebenen Rest des erstarrten Salzes aus der vorhergehenden Reduktion erreicht.

Im Beispiel nach Fig. 3 entspricht der Teil der Apparatur für die Ausführung der Reduktion vollkommen den vorhergehenden Beispielen. Die Variante besteht darin, daß das Reaktionsgefäß 8 bis zu einer bestimmten Tiefe in einen Sammelbehälter 27 der geschmolzenen Chloride taucht. Letztere werden zeitweise über den durch den elektrischen Widerstand, die Heizvorrichtung 28 beheizten Heber 12 in den Sammelbehälter 14 abgelassen, der innerhalb des Systems 17-18 vorgesehen ist. Um die Heberung einzuleiten, wird darin über die Leitung 20 ein leichter Unterdruck erzeugt; in den Pausen zwischen den Heberungen hindert der Heber 12 das Eindringen der Luft. Der Aufbau 27-28 ist auf dem Teller der Säule 24 für das Heben und Senken abgestützt, deren Betätigungsorgan im abgedichteten Gehäuse 25 eingeschlossen ist. Bei gehobener Vorrichtung bildet der Ring des Tellers 11 eine Abdichtung mit dem erhitzten Teil des Reaktors. Die Wanne 15 dient zur dichten Verbindung des beweglichen Teils 25-24-27-8 mit dem fest angeordneten Teil 6-10.

Der unterhalb der Ringabdichtung 11 befindliche Teil der Glocke 11 ist wesentlich erweitert. In seinem Innern ist ein Kondensator 22 vorgesehen, der z. B. aus einem Blechzylinder bestehen kann. Äußerlich sind die Kühler 23 vorgesehen. Über die Leitung 19 steht das Innere mit einer Pumpvorrichtung zur Erzeugung eines hohen Vakuums in Verbindung. Der Ofen 10 ist durch elektrische Widerstände beheizt; seine Hülle steht mit der Glocke 6 des Reaktionsgefäßes in Verbindung, um über die Leitung 21 das Vakuum im besagten Ofen einzustellen. Das bewegliche System 25-24-27-8 wird durch eine nicht eingezeichnete Hebevorrichtung betätigt. Die verschiedenen Schaltungen und Arbeitsweisen entsprechen in jeder Hinsicht den vorhergehenden Beispielen mit dem Unterschied, daß bei dieser Ausführungsform der Apparatur die Destillation des Produkts im gleichen Ofen vor sich geht.

Nach Beendigung der Reaktion und Abheberung des geschmolzenen Salzes wird im Reaktionsgefäß und im Ofen gleichzeitig Vakuum erzeugt, um die im Schwamm zurückgehaltenen Salz- und Reduktionsmetall-Überreste abzudestillieren. Durch Senken des Tellers der Säule 24 um einige Zentimeter bildet sich ein ringförmiger Spalt, durch welchen die Destillationsprodukte in den unteren Teil der Apparatur übergehen und sich auf dem Kondensator 22 kondensieren. Sobald die Destillation zu Ende geführt ist, wird die Säule 24 vollständig gesenkt, wodurch der Block des gereinigten Titanschwamms in den kalten Teil des Reaktors gelangt, von wo er dann nach vollständigen Erkalten ausgehoben werden kann.

Es sind selbstverständlich zahlreiche Varianten im Bereich des Erfindungsgedankens möglich, z. B. wird die Form des gelochten Behälters auch verschieden sein können (kreisförmig, vieleckig usw.) oder stumpfkegelig und wird auch einen oder mehrere ebenfalls seitlich gelochte Kamine enthalten können.

Grundsätzlich kann die neue Arbeitsweise und die beschriebene Vorrichtung in gleicher Weise auch für die Gewinnung anderer Metalle, die sich ähnlich wie Titan verhalten, wie Zirkonium, verwendet werden.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Titanschwamm durch Reduktion von Titanchlorid mittels Magnesium oder Natrium oder anderen Erdalkali- oder Alkalimetallen bei wechselweiser Zugabe der Reaktionskomponenten und Ableiten des entstandenen Chlorids des Reduktionsmetalls im Maße seiner Entstehung aus dem Reaktionsraum, dadurch gekennzeichnet, daß das Ableiten des Chlorids in ganzer Höhe oder im wesentlichen jeweils am Umfang der Ebenen bzw. Schichten erfolgt, in denen sich das Chlorid bildet.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Reaktionsgefäß (8), dessen Seitenwandung zahlreiche kleine dicht angeordnete Öffnungen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandung des Reaktionsgefäßes (8) vom Boden bis etwa 1 bis 3 cm Höhe keine Öffnungen aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen einen im wesentlichen gleichen Durchmesser haben oder daß der Durchmesser in Richtung von unten nach oben zunimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den einzelnen Öffnungen der halben bis doppelten Länge des Durchmessers der Öffnungen entspricht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 zur Herstellung von Titanschwamm unter Verwendung von Magnesium als Reduktionsmetall, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnungen 0,5 bis 3 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm, beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 860 556;
britische Patentschrift Nr. 762 519.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

G 109 757/521 12.61