DE1138233B

DE1138233B - Process and apparatus for the production of crystalline titanium

Info

Publication number: DE1138233B
Application number: DER20919A
Authority: DE
Inventors: Sakae Takeuchi
Original assignee: RES INST IRON STEEL; STEEL AND OTHER METALS OF
Current assignee: RES INST IRON STEEL; STEEL AND OTHER METALS OF
Priority date: 1957-04-04
Filing date: 1957-04-04
Publication date: 1962-10-18

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von kristallinem Titan Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von kristallinem Titanmetall hoher Reinheit aus dampfförmigem Titantetrachlorid und dampfförmigem Magnesium in einer Vakuum-Reaktionskammer. Das Titan wird in nur einer Arbeitsstufe unmittelbar in kompakt kristallinem Zustand erhalten, und das Verfahren ist bequem in industriellem Maßstab durchzuführen; hierdurch werden die Kosten für die Herstellung von reinem Titan beträchtlich gesenkt.Method and apparatus for the production of crystalline titanium Die The invention relates to a method and an apparatus for producing crystalline Titanium metal of high purity from vaporous titanium tetrachloride and vaporous Magnesium in a vacuum reaction chamber. The Titan is made in just one work step immediately obtained in a compact crystalline state, and the process is convenient to be carried out on an industrial scale; this reduces the cost of manufacture of pure titanium reduced considerably.

Es sind verschiedene Verfahren zur Reduktion von Titanhalogeniden mit Alkali- oder Erdalkalimetallen bekanntgeworden. In einer industriell durchführbaren Arbeitsweise wird geschmolzenes Magnesium in einen aus Eisen oder rostfreiem Stahl bestehenden Behälter eingebracht. Nach Verdrängung der Luft durch Argon wird dem geschmolzenen Magnesium flüssiges Titantetrachlorid zugesetzt, wobei poröses Titan oder sogenannter Titanschwamm gebildet wird. Dieses Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf: Ein Teil des nicht umgesetzten Magnesiums und des gebildeten Magnesiumchlorids geht in das schwammförmige Titan, so daß das Produkt verunreinigt und damit im Wert gemindert wird. Ein Teil des schwammförmigen Titans sintert oder backt zu einer harten Schicht zusammen, die mit dem Reaktionsproduktfest an den Wandflächen des Reaktionsbehälters haftet; aus diesem Grunde muß das Reaktionsprodukt für das Ausbringen des metallischen Titans nach Abschluß der Reaktion gekühlt und in eine Trockenluftkammer übergeführt werden. Anschließend wird das Reaktionsprodukt durch mechanische Bearbeitung, z. B. durch Ausdrehen, aus dem Reaktionsbehälter entfernt und in einen Vakuumofen übergeführt, in welchem es zur Verdampfung und Abtrennung des in dem Titanschwamm enthaltenen Magnesiums und Magnesiumchlorids über lange Zeitspannen erhitzt werden muß. Diese Arbeitsvorgänge erfordern einen großen Arbeitsaufwand und sind mit hohem Verbrauch an elektrischer Energie verbunden, was natürlich die Kosten des Produktes steigert.There are several methods of reducing titanium halides became known with alkali or alkaline earth metals. In an industrially feasible How it works is molten magnesium into one made of iron or stainless steel existing container introduced. After the air has been displaced by argon, the molten magnesium liquid titanium tetrachloride added, with porous titanium or so-called titanium sponge is formed. This procedure has a number of Disadvantages: Part of the unreacted magnesium and the magnesium chloride formed goes into the spongy titanium, so that the product is contaminated and therefore worth is reduced. Part of the spongy titanium sinters or bakes into one hard layer, which is firmly attached to the wall surfaces of the with the reaction product Reaction vessel adheres; for this reason, the reaction product must be used for the discharge of the metallic titanium is cooled after the reaction is complete and placed in a dry air chamber be transferred. The reaction product is then processed through mechanical processing, z. B. by turning, removed from the reaction vessel and placed in a vacuum oven transferred, in which there is evaporation and separation of the in the titanium sponge The magnesium and magnesium chloride contained therein must be heated for long periods of time got to. These operations require a large amount of labor and are high Consumption of electrical energy connected, which of course the cost of the product increases.

Nach einem ähnlichen Verfahren wird das zu reduzierende Metallhalogenid (z. B. Titantetrachlorid) in einer Salzschmelze aus einem vorzugsweise wasserlöslichen Salz gelöst, die Reduktion erfolgt durch geregelte Zugabe des Reaktionsmittels (z. B. Natrium) langsam und stufenweise über die Zwischenstufen niederer Metallhalogenide. Es bilden sich »relativ große« Titankristalle, die jedoch nur einen Teil der Gesamtausbeute ausmachen. Zur Gewinnung des Produkts muß die Reaktion unterbrochen, die Salzschmelze abgekühlt und dann durch eine Wasserbehandlung zersetzt werden. Für die Fortführung der Reaktion muß eine neue Schmelze bereitet und auf die erforderliche Reaktionstemperatur aufgeheizt werden. Zeitbedarf und Arbeitsaufwand sind auch bei diesem Verfahren beträchtlich; für eine Herstellung von sehr reinem Titan unter quantitativer Abtrennung sämtlicher Schmelzenbestandteile und Reaktions-Nebenprodukte sind umfangreiche Aufbereitungsmaßnahmen erforderlich.Following a similar procedure, the metal halide to be reduced is made (z. B. titanium tetrachloride) in a molten salt of a preferably water-soluble Dissolved salt, the reduction is carried out by the controlled addition of the reagent (e.g. B. sodium) slowly and gradually through the intermediate stages of lower metal halides. "Relatively large" titanium crystals are formed, but these are only part of the total yield turn off. To obtain the product, the reaction must be interrupted, the molten salt cooled and then decomposed by a water treatment. For the continuation a new melt must be prepared for the reaction and at the required reaction temperature be heated. This procedure also takes time and effort considerably; for a production of very pure titanium with quantitative separation All melt components and reaction by-products are extensive processing measures necessary.

Nach einem anderen Verfahren wird die Reduktion von Titantetrachlorid mit Magnesium als Gasphasenreaktion im freien Raum durchgeführt, die Umsetzung erfolgt in einem inerten Trägergas, wie Argon. Die Reaktionsprodukte einschließlich des gebildeten Titans werden mit dem strömenden Inertgas aus der Reaktionszone entfernt und scheiden sich in der Kühlzone zusammen ab; das Titan fällt in Form eines feinen Pulvers in Mischung mit Magnesiumchlorid an. Sofern hieraus kompaktes Titan hoher Reinheit hergestellt werden soll, sind ebenfalls beträchtliche Aufbereitungs- und Reinigungsmaßnahmen notwendig.Another method is the reduction of titanium tetrachloride carried out with magnesium as a gas phase reaction in free space, the conversion takes place in an inert carrier gas such as argon. The reaction products including the Titanium formed is removed from the reaction zone with the flowing inert gas and separate out together in the cooling zone; the titanium falls in the form of a fine Powder mixed with magnesium chloride. If from this compact titanium is higher Purification and purity are also considerable Cleaning measures necessary.

Nach einem weiteren Verfahren mit Gasphasenraktion im freien Raum wird das Titantetrachlorid in einer rührförmigen Reaktionszone durch Natrium oder Kalium in Dampfform reduziert. Das Reaktionsrohr ist mit Titanschwamm ausgekleidet, um hierdurch eine gute Wärmeisolierung zu erzielen, und die Notwendigkeit zur Ausbildung des Reaktors aus feuerfestem Material sehr hohen Schmelzpunktes wie etwa Kohlenstoff zu beseitigen. Das gebildete Titan fällt in geschmolzenem Zustand an und tropft in eine darunterliegende Salzschmelze. Sofern sich im Reaktor metallischesTitan abscheidet, handelt es sich um schwammförmiges Material, das durch entsprechende Abwandlung der Reaktionsbedingungen, wie etwa gesteigerte Wärmebildung durch zusätzliche Chlorzuführung, wieder aus dem Reaktionsrohr herausgeschmolzen wird und ebenfalls in die Salzschmelze tropft. Die Gewinnung der Metallkügelchen aus der Salzschmelze erfordert wie bei den vorausgehend genannten Verfahren entsprechende Aufbereitungs-und Reinigungsmaßnahmen, eine direkte Herstellung des Metalls in kompakter kristalliner Form ist nicht möglich.According to another method with gas phase fraction in free space is the titanium tetrachloride in a stirred reaction zone by sodium or Reduced potassium in vapor form. The reaction tube is lined with titanium sponge, in order to achieve good thermal insulation and the need for training of the reactor made of refractory material with a very high melting point such as carbon to eliminate. The formed titanium falls in a molten state and drips into an underlying molten salt. If there is metallic titanium in the reactor separates, it is a sponge-shaped material, which by appropriate Modification of the reaction conditions, such as increased heat generation through additional Chlorine feed, is melted out of the reaction tube again and also drips into the molten salt. The extraction of the metal balls from the molten salt requires, as with the procedures mentioned above, appropriate preparation and processing Cleaning measures, a direct production of the metal in compact crystalline Form is not possible.

Schließlich sei noch auf ein Verfahren einer älteren deutschen Patentanmeldung hingewiesen, nach dem Metallhalogenide, wie Titantetrachlorid, in einer Flammenreaktion mit Alkalimetallen, insbesondere Natrium, umgesetzt werden. Die Reaktionskomponenten werden dampfförmig in einen evakuierten oder mit Schutzgas gefüllten Reaktionsraum eingeführt, das gebildete Metall wird auf einer Abscheidungsfläche gesammelt. Vorzugsweise wird durch entsprechende Bündelung der Dampfstrahlen und konkave Ausbildung der Abscheidungsfläche ein inniger Kontakt der gesamten Flammenfront mit der Abscheidungsfläche herbeigeführt. Die Dampfströme, der Reaktionsraum oder die Abscheidungsfläche können durch Glühkörper, Herstellung einer elektrischen Gasentladung, vorzugsweise unter Ausbildung eines Lichtbogens, od. dgl. beheizt werden. In jedem Fall wird die Abscheidungsfläche auf einer recht hohen Temperatur, und zwar unterhalb der Siedetemperatur und kurz oberhalb oder auch unterhalb des Schmelzpunktes des herzustellenden Metalls, im Falle von Titan also in der Gegend von 1727° C, gehalten. Um ein Wegschmelzen zu vermeiden, muß die Abscheidungsfläche demgemäß aus einem vom herzustellenden Metall verschiedenen Werkstoff mit höherem Schmelzpunkt bestehen. Das erzeugte Metall fällt normalerweise flüssig an, sofern die Temperatur der Abscheidungsfläche unterhalb des Schmelzpunktes gehalten wird, entsteht ein pulverförmiges, lockeres oder mehr oder weniger gesintertes Produkt.Finally, there is a method from an older German patent application pointed out after the metal halides, such as titanium tetrachloride, in a flame reaction be reacted with alkali metals, especially sodium. The reaction components are in vapor form in an evacuated or filled with protective gas reaction chamber introduced, the formed metal is collected on a deposition surface. Preferably is achieved by bundling the steam jets and making the concave Deposition surface an intimate contact of the entire flame front with the deposition surface brought about. The vapor streams, the reaction space or the deposition surface can by incandescent bodies, producing an electrical gas discharge, preferably below Formation of an arc or the like. Be heated. In either case, the deposition area will be at a fairly high temperature, below the boiling point and briefly above or below the melting point of the metal to be produced, im Trap of Titan held in the region of 1727 ° C. To melt away too avoid, the deposition surface must accordingly be made of a metal to be produced consist of different materials with a higher melting point. The metal produced falls normally liquid, provided the temperature of the deposition surface is below the melting point is kept, a powdery, loose or more is formed or less sintered product.

In einer besonderen Ausführungsform soll nur die Oberflächenschicht des abgeschiedenen Metalls schmelzflüssig bleiben, die darunterliegenden Anteile läßt man zu einem festen Regulus erstarren. Um das zu erreichen, sind jedoch zusätzlich zu dem vorbeschriebenen Aufwand eine geregelte Kühlung des wachsenden Metallstabes, eine scharfe Temperaturregelung an der Abscheidungsfläche und eine genaue Kontrolle der örtlichen Lage von Flammenfront und Metallregulus notwendig. Andernfalls schmilzt das einmal erstarrte Titan infolge der hohen Temperaturen in der Flamme wieder weg. Die hohen Reaktionstemperaturen bedingen in Verbindung mit der vergleichsweise komplizierten Reaktionsführung verfahrenstechnische Schwierigkeiten, bei Einhaltung tieferer Temperaturen wird kein kompaktes Metall, sondern ein Pulver erhalten.In a particular embodiment, only the surface layer should of the deposited metal remain molten, the underlying parts is allowed to solidify into a solid regulus. To achieve this, however, are additional regulated cooling of the growing metal rod in addition to the above-described effort, precise temperature regulation on the deposition surface and precise control the local position of the flame front and metal regulation necessary. Otherwise it melts once the titanium solidified due to the high temperatures in the flame. The high reaction temperatures in connection with the comparatively complicated Reaction control procedural difficulties, while maintaining lower temperatures not a compact metal, but a powder is obtained.

Gemäß der Erfindung werden die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden, indem die Dämpfe von Titantetrachlorid und Magnesium in gleichgerichtetem Strom unter Vermischen in einem auf 800 bis 1100° C erhitzten und auf etwa 10-4 Torr evakuierten Reaktionsturm gegen die Oberflächen eines Netzrahmens aus Titandrähten, -streifen oder -spänen geleitet werden. Das Titan wächst in kompakter kristalliner Form auf der Netzoberfläche auf, während die dampfförmigen Nebenprodukte Magnesiumchlorid und überschüssiges Magnesium in eine gekühlte Kondensationskammer abfließen und sich dort niederschlagen.According to the invention, the disadvantages of the known methods are avoided, putting the vapors of titanium tetrachloride and magnesium in rectified stream with mixing in a heated to 800 to 1100 ° C and evacuated to about 10-4 Torr Reaction tower against the surfaces of a grid frame made of titanium wires, strips or chips. The titanium grows in a compact crystalline form the network surface, while the vaporous by-products magnesium chloride and drain excess magnesium into a cooled condensation chamber and precipitate there.

Im Verfahren der Erfindung wird das Titan in nur einer Arbeitsstufe unmittelbar in kompakt kristallinem Zustand von äußerst hoher Reinheit erhalten. Es sind keine Aufbereitungs- und Reinigungsmaßnahmen, wie Zersetzung einer Salzschmelze, Vakuumverdampfung eingeschlossener Reaktions-Nebenprodukte, Auslaugebehandlungen od. dgl., erforderlich. Das bei pulver- oder schwammförmigen Produkten notwendige Umschmelzen, das infolge Ausbildung von Oxydhäutchen nur umständlich und mit beträchtlichen Verlusten durchzuführen ist, entfällt. Die eingehaltenen Reaktionstemperaturen von 800 bis 1100° C sind verhältnismäßig niedrig, verfahrenstechnische Schwierigkeiten treten daher nicht auf. Die Reaktionsführung ist einfach, besondere Beheizungsmaßnahmen im Reaktionsraum oder eine Kühlung des abgeschiedenen Metalls sind überflüssig. Da das Titan langsam und in kristalliner Form auf einer reaktionslenkenden, vom Netzrahmen gebildeten und ebenfalls aus Titan bestehenden »Wand« aufwächst und die Reaktions-Nebenprodukte sofort und selbsttätig aus der Reaktionszone abfließen, besteht keine Möglichkeit einer Verunreinigung durch Fremdstoffeinschlüsse oder Reaktorwerkstoffe.In the method of the invention, the titanium is produced in only one working step obtained immediately in a compact crystalline state of extremely high purity. There are no preparation and cleaning measures, such as the decomposition of a molten salt, Vacuum evaporation of trapped reaction by-products, leaching treatments or the like., required. This is necessary for powder or sponge products Remelting, which is cumbersome and considerable as a result of the formation of oxide membranes Losses is not applicable. The observed reaction temperatures of 800 to 1100 ° C are relatively low, process engineering difficulties therefore do not occur. The reaction is simple, special heating measures in the reaction space or cooling of the deposited metal are superfluous. Since the titanium slowly and in crystalline form on a reaction-directing, from "Wall" formed by a net frame and also made of titanium grows up and the Reaction by-products flow off immediately and automatically from the reaction zone, there is no possibility of contamination by foreign matter inclusions or Reactor materials.

Die Reaktionskomponenten Titantetrachlorid und Magnesium, beide in Form ihrer Dämpfe, werden in voneinander unabhängigen Verdampfungsvorrichtungen erzeugt, die jedoch zu demselben Vakuumsystem gehören wie der Reaktionsturm. In dieser Weise werden destillierte und gereinigte Dämpfe in den Reaktionsturm eingeführt.The reaction components titanium tetrachloride and magnesium, both in Form their vapors, are in independent evaporation devices which, however, belong to the same vacuum system as the reaction tower. In in this way, distilled and purified vapors are introduced into the reaction tower.

Der Reaktionsturm wird auf einer Temperatur zwischen etwa 800 und 1100° C und bei einem Druck von etwa 10-4 Torr gehalten, in den Turm ist ein im wesentlichen über die Gesamtlänge des Turms reichender Netzrahmen aus Titandrähten, -streifen oder-spänen eingesetzt. Die Dämpfe der Reaktionskomponenten werden unmittelbar vor dem Netzrahmen vermischt und strömen gegen das Netzwerk. Unter diesen Bedingungen tritt eine »Wandreaktion« ein, d. h., die Reaktion erfolgt unter Vermittlung und Lenkung durch das vorgelegte metallische Titannetz an den Wandflächen, etwa indem das Netzmaterial die für das Aufwachsen erforderlichen Kristallisationskeime oder -zentren liefert. Die Gegegenwart des Titan-Netzrahmens ist von maßgeblicher Bedeutung; läßt man bei sonst gleichen Reaktionsbedingungen den Netzrahmen fort oder legt ausschließlich ein von Titan verschiedenes Material vor, so wird ein Großteil des anfallenden Titans in Pulverform abgeschieden, daneben können sich bei den erfindungsgemäß eingehaltenen Temperaturen infolge unvollständiger Reduktion niedere Titanhalogenide bilden. Auch die Einhaltung eines hohen Vakuums von 10-4 Torr ist wesentlich, um bei den gewählten niedrigen Temperaturen in einer Stufe kompaktes kristallines Titan hoher Reinheit abzuscheiden.The reaction tower is at a temperature between about 800 and 1100 ° C and held at a pressure of about 10-4 Torr, in the tower is an im A net frame made of titanium wires that extends over the entire length of the tower, strips or chips are used. The vapors of the reactants are immediate mixed in front of the network frame and flow against the network. Under these conditions a "wall reaction" occurs, i. That is, the reaction takes place through mediation and Steering through the presented metallic titanium mesh on the wall surfaces, for example by the mesh material the nuclei required for growth or centers supplies. The presence of the titanium mesh frame is critical; if the reaction conditions are otherwise the same, the net frame is left out or only placed If a material different from titanium is found, a large part of the resulting titanium will be deposited in powder form, in addition, can be observed according to the invention Temperatures as a result of incomplete reduction form lower titanium halides. Even maintaining a high vacuum of 10-4 Torr is essential for the selected low temperatures in one stage compact crystalline titanium of high purity to be deposited.

Unterhalb des Reaktionsturmes ist eine gekühlte Kondensationskammer angordnet, hier scheiden sich Magnesiumchlorid und etwas überschüssiges Magnesium ab. Infolge Kühlung und Kondensation bildet sich ein Druckgefälle aus, und die Nebenprodukte fließen selbsttätig und sofort aus dem Reaktionsraum in die Kondensationskammer ab.Below the reaction tower is a cooled condensation chamber arranged, this is where magnesium chloride and some excess magnesium separate away. As a result of cooling and condensation, a pressure gradient forms, and so do the by-products flow automatically and immediately from the reaction chamber into the condensation chamber.

Wenn der Netzrahmen durch das abgeschiedene kristalline Titan kompakt erfüllt und hinreichend angewachsen und die Kondensationskammer mit Nebenprodukten angefüllt ist, werden diese Teile gegen einen neuen Netzrahmen und eine leere Kondensationskammer ausgetauscht. Die Vorrichtung der Erfindung gestattet einen Austausch innerhalb weniger Sekunden, so daß keine Änderung der Temperatur- oder Druckbedingungen im Reaktionsturm erforderlich ist und allenfalls die Dämpfezuführung kurzzeitig gedrosselt oder unterbrochen wird; aber auch das ist nicht unbedingt notwendig. Durch fortlaufende Wiederholung der Auswechselung kann eine praktisch kontinuierliche Arbeitsweise erreicht werden.When the mesh frame is compacted by the deposited crystalline titanium fulfilled and grown sufficiently and the condensation chamber with by-products is filled, these parts are replaced by a new mesh frame and an empty condensation chamber exchanged. The device of the invention allows interchangeability few seconds, so that no change in temperature or pressure conditions in the Reaction tower is required and, if necessary, the supply of vapors is briefly throttled or is interrupted; but even that is not absolutely necessary. Through ongoing Repetition of substitutions can be a practically continuous way of working can be achieved.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen weiter erläutert; die Zeichnungen zeigen eine vorzugsweise verwendbare Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention is explained further below with reference to the drawings; the drawings show a preferably usable device for implementation of the procedure.

Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch die obere Hälfte der Vorrichtung mit dem Reaktionsturm; Fig. 2 ist ein ähnlicher Schnitt durch die untere Hälfte der Vorrichtung.Fig. 1 is a schematic longitudinal section through the upper half of the Device with the reaction tower; Figure 2 is a similar section through the lower one Half of the device.

In Fig. 1 ist ein Reaktionsturm 1 aus einem Spezialstahl mit einer elektrischen Widerstandsheizung 2 zur Erwärmung auf Temperaturen zwischen etwa 800 und 1100° C dargestellt. An seinem Boden ist eine dünne Stahlplatte mit konzentrischen Rillen 3 angeordnet, um die bei Temperaturänderungen auftretenden Längenänderungen des Reaktionsturmes auszugleichen. Innerhalb des Reaktionsturmes sind ein Netzrahmen 4 aus Titandraht, -streifen oder -spänen und ein Blechzylinder 5, vorzugsweise aus dünnem Titanblech, angeordnet. Der Blechzylinder 5 umgibt den Netzrahmen 4 und dient zur Stützung und leichteren Handhabung des Netzrahmens, etwa beim Auswechseln. Die Widerstandsheizung 2 ist von einem Mantel 6 umgeben, der Innenraum kann durch eine mit einer Vakuumpumpe verbundene Saugöffnung 7 evakuiert werden.In Fig. 1, a reaction tower 1 made of a special steel with a electrical resistance heater 2 for heating to temperatures between approximately 800 and 1100 ° C. At its bottom is a thin steel plate with concentric Grooves 3 arranged around the changes in length that occur when the temperature changes to compensate for the reaction tower. Inside the reaction tower are a net frame 4 made of titanium wire, strips or chips and a sheet metal cylinder 5, preferably made of thin titanium sheet. The sheet metal cylinder 5 surrounds the mesh frame 4 and is used for supporting and easier handling of the net frame, for example when replacing it. the Resistance heater 2 is surrounded by a jacket 6, the interior can by a suction opening 7 connected to a vacuum pump can be evacuated.

Das Rohmaterial Titantetrachlorid ist in einem Tank 8 enthalten, es wird durch eine Rohrleitung mit einem Strömungsmesser 9 und einem Regelventil 10 in eine Verdampfervorrichtung 11 geleitet. Letztere ist mit einem Heizmantel 12 umgeben. In der Verdampfervorrichtung wird das Titantetrachlorid verdampft, die Dämpfe werden durch die Zuführungsleitung 13 zur Einführung in den Reaktionsturm in die verzweigten Düsen 14 geführt.The raw material titanium tetrachloride is contained in a tank 8, it is through a pipeline with a flow meter 9 and a control valve 10 passed into an evaporator device 11. The latter is provided with a heating jacket 12 surround. The titanium tetrachloride is evaporated in the evaporator device Vapors are passed through feed line 13 for introduction into the reaction tower guided into the branched nozzles 14.

Das Magnesium wird durch eine kontinuierlich arbeitende Zuteilvorrichtung 17 in eine Schmelzwanne 16 gefördert, die mit einem Heizmantel 15 umgeben ist; die Zuteilvorrichtung 17 ist oberhalb der Schmelzwanne 16 angeordnet, letztere ist mit einem Regelventil 18 ausgestattet. Die Verdampfervorrichtung 19 für Magnesium ist mit einem Heizmantel 20 versehen und über eine Zuführungsleitung 21 mit Ventil 22 mit einer Düsenkammer verbunden, die eine Anzahl von Einspritzdüsen 23 aufweist. Die Düsen 14 und 23 sind vorzugsweise konzentrisch im Kopf des Reaktionsturmes mit den Düsenöffnungen in dessen Achsenrichtung angeordnet.The magnesium is conveyed by a continuously operating metering device 17 into a melting tank 16 which is surrounded by a heating jacket 15; the metering device 17 is arranged above the melting tank 16; the latter is equipped with a control valve 18 . The evaporator device 19 for magnesium is provided with a heating jacket 20 and connected via a feed line 21 with valve 22 to a nozzle chamber which has a number of injection nozzles 23. The nozzles 14 and 23 are preferably arranged concentrically in the head of the reaction tower with the nozzle openings in its axial direction.

Unterhalb des Reaktionsturmes 1 befindet sich eine Kondensationskammer 24. zur Aufnahme der Nebenprodukte, die von einer über ein Getriebe 31 höhenverstellbaren Stütze 30 getragen wird (vgl. Fig. 2). Ein Führungsrahmen ist mit 32, eine Drehscheibe mit 33 bezeichnet, letztere kann von einem Motor 34 über eine Welle 35 und ein Getriebe 35' geschwenkt werden. Die Kondensationskammer 24 zur Aufnahme der Nebenprodukte ist mit dem Blechzylinder 5 verbunden und kann mittels der Stütze 30 auf- und abwärts geschoben und auf der Drehscheibe 33 geschwenkt werden. Die Kondensationskammer 24 ist mit einer Wasserkühlung 44 versehen, die Kühlrohre sind mit biegsamen Schläuchen 44' an eine Kühlwasserquelle angeschlossen.A condensation chamber is located below the reaction tower 1 24. to accommodate the by-products, which are height-adjustable by a gearbox 31 Support 30 is carried (see. Fig. 2). A guide frame is at 32, a turntable denoted by 33, the latter can be driven by a motor 34 via a shaft 35 and a transmission 35 'can be pivoted. The condensation chamber 24 for receiving the by-products is connected to the sheet metal cylinder 5 and can by means of the support 30 up and down be pushed and pivoted on the turntable 33. The condensation chamber 24 is provided with a water cooling system 44, the cooling tubes are with flexible hoses 44 'connected to a source of cooling water.

Der untere Teil der Vorrichtung zur Entfernung der Produkte und Einführung einer neuen Einheit aus Netzrahmen, Blechzylinder und Kondensationskammer ist vollständig von einem äußeren Behälter 45 umgeben. Das ganze System kann über eine Saugöffnung 41 evakuiert werden.The lower part of the device for removing the products and introducing them a new unit consisting of a mesh frame, sheet metal cylinder and condensation chamber is complete surrounded by an outer container 45. The whole system can be through a suction opening 41 to be evacuated.

An den Seitenflächen der Kondensationskammer 24 befinden sich Flansche 36 mit Gummidichtung, die mittels Nockenwellen 38 gegen Flansche 37 gepreßt werden können. Eine Reihe von Thermoelementen sind mit 26, 27 und 28 bezeichnet, 46 sind Anschlußklemmen für die elektrische Stromzuführung.Flanges are located on the side surfaces of the condensation chamber 24 36 with rubber seal, which are pressed against flanges 37 by means of camshafts 38 can. A number of thermocouples are labeled 26, 27 and 28, 46 are Terminals for electrical power supply.

Die Vorrichtung wird in folgender Weise betrieben: Der Reaktionsturm 1 wird mittels der elektrischen Widerstandsheizung 2 auf eine Temperatur zwischen etwa 800 und 1100° C erhitzt, der Raum innerhalb des Mantels 6 wird hoch evakuiert. Das Ausgangsmaterial Titantetrachlorid wird aus dem Tank 8 durch den Strömungsmesser 9 und das Regelventil 10 in die Verdampfervorrichtung 11 geleitet, die sich in demselben Vakuumsystem befindet wie der Reaktionsturm. Das Titantetrachlorid wird in der mittels Heizmantel 12 erhitzten Verdampfervorrichtung verdampft und durch die Zuführungsleitung 13 den Einspritzdüsen 14 zugeführt. Die Zuführungsleitung 13 ist mit einem Wärmeisolierstoff umgeben, um eine Kondensation der Dämpfe hinter der Verdampfervorrichtung auszuschließen. Die Titantetrachloridd'ämpfe werden dann in den Reaktionsturm eingeleitet.The apparatus is operated in the following manner: The reaction tower 1 is by means of the electrical resistance heater 2 to a temperature between about 800 and 1100 ° C heated, the space inside the jacket 6 is highly evacuated. The starting material titanium tetrachloride is taken from the tank 8 through the flow meter 9 and the control valve 10 passed into the evaporator device 11, which are located in the same Vacuum system is located like the reaction tower. The titanium tetrachloride is in the means Heating jacket 12 heated evaporator device and evaporated through the supply line 13 supplied to the injection nozzles 14. The supply line 13 is covered with a heat insulating material surrounded in order to exclude condensation of the vapors behind the evaporator device. The titanium tetrachloride vapors are then introduced into the reaction tower.

Das Magnesium wird durch die kontinuierlich arbeitende Zuteilvorrichtung 17 in die Schmelzwanne 16 eingeführt und darin geschmolzen, die Wärmezufuhr erfolgt durch den Heizmantel 15. Das geschmolzene Magnesium wird über das Regelventil 18 in die Verdampfervorrichtung 19 geleitet und dort durch Erhitzung auf eine Temperatur zwischen etwa 650 und 800° C verdampft. Die Magnesiumdämpfe strömen durch die wärmeisolierte Zuführungsleitung 21 und das Ventil 22 in die Düsenkammer und werden durch die Düsen 23 in den Reaktionsturm 1 eingeleitet. Die in den Reaktionsturm 1 eingeführten Dämpfe von Titantetrachlorid und Magnesium vermischen sich, treffen auf den im Reaktionsturm angeordneten Titan-Netzrahmen und strömen abwärts, wobei die »Wandreaktion« stattfindet. Das entstehende Titan setzt sich auf dem Netzrahmen ab und wächst daran zu einer Kristallmasse auf. Andererseits strömen das als Nebenprodukt gebildete Magnesiumchlorid und etwas überschüssiges Magnesium abwärts durch den Reaktionsturm 1 und werden in der wassergekühlten Kondensationskammer 24 niedergeschlagen und damit sofort aus dem Reaktionssystem entfernt. Wenn das auf dem Netzrahmen abgeschiedene, kristalline Titan zu einer kompakten Masse aufgewachsen ist, so wird, bevor eine Verstopfung des Reaktionsturmes durch aufgewachsenes Titan eintritt, die Einheit aus Netzrahmen 4, Blechzylinder 5 und Kondensationskammer 24 durch Abwärtsbewegung der Stütze 30 in die Produkt-Auswechselkammer 29 gezogen, und zwar bis zur Auflage der Kondensationskammer auf der Drehscheibe 33. Diese wird dann mittels des Motors 34 gedreht. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich bereits eine neue Einheit aus Netzrahmen 4', Blechzylinder 5' und leerer Kondensationskammer 24' im rechten Teil der Kammer, sie wird durch Drehung der Scheibe 33 an die Stelle der mit Produkten erfüllten Einheit geführt. Die gefüllte Einheit kann nach Schließen der Vakuumverbindung, Einführen von Luft durch ein Ventil 39 in den Behälter 45 und Abnehmen der Deckelplatte aus der Öffnung 40 herausgenommen werden. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, wodurch das Verfahren praktisch kontinuierlich wird. Um während des Auswechselvorganges das Vakuum im Reaktionsturm aufrechtzuerhalten, soll eine geeignete Vakuumdichtung 36, 37, 38 zwischen der Kondensationskammer und dem umgebenden Behälter 45 angeordnet sein.The magnesium is introduced into the melting tank 16 by the continuously operating metering device 17 and melted therein; the heat is supplied through the heating jacket 15. The molten magnesium is passed through the control valve 18 into the evaporator device 19 and there by heating to a temperature between about 650 and 800 ° C evaporated. The magnesium vapors flow through the heat-insulated supply line 21 and the valve 22 into the nozzle chamber and are introduced into the reaction tower 1 through the nozzles 23. The vapors of titanium tetrachloride and magnesium introduced into the reaction tower 1 mix, hit the titanium mesh frame arranged in the reaction tower and flow downwards, the "wall reaction" taking place. The resulting titanium settles on the mesh frame and grows on it to a crystal mass. On the other hand, the magnesium chloride formed as a by-product and some excess magnesium flow downward through the reaction tower 1 and are precipitated in the water-cooled condensation chamber 24 and thus immediately removed from the reaction system. When the crystalline titanium deposited on the mesh frame has grown into a compact mass, before the reaction tower becomes clogged by grown titanium, the unit of mesh frame 4, sheet metal cylinder 5 and condensation chamber 24 is moved into the product exchange chamber by downward movement of the support 30 29 is pulled until the condensation chamber rests on the turntable 33. This is then rotated by means of the motor 34. At this point in time there is already a new unit of mesh frame 4 ', sheet metal cylinder 5' and empty condensation chamber 24 'in the right-hand part of the chamber; it is moved to the place of the unit filled with products by turning disk 33. The filled unit can be removed from the opening 40 after closing the vacuum connection, introducing air through a valve 39 into the container 45 and removing the cover plate. This process can be repeated any number of times, making the process practically continuous. In order to maintain the vacuum in the reaction tower during the exchange process, a suitable vacuum seal 36, 37, 38 should be arranged between the condensation chamber and the surrounding container 45.

Während des Auswechselvorganges können die Ventile 10, 18 und 22 geschlossen werden, um für diese kurze Zeitspanne die Zuführung der Dämpfe von Titantetrachlorid und Magnesium zu unterbrechen.During the replacement process, the valves 10, 18 and 22 can be closed in order to interrupt the supply of the vapors of titanium tetrachloride and magnesium for this short period of time.

Zu Beginn des Betriebes wird der Reaktionsturm 1 auf .eine Temperatur zwischen etwa 800 und 1100° C erhitzt, die Temperatur wird jedoch dann durch die Reaktionswärme gehalten, so daß während des Betriebes keine großen Wärmemengen erforderlich sind.At the start of operation, the reaction tower 1 is set to .eine temperature heated between about 800 and 1100 ° C, but the temperature is then by the Heat of reaction held so that no large amounts of heat are required during operation are.

Nachfolgend sind im Verfahren der Erfindung erzielte Ergebnisse zusammengestellt: Gewicht des eingesetzten Titan- Netzrahmens (kg) . . . . . . . . . . . . . 5,15 0,12 Einsatzmaterialien: Insgesamt durchgesetze Menge (1) . . . . . . . . . . . . . 42,7 40,0 TiC14 Ausbeute (o/o) . . . . . . . . . . . 85,5 83,5 Strömungsgeschwindigkeit (ml/Min.) ............. 93,8 111,0 Insgesamt durchgesetzte Menge (kg) . . 21,3 20,4 Mg Ausbeute (o/o) . . . . . . . . . . . 75,0 72,7 Strömungsgeschwindigkeit (g/Min.) .............. 46,7 56,5 Reaktionsdauer (Min.) . . . . . . . . . . . . 7,5 6,0 Menge an erzeugtem Titan (kg) .... 15,7 14,55 Mittlere Vickers-Härte . . . . . . . . . . . 110 116 Das im Verfahren der Erfindung erzeugte kristalline Titan ist von hervorragender Reinheit, der Gehalt an Magnesium beträgt gewöhnlich etwa 0,002%, der Gehalt an Magnesiumchlorid etwa 0,001%. Die Reinheit von Titan kann leicht durch einen Schmelztest geprüft werden; unreines Titan schäumt infolge Verdampfung von Magnesium und/ oder Magnesiumchlorid; das Titan aus dem Verfahren der Erfindung zeigt keinerlei Gasentwicklung.Results achieved in the method of the invention are summarized below: Weight of the titanium used Net frame (kg). . . . . . . . . . . . . 5.15 0.12 Input materials: Overall enforced Amount: 1) . . . . . . . . . . . . . 42.7 40.0 TiC14 yield (o / o). . . . . . . . . . . 85.5 83.5 Flow velocity (ml / min.) ............. 93.8 111.0 Overall enforced Amount (kg). . 21.3 20.4 Mg yield (o / o). . . . . . . . . . . 75.0 72.7 Flow velocity (g / min.) .............. 46.7 56.5 Response time (min.). . . . . . . . . . . . 7.5 6.0 Amount of titanium produced (kg) .... 15.7 14.55 Medium Vickers hardness. . . . . . . . . . . 110 116 The crystalline titanium produced in the process of the invention is of excellent purity, the magnesium content is usually about 0.002%, the magnesium chloride content about 0.001%. The purity of titanium can easily be checked by a melt test; impure titanium foams as a result of evaporation of magnesium and / or magnesium chloride; the titanium from the process of the invention shows no gas evolution whatsoever.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for the production of crystalline titanium high purity from vaporous titanium tetrachloride and vaporous magnesium in a vacuum reaction chamber with a cooled one connected in the flow direction of the vapors Condensation chamber, characterized in that the vapors in rectified Stream simultaneously and with mixing in a heated to 800 to 1100 ° C and reaction tower evacuated to about 10-4 Torr against the surface of a mesh frame made of titanium wires, strips or chips, this being done by the reduction formed titanium is deposited in crystalline form on the network surface and there grows up while the vaporous by-products magnesium chloride and excess Magnesium automatically drain into the cooled condensation chamber and settle there knock down.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1 with Dispensing and evaporating devices for titanium tetrachloride and magnesium, one on 800 to 1100 ° C can be heated and evacuated together with the evaporator devices Reaction chamber as well as one connected to the reaction chamber in the flow direction of the vapors, cooled condensation chamber, characterized in that the reaction chamber in Shape of an elongated tower (1) with an inserted, cylindrical one Sheet (5) surrounded, extending essentially over the entire length of the reaction tower Mesh frame (4) is formed from titanium wires, strips or chips that the supply lines (13 or 19) coming from the evaporator devices (11 or 19). 21) in the form of preferably concentrically arranged nozzles (14 or 23) in the head of the Tower (1) open with the nozzle openings in the axial direction and that for receiving a cooled condensation chamber for the by-products below the reaction tower (24) is arranged.

3. Device for carrying out the method according to claim 1 with an elongated reaction tower according to claim 2, characterized by an evacuable and vacuum-tight container (45) connected to the lower end of the reaction tower (1) for receiving two or more units of mesh frame (4), Sheet metal cylinder (5) and condensation chamber (24) with an externally driven (34, 35, 35 ') turntable (33) arranged on the floor, a support (30) that is vertically adjustable under the reaction tower and adjustable in height via a gear (31) for Inserting, holding and pulling out the operating unit (4, 5, 24) into or out of the reaction tower and to set it down on the turntable and a vacuum-tight sealable opening (40) for removing used units and inserting fresh units into the container. References considered: British Patent Nos. 722184, 762 519, 762541.