DE1153369B - Verfahren zur Trennung von Mischungen aus Metallaethylverbindungen, insbesondere Tetraaethylblei, und Aluminiumtriaethyl - Google Patents

Verfahren zur Trennung von Mischungen aus Metallaethylverbindungen, insbesondere Tetraaethylblei, und Aluminiumtriaethyl

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DE1153369B DEZ7406A DEZ0007406A DE1153369B DE 1153369 B DE1153369 B DE 1153369B DE Z7406 A DEZ7406 A DE Z7406A DE Z0007406 A DEZ0007406 A DE Z0007406A DE 1153369 B DE1153369 B DE 1153369B
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    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
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    • C07F5/00Compounds containing elements of Groups 3 or 13 of the Periodic Table
    • C07F5/06Aluminium compounds
    • C07F5/061Aluminium compounds with C-aluminium linkage
    • C07F5/062Al linked exclusively to C

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Description

Bei der elektrolytischen Gewinnung von Metallalkylverbindungen unter Verwendung von aluminiumhaltigen Elektrolyten, wie sie z. B. in den französischen Patenten 1208 430 und 1139 719 sowie in dem belgischen Patent 590 573 beschrieben ist, z. B. bei der Herstellung von Tetraäthylblei mit Alkalialuminiumtetraäthyl als Elektrolyt, entsteht an der Anode eine Mischung von z. B. Tetraäthylblei und Triäthylaluminium, und zwar in dem speziellen Fall des Tetraäthylbleis im Molekularverhältnis von 1:4. Die Trennung solcher Stoffmischungen, gleichgültig, wie immer sie entstanden sind, kann erhebliche Schwierigkeiten machen. In einzelnen Fällen, wenn nämlich die Siedepunkte der zu trennenden Verbindungen ausreichend weit auseinander liegen, gelingt die Auftrennung ohne weiteres durch Destillation. In anderen Fällen, insbesondere bei einer Mischung von Bleitetraäthyl und Aluminiumtriäthyl, gelingt eine solche Destillation auf Grund der ähnlichen Siedepunkte der Verbindungen nicht. Die Trennung dieser beiden Stoffe ist ein technisch sehr wichtiges Problem.
Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß eine Phasentrennung zwischen Aluminiumtriäthyl und dem anderen Metalläthyl erzielt werden kann, wenn man das Aluminiumtriäthyl in einen Komplex überführt. Es zeigt sich nämlich, daß das andere Metalläthyl, z. B. Tetraäthylblei, in der flüssigen Komplexverbindung schwer löslich ist. Führt man somit in der Mischung, die ursprünglich nur nicht komplexgebundene Metalläthylverbindungen enthält, das Aluminiumtriäthyl in einen solchen komplexen Zustand über, dann tritt eine Phasentrennung ein, und es gelingt, die nicht komplexgebundene Metallalkylverbindung, z. B. Bleitetraäthyl, von der Phase des komplexgebundenen Aluminiumtriäthyls abzutrennen.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur Trennung von Mischungen aus Metalläthylverbindungen, insbesondere Tetraäthylblei, und Aluminiumtriäthyl, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in dem Gemisch das Aluminiumtriäthyl durch Umsetzung mit Alkalicyanid in den 1:2-A1-kalicyanidkomplex der allgemeinen Formel
MeCN-2Al(C2H5),,
in der Me Natrium oder Kalium bedeutet, überführt, das sich als gesonderte Phase abscheidende nicht komplexgebundene Metalläthyl abtrennt und gegebenenfalls anschließend aus dem Aluminiumtriäthylcyanidkomplex freies Aluminiumtriäthyl abspaltet.
Verfahren zur Trennung von Mischungen
aus Metalläthylverbindungen, insbesondere Tetraäthylblei, und Aluminiumtriäthyl
Anmelder:
Dr. Karl Ziegler, Mülheim/Ruhr, Kaiser -Wilhelm-Platz 1
Dr. Karl Ziegler, Mülheim/Ruhr, und Dipl.-Ohem. Dr. Herbert Lehmkuhl,
Mülheim/Ruhr, sind als Erfinder genannt worden
Dieses Vorgehen macht um so weniger Mühe, je geringer die Konzentration des nicht komplexgebundenen MetaUalkyls, beispielsweise des Tetraäthylbleis, in der komplexen Phase ist. Die Löslichkeit hängt dabei von der Temperatur ab, und zwar ist sie um so geringer, je geringer die Temperatur dieser komplexen Phase ist. Um eine wirkungsvolle Trennung der beiden flüssigen Phasen zu erreichen, ist es also zweckmäßig, vor der Phasenauftrennung die Mischung soweit als möglich abzukühlen. So ist z. B. die Komplexverbindung NaCN-2 A1(C2H5)3 ohne die Gefahr einer Verfestigung gut bis auf etwa 20° C abzukühlen. Die Löslichkeit des Tetraäthylbleis in dieser Komplexverbindung beträgt bei 20° C nur 2,6 g/100 cm3.
Es wird dementsprechend erfindungsgemäß bevorzugt, vor der Trennung der beiden nicht mischbaren Phasen diese auf eine möglichst tiefe Temperatur abzukühlen, um eine möglichst geringe Löslichkeit der nicht komplexgebundenen Metalläthylverbindung, in der komplexen Aluminiumtriäthylverbindung zu erreichen. Will man die beiden Phasen in flüssigem Zustand voneinander trennen, muß man selbstverständlich auch hier darauf achten, daß nicht so tiefe Temperaturen verwendet werden, daß die komplexen Aluminiumverbindungen schon auskristallisieren. Zwingend für die Abtrennung der bisher beschriebenen komplexen Aluminiumtriäthylverbindungen von den vorliegenden anderen Metalläthylverbindungen ist aber das Vorliegen zweier flüssiger Phasen bei
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l:l-Alkalifluoridkomplex des Aluminiumtriäthyls gibt, die entsprechenden 1:2-Komplexverbindungen sich ausbilden läßt, dann auf Temperaturen von 0° C und darunter abkühlt und anschließend die Phasen 5 voneinander trennt.
Durch diese Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, schließlich bis auf nur Bruchteile eines Prozentes an nicht komplexgebundener Metalläthylverbindung, beispielsweise Bleitetraäthyl, in der
der Auftrennung nicht. Es sind auch andere Wege für die Auftrennung möglich, wobei sich wiederum die geringe Lösungsfähigkeit der Cyanidkomplexe besonders vorteilhaft auswirkt. Beispiele für solche anderen Abtrennungsmethoden sind:
Man läßt das zweiphäsige System so lange stehen, bis eine der beiden Phasen sich vollständig verfestigt hat. Dann kann man die andere ohne besondere Filtriervorrichtung od. dgl. einfach abziehen. Schmilzt
man die feste Phase dann noch einmal auf, setzt eine io komplexen Phase zu gelangen. Diese Reste können ausreichende Menge eines Kohlenwasserstofflösungs- dann mit sehr geringem Aufwand an Extraktionsmittels zu und läßt noch einmal die kristallisierende mittel beseitigt werden. Man kann aber auf ihre AbPhase ausfrieren, so lassen sich auch die letzten An- trennung vollständig verzichten, wenn man beispielsteile der anderen Phase aus der festen Phase heraus- weise die bleitetraäthylhaltige Aluminiumkomplexholen. Nach einer weiteren Möglichkeit kann man 15 verbindung in die Alkalialuminiumtetraäthylkomplexaber auch gleich von Anfang an in Gegenwart von verbindung anschließend umwandeln will, um diese überschüssigem Lösungsmittel für die nicht komplex- z. B. wieder in der Ausgangselektrolyse als Elektrogebundene Metalläthylverbindung arbeiten und jetzt lyten einzusetzen. Bei einer solchen Umwandlung die ganze Aluminiumkomplexverbindung zum Kri- werden eventuell noch vorliegende Spuren von Bleistallisieren bringen. In diesem Fall läßt sich die 20 tetraäthyl unter Abscheidung von Blei vollständig Lösung des Metallalkyls, beispielsweise also des zersetzt, so daß auch dann, wenn man Aluminium-Bleitetraäthyls, ohne weiteres durch Filtrieren von äthylkomplexverbindungen in diese Regenerierung den Kristallen trennen, und beim Auswaschen des zum ursprünglichen Elektrolyten einsetzt, die noch Kristallbreis mit etwas Lösungsmittel wird dieser etwas Tetraäthylblei enthalten, gleichwohl ein bleiauch von dem letzten Rest des freien Metalläthyls 25 freier Elektrolyt der Elektrolysestufe wieder zugebefreit. Gerade diese Ausführungsform ist neben der führt werden kann. Dieses ist vor allem dann wichzuerst beschriebenen Flüssig-flüssig-Trennung am ein- tig, wenn man mit einer Elektrolysenzelle ohne fachsten. Schließlich kann man gegebenenfalls auch Quecksilberkathode arbeitet, durch eine vorsichtige Destillation die nicht komplex- Gewünschtenf alls kann aber auch die Alkaligebundene Metalläthylverbindung von dem Alumini- 30 cyanid-Aluminiumtriäthyl-Komplexverbindung der umkomplex abdestillieren. . thermischen Spaltung unterworfen werden. Hierbei Wenn auch durch die erfindungsgemäße Verwen- wird Aluminiumtriäthyl frei, und zwar gelingt es, in dung dieser Alkalicyanidkomplexe des Aluminium- diesem Falle ohne Schwierigkeiten die beiden MoIetriäthyls eine ganz erhebliche Verbesserung in der küle Aluminiumtriäthyl aus dem Komplex abzu-Abtrennung erzielt wird, so gelingt eine noch stärkere 35 destillieren, so daß das Alkalicyanid als Destillations-Herabsetzung der Löslichkeit des Tetraäthylbleis in rückstand verbleibt, der Phase der flüssigen Komplexverbindung des
Aluminiumtriäthyls dann, wenn man den beschriebenen Cyanidkomplexen eine gewisse Menge des
Eine entsprechende Rückgewinnung von freiem Aluminiumtriäthyl aus der Komplexverbindung
Fluoridkomplexes NaF-2Al(C2Hg)3 beimischt. Der 40 Shlk d 12Cidkl d
NaF-2 Al(C2Hg)3
p 2g3
Schmelzpunkt des 1:2-Cyanidkomplexes, der etwa durch thermische Zersetzung im Vakuum unter Abbei 30° C liegt, kann durch den Zusatz eines solchen destillieren des Aluminiumtriäthyls ist z. B. in dem 1:2-Fluoridkomplexes ganz erheblich gesenkt wer- Patent 931107 beschrieben. Hierbei gelingt es allerden. Mengen des Fluorid-1:2-Komplexes in der dings, nur 1 Mol Aluminiumtriäthyl abzuspalten unter Größenordnung von 5 bis 2Oe/o sind hierfür völlig 45 gleichzeitiger Bildung der sogenannten 1:1-Komplexausreichend. Solche Mischungen bleiben bis herunter verbindung NaF-Al(C2Hg)3. Es liegt also ein weiterer zu 0° C und auch darunter regelmäßig flüssig. Durch Vorteil der Cyanidkomplexe gegenüber den Fluoridden Zusatz des Natriumfluoridkomplexes wird die komplexen in der besseren thermischen Spaltbarkeit, Löslichkeit des Tetraäthylbleis in der Phase der die die Zurückgewinnung des gesamten Aluminiumflüssigen Komplexverbindungen nur unwesentlich er- 50 trialkyls aus der Komplexverbindung ermöglicht, höht, dafür kann man aber mit der Temperatur sehr Für die Umsetzung des freien Aluminiumtriäthyls viel weiter heruntergehen und damit die Löslichkeit zu den entsprechenden fluorid- bzw. cyanidhaltigen in einem sehr viel stärkeren Ausmaße vermindern. Komplexen wird es erfindungsgemäß bevorzugt, Diese Ausführungsforrn der Erfindung ist somit mäßig erhöhte Temperaturen zu verwenden. Diese dadurch gekennzeichnet, daß man der Mischung aus 55 Umsetzung kann leicht dadurch bewerkstelligt werim Cyanidkomplex gebundenem Aluminiumtriäthyl den, daß man die umzusetzenden Verbindungen auf und nicht komplexgebundenem Metallalkyl beschränkte Mengen des 1: 2-Alkalifluoridkomplexes
des Aluminiumtriäthyls zufügt, die Mischung auf
Temperaturen von 0° C und darunter abkühlt und 60
dann die zwei Phasen voneinander trennt. Erfindungsgemäß kann auch so vorgegangen werden, daß man
der freies Aluminiumtriäthyl und die andere Metalläthylverbindung enthaltenden Mischung cyanid- und
fluoridhaltige Komponenten gleichzeitig zuführt. Bei- 65 entsteht, wird bei 60° C in einem mit Stickstoff gespielsweise kann man also so vorgehen, daß man in füllten Gefäß unter Rühren mit 98 g trockenem die noch nicht komplexgebundene Ausgangsmischung Natriumcyanid versetzt. Nach 30 Minuten ist alles gleichzeitig Alkalicyanid und Alkalifluorid bzw. Natriumcyanid in Lösung gegangen. Es hat sich eine
eine Temperatur von 50 bis etwa 70° C kurzfristig erwärmt.
Beispiel 1
Eine Mischung aus 456 g Aluminiumtriäthyl und 323 g Bleitetraäthyl, wie sie durch Elektrolyse von Natriumaluminiumtetraäthyl bei Benutzung einer Kathode aus Quecksilber an einer Anode aus Blei
zweiphasige flüssige Mischung gebildet. Nach Trennung beider Phasen voneinander bei 30° C erhält man 308 g Bleitetraäthyl (das sind 95,4 % der Theorie), die die untere Schicht gebildet hatten, und 554 g der Verbindung NaCN-2 A1(C2H5)3, die noch 15 g Bleitetraäthyl gelöst enthalten.
Beispiel 2
Eine Mischung von 228 g Aluminiumtriäthyl und 123 g Zinkdiäthyl wird bei 60° C unter Rühren mit 49 g Natriumcyanid versetzt. Innerhalb von 15 Minuten hat sich alles Natriumcyanid gelöst. Man fügt 400 cm3 wasser- und luftfreies Hexan zu und erhält zwei Flüssigkeitsphasen, die nach dem Absitzen und Abkühlen auf 20° C voneinander getrennt werden. Die untere Schicht ist praktisch reines
NaCN-2 A1(C2H5)3
mit sehr geringem Gehalt an Zinkdiäthyl, die obere Phase ist eine Hexanlösung von Zinkdiäthyl, aus der man nach dem Abdampfen des Hexans 120 g Zinkdiäthyl (das sind 97,5% der berechneten Menge) erhalten kann.
Statt des Hexans kann man mit Vorteil auch flüssiges Propan oder Butan unter Druck verwenden. Diese Kohlenwasserstoffe sind besonders gute Extraktionsmittel für Zinkdiäthyl, und sie lassen sich wegen ihrer niedrigen Siedepunkte besonders leicht vom Zinkdiäthyl abdestillieren.
Die Komplexverbindung NaCN-2 Al(C2Hg)3, die noch geringe Mengen Zinkdiäthyl gelöst enthält, wird im Vakuum von 10-3 Torr auf 100° C erhitzt, dabei destilliert alles Zinkdiäthyl zusammen mit Aluminiumtriäthyl ab. Nachdem insgesamt etwa 20 bis 30 cm3 Flüssigkeit abdestilliert sind, wird die Vorlage gewechselt und anschließend unter allmählicher Steigerung der Temperatur bis auf 200° C (in der Komplexsalzschmelze gemessen) erhitzt. Innerhalb von einigen Stunden destillieren 200 g Aluminiumtriäthyl ab (das sind 88% der berechneten Menge). Der Destillationsrückstand ist reines Natriumcyanid in einer Menge von 49 g (das sind 100% der berechneten Menge), das für eine erneute Trennung eines Metalläthyl-Aluminiumtriäthyl-Gemisches verwendet werden kann.
Beispiel 3
Eine Mischung aus 456 g Aluminiumtriäthyl und 323 g Bleitetraäthyl wird bei 60° C unter Rühren mit 98 g trockenem Natriumcyanid versetzt. Nachdem alles Natriumcyanid gelöst ist, hat sich eine zweiphasige flüssige Mischung gebildet. Nach Absitzen beider Phasen läßt man auf 0° C abkühlen, wobei die obere Phase — die Komplexsalzschmelze — erstarrt. Jetzt zieht man die untere Phase, die reines Bleitetraäthyl in einer Menge von 310 g ist, ab, gibt zu dem bei 50 bis 60° C aufgeschmolzenen Komplexsalz NaCN-2 Al(C2Hg)3 200 cm3 trockenes Isooctan unter Rühren zu und läßt nach dem Absitzenlassen der sich durch den Isooctanzusatz bildenden zweiphasigen Mischung wieder auf 0° C abkühlen. Jetzt bildet die kristallisierende Komplexverbindung die untere Schicht. Man erhält 550 g reines
NaCN-2 Al(C2Hg)3,
von dem man das Isooctan, das etwa 10 g Bleitetraäthyl gelöst enthält, durch Abgießen trennt. Das nach dem Abdestillieren des Isooctans zurückbleibende Bleitetraäthyl wird mit der Hauptmenge vereinigt und durch eine Wasserdampfdestillation gereinigt.
Beispiel 4
Eine Mischung aus 342 g Aluminiumtriäthyl und 296 g Wismuttriäthyl wird bei 80° C unter Rühren mit 98 g trockenem Kaliumcyanid versetzt. Innerhalb von 30 Minuten hat sich alles Kaliumcyanid gelöst. Man gibt zu der Reaktionsmischung 700 cm3 wasser- und luftfreies Isooctan und läßt unter Rühren auf 0° C abkühlen. Man erhält einen Kristallbrei, von dem die Flüssigkeit durch eine eingetauchte Glasfritte abgesaugt wird, die Kristalle werden nochmals mit 200 cm3 kaltem Isooctan gewaschen. Die Kristalle sind reines KCN-2 A1(C2H5)3 in einer Ausbeute von 400 g (=91% der Theorie). Von der Flüssigkeit wird bei 100° C das Isooctan abdestilliert, der Destillationsrückstand ist Wismuttriäthyl, das durch Destillation im Vakuum bei 2 Torr und 50° C (im Dampf gemessen) gereinigt wird. Man erhält 290 g Wismuttriäthyl (das sind 98% der berechneten Menge). Der geringe Destillationsrückstand besteht aus der Komplexverbindung KCN-2 Al(C2Hg)3 und kann nach dem Waschen mit wenig kaltem Isooctan der Hauptmenge zugefügt werden.
Statt des Isooctans kann man jeden gesättigten Kohlenwasserstoff verwenden, z. B. Hexan, Hexahydrotoluol, Hexahydrocumol, Dekalin oder Mischungen solcher Kohlenwasserstoffe, z. B. Benzinfraktionen.
Beispiel 5
Eine Mischung aus 456 g Aluminiumtriäthyl und 323 g Bleitetraäthyl wird bei 70° C unter Rühren mit 78 g trockenem NaCN und 125 g Na[Al(C2H5)3F] versetzt. Innerhalb von etwa 20 Minuten ist alles NaCN in Lösung gegangen, es hat sich eine zweiphasige flüssige Mischung gebildet, die man unter Absitzen beider Phasen auf —10° C abkühlen läßt.
Man zieht jetzt die untere Phase, die reines Bleitetraäthyl in einer Menge von 315 g ist, ab. Die Komplexsalzphase, die aus einer Mischung von NaCN-2Al(C2Hg)3 und NaF-2 Al(C2Hg)3 im Molverhältnis 1,6:0,4 besteht und insgesamt noch etwa 8 g Bleitetraäthyl enthält, wird im Vakuum von 1 Torr auf 100° C erhitzt, dabei destilliert alles Bleitetraäthyl zusammen mit Aluminiumtriäthyl innerhalb der ersten 20 cm3 ab. Anschließend wird die Vorlage gewechselt und unter allmählicher Steigerung der Temperatur bis 160° C (in der Flüssigkeit gemessen) weiter erhitzt. Innerhalb von etwa 2 bis 3 Stunden destillieren 440 g Aluminiumtriäthyl ab (das sind 94.5% der berechneten Menge). Der Rückstand besteht aus NaCN und Na[Al(C2Hg)3F]. Der Destillationsvorlauf kann bei einer erneuten Trennung größerer Mengen Bleitetraäthyl und Aluminiumtriäthyl der aufzutrennenden Mischung zugegeben werden.

Claims (10)

P-ATE NT AN SPRUCH E:
1. Verfahren zur Trennung von Mischungen aus Metalläthylverbindungen, insbesondere Tetraäthylblei, und Aluminiumtriäthyl, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Gemisch das Aluminiumtriäthyl durch Umsetzung mit Alkalicyanid in den 1: 2-Alkalicyanidkomplex der aligemeinen Formel MeCN-2 A1(C2H5)3, in der Me Natrium oder Kalium bedeutet, überführt, das sich als gesonderte Phase abscheidende nicht
komplexgebundene Metalläthyl abtrennt und gegebenenfalls anschließend aus dem Alurniniumtriäthylcyanidkomplex freies Aluminiumtriäthyl abspaltet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung mit dem Alkalicyanid bei 50 bis 70° C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Trennung der beiden nicht mischbaren Phasen diese auf eine möglichst tiefe Temperatur, bei der jedoch eine Kistaüisation der komplexen Aluminiumtriäthylverbindung noch nicht eintritt, abkühlt und dann die beiden Flüssigphasen voneinander trennt oder aber nach weiterem Abkühlen, gegebenenfalls in Gegenwart eines Lösungsmittels für die nicht komplexgebundene Metalläthylverbindung, die feste von der flüssigen Phase trennt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man der nach Anspruch 1 erhaltenen Mischung begrenzte Mengen der 1: 2-Komplexverbindung NaF-2 Al(C2Hg)3 zusetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man der zu trennenden Ausgangsmischung gleichzeitig oder nacheinander Alkalicyanid bzw. Alkalicyanidkomplexverbindung und Natriumfluorid bzw. Natriumfluorkomplexverbindung zusetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionsmischung vor der Phasenauftrennung auf Temperaturen von 0° C und darunter abkühlt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den 1:2-Aluminiumtriäthylkomplexverbindungen äquivalente Mengen an Komplexbildnern in die Ausgangsmischung gibt.
8. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Mengen von 5 bis 20fl/oAlkah"fluoridkomplexverbindung neben den Alkalicyanidkomplexen arbeitet.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die letzten Reste der nicht komplexgebundenen Metalläthylverbindung aus der komplexen Phase mit Extraktionsmitteln auswäscht.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aluminiumkomplexverbindungen anschließend einer thermischen Spaltung unterwirft.
® 309 669/340 8.63
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