DE1223350B - Verfahren zur Herstellung von Graphit-Metallhalogenid-Einlagerungsverbindungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

COIb

Deutsche Kl.: 12 i- 31/04

Nummer: 1223 350

Aktenzeichen: K 53736IV a/12 i

Anmeldetag: 12. August 1964

Auslegetag: 25. August 1966

Es ist bekannt, Graphit-Eisenchloridverbindungen durch mehrstündiges Erhitzen von Graphit mit Eisenchlorid auf mehrere 100° C in einem Druckgefäß herzustellen.

Schon die Umstände wegen der isolierten Herstellung des Eisen(III)-Chlorids und der Schwierigkeit des Einbringens desselben in den Ofen unter Vermeidung des Zutritts von Luftfeuchtigkeit lassen ein solches Verfahren für die Herstellung der Graphit-Metallhalogenid - Einlagerungsverbindungen wenig geeignet erscheinen.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein technisch einfaches und wirtschaftlich brauchbares Verfahren zur Herstellung der Graphit-Metallhalogenid-Einlagerungsverbindungen zu schaffen. Erfindungsgemäß wird hierzu in der Weise vorgegangen, daß Graphit zusammen mit Metallpulver der Einwirkung von Halogenierungsmitteln unterworfen wird.

Tatsächlich führt dieses Verfahren, sofern man solche Metalle verwendet, deren Halogenide zur Bildung von Einlagerungsverbindungen in Graphit befähigt sind, in äußerst einfacher und wirkungsvoller Weise zu den gewünschten Graphit-Metallhalogenid-Einlagerungsverbindungen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit Vorteil von einem Gemisch aus Graphitpulver und Metallpulver ausgegangen, wenn auch die Verwendung größerer Graphitstücke grundsätzlich nicht ausgeschlossen ist, obwohl aus verständlichen Gründen die Reaktionsgeschwindigkeit hierdurch nachteilig beeinflußt wird.

Insbesondere hat sich bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Anwendung erhöhter Temperaturen, insbesondere Temperaturen im Bereich von oberhalb ungefähr 150 bis 200° C bewährt. Als obere Temperaturgrenze wird im allgemeinen die Dissoziationstemperatur des jeweiligen Metallhalogenide zu gelten haben.

Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn man der eigentlichen Reaktionszone eine Reinigungszone nachschaltet, wobei mit Vorteil die Temperatur dieser Reinigungszone höher als die Temperatur der Reaktionszone sein sollte. Hierdurch gelingt es, die eigentlichen Graphit-Metallhalogenid-Einlagerungsverbindungen von Verunreinigungen, die nicht dem Einlagerungstypus entsprechen, zu befreien.

Als Halogeniermittel werden mit Vorteil gasförmige Halogene in elementarer Form, insbesondere Chlor oder Brom, gegebenenfalls zusammen mit einem unter den Reaktionsbedingungen inerten Trä-Verf ahren zur Herstellung von Graphit-Metallhalogenid-Einlagerungsverbindungen

Anmelder:

Dr. Adolf Knappwost, Hamburg 36, Jungiusstr. 9

Als Erfinder benannt:

Dr. Adolf Knappwost, Hamburg

gergas verwendet. Insbesondere hat sich hierbei gasförmiges Chlor unter gleichzeitiger Verwendung von Stickstoff als Trägergas bewährt.

An Stelle eines Metallpulvers können selbstverständlich auch Gemische von Metallpulvern oder Legierungspulvern verwendet werden. Bevorzugt sind im allgemeinen Schwer- und Erdmetalle, insbesondere Eisen, Kupfer u. dgl. Alkali- und Erdalkalimetalle wurden dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht unterworfen.

Selbstverständlich ist es auch möglich, an Stelle von Metallpulvern bzw. Legierungspulvern solche Stoffe zu verwenden, welche unter den gegebenen Reaktionsbedingungen Metallpulver liefern. Auch ist es möglich, solche metallhaltigen Stoffe zu verwenden, welche mit den Halogenierungsmitteln und dem gleichzeitig anwesenden Graphit unter Bildung der Einlagerungsverbindungen reagieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Vorteil kontinuierlich durchgeführt. Die Erhitzung kann bei Verwendung üblicher Öfen von außen erfolgen. Selbstverständlich ist eine Widerstandserhitzung möglich und bietet auch tatsächlich Vorteile. Besonders reine Produkte entstehen dann, wenn unter Luft- und Feuchtigkeitsausschluß gearbeitet wird. Wie schon angedeutet, dient auch die der Reaktionszone nachgeschaltete Reinigungszone, die im wesentlichen ein Absublimieren nicht eingelagerter Halogenide zur Folge hat, der Herstellung reiner Verbindungen. Hierbei genügt beispielsweise im Verhältnis zu einer 20-minütigen Reaktionsdauer in der eigentlichen Reaktionszone eine etwa 5 Minuten andauernde Behandlung in der Reinigungszone. Dauer und Temperatur der Behandlung in der Reinigungszone hängen, soweit eine Sublimation beabsichtigt ist, von den Dampfdrücken des jeweiligen Metallhalogenide ab.

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Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen haben sich besonders als Schmiermittel bewährt.

Beispiel 1

Eine bei 110° C vorgetrocknete Mischung von 1 Gewichtsteil Graphitpulver und 0,348 Gewichtsteilen Eisenpulver (Ferrum reductum) wird kontinuierlich dem oberen Ende eines um 15° gegen die Horizontale geneigten Drehrohrofens zugeführt. Das aus Hartporzellan bestehende Rohr des Ofens ist 250 cm lang mit einem Innendurchmesser von 20 cm. Das Rohr trägt eine Heizwicklung aus Chrom-Nickel-Draht, die bis auf je 40 cm an die Enden des Rohres heranreicht. Im tieferen Teil des Rohres ist die Wicklungsdichte auf einer Länge von 50 cm um den Faktor 1,8 vergrößert. Die beiden Wicklungen verschiedener Dichte werden vom gleichen Strom durchflossen. Die Stromzuführung geschieht über zwei Schleifringe aus Kupfer, die auf dem Ofen sitzen und den Strom über Graphitbürsten aufnehmen. Die Stromstärke wird so eingestellt, daß sich im Pulver in der Mitte des Ofens eine Temperatur von 260° C aufbaut. Dem Rohr wird vom, tieferen Ende her eine Gasmischung, bestehend aus 60% N₂ und 4O°/o Cl₂, zugeführt, deren Strömungsgeschwindigkeit so eingestellt wird, daß die Cl-Menge sicher ausreicht, um bei der Verweildauer des Pulvers in der etwa 120 cm langen Reaktionszone (bei dieser Temperatur etwa 20 Minuten) das Fe in FeCl₃ überzuführen. Die Verweilzeit wird durch entsprechende Nachfüllgeschwindigkeit des Ausgangspulvers eingehalten. Nach dem Durchgang durch die Reinigungszone und nach dem Durchlaufen der restlichen ungeheizten Rohrstrecke von etwa 40 cm, wird die noch warme fertige Graphit-FeCl3-Verbindung kontinuierlich in den Vorratsbehälter geleitet.

Beispiel 2

Zur Herstellung einer Graphit-CuCL.-Einlagerungsverbindung wird im Prinzip mit der gleichen Anordnung gearbeitet. Doch wird nicht von Cu-Pulver, sondern von pulverförmigen CuCl, welches nicht hygroskopisch ist,, ausgegangen. Dieses wird je nach der gewünschten CuCl-Konzentration in der Graphit-CuCl-Verbindung mit einer entsprechenden Graphitmenge gemischt und bei Temperaturen um 350° C durch einen N₂-Cl₂-SIxOm zu CuCl₂ oxydiert und in den Graphit eingelagert. Auch hierbei stellt sich wegen der höheren Wicklungsdichte in der Reinigungszone eine höhere Temperatur ein, die für die Absublimation von nicht eingelagertem CuCl₂ sorgt, dessen Dampf mit dem N₂-Cl₂-Strom nach oben in die Reaktionszone geführt wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung der Graphit-Metallhalogenid-Einlagerungsverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß Graphit zusammen mit Metallpulver der Einwirkung von Halogenierungsmitteln unterworfen wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei erhöhten Temperaturen, vorzugsweise im Bereich von oberhalb ungefähr 150 bis 200° C gearbeitet wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Einwirkung der Halogenierungsmittel eine Reinigungsbehandlung, insbesondere durch Erhitzen des Reaktionsprodukts, auf Temperaturen oberhalb der Halogenierungstemperatur vorgenommen wird.

4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Halogenierungsmittel gasförmige Halogene in elementarer Form, gegebenenfalls zusammen mit einem unter den Reaktionsbedingungen inerten Trägergas verwendet wird.

5. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Gemische von Metallpulvern oder Legierungspulver verwendet werden.

6. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle von Metallpulver unter der Reaktionsbedingung Metallpulver liefernde oder mit den Halogenierungsmitteln unter Bildung der Metallhalogenide reagierende Substanzen verwendet werden.

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