DE1228236B

DE1228236B - Verfahren zur Herstellung eines aus Calcium, Bor und gegebenenfalls Kohlenstoff bestehenden Hartstoffes

Info

Publication number: DE1228236B
Application number: DEE26951A
Authority: DE
Inventors: Dr Guenther Wiebke; Dr Alfred Lipp
Original assignee: Elektroschmelzwerk Kempten GmbH
Current assignee: Elektroschmelzwerk Kempten GmbH
Priority date: 1964-04-30
Filing date: 1964-04-30
Publication date: 1966-11-10
Also published as: GB1100847A

Description

Verfahren zur Herstellung eines aus Calcium, Bor und gegebenenfalls Kohlenstoff bestehenden Hartstoffes Es ist aus der USA.-Patentschrift 1897 214 'bekannt, aus Borsäure und Kohlenstoff im elektrischen Lichtbogenofen eine borreiche Verbindung mit 70 bis 80% Bor herzustellen.
Weiterhin ist die Darstellung von Calciumhexaborid der Formel CaB, aus Calciumoxid, Borsäure (B,0# und Kohlenstoff beschrieben. überraschenderweise ist es aber nicht möglich (G in e 1 i ii, Handbuch der anorganischen Chemie, Band »Calcium«, Teil B, System 28, S. 804), durch Erhitzen von Calciumborat mit Zuckerkohle auf 1700' C Calciumhexaborid zu erhalten.
Die im ersteren Fall verwendete Borsäure (B20.) ist nicht nur relativ teuer, sondern erschwert durch ihre Eigenschaft, ab 440' C zu erweichen, den Verfahrensgang sehr. Bei Verwendung eines Lichtbogenofens werden nämlich pro Volumeinheit des Ofens wegen der hohen Energiedichte große Umsätze erzielt. Die dabei frei werdenden, speziell sehr großen Kohlenoxidmengen können jedoch nicht ungehindert entweichen, wenn die schmelzende Borsäure den MöHer gasundurchlässig macht.
Es wurde nun ein Verfahren gefunden zur Herstellung eines aus Calcium, Bor und gegebenenfalls Kohlenstoff bestehenden borreichen Hartstoffes. Dieses ist dadurch gekenn eichnet, daß boroxid- und calciumoxidhaltige Erze mit Kohle, gegebenenfalls unter Zusatz von Borsäure, im Lichtbogenofen niedergeschmolzen werden.
Durch die Verwendung der erwähnten Erze wird der geschilderte Nachteil vermieden. Es ist auch nicht erforderlich, den Möller zur Verbesserung der Gasdurchlässigkeit stückig zu machen oder teuere Kohlensorten mit einer großen Oberfläche zu verwenden. Es ist überraschend, daß die erwähnten Erze sich bei der Verarbeitung anders verhalten als ein entsprechendes Gemenge aus Calciumoxid und Borsäure und es sogar möglich ist, zusätzliche Borsäure dem Möller beizugeben und bei der Verwendung von Colemanit nach der Gleichung Ca2B.01, * 5 H20 + 6 H3B03 + 20 C = 2 CaB6 + 20 CO + 14 H20 relativ reines Calciumhexaborid aus einem rohen Borerz erzeugt werden kann. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn ein Möller verwendet wird, der aus 35 bis 45 Gewichtsprozent Colemanit (mit 43 % B203), 32 bis 42 Gewichtsprozent Borsäure (H3B0,) und 18 bis 25 Gewichtsprozent Kohlenstoff besteht. An Stelle von Colemanit kann beispielsweise auch Pandermit eingesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, ohne Verwendung von zusätzlicher Borsäure den Anteil des Calciums bzw. Calciumborids im Endprodukt dadurch zu verringern, daß der Kohleanteil des Möllers erhöht wird und ein Möller verwendet wird, der aus 71 bis 80 Gewichtsprozent Colemanit und 24 bis 29 Gewichtsprozent Kohlenstoff besteht. Das eventuell anfallende Calciumcarbid kann leicht entfernt werden, wodurch der Borgehalt des Produktes weiter steigt.
Damit gelingt es, aus rohen, billigen Borerzen mit geringem Aufwand borreiche Verbindungen zu erzeugen, die heute viele technische Anwendungsmöglichkeiten besitzen, beispielsweise als Borquelle bei der Herstellung von Bortrichlorid und als Neutronenabsorber. Daneben verfügen die anfallenden Produkte über eine außerordentliche Härte, z. B. bei 100 g Belastung über eine Knoop-Härte von rund 2000 bis 3000 kg/mm2.
Beispiel 1 Ein Möller, bestehend aus 82kg Colemanit (mit rund 431/o B203), 75kg H.BO, und 46kg Koks (mit rund 90% C), wird in einem Lichtbogenofen, dessen Wände von Kohlesteinen begrenzt sind, niedergeschmolzen. Die Spannung kann ohne Beeinflussung des Ofengangs von 70 auf 140 V gesteigert werden. Die Stromstärke bewegt sich um 2000Amp. Nach Verbrauch des Möllers und Ab- kühlen des Ofens wurden 31 kg kompaktes Material und 47 kg sogenannte »Geschniolzene Mischung« erhalten. Eine chemische Analyse des kompakten Materials ergab 59,5% Bor, 35,511/o. Calcium und 3,6% Kohlenstoff. Daneben werden noch die üblichen, ün Erz vorhandenen Verunreinigungen wie Eisen, Aluminium und Silicium gefunden. Röntgenographisch können nur die Reflexionen des CaB., beobachtet werden. Das Calcium-Bor-Verhältnis entspricht einem CaB.,2. Da freier Kohlenstoff röntgenographisch nicht nachgewiesen werden kann,- ist anzunehmen, daß - er in das Calciumboridgitter eingebaut ist.
-Beispiel 2 Ein loser Möller, bestehend aus 98 kg Colemanit (mit rund 43 % B20.) und 35 kg Koks (mit einem C-Anteil von rund 90 Oh, wird in einem Lichtbogen niedergeschmolzen. Der Ofenraum ist durch Kohlesteine auf 50 - 35 - 50 cm begrenzt. Als Spannung wurden 80 V gewählt. Nach Beendigung des Versuchs- errechnet sich die Ofenleistung zu 100 kW. Neben der nicht umgesetzten;Mischung wurde ein durchgeschmolzener Blöbk von 24 kg erhalten. Nach der Aufbereitung zeigt das Röntgendiagramm ein Gemenge aus zwei Drittel CaB6'und ein Drittel B4C

Claims

Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung eines aus Calcium, Bor und gegebenenfalls Kohlenstoff bestehenden borreichen Hartstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß boroxid- und caleiumoxidhaltige Erze mit Kohle, gegebenenfalls unter Zusatz von Borsäure, im Lichtbogenofen niedergeschmolzen werden. In Betracht gezogene Druckschriften: G m e 1 i n, System Nr. 28, Bd. B, S. 804 (193 1).