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Verfahren zur Herstellung von Alkaliboranathen Gegenstand des Patents
1241421 ist ein Verfahren zur Herstellung von Natriumboranat durch Umsetzung von
Natriumboraten mit Wasserstoff, Natriumhydrid und/oder Natrium sowie reduzierenden
Elementen bei erhöhten Temperaturen und Drücken, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß Natriumborate mit Wasserstoff, Natrium und/oder Natriumhydrid sowie Aluminium
bzw. aluminiumreichen Legierungen bei Temperaturen von etwa 200 bis 600'C und Wasserstoffdrücken
von etwa 1 bis 50 atm umgesetzt werden, wobei pro Grammatom Bor weniger als 4 Mol
Natrium bzw. Natriumhydrid eingesetzt werden.
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Die Reaktion kann in der Weise durchgeführt werden, daß Gemische von
Natriumboraten, Natrium und feinverteiltem Aluminium unter Rühren bei einem Wasserstoffdruck
von z. B. 4 atm auf Reaktionstemperatur erhitzt werden und auf dieser Temperatur
gehalten werden, bis das Reaktionsgemisch keinenWasserstoff mehr aufnimmt. Man kann
aber auch so vorgehen, daß man zunächst eine Mischung von Natriumborat und Natrium
durch Erhitzen in einer Wasserstoffatmosphäre in ein inniges Gemisch von Natriumborat
und Natriumhydrid und gegebenenfalls kleinen Mengen Natriumboranat überführt und
in dieses Gemisch sodann feinverteiltes Aluminium einträgt und unter Wasserstoffüberdruck
so lange auf Reaktionstemperatur hält, bis die Wasserstoffaufnahme beendet ist.
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Da bei der vorliegenden Reaktion sowohl feste als auch flüssige und
gasförmige Reaktionspartner miteinander umgesetzt werden und die Reaktion zudem
nach Aufbringen der Aktivierungsenergie stark exotherm verläuft, treten bei der
angeführten technischen Durchführung des Verfahrens vor allem im Hinblick auf die
notwendige Wärmeableitung Schwierigkeiten auf.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von Natriumboranat durch Umsetzung von Natriumboraten mit Wasserstoff, Natriumhydrid
und /oder Natrium sowie Aluminium bzw. aluminiumreichen Legierungen bei Temperaturen
von etwa 200 bis 600'C und Wasserstoffdrücken von etwa 1 bis 50 atm, wobei
pro Grammatom Bor weniger als 4 Mol Natrium bzw. Natriumhydrid eingesetzt werden,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Natrium, das Aluminium bzw. die aluminiumreichen
Legierungen und den Wasserstoff mit einem Teil der Natriumborate zur Reaktion bringt
und dieses Reaktionsgemisch mit den restlichen Natriumboraten umsetzt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird das Natriumborat
nur zum kleineren Teil (etwa ein Viertel der Gesamtmenge) mit den gesamten Reduktionsmitteln
und dem Wasserstoff auf die notwendige Reaktionstemperatur und den Reaktionsdruck
gebracht, worauf der größte Teil der Borate der Reaktionsmischung portionsweise
oder kontinuierlich zugeführt wird.
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Es wurde festgestellt, daß die oben beschriebenen Schwierigkeiten
durch das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise behoben werden können.
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Die Reaktion wird bei Temperaturen von 220 bis 600'C, vorzugsweise
bei Temperaturen von etwa 330 bis 550C, und Wasserstoffdrücken zwischen 1 und 50
atm, vorzugsweise zwischen 2 und 5 atm, durchgeführt. Als Ausgangsprodukte können
Natriumborate beliebiger Zusammensetzung, beispielsweise Natriumorthoborat (Na3B03),
Natriummetaborat (NaB0.), Natriumtriborat (Na2B1,0io) Natriumtetraborat (Na2Bs0is)
oder entwässerter Borax (Na2B407) verwendet werden. Das Mengenverhältnis von Natrium
und Aluminium hält man zweckmäßig so, daß als Reaktionsprodukt neben Natriumboranat
Natriumalumin.at gebildet wird. Doch können auch andere Mengenverhältnisse eingesetzt
werden. Das Aluminium wird in feinverteilter Form - Aluminiumbronze,
-grieß,
-blättchen, -pulver oder -drehspäne -verwendet. An Stelle von Aluminium können jedoch
auch aluminiumreiche Legierungen, wie Magnalium, Duralumin, Lantal, Hydronalium
usw., eingesetzt werden. An die Reinheit des Aluminiums werden keine hohen Anforderungen
gestellt, so daß es möglich ist, Abfälle der Aluminium verarbeitenden "Industrie
zu verwenden.
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Zur Durchführung des Verfahrens werden Aluminium, Natrium bzw. Natriumhydrid,
Wasserstoff und ein Teil des Natriumborats auf die Reaktionstemperatur gebracht
und sodann das restliche Alkaliborat vorzugsweise portionsweise oder kontinuierlich
zugesetzt. Das Verfahren-wird vorteilhaft in beheizbaren druck= festen Mischschnecken
durchgeführt, wobei das Alkaliborat den vorerhitzten Reaktionspartnern, vorzugsweise
an mehreren Stellen der Mischschnecke, kontinuierlich zugesetzt wird.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann Natriumboranat großtechnisch
unter leicht beherrschbaren Bedingungen kontinuierlich hergestellt werden. Beispiel
In eine heizbare Doppelpaddelschnecke, die unter einem Wasserstoffdruck von 3 atm
steht, werden im ersten Drittel 3,75 kg/h Aluminiumpulver und 1,07 kg/h entwässerter
Borax und unmittelbar dahinter 3,36 kg/h Natrium eingetragen. Das innige Gemisch
wird zur Einleitung der Reaktion im zweiten Drittel der Schnecke auf eine Temperatur
von 500 bis 550°C gebracht und in das so erhitzte Gemisch 4,27 kg/h entwässerter
Borax unter Einhaltung einer Temperatur von 500 bis 6Öb°C eingetragen. Das letzte
Drittel der Schnecke dient zur Nachreaktion und Abkühlung des Reaktionsgemisches.
Das erhaltene Rohprodukt enthält 260/, NaBH4, entsprechend einer Ausbeute
von 850/".
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