DE147871C

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Publication number: DE147871C
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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

KLASSEGREAT

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Darstellung von Silicium und Bor in kristallinischer Form, darauf beruhend, daß die betreffenden Oxyde und deren Hydrate durch Aluminium in Gegenwart von Schwefel ohne dauernde äußere Wärmezufuhr reduziert werden.The invention relates to a method for the preparation of silicon and boron in crystalline form, based on the oxides and their hydrates in question can be reduced by aluminum in the presence of sulfur without permanent external heat supply.

Die Kenntnis der Reduktion zahlreicher Sauerstoffverbindungen durch MagnesiumKnowledge of the reduction of numerous oxygen compounds by magnesium

ίο verdanken wir den Arbeiten von Gattermann und Winkler. Über die Darstellung zahlreicher Elemente mittels Aluminiums haben St.Deville, Wöhler, Tissier, Beketoff, Michel, Leon Franck, Claudevautin, Green und Wahl und in neuerer Zeit Goldschmidt gearbeitet. Die meisten Versuche mit Magnesium sind als Laboratoriumsversuche und nicht als technische Verfahren aufzufassen, haben auch bis heute keinen Eingang in die Praxis gefunden. Anders steht es mit den Arbeiten über die Darstellung zahlreicher Elemente mittels Aluminiums; man kann z. B. mit Aluminium in kurzer Zeit und in einem beschränkten Räume größere Mengen von Chrom isolieren.ίο we owe the work of Gattermann and Winkler. Have over the representation of numerous elements using aluminum St. Deville, Wöhler, Tissier, Beketoff, Michel, Leon Franck, Claudevautin, Green and Wahl and, more recently, Goldschmidt worked. Most of the experiments with magnesium are laboratory experiments and not to be understood as a technical process, have not been used to this day either found in practice. The situation is different with the works on the representation of numerous elements using aluminum; man can e.g. B. larger with aluminum in a short time and in a limited space Isolate amounts of chromium.

Dagegen gelang es mittels des Verfahrens von Goldschmidt nicht, Beryllium, Titan, Bor, Silicium, Cer, Thorium usw. in einheitlicher kristallinischer Abscheidung darzustellen, sondern man erhielt dieselben nur als gesinterte Massen (vergl. Krafft, Anorganische Chemie, 4. Auflage, S. 305).On the other hand, it was not possible to use Goldschmidt's method to convert beryllium, titanium, To display boron, silicon, cerium, thorium etc. in a uniform crystalline deposit, but they were only obtained as sintered masses (cf. Krafft, Inorganische Chemie, 4th edition, p. 305).

In der Patentschrift 96317 (Goldschmidt) ist ferner die Herstellung von Metallen und Metalloiden aus Sulfiden beschrieben. Die Sulfide des Siliciums und des Bors sind aber keine natürlichen Produkte, sondern können nur durch ein relativ umständliches Verfahren dargestellt werden. Angesichts dieses Umstandes dürfte es wahrscheinlich sein, daß Goldschmidt überhaupt nicht an die Reduktion der Sulfide von Silicium und Bor gedacht hat. Auch ist nicht bekannt, daß jemals Silicium und Bor aus Siliciumsulfid bezw. Borsulfid nach dem aluminothermischen Verfahren im kleinen, geschweige denn im großen dargestellt worden ist. Die Verhältnisse scheinen bei diesem Verfahren ganz genau so zu liegen, wie sie Kräfft bezüglich der Oxyde schildert.In the patent specification 96317 (Goldschmidt) the production of metals and metalloids from sulfides is also described. the Sulphides of silicon and boron are not natural products, but can can only be represented by a relatively cumbersome process. Given this It is likely that Goldschmidt did not participate in the reduction at all who thought of sulfides of silicon and boron. Nor is it known that ever silicon and boron from silicon sulfide respectively. Boron sulfide after the aluminothermic Procedure in the small, let alone in the large has been presented. The ratios seem to be exactly as they are with this procedure, as they are Kraft with regard to the Oxyde portrays.

Bei dem vorliegenden Verfahren werden , Sulfide nicht angewendet, sondern die zwischen Aluminium und Schwefel stattfindende Reaktion leitet durch die hierdurch bewirkte Temperaturerhöhung die Umsetzung des übrigen Gemisches ein und unterhält sie. Man vermeidet ferner jede äußere Erhitzung des Gefäßes und erzielt außerdem durch den Zusatz von Schwefel jede gewünschte Regelung der Reaktionsgeschwindigkeit. Es bleibe dahingestellt, ob dem Schwefel bezw. dem Schwefelaluminium hierbei noch eine andere Wirksamkeit als die bloße Temperaturerhöhung zugeschrieben werden muß (Bildung von Oxysulfiden usw.).In the present process, sulphides are not used, but those between Aluminum and sulfur taking place through the resulting reaction Increase in temperature the implementation of the rest of the mixture and maintains it. Furthermore, any external heating is avoided of the vessel and also achieves any desired regulation through the addition of sulfur the reaction rate. It remains to be seen whether the sulfur or to the Sulfur aluminum here has a different effectiveness than the mere increase in temperature must be attributed (formation of oxysulphides, etc.).

Nach Beendigung der Umsetzung erhält man eine Schmelze von Schwefelalüminium, manchmal mit vereinzelten Aluminiumkügelchen, in welcher sich der isolierte Körper eingebettet findet. Aus Schwefelaluminium ist der Schwefel durch Zersetzung mit Wasser größtenteils als Schwefelwasserstoff regenerier-After completion of the reaction, a melt of aluminum sulfur is obtained, sometimes with isolated aluminum spheres in which the isolated body is located found embedded. Sulfur is made of aluminum by decomposition with water mostly regenerated as hydrogen sulphide

bar und die gleichzeitig entstehende Tonerde bezw. ihr Hydrat kann gut anderweitig Verwendung finden. Durch diese Zersetzung wird gleichzeitig auch dann eine leichte Isolierung des dargestellten Elementes ermöglicht, wenn es sich ausnahmsweise oder teilweise nicht in kompaktem Regulus abscheiden sollte. Das vorliegende Verfahren ist folgendes: Pulver von sauerstoff- (bezw. hydroxyl-)bar and the simultaneously resulting alumina respectively. their hydrate can be used for other purposes Find. This decomposition also creates a light insulation at the same time of the element shown allows if it is exceptional or partially should not separate in compact regulus. The present procedure is as follows: Powder of oxygen (or hydroxyl)

ίο haltigen Silicium- oder Borverbindungen wird mit zerkleinertem Aluminium und Schwefel gemengt und dann entzündet. Da die Menge des hierzu verwendeten zerkleinerten Aluminiums und des hierzu verwendeten Schwefels sich nach der Wasserfreiheit der Materialien, der Feinheit des Aluminiums und vielleicht auch anderen Umständen zu richten hat, läßt sich ein feststehender Satz der einzelnen Bestandteile nicht angeben. Ohne hiermit ausschließen zu wollen, daß je nach den Umständen gewisse Abweichungen günstiger erscheinen können, seien als erprobte Mischungen angeführt:ίο containing silicon or boron compounds mixed with crushed aluminum and sulfur and then ignited. Because the crowd the crushed aluminum used for this purpose and the sulfur used for this purpose the water-free nature of the materials, the fineness of the aluminum and maybe Has to judge other circumstances as well, a fixed set of the individual components can be found do not specify. Without wishing to exclude the possibility that, depending on the circumstances, certain deviations appear more favorable can be listed as tried and tested mixtures:

400 g gesiebte Aluminiumspäne, 500 g Schwefel, 360 g Quarz; 200 g gesiebte Aluminiumspäne, 200 g Aluminiumpulver, 500 g Schwefel, 250 g Borverbindungen.400 g of sieved aluminum shavings, 500 g of sulfur, 360 g of quartz; 200 g of sieved aluminum shavings, 200 g aluminum powder, 500 g sulfur, 250 g boron compounds.

Die Entzündung kann man dadurch einleiten, daß man auf die Mischung einige Kubikzentimeter einer Mischung von Aluminiumpulver und Schwefel schüttet (zu empfehlen 9 : 16) und dieses Häufchen mit einem glühenden Körper, z. B. einem Eisenstabe, berührt. Natürlich ist auch die Anwendung einer Zündpille anderer Zusammensetzung nicht ausgeschlossen, vorausgesetzt, daß die hierdurch bewirkte Temperaturerhöhung zur Entzündung ausreicht. Die Mischung fängt an zu brennen und schmilzt unter Weißglut zu einer dünnflüssigen kochenden Masse zusammen, in welcher sich nach dem Erkalten die Kristalle eingebettet finden. Die Verarbeitung der Schmelze und die Reindarstellung von Silicium und Bor ist bereits oben angegeben.The inflammation can be initiated by adding a few to the mixture Cubic centimeters of a mixture of aluminum powder and sulfur pour (recommended 9:16) and this little pile with it a glowing body, e.g. B. an iron rod, touches. Of course, the application is also a squib of a different composition is not excluded, provided that the resulting temperature increase sufficient for inflammation. The mixture starts to burn and melts under incandescence to a thin, boiling one Mass together in which the crystals are embedded after cooling. The processing of the melt and the pure preparation of silicon and boron is already in progress mentioned above.

Aus Dammer, Handbuch der anorganischen Chrmie, Band III, 1893, Seite 56, ist die Herstellung von kristallisiertem Bor aus geschmolzener Borsäure mit Aluminium durch äußere Wärmezufuhr bekannt. Die Verfasser (Wöhler und DevilIe) geben selbst an, daß 5 Stunden lang so stark als möglich geheizt werden muß. Das so erhaltene Bor ist im wesentlichen noch amorph und muß erst einer Umkristallisation (aus geschmolzenem Aluminium) unterworfen werden, wobei abermals I¹Z₂ bis 2 Stunden bis zum Schmelzpunkt des Nickels erhitzt werden muß. Das ist eine Temperatur, welche sich selbst in den besten Gasfeuerungen der Laboratorien kaum erreichen lassen dürfte.From Dammer, Handbuch der inorganic Chrmie, Volume III, 1893, page 56, the production of crystallized boron from molten boric acid with aluminum by external heat supply is known. The authors (Wöhler and DevilIe) themselves state that heating must be as high as possible for 5 hours. The boron obtained in this way is essentially still amorphous and first has to be subjected to recrystallization (from molten aluminum), with I ¹ Z _{again having to be heated for 2} to 2 hours to the melting point of the nickel. This is a temperature which even the best gas firing in laboratories would hardly be able to reach.

Bei dem vorliegenden Verfahren hingegen wird das kristallisierte Bor unmittelbar durch eine Operation erhalten, welche kaum 5 Minuten dauert, wenn 300 g Borsäure umgesetzt werden, und die ohne äußere Wärmezufuhr verläuft, weil eben der Schwefel, der als solcher zugesetzt wird, die Reaktionswärme liefert. Man könnte noch einwenden, daß das Heizen mit Aluminium und Schwefel kostspieliger sei als das Erhitzen mit Kohle oder Leuchtgas und Sauerstoff, aber man muß bedenken, daß die entstehende Wärme . bei dem vorliegenden Verfahren fast quantitativ umgesetzt wird, während beim Wöhler-Devillesehen Verfahren 99 Prozent, wenn nicht mehr, nutzlos verloren gehen. . Um z. B. einen solchen Tiegel, der 300 g Borsäure faßt, zweimal auf Weißglut zu bringen und darauf 5 Stunden bezw. 1Y₂ bis 2 Stunden zu erhalten, würden mindestens 10 cbm Leuchtgas erforderlich sein, und dabei erscheint es noch fraglich, ob überhaupt die Schmelzhitze des Nickels erreicht wird. Köksfeuerung ist natürlich wesentlich billiger, erfordert aber ziemlich umfangreiche Apparatur, Gebläsewind usw.In the present process, on the other hand, the crystallized boron is obtained directly by an operation which hardly takes 5 minutes if 300 g of boric acid are reacted and which takes place without external heat supply, because the sulfur, which is added as such, provides the heat of reaction. One could also object that heating with aluminum and sulfur is more expensive than heating with coal or luminous gas and oxygen, but one must bear in mind that the resulting heat. in the present method is implemented almost quantitatively, while in the Wöhler-Deville method 99 percent, if not more, is lost to no avail. . To z. B. to bring such a crucible, which holds 300 g of boric acid, twice on white heat and then bezw for 5 hours. To obtain 1Y for ₂ to 2 hours, at least 10 cbm of luminous gas would be required, and it still seems questionable whether the melting heat of the nickel is reached at all. Coal firing is of course much cheaper, but requires quite extensive equipment, fan wind, etc.

Claims

Patent claim:

Process for the preparation of silicon and boron in crystalline form by means of Aluminum, characterized in that mixtures of oxygen-containing compounds of silicon or boron can be caused to ignite with aluminum and sulfur.