DE1567780A1 - Verfahren zur Herstellung von Alkaliborhydriden - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von AlkaliborhydridenInfo
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Description
Dr. Expl.
Hh8ne~Pouleno S.A., Paris/Frankreich
-Verfahren zur Herstellung von Alkaliborhydriden
SSSS!-lI Ü^-JS
Die vorliegende Erfindung teetrifft ein Verfahren zur Her-=
stellung von Älkaliborhydriden durch Umsetzung eines Alkali=*
tetraborats mit dem entsprechenden Alkalihydrid, wobei dieses
Hydrid seinerseits in situ in einer Vorstufe hergestellt
werden kann. Es ist besonders vorteilhaft, zur Herstellung von Matriuraborhydrid Borax mitNatriumhydrid umzusetzen.
Die von E.I. Schissinger u. Hitarb. [Journal Am.
205 bis 209 (1953)1 angegebenen Verfahren zur Herstellung von
Hatriuisbprhydrld beruhen auf zwei Typen von Reaktionens
a) 4 MaH ♦ E(0G^5)5 _„_ ^ MaEH2^ .+->
g . b) ^HaH ψ 2 B2O^ . _y NaBHlf ->
3 NaBOg
0098 507 0407
1b67780
Die auf der Anwendung dieser Reaktionen basierenden Verfahren
weisen den Nachteil auf, daß bei ihnen veredelte Borderivate verwendet werden, die verhältnismäßig teuer
sind, wie es für die Borsäureester der Fall ist. Außerdem erhält man mit Borsäureanhydrid nur unter der Bedingung
eine annehmbare Ausbeute (64 # der Theorie), daß man ein
gleichzeitiges Vermählen vornimmt.
Man hat anschließend versucht, üblichere und/oder weniger
kostspielige Ausgangsmaterialien als BgO, υηά Borsäureester'
zu verwenden. So ist beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 212 817 beschrieben, daß Mineralien, wie
Borax, Tinkal, Kernit, bei der Herstellung von Alkalihydroboriden
verwendet werden können. Bei ihrer Umsetzung rnifc
dem entsprechenden Metallhydrid sind diese Verbindungen jedoch stets von Kieselsäure begleitet. So erhitzt man zur
Herstellung von Biatriumborhydrid gemäß dieser Patentschrift
ein Gemisch von Borax, Hatrium und Quarz in Gegenwart von
Wasserstoff, wobei sich so in einer ersten Zeitspanne Natriumhydrid bildet, das anschließend mit dem Gemisch Borax
plus Quarz reagiert*
o) Io Nä + 8 H2 + Ka2B4O7 + 7 SiO2 _v 4 NaBH^ + 7
oder
d) 16 NaH + Ha3B^O7 + 7 SiO2 y 4 HaBH^ -§■ 7
BAD ORIGINAL
009 8 50/04 07
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines vorteilhaften Verfahrens 2ur Herstellung von Alkalinorhydriden.
Es viurde nun gefunden, daß Borax und Natriumhydrid ohne
Erfordernis einer anderen Verbindung unter Bildung von Natriumborhydrid
guter Qualität in einer Ausbeute von zumindest 90 'Jd der Theorie nach der nachfolgenden Gleichung reagieren
könnenι
4 HaH * 2 Na2B4O7 __,ν KaHi^ <f 7 KaEO2
Praktisch bringt man in eine Apparatur, die gut verschlossen werden kann und mit einer Vorrichtung, die eine gute Bewegung
der Produkte ermöglicht, und einer Wasserstoffzuführung ausgestattet
ist;, Natriumhydrid und Eorax in stöohiometrischer
Menge ein und erhitzt nach Spülen der Atmosphäre der Apparatur
mit einem Wasserstoffstrom und vorsohiiessen der Apparatur
fortschreitend unter einer Wasserstoffatmosphäre bei einem
Druck kaum oberhalb atmosphärischem Drück. Während der gesamten
Dauer des Erhitzens durchmischt man das Gemisch von Produkten innig. Die Reaktion beginnt bei etwa 35O°C abssulaufen.
In der Praxis erhitzt man bis auf etwa *K)0 biE 4?0°C.
Ea hat keinen Wert, auf höhere Temperatur zu erhitzen» Oberhalb 4500C findet eine teilweise Zersetzung statt. Nach be»
endeter Reaktion kühlt man ab und extrahiert das gebildete
. BAE)
009850/0^07
Borhydrid durch Anwendung üblicher Methoden zur Extraktion
dieses Produkts (flüssiges NH,, Ieopropylarain). Man erhält
so Natriumborhydrid wit einen Gehalt von 98 jfJ, und es verbleibt ein lockeres Pulver mit der Zusammensetzung von Natriummetaborat. Dieses Pulver« das offensichtlich frei von anderen
Verbindungen als denjenigen von Bor und Natrium ist, 1st als
solches in der Glasindustrie und der keramischen Industrie
verwendbar oder kann auch in für die Reaktion wiederverwendbaren Borax durch Zugabe von technischer Borsäure übergeführt
werden.
Statt den Borax mit Natriumhydrid, das in einem gesonderten
Arbeitsgang hergestellt ist, einzusetzen, kann man auch in die
Apparatur Borax und Natrium einbringen und dann In einer ersten Stufe Natriumhydrid bilden. Hierzu erhitzt man fortschreitend
unter Bewegen und unter Wasserstoffatmosphäre bis auf etwa
34O"C. Die Wasserstoffabsorptlon beginnt bei etwa.110 bis 1200C.
Wenn nan keine Wasserstoffabsorptlon mehr beobachtet, bringt nan die Temperatur dann auf etwa 400 bis 41O-C, um den Borax
mit den gebildeten Hydrid zur Umsetzung zu bringen.
Bei der einen wie bei der anderen Verfahrensweise kann der
Wasserstoffdruck nur einige cn Hg betragen. Er kann beispielsweise zwischen 2 und 10 cn Hg liegen. Man kann Jedoch gegebenenfalls auch mit einen höheren Wasserstoffdruck arbeiten.
BAD ORIGINAL 009850/04 07
~5 -
Bezüglich der Teilchengröße des Borax ist man nicht an sehr
enge Werts gebunden, doch ist es. awecteaäSig., ein Produkt zu
verwenden» dessen TeilohengröSe zwischen gewiesen Grenzen
liegt, deren Werte leicht durch Vorversuehe als Funktion der
anderen Arbeitsbedingungen* beispielsweise des Volumens der
Charge» der Art und Geschwindigkeit des Bewegens, festgestellt
werden können« Außerdem ist der verwendete Borax wasserfreier
Borax. -
Das savor b$8Qhrieb@ne Verfahren betrifft zwar insbesondere
die Herstellung von Natriumborhydrid aus Borax als Quelle für Bor, doeh betrifft die Erfindung auch die Herstellung von
KaliiüTi- und idthiuraborhydrid, wobei Ma, NaH und Na2B^O7 durch
K, KH bsw« JCgBj^u oder durch Li.. LlH bzw. LIgB^O7 ersetzt
werden. Die Reaktionstemperaturen sind die folgenden:
160 bis 2700C zur Bildung von KH
200 bis 260*S zur Bildung von LiH
400 bis 4iOeG für die Reaktion von !Gi mit
a6QöC für die Reaktion von LiH mit
Bus" »rCittdungsgenKeci Verfahren kann chargenweise oder konti
.«iiarahgefUhrt werden«. -
Dl« folgenden Beispiele erläutern di@ Erfindung, ohne sie
zu
BA© ORIGINAL
009850/0407'
Der in den Versuchen verwendete Borax ergibt einen Siebrückstand von O bis 15 % mit einen Norms ie b APNOR No. 23
(Siebuffnungens 0,i6 mm) und 40 bis 65 £ mit einen Sieb
APNOR No. 18 (Sieböffnungem 0,05 nan).
In eine zylindrische Apparatur aus rostfreiem Stahl mit
eines Innenvolumen von 50 ooa, das mit einem Abstreifrührer,
einem Prallblech« einem Thermometer und einer Wasserstoff -zuführung ausgestattet ist» bringt man 8,08 g (0,04 Mol)
Borax und 1,92 g (0,08 Mol) NaK ein.
Man versohlleSt die Apparatur, stellt einen Wasserstoffdruck
von 2 bis IO ca Hg her, setat den Rührer mit 120 UpM in Gang
und erhitzt dann fortschreitend, us in etwa 1 1/2 Stunden 400*C zu erreichen. Man hält die Temperatur 15 Minuten bei
400*C und kühlt dann ab.
Die Extraktion von I80 g aus 18 vergleichbaren Arbeltsgängen
stammendem Produkt wird mit flüssigem Ammoniak bei 20 bis 25'1C
unter Druck unter Verwendung von 58 g und dann ?1 g Ammoniak:
vorgenommen* Man erhält so nach Eindampfen der anunonlaka 1Λsehen
Lösung 12,6 g Natriumborhydrid mit eines Reinheitsgrad von 99 %$ was einer Ausbeute von 92 % der Theorie entspricht,
0 0 9 8 5 0/0407 SAD ORIGINAL
In ein zylindrisches ReaktionsgefäS, das mit dem von Beispiel 1 identisch 1st, bringt man 8,08 g (0,04 Mol) pulver»
formigen wasserfreien Borax und 1,84 g (0,08 g-Atom) gesahältes metallisohes Natrium ein.
Man verschließt die Apparatur« stellt dann einen Wasserstoffdruck von 2 bis 10 cm Hg her und erhitzt (in etwa 2 Stunden)
die Nasse mit Hilfe eines Metallbade bis auf i20*C, um ein
Schmelzen des Natriums zu bewirken. Man rührt anschließend den Inhalt des RealttlonsgefäSeS bei 120 UpM, wobei man die
Temperatur stetig bis auf 340*G erhöht. Von 110 bis 120cC
ab beginnt die Wasserstoff absorption,, und es erfolgt eine
vollständige Umwandlung des Natriums. Das Volumen an absorbiertem Wasserstoff erhöht sich auf 896 com» Man setzt dann
die fortschreitende Erhöhung der Temperatur bis auf 400 bis
4i0*C fort, die man in 45 Minuten erreicht. Man hält I5 Minuten bei der Temperatur von 400 bis 41O*C und kühlt dann ab.
Die Extraktion erfolgt wie im Falle von Beispiel 1 mit dem
Gemisch aus mehreren Arbelt8gängen,und man erhält ein Produkt
mit einem Gehalt von 99 % Natriumhydrid in einer Ausbeute
von 92 % der Theorie.
009850/0A07
In die in Beispiel 1 beschriebene Apparatur bringt man
9,33 g (0,04 Mol) Kaliumborat K3B^O7 und 3,2 g (0,08 Mol)
Kaliumhydrid KH ein.
Man.verschließt die Apparatur« stellt dann einen Wasserstoffdruck, von 2 bis 10 cm Hg her, rührt den Inhalt des Reaktionsgefäßes bei einer Geschwindigkeit von 120 UpM und erhitzt die
Masse fortschreitend bis auf 2K)Q0C. Diese Temperatur wird
in 2 Stunden erreicht. Man hält i5 Minuten bei 400*C und
kühlt dann die borierte Masse ab, deren Gehalt an KBH^ 4,64 %
betrügt, was einer Ausbeute von 53,8 %t bezogen auf Kalium-·
hydrid, entspricht.
Beiaplel 4
9,33 g (0,04 Mol) Kalluaborat K2B4O7 und 3*12 g (0,08 g-Atom)
netallleches Kalium ein.
Man verschließt die Apparatur, stellt dann einen Wasserstoff·=
druck von 2 bis 10 on Hg her, und erhitzt die Masse auf I05
bis 110°C, um das Schmelzen des Kaliums zu bewirken* Man rührt dann den Inhalt des Reaktionsgefäßee bei einer Drehzahl von 120 UpM, wobei man die Temperatur ständig fort-
009850/0407 BAD ORIGINAL
schreitend erhöht« Die Wasserstoffabsorption beginnt bei
etwa 16O*C und erfolgt dann weiter« bis die Temperatur
270*C erreicht hat. Die Wasserstoffabsorption sinkt dann
langsam und hurt auf, wenn 90 bis 95 £ der theoretischen
Wasserstoffmenge absorbiert sind. Man erhöht dann die Temperatur
der Hasse in einer Stunde von 270 auf 4000C. Hen
hält 1/4 Stunde bei dieser Temperatur und kühlt dann
ab. Das erhaltene Produkt weist einen Gehalt an KBH^ von
7*61 % auf, was einer Ausbeute von 88,4 Si, bezogen auf das
Kalium, entspricht.
In dia in Beispiel 1 beschriebene Apparatur bringt man 0*840 g (0,106 Mol) Lithiumhydrid LiH und 8,957 g (0,053 Mol)
Lithiumborat LigB^O™ ein·
Man versehließt die Apparatur, stellt dann einen Wasserstoff
druek von 2 bis 10 οία Hg her, rührt den Inhalt des Reaktlons
gefäSes bei einer Drehzahl von 120 UpH und erhitzt mit Hilfe
eines Met&llbadSs bis ein© Temperatur in dem Gemisch von
260*0 erreicht 1st (Insgesamt 3 Stunden). Man kühlt die erhalten©
Beatefeionsmasse ab, die einen Gehalt an LiBH^ von
2fl56 jS aufw@i@t, was ®ine Ausbeute von 43.5 $, bezogen auf
das Utfcüuaftiydrid, entspricht. · . ■
0 0 9 8 5 0 / 0 A 0 7
In ein zylindrisches Reaktionsgefäß, das mit dem von
Beispiel 1 identisch ist, bringt man 10,14 g (0,06 Mol) Lithiumborat (LigB^O») und 0,828 g (0,12 g-Atom) geschältes
metallisches Lithium ein»
Man verschließt die Apparatur« stellt dann einen Wasserstoffdruck von 2 bis IO cm Hg her und erhitzt die Masse mit Hilfa
eines Metallbads bis auf 2000C, um das Schmelzen des Lithiums
zu bewirken. Man rührt dann den Inhalt des Reaktionsgefäßes
bei einer Drehzahl von 120 UpM, wobei man die Temperatur ständig fortschreitend erhöht, Ab 200eC beginnt die Wasser»
stoffabsorptlon, die weiter fortschreitet bis die Temperatur
26^°C erreicht. Die Wasserstoffabsorption sinkt langsam ab
und hört dann, auf, wenn 85 bis 90 % der theoretischen
Wasserstoffmenge absorbiert sind. Man hält die Temperatur
der Masse 3 Stunden bei etwa 26o"C und kühlt dann ab. Das erhaltene Produkt weist einen Gehalt an LlBH^ von 4,4 bis
4,8 % auf, was ainer durchschnittlichen Ausbeute von 78 #,
bezogen auf das Lithium, entspricht.
ORIGINAL
009850/0^07
Claims (1)
- P β t e η t a η α ρ r u c hDr. Expl.Verfahren .sur Herstellung von Alkali-orhydriden, dadurch gekennzeichnet, daß man ©in Alkalitetraborat mit dem entsprechenden AUcalihydrid in einer Wasnorstoff-Atmosphäre in der Wärme umsetzt, woTaei dieeee Hydrid oeinerEoito in αitu durch Erhitzen dös Metalle in Gegenwart von V/itöDoratofi herge8tellt werden kann.0098 50/ QA 0.7
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