DE2103255A1 - Reductn of reactive metal oxides - with carbon without formation of c using at solvent metal - Google Patents

Reductn of reactive metal oxides - with carbon without formation of c using at solvent metal

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DE2103255A1 DE19712103255 DE2103255A DE2103255A1 DE 2103255 A1 DE2103255 A1 DE 2103255A1 DE 19712103255 DE19712103255 DE 19712103255 DE 2103255 A DE2103255 A DE 2103255A DE 2103255 A1 DE2103255 A1 DE 2103255A1
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Abstract

Carbothermic reduction of reactive metal oxides comprises reacting the oxide with a stoichiometric amt. of carbon at temps. above 600 degrees K in a molten metal solvent which reduces the activity of the metal formed during the reduction reaction to a level below that required for the metal to form a carbide under the reaction conditions in the system, and maintaining the partial pressure of the carbon monoxide present in the system at a level below the theoretical equilibrium value for the system as the reduction of the metal oxide takes place.

Description

Carbothermisches Verfahren zur Reduktion eines Oxids äus einem reaktionsfähigen Metall. Carbothermal process for reducing an oxide to a reactive one Metal.

Die Erfindung bezieht sich auf ein earbothermisches Verfahren zur Reduktion eines Oxids aus o-inem reaktlonsfähigen Metall. Solche Verfahren sind bereits bekannt. The invention relates to an earbothermal method for Reduction of an oxide from a reactive metal. Such procedures are already known.

Die praktische Bedeutung der bekannten Verfahren ist jedoch verhältnismäßig gering, da das erhalten Produkt; eine Mischung des freien Metalls mit Metalloxiden und Carbiden sein kann und es unwirtschaftllch ist, die Metallkomponente solcher Mischungen aus den Rückständen abzubrennen.However, the practical importance of the known processes is proportionate low as the product received; a mixture of the free metal with metal oxides and carbides, and it is uneconomical, the metal component of such Burn off mixtures from the residues.

D3r Erfindung liegt die Aufgabe zug@unde, ein wirt-@@haftll@h @nteressantes carbothermisches Reduktionsverfahren der zur Rede stehenden @rt anzugeben, das eine gute Ausbeute bei der Umwandlung von Metalloxiden in die Form @es Met@lls ermöglicht, ohne daß zugleich Metallcarblde, Oxycarbide und @ndere unerwünschte Produkte in Verbindung damit anfallen, und das die Gewinnung dieser Metalle in im wesentlichen reiner Form aus der resultierenden Reaktionsmischung ermöglicht. The invention is the task of train @ unde, a landlord - @@ haftll @ h @ interesting carbothermal reduction process of the @rt in question indicate the one enables good yield in the conversion of metal oxides into the form @es Met @ lls, without at the same time metal carbides, oxycarbides and other undesirable products in link thus arise, and that the extraction of these metals made possible in substantially pure form from the resulting reaction mixture.

Das neue Verfahren gemäß der Erfindung ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß dieses Oxid mit einer stochiometrischen Menge von Kohlenstoff bei Temperaturen silber etwa 600° Kelvin in einem aus geschmolzenem Metall bestehenden Lösungsmittel zur Reaktion gebracht wirdj das die Aktivität des während der reduzierenden Reaktion gebildeten Metalls auf einen Pegel unterhalb desjenigen herabsetzt, der flir das Metall erforderllch wäre, um unter den im System herrschenden Reaktionsbedingungen ein Carbid zu bilden, und daß der Teildruck des in dem System anwesenden Kohlenstoffmonoxids auf einem Pegel gehalten wird, der unterhalb des theoretlschen Gleichgewichtswerts für das System liegt, während die Reduktion des Metalloxids stattfindet. The new method according to the invention is mainly thereby characterized that this oxide with a stoichiometric amount of carbon at temperatures silver about 600 ° Kelvin in a molten metal Solvent is brought to reaction that the activity of the during the reducing Reaction of formed metal reduced to a level below that which for the metal would be necessary under the reaction conditions prevailing in the system to form a carbide, and that the partial pressure of the carbon monoxide present in the system is maintained at a level below the theoretical equilibrium value for the system while the reduction of the metal oxide takes place.

Es wurde nämlich gefunden, daß die Nachteile der schon bekannten oarbothermlscheri Reduktionsverfahren dadurch ilberwunden werden können, daß die Reaktion zwi -schen Kohlenstoff und Oxiden von reaktionsfähigen Metallen (siehe Gleichung 1) irl einem Bad eines geschmolzenen Metalls als Lösungsmittel durchgeführt wird, das die Fähigkeit hat, die Aktivität des während der Reaktion geblldeten und in dem geschmolzenen Lösungsmittel gelöst vorhandenen Metalls auf einen Pegel unterhalb desjenigen zu reduzieren, bei welchem das Metall merklich mit Kohlenstoff reagiert, um ein Carbid zu bilden. Zinn, Kupfer und Eisen sind die bevorzugten Metalle, die als Lösungsmittel für diesen Zweck in Betracht kommen. Jedes von ihnen ist besonders gut für die Anwendung mit einem bestimmten gebildeten Metall oder mit einer Gruppe von solchen Metallen geeignet. Es können auch verschiedene andere Metalle entweder als solche oder in Form von Legierungen verwendet werden. Insbesondere soll das verwendete System von solcher Art sein, daß das gebildete Metall, das in der Lösung anwesend ist, unter den vorherrschenden Bedingungen von Temperatur und Konzentration eine Aktivität hat, die unterhalb des Aktivitätspegels liegt, bei dem dieses Metall bei Anwesenheit in reinem Zustand mit Kohlenstoff bei diesen Temperaturen reagiert, um entsprechende Metallcarbide zu bilden. It has been found that the disadvantages of the already known oarbothermlscheri reduction processes can be overcome in that the Reaction between carbon and oxides of reactive metals (see Equation 1) carried out in a bath of a molten metal as a solvent that has the ability to monitor the activity of what is shown during the reaction and dissolved in the molten solvent existing metal to reduce a level below that at which the metal is noticeable reacts with carbon to form a carbide. Tin, copper and iron are those preferred metals which come into consideration as solvents for this purpose. Each of them is especially good for using with a specific educated Metal or with a group of such metals. It can also be different other metals can be used either as such or in the form of alloys. In particular, the system used should be of such a type that the formed Metal present in solution under the prevailing conditions of Temperature and concentration has an activity that is below the activity level in which this metal is present in the pure state with carbon reacts to these temperatures to form corresponding metal carbides.

Ferner wird die Reaktion unter solchen Bedingungen ausgeführt, daß der Teildruck des Kohlenstoffmonoxids über dem geschmolzenen Bad geringer ist als der theoretische Gleichgewichtspegel wie er aus den konstanten Werten der freien Energie und des Gleichgewichts für die spezielle in Betracht kommende Reaktion berechnet wird, damit die Reaktion zur Vollendung gebracht werden kann. Die CO-Teildrteke kdnnen durch übliche Methoden wie Ziehen eines Vakuums auf dem System oder Bestreichen der Lösung mit einem inerten Gas aufrecht erhalten werden.Further, the reaction is carried out under such conditions that the partial pressure of carbon monoxide above the molten bath is less than the theoretical equilibrium level as derived from the constant values of the free Energy and equilibrium are calculated for the particular reaction under consideration so that the reaction can be brought to completion. The CO partial temperature Can be done by common methods such as drawing a vacuum on the system or brushing the Solution can be maintained with an inert gas.

Vorzugsweise wird zu diesem Zweck ein Gas wie Argon verwendet, das eine niedrige Wärmeleitfähigkeit hat. Bei solchen relativ hohen Temperaturen, wo Nitride des gebildeten Metalls sich zersetzen, kann Stickstoffgas auch zum Zweck der CO-Bestreichung dienen.A gas such as argon is preferably used for this purpose, which has a low thermal conductivity. At such relatively high temperatures where Nitrides of the formed metal can decompose, nitrogen gas can also for the purpose serve for CO coating.

Nach einer anderen Ausführungsform des Verfahrens kann die Reaktion gemäß der Erfindung auch durch EinfU-gen einer Metallnitrid bildenden Stufe in die Aureinanderfolge der Verfahrensschritte durchgeführt werden. Beim Arbeiten auf diese Weise wird der gewünschte Teildruck des Stickstoffs über dem System aufrecht erhalten, während das Metalloxid mit Kohlenstoff in dem geschmolzenen Lösungsmittel reagiert. Die Gesamtgleichung für die Reaktion ist unten als Gleichung (2) angegeben. Ein auf diese Weise angewendetes Stickstoffgas kann auch, entweder allein oder in Verbindung mit einem inerten Gas wie Argon, dazu dienen, das CO so rasch wie es gebildet wird, wegzufUhren und auf diese Weise den gewünschten CO-Tetldruck herzustellen. Diese vom Lösungsmittel unterstützte Reaktion ergibt die Bildung eines festen Nitrtdprodukts aus den: Oxid, das praktisch frei von einer merklichen Verschmutzung durch Oxide, Carbide oder andere Fremdstorfe ist. Gewünschtenfalls kann dieses feste Produkt al solches aus dem aus geschmolzenem Metall bestehenden Lösungsmittel und damit von allen anderen Materialien (wie Fridstoffen in der verwendeten Metalloxidbeschickung) abgetrennt werden, welche in der reagierenden Mischung vorhanden sein können. Solche abgetrennten Nitridprodukte sind beispielsweise als Schleifmittel, als Stahllegierungszusä.tze sowie für andere Zwecke verwendbar und können daher entsprechend ausgenutzt werden. Jedoch ist die Nitrid bildende Reaktion leicht umkehrbar, wenn sie in dem aus geschmolzenem Metall bestehenden Lösungsmittel in dem Sinn ausgeführt wird, daß durch Reduzierung des Stickstoff-Teildrucks über dem System auf entsprechend niedrige Pegel die Nitridverbindung zersetzbar ist mit der Folge einer Entwicklung von Stickstoffgas und der Bildung einer Lösung des restlichen Metalls in dem Zinn oder dem sonstigen geschmolzenen als Lösungsmittel dienenden Metall (siehe Gleichung (3) unten). According to another embodiment of the process, the reaction can according to the invention also by inserting a metal nitride-forming stage in the A sequence of procedural steps can be carried out. When working on this In this way, the desired partial pressure of nitrogen is maintained over the system, while the metal oxide reacts with carbon in the molten solvent. The overall equation for the reaction is given below as equation (2). A Nitrogen gas applied in this manner can also be used, either alone or in conjunction with an inert gas like argon, serve to remove the CO as quickly as it is formed and in this way to produce the desired CO pressure. These The solvent assisted reaction results in the formation of a solid nitrate product from the: oxide, which is practically free from any noticeable pollution by oxides, Carbide or other foreign peat is. If desired, this solid product can be used al such from the molten metal solvent and thus from all other materials (such as Fridstoffen in the used Metal oxide feed) present in the reacting mixture could be. Such separated nitride products are, for example, used as abrasives, can be used as steel alloy additives as well as for other purposes and can therefore can be used accordingly. However, the nitride-forming reaction is easily reversible, when carried out in the molten metal solvent in the sense that by reducing the partial pressure of nitrogen above the system to corresponding low levels the nitride compound is decomposable, resulting in development of nitrogen gas and the formation of a solution of the residual metal in the tin or the other molten solvent metal (see equation (3) below).

Diese Herabsetzung des Stickstoff-Teildrucks über dem System kann entweder durch Vakuumziehen oder durch Bestreichen des Raums mit einem inerten Gas geschehen.This reduction in the partial pressure of nitrogen above the system can either by vacuum pulling or by brushing the space with an inert gas happen.

Zusätzlich zur Schaffung eines Verfahrens,durch das die Metalösung in dem aus Metall bestehenden Lösungsmittel (durch Abtrennen der festen Nitridverbindungen aus der Reaktionsmischung und anschließendes Zusetzen des Nitrids zu einem reinen Bad des geschmolzenen aus Metall bestehenden Lösungsmittels, welches Verfahren der Nitridauflösung und -bildung gewünschtentalls wiederholbar ist) von Verunreinigungen befreit werden kann, hat die Ein führung der Nitrid bildenden Verfahrensstufe in den Prozeß noch andere Vorteile bei bestimmten aus Metalloxid bestehenden Ausgangsmaterialien. Somit verstärkt der Gebrauch von Stickstoff mit der Folge einer Bildung des Nitrids die Thermodynamik der carbothermischen Reduktion, denn durch dieses Vorgehen werden die deoxidierenden Reaktionen mit großen positiven freien Energien zu solchen verändert, die negative freie Energiewerte aufweisen. Die Metalloxide, die in dieser Hinsicht besonders begünstigend wirken, werden im folgenden im Hinblick auf ihre Eignung als Ausgangsmaterialien noch näher erörtert. In addition to creating a process by which the metal solution in the solvent made of metal (by separating the solid nitride compounds from the reaction mixture and then adding the nitride to a pure one Bath of molten metal solvent, which process the Nitride dissolution and formation is, if desired, repeatable) of impurities can be freed, the introduction of the nitride-forming process stage in the Process still have other advantages with certain ones made of metal oxide Raw materials. Thus, the use of nitrogen increases with the result of a Formation of the nitride the thermodynamics of the carbothermal reduction, because through doing this will free the deoxidizing reactions with great positive Energies changed to those that have negative free energy values. The metal oxides, which have a particularly beneficial effect in this regard are discussed below with regard to discussed in more detail on their suitability as starting materials.

Jedoch kann, wenn die Lösung des gewünschten Metalls in dem geschmolzenen Lösungsmittel gebildet wird, das Metall als solches durch die Anwendung bekannter Trennverrahren wiedergewonnen werden. Nach einem solchen Verfahren kann das Zinn oder das sonstig als Lösungsmittel verwendete Metall aus der Lösung durch Erhitzen mittels Elektronenstrahl abdestilliert werden, so daß beispielsweise das erwünschte Metall als RUcksXand verbleibt Wenn die Erhitzungsmethode mittels Elktronenstrahl angewendet wird, wird diese Operation im Vakuum durchgeführt. However, if the solution of the desired metal in the molten Solvent is formed by the application of the metal known as such Trennverrahren can be recovered. After such a process, the tin can or the metal otherwise used as a solvent from the solution by heating be distilled off by means of an electron beam, so that, for example, the desired Metal as RUcksXand remains when the electron beam heating method is used, this operation is performed in a vacuum.

Ferner können Plüssi gkei t-Flüssl gkeit-Phasentrennmethoden angewendet werden und es lassen sich auch noch weitere Methoden angeben.Furthermore, liquid phase separation methods can be used and other methods can also be specified.

Wenn das Verfahren gemäß der Erfindung in dem Bad eines geachlossenen Lösungsmittels unterhalb einer Atmosphäre, die frei ist von Stickstoff durchgeführt wird, kann die in der Lösung aus geschmolzenem Metall stattfindende Reaktion etwa wie folgt ausgedrückt werden: MO (s) + 2C (8) = 2 CO(g) + M (1) oder, noch allgemeiner, folgendermaßens MxOy(s) + yC(s) = xM + y CO(g) (ia) In den folgenden und sonstigen hier wiedergegebenen Gleichungen bedeutet M das wiederzugewinnende Metall, M bedeutet dasselbe Metall in einem gelösten Zustand und (s) und (g) bedeuten feste bzw. gasförmige Komponenten. When the method according to the invention in the bath of a closed Solvent below one atmosphere, which is free of nitrogen can be carried out in the molten metal solution Reaction can be expressed roughly as follows: MO (s) + 2C (8) = 2 CO (g) + M (1) or, more generally, as follows MxOy (s) + yC (s) = xM + y CO (g) (ia) In the following and other equations given here, M means that to be recovered Metal, M means the same metal in a dissolved state, and (s) and (g) mean solid or gaseous components.

Der Buchstabe (1) bedeutet Jeweils eine flüssige Komponente.The letter (1) means one liquid component in each case.

Wenn die Reaktion in Gegenwart einer stickstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt wird, läßt sich die Gesamtreaktion, welche in der Lösung stattfindet, wie folgt ausdrücken: M02(s) + 2C(s) + 1/2N2(g) MN(s) + 2cO(g) (2) In entspreahender Weise läßt sich diese Reaktion allgemein gewünschtenfalls in der Form (la) darstellen. When the reaction occurs in the presence of a nitrogenous atmosphere is carried out, the overall reaction that takes place in the solution can be express as follows: M02 (s) + 2C (s) + 1 / 2N2 (g) MN (s) + 2cO (g) (2) In the corresponding This reaction can generally be represented, if desired, in the form (Ia).

Es ist auch ZU bemerken, daß neben dem nach den Gleichungen (1), (la) und (2) erzeugten CO noch kleine Mengen von CO2 bei verschiedenen Ne tafloxl den erzeugt werden können. Dadurch wird Jedoch die Gesamtreaktion nicht beeinträchtigt, mit welcher sich die Erfindung befaßt. It should also be noted that in addition to that according to equations (1), (la) and (2) produced CO still small amounts of CO2 with different Ne tafloxl that can be generated. However, this does not affect the overall reaction, with which the invention is concerned.

Wie oben angegeben, kann das System, welches das feste MN-Produkt enthält, nach einer von verschiedenen Methoden aufbereitet werden, so daß das feste MN-Produkt in gelöste Komponenten von Metall und gasförmigem Stickstoff umgewandelt wird. Diese Umwandlung kann unter Verwendung entweder der ursprünglichen Reaktionsmischung oder einer solchen Mischung bewirkt werden, die durch Heraustrennen des festen MN-Produkts und seines Hinzufügens zu einem frischen reinen Bad des aus geschmolzenem Metall bestehenden Lösungsmittels erhalten wird. Die stattfindende Reaktion läßt sich wie folgt darstellen: MN(s) = M + 1/2N (g) (3) Ein anderes Phasentrennverfahren zur Beseitigung des reaktionsfähigen Metalls aus dem Lösungsmittel, das besonders für ein System geeignet ist, in welchem Titan das reaktionsfähige Produkt ist, schließt die Hydridbildung ein. TiH wird unter einer Wasserstoffatmosphäre bei einer hydridstabilen Temperatur gebildet. Das TiH schwimmt auf dem Lösungsmittel und kann abgeschöpft werden. As stated above, the system using the solid MN product contains, processed by one of several methods so that the solid MN product converted into dissolved components of metal and gaseous nitrogen will. This conversion can be carried out using either the original reaction mixture or such a mixture can be effected by separating out the solid MN product and adding it to a fresh, pure bath of the molten metal existing solvent is obtained. The reaction that takes place can be like represent as follows: MN (s) = M + 1 / 2N (g) (3) Another phase separation method for Elimination of the reactive metal from the solvent, which is especially suitable for a system in which titanium is the reactive product is suitable includes the hydride formation. TiH becomes hydride stable under a hydrogen atmosphere Temperature formed. The TiH floats on the solvent and can be skimmed off will.

Ein anderes Phasentrennverfahren, das für ein System mit Aluminium als reaktionsfähigem Metall und Zinn als Lösungsmittel geeignet ist, erfordert nur die Kühlung der Schmelze bis auf eine Temperatur, bei der das Aluminium sich niederschlägt, während das Zinn sich noch in flüssiger Form befindet. Another phase separation process that is used for a system with aluminum as a reactive metal and tin as a solvent only requires cooling the melt down to a temperature at which the aluminum is precipitated, while the tin is still is in liquid form.

Die Reaktion nach der vorliegenden Erfindung wird bei erhöhten Temperaturen im bereich von etwa 6000 bis 2300 K ausgeführt, wobei im Einzelfall die Temperatur jeweils so gewählt wird, daß das als Lösungsmittel dienende Metall in dem erwünschten flüssigen Zustand erhalten wird und die erwünschte Konzentration des aus dem Oxid während der Reaktion gebildeten Metalls in der Lösung geschaffen wird, die von etwa 1 % bis 50 ß oder mehr betragen kann. Ferner beeinflußt bekanntlich die Temperatur der Lösung die Aktivität des Metalls sowie seine Nitrid und Carbid bildenden Eigenschaften. Die Auswahl der Metallkonzentration und zumindest im gewissen Ausmaß der Arbeitstemperaturen soll sioh nach Wirtschaftlichkeitsfaktoren richten. So fallen die bevorzugten Arbeitspegel für die Metallkonzentration in dem geschmolzenen Lösungsmittel in einen Bereich von etwa 3 bis 40 Gew.%, während ein bevorzugter Temperaturbereich im Gebiet von etwa 1000° bis 20000 K liegt. The reaction of the present invention is carried out at elevated temperatures carried out in the range from about 6000 to 2300 K, with the temperature in individual cases is chosen in each case so that the metal serving as the solvent is in the desired liquid state is obtained and the desired concentration of the oxide metal formed during the reaction is created in the solution by about 1% to 50 ß or more. It is also known to affect the temperature of the solution, the activity of the metal and its nitride and carbide-forming properties. The selection of the metal concentration and at least to some extent the working temperatures should be based on economic factors. This is how the preferred work levels fall for the metal concentration in the molten solvent in a range from about 3 to 40 wt.%, while a preferred temperature range is in the range of about 1000 ° to 20,000 K.

Dis Hitze, die erforderlich ist, um die verschiedenen Verfahrensstufen und die Einzelteile der im Zusammenhang hiermit benutzten Apparatur auf den gewünschten Temperaturen zu halten, kann in Ublicher Weise zugeführt werden, so beispielsweise durch die Verwendung elektrischer Induktionsheizvorrichtungen. Werden letztere auf Graphitrohren oder Reaktorgefässen angewendet (die leitend sind und daher schon für sich heiß werden), sollten Vorkehrungen getroffen werden, um die äußeren Graphitflächen gegen Berührung mit der Atmosphäre zu schützen. Hierzu können die aus Graphit bestehenden Apparaturen mit einem feuerfesten Sperrmaterial wie Glimmer oder Aluminium abgeschirmtwerden, das vorzugsweise nicht leitend sein soll, um einen Kurzschluß des elektrischen Stroms zu verhindern, wenn das Sperrmaterial in Berührung mit irgendwelchen Arbeitsspulen gerät. Die Spulen oder Wicklungen der Heizvorrichtung können auch äußerlich mit einem thermisch isolierenden Material bewickelt sein, so daß die Hitze bewahrt wird und die Bedienungspersonen gegen Verbrennungen durch Berührung mit der Hei zvorrichtung geschützt werden. Dis heat that is required to complete the various stages of the process and the individual parts of the apparatus used in connection therewith on the desired Maintaining temperatures can be supplied in the usual way, for example by using electrical Induction heaters. If the latter are applied to graphite tubes or reactor vessels (which are conductive and therefore getting hot on its own), precautions should be taken to avoid it to protect the outer graphite surfaces against contact with the atmosphere. For this the graphite apparatus can be coated with a fire-resistant barrier material such as mica or aluminum, which are preferably non-conductive intended to prevent a short circuit of the electric current when the barrier material comes into contact with any work coils. The coils or windings of the Heating device can also be externally covered with a thermally insulating material be wrapped so that the heat is retained and the operators against burns protected by contact with the heating device.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird ein Schmelzbad eines Metalls z.B. Zinn als Lösungsmittel benutzt, welchem die Metalloxide neben Kohlenstoff in solchen stöchiometrischen Mengen zugeführt werden, daß zumindest mit den Sauerstoffkomponenten der Oxide eine Reaktion stattfindet, um diese in Kohlenstoffmonoxid umzuwandeln. Vorzugsweise wird der Kohlenstoff in mäßigem ueberschuß von beispielsweise 0,1 bis 10 ß oberhalb des atöchiometrischen Erfordernisses zugesetzt. Für in kleinem Maßstab ausgeführte Arbeitsvorgänge oder beim Arbeiten mit extrem wertvollen Metalloxiden ist es wirtschaftlich zöglich,den erforderlichen Kohlenstoff in der Weise zuzuführen, daß ein Graphittiegel zur Aufnahme der Reaktionsmischung verwendet wird, der im Verlauf des Fortschreitens der Reaktion verbraucht wird. Je mehr aber der Prozeß relativ große Mengen von Kohlenstoff erfordert (z.B. A molten bath is used to carry out the method according to the invention of a metal e.g. tin is used as a solvent, which the metal oxides in addition to Carbon can be supplied in such stoichiometric amounts that at least a reaction takes place with the oxygen components of the oxides to convert them into carbon monoxide to convert. Preferably the carbon is used in a moderate excess of, for example 0.1 to 10 ß above the atoichiometric requirement added. For small-scale operations or when working with extreme valuable metal oxides, it is economically feasible to provide the required carbon in such a way that a graphite crucible to receive the reaction mixture which is consumed as the reaction proceeds. However, the more the process requires relatively large amounts of carbon (e.g.

0,1 Gewichtseinheit pro Gewichtseinheit verarbeitetes Uran und 0,5 Gewichtseinheit pro Gewichtseinheit Titan), so erfordern die meisten Arbeitsvorgänge für kommerzielle Zwecke, daß der Kohlenstoff getrennt zugesetzt wird.0.1 weight unit per weight unit processed uranium and 0.5 Weight unit per weight unit titanium), so require most of the operations for commercial purposes that the carbon is added separately.

Es kann Kohlenstoff in Jeder Form für diesen Zweck angewendet werden. Nützlich sind beispielsweise hierzu Olruß, Gasruß, Acetylenruß, Lampelschwarzs Holzkohle, Koks und gewöhnlichcGraphAtteilchen. Geeignet sind ferner Kohlenstoff-Quellmaterialien wie Petroleumgase, Holzprodukte und dgl. Es kann auch vorteilhaft sein, den Kohlenstoff in Form eines Graphitstabes oder eines offenen Graphitzylinders zuzusetzen, der nur in das Reaktionsbad eingesenkt zu werden braucht. Ein solches Vorgehen erlaubt ee, einen Überschuß an Kohlenstoff ohne gleichzeitige Inkaufnahme einer Verschmutzung der Mischung durch einen Überschuß an Kohlenstoffteilchen vorzusehen; außerdem ergibt der Zusatz von Kohlenstoff auf diese Weise eine raschere Reaktionsgeschwindigkeit.Any form of carbon can be used for this purpose. For example, oil black, gas black, acetylene black, lampel black charcoal, Coke and usually graphite particles. Carbon source materials are also suitable such as petroleum gases, wood products and the like. It can also be beneficial to reduce the carbon add in the form of a graphite rod or an open graphite cylinder, the only needs to be sunk into the reaction bath. Such an approach is permitted ee, an excess of carbon without accepting pollution providing the mixture with an excess of carbon particles; also results the addition of In this way, carbon has a faster reaction rate.

Um die verschiedenen Lösungen in geschmolzenem Metall, die gemäß der Erfindung praktisch angewendet werden können zusammenzuhalten, wird als Material vorzugsweise Graphit verwendet, besonders wenn mit einer Uranoxi-d-Beschickung gearbeitet wird, und als Lösungsmetall kann dabei z.B. To find out the various solutions in molten metal, according to of the invention can be practically used to hold together is called material preferably graphite used, especially when working with a uranium oxide charge and as the metal solution in this case, e.g.

Zinn, Kupfer oder Eisen verwendet werden. Es können aber auch andere inerte feuerfeste Materialien für die Herstellung der Behälter oder Gefässe verwendet werden, sowie für die verschiedenen Rohre Armaturen und sonstigen Einzelteile der dazugehörenden Apparatur. So können bei Zinn als Lösungsmittel auch feuerfeste Materialien wie Bornitrid und Berylliumnitrid benutzt werden. Bei Kupfer als Lösungsmetall kann Wolfram für den Behälter verwendet werden. Statt ein extrem feuerfestes Behältersystem zu benutzenswie es hier beschrieben wird, ist es auch möglich, das geschmolzene Lösungsmetall in einem sog.Tin, copper or iron can be used. But others can too inert refractory materials used for the manufacture of the containers or vessels as well as for the various pipes, fittings and other individual parts of the associated equipment. For example, with tin as a solvent, refractory materials can also be used such as boron nitride and beryllium nitride can be used. In the case of copper as a metal solution Tungsten can be used for the container. Instead of an extremely fireproof container system as described here, it is also possible to use the melted Solute metal in a so-called.

"skull" zusammenzuhalten, d.h. in einer Art Schale, die durch ständiges Abkühlen der äußeren Teile des Schmelzmetallsystems bis unter dessen Verfestigungstemperatur bei Aufrechterhaltung der Inneren Teile des Systems in dem gewünschten Schmelzzustand gebildet wird."skull" to hold together, i.e. in a kind of shell, which by constant Cooling the outer parts of the molten metal system to below its solidification temperature while maintaining the internal parts of the system in the desired melting state is formed.

Hitze wird der Einheit wie oben angegeben nach Bedarf zugeführt, wobei Induktion, Belleizung durch einen Elektronenstrahl oder andere Helzmethoden verwendet werden können, so daß sowohl der Reaktorbehälter als auch jegliche Destillationsapparate auf den erforderlichen Temperaturen gehalten werden, um das Lösungsmetall auszutreiben. Beim Fortschreiten der Reaktion wird dafür gesorgt, daß der spezielle CO-Druck unterhalb des Gleichgewichtswerts gehalten wird, wobei die Reaktion fokesetzt und zur Vollendung gebracht wird; dies kann durch Ziehen eines Vakuums über der reaktlonsfähigen Mischung oder durch Bestreichen des Raums mit einem inerten Gas (oder im Falle einer nitridbildenden Reaktion, mit Stickstoff oder Stickstoff + einem inerten Gas) geschehen. Heat is added to the unit as indicated above as needed, where induction, heating by a Electron beam or others Heat methods can be used so that both the reactor vessel and any stills are kept at the required temperatures, to drive off the solute metal. As the reaction progresses, it is ensured that that the specific CO pressure is kept below the equilibrium value, wherein the reaction continues and is brought to completion; this can be done by pulling a vacuum over the reactive mixture or by painting the space with an inert gas (or in the case of a nitride-forming reaction, with nitrogen or nitrogen + an inert gas).

Eine Herstellung von Vakuum über dem System ist auch nützlich während der anfänglichen Wiedergewinnungsstufe, wenn das Zinn oder sonstige Lösungsmetall von dem gelösten Metall abdestilliert wird. Der Prozeß kann entweder schubweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Im letzteren Falle können Teile der flüssigen reaktionsfähigen Mischung ständig aus dem System entfernt werden, um das Lösungsmittel und die gelösten Metallkomponenten zu trennen, wobei das getrennte als Lösungsmittel rllenende Metall wieder zum Reaktor zurückgeführt wird, wenn neue Metalloxidzusätze und Kohlenstoffvorschübe erfolgen. Im Falle einer schubwei -sen Arbitsweise kann die Trennung des aufgeliUsten Metalls aus dem als Lösungsmittel dienenden Metall entweder in dem Reaktorgefäß selbst oder in einem anderen Gefäß bewirkt werden.Creating a vacuum across the system is also useful during the initial recovery stage if the tin or other dissolving metal is distilled off from the dissolved metal. The process can be done in batches or be carried out continuously. In the latter case, parts of the liquid reactive mixture is constantly removed from the system to the solvent and separating the dissolved metal components, the separated being used as a solvent Rolling metal is returned to the reactor when new metal oxide additions and carbon advances occur. In the case of a shuffle-free way of working the separation of the dissolved metal from the metal used as solvent either be effected in the reactor vessel itself or in another vessel.

Je nach dem als Lösungsmittel verwendeten Metall ist das Verfahren gemäß der Erfindung brauchbar mit den Oxiden einer breiten Verschiedenheit reaktionsfähiger Metalle, wobei der Ausdruck "reaktionsfähig" hier verwendet wird, um diejenigen Metalle zu bezeichnen, die speziell hier angegeben sind, welche leicht mit Kohlenstoff reagieren, um die entsprechenden Metallcarbide zu bilden, Wenn also Zinn als Lösunsmittel benutzt wird, kann die Erfindung mit gutem erfolg in der Weise verwirklicht werden, daß als Besehickungsmaterialien die Oxide der reaktionsfähigen Metalle Niobium, Tantal, Plutonium, Uran, Zirkonium, Hafniurn, Titan und Dor, Magnesium, Chrom, Mangan, Vanadium, Silizium, Aluminium und Eisen verwendet werden. Bei Benutzung eines Oxids von einem gegebenen Metall, das durch andere Metaltverbindungen verschmutzt ist, wird vorgeschlagen, seine Reaktion durch die nitridbildende Stufe zu bewirken, da diese Ausführungsform des Verfahrens in den meisten Fällen die Gelegenheit bietet, ein Nitrid -les gewünschten Metalls abzutrennen, das relativ frei von anderen Komponenten ist. So suchen solche Fremdstoffe, die zwar vorhanden sind, aber in einem kle@nen Prozentsatz, in dem geschmolzenen Lösungsmittel in Lösung zu verbleiben, während das gewünschte Metall, das in viel größeren-Mengen vorhanden ist, ein Nitrid bildet, das entweder absinkt wie z.B. Urannitrid oder Hafniumnitrid, oder auf der Schmelze schwimmt. Typische schwimmende Nitride sind solche von Titan, Aluminium und Zirkonium. Depending on the metal used as the solvent, the method is useful in accordance with the invention with a wide variety of oxides being more reactive Metals, the term "reactive" being used herein to mean those To designate metals that are specifically specified here, which lightly with carbon react to form the corresponding metal carbides, i.e. tin as a solvent is used, the invention can be implemented with good success in the manner that the oxides of the reactive metals niobium, Tantalum, plutonium, uranium, zirconium, hafnium, titanium and dor, magnesium, chromium, manganese, Vanadium, silicon, aluminum and iron can be used. When using an oxide from a given metal contaminated by other metal compounds, it is proposed to cause its reaction through the nitride-forming stage, since this embodiment of the method in most cases offers the opportunity a nitride - to separate the desired metal that is relatively free of other components is. So look for foreign substances that are present, but in a small @ Percentage in which the molten solvent is in solution remain, while the desired metal, which is present in much larger amounts, is a nitride that either sinks, such as uranium nitride or hafnium nitride, or on the Melt floats. Typical floating nitrides are those of titanium, aluminum and zirconium.

Diese Unterschiede des spezifischen Gewichts zwischen den Nitriden ermöglichen eine weitere bequeme Methode zur Trennung der verschiedenen Metalle, die in der Oxidbeschickung vorhanden sein können.These differences in specific gravity between the nitrides allow another convenient method of separating the different metals, which may be present in the oxide charge.

Angenommen aber, es wird eineMetalloxidbeschickung von annehmbarer Reinheit benutzt, so wird der Prozeß vorzugsweise ohne die Anwendung einer nitridbildenden Stufe durchgeführt, während Oxide der Metalle Bor, Titan, Chrom, Mangan, Vanadium, Silizium, Aluminium oder Eisen verwendet werden, umso mehr als die entoxidierenden Reaktionen (Reaktion (l) siehe oben) mit Oxiden dieser Metalle annehmbare normgerechte Werte freier Energie haben, derart, daß die Reaktion bei vernünftigen Temperaturen und Drücken vorwärtsgetrieben werden kann. Assume, however, that a metal oxide feed becomes more acceptable If purity is used, the process is preferably carried out without the use of a nitride-forming agent Stage, while oxides of the metals boron, titanium, chromium, manganese, vanadium, Silicon, aluminum or iron are used, all the more so than the deoxidizing ones Reactions (reaction (l) see above) with oxides of these metals are acceptable in accordance with the standards Have free energy values such that the reaction takes place at reasonable temperatures and pushing forward.

Andererseits ist der Prozeß im Falle entoxidierender Reaktionen mit großen positiven freien Energien wie solchen, welche die Oxide von Niobium, Tantal, Plutonium, Uran, Zirkonium und Hafnium betreffen, vorzugswei -se in Anwesenheit von Stickstoffgas durchführbar, um die entsprechenden Metallnltride entweder als Endproclukt oder als Zwischenprodukt zu bilden. Bei dieser Reaktion (es ist dies die Reaktion (2), siehe oben) werden die in Betracht kommenden freien Energien bei Benutzung dieser Metalloxide zu kleinen positiven Werten oder zu negativen Werten verändert. Die Nitridbildung verschiebt die freie Energie der Reaktion, so daß die Reaktion bei vernünftigen Temperatur- und Druckwerten wieder vorwärtsgetrieben werden kann.On the other hand, in the case of deoxidizing reactions, the process is with large positive free energies such as those containing the oxides of niobium, tantalum, Plutonium, uranium, zirconium and hafnium concern, preferably in presence feasible by nitrogen gas to produce the corresponding metal nitrides either as End product or to form as an intermediate. In this reaction (this is reaction (2), see above) the free ones to be considered Energies when using these metal oxides lead to small positive values or too negative Values changed. The nitride formation shifts the free energy of the reaction, see above that at reasonable temperatures and pressures, the reaction would be propelled again can be.

Ein Erfordernis für die hier zu verwendende Schmelze des Lösungsmetalls oder einer Legierung davon besteht darin, daß das Metall gute Löslichkeit für das Uran, Titan oder sonstige Metall haben muß, das in der Form eines Oxids zugesetzt wird. Ferner ist es auch wichtig, umso mehr als die Anwendung einer Stickstoffatmosphäre einen Teil der Erfindung bei einer Ausführungsform dieser bildet, daß das Lösungsmetall selbst nicht leicht Nitride bildet. Allgemein ist es für sehr stabile Oxide erwünscht, daß das Lösungsmetall eine Neigung hat, bei niedrigeren Temperaturen stabile Intermetall-Verbindungen mit dem in Lösung vorhandenen aus dem Oxid abgeleiteten Metall zu bilden, damit die Aktivität dieses Metalls, wenn es in Lösung ist, auf einen relativ niedrigen Pegel herabgesetzt werden kann, so daß es nicht mit dem Kohlenstoff reagiert' um unter den bei der Ausführung des Verfahrens gegebenen Bedingungen Carbide zu bilden. A requirement for the melt of the dissolving metal to be used here or an alloy thereof is that the metal has good solubility for the Uranium, titanium or other metal must have added in the form of an oxide will. It is also important, even more so than the use of a nitrogen atmosphere part of the invention in one embodiment of this forms that the solution metal itself does not easily form nitrides. In general, for very stable oxides it is desirable that the solution metal has a tendency to form stable intermetallic compounds at lower temperatures with the metal derived from the oxide present in solution to form with it the activity of this metal when in solution to a relatively low level Level can be lowered so that it does not react with the carbon to form carbides under the conditions given when carrying out the process.

Diese Fähigkeit eines gegebenen Lösungsmetalls, solche Intermetall-Verbindungen bei niedrigen Temperaturen zu bilden, steht offenbar im Einklang mit der Fähigkeit des Lösungsmetalls, die chemische Aktivität des darin aufgelösten Metalls selbst bei höheren Temperaturen herabzusetzen. Zu den Metallen, welche diese Eigenschaften in einem größeren oder geringeren Ausmaß besitzen, gehören Blei, Zink, Wismut, Cadmium, Silber, Kupfer, Eisen und Zinn sowie verschiedene Legierungen dieser Metalle, insbesondere Zinn-Blei, Zinn-Wismut, Zinn-Blei-Wismut, Zinn-Cadmium und Cadmium-Blei. Jedoch ist Unter diesen Metallen Zinn (oder eine Zinnlegierung3 häufig vorzuziehen, da es für solche Systeme am besten alle Lösungsmetallerfordernisse,wie sie vorher auseinandergesetzt wurden, erfüllt.This ability of a given solution metal to such intermetallic compounds Forming at low temperatures appears to be consistent with ability of the metal in solution, the chemical activity of the metal itself dissolved in it reduce at higher temperatures. Among the metals that have these properties to a greater or lesser extent include lead, zinc, bismuth, cadmium, Silver, copper, iron and tin and various alloys of these metals, in particular Tin-lead, tin-bismuth, tin-lead-bismuth, tin-cadmium and cadmium-lead. However Among these metals, tin (or a tin alloy3 is often preferable, since For such systems it best all of the solution metal requirements as previously discussed were met.

Ferner hat Zinn den zusätzlichen Vorteil, daß es in einem extrem breiten Bereich von etwa 505 bis 29600 K geschmolzen bleibt und somit die Anwendung des Prozesses selbst bei relativ hohen Temperaturen gestattet, ohne .daB das System unter Druck gesetzt oder belüftet zu werden braucht, um Dampfverluste zu verhindern. In gleicher Weise kann ein System bei relativ hohen Temperaturen oder bei niedrigem Druck ohne-Verlust an Zinn laufen, obgleich die Destillation dieses Metalls aus dem System leicht bei entsprechend hohen Temperaturen möglich wird, besonders wenn sie im Vakdum durchgeführt wird. So wird die Destillationstemperatur,während das Zinn bei etwa 2960° K und bei atmosphä-@lschen Druck destilliert, auf etwa 1700° K bei 0,115 mm Hg herabgesetzt.Furthermore, tin has the added advantage of being extremely broad The range from about 505 to 29600 K remains molten and thus the application of the Process even at relatively high temperatures without damaging the system needs to be pressurized or vented to prevent steam loss. In the same way, a system can operate at relatively high temperatures or at low Pressure can run without loss of tin, although the distillation of this metal will run out the system is easily possible at correspondingly high temperatures, especially if it is carried out in a vacuum. So the distillation temperature becomes, while the Tin distilled at about 2960 ° K and at atmospheric pressure, to about 1700 ° K decreased at 0.115 mm Hg.

Aufgrund der günstigen Eigenschaften von Zinn - womit hauptsächlich praktisch reines Zinn zusammen mit seinen Legierungen, die wenigstens 50 Gew.% dieses Metalls enthalten - sowie im Interesse der Einfachheit und Klarheit des Ausdrucks, wird nachstehend- die Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, wobei im wesentlichen reines Zinn als geschmolzenes Lösungsmetall angewendet wird. Due to the favorable properties of tin - with which mainly practically pure tin together with its alloys containing at least 50% by weight of this Contain metal - as well as for the sake of simplicity and clarity of expression, is described below - the invention in its preferred embodiments, using essentially pure tin as the molten metal in solution.

Bei der Ausführung der Reaktion, so daß der Kohlenstoff mit dem Metalloxid reagiert, um das reine gelöste Metall oder das Metallnitrid zu bilden, wird die Reaktion in die gewünschte Richtung gezwungen, in dem der CO-Teildruck unter den Gleichgewichtspegeln gehalten wird, die für eingegebenes System vorherrschen. Im allgemeinen wird diese CO-Druckschwelle höher (d.h. weniger restriktiv) bei höheren Lösungstemperaturen und umgekehrt. Ferner ist, Je größer die chemische Aktivität des in Lösung vorhandenen Metalls ist, umso kleiner die CO-Teildruckschwelle; mit anderen Worten, der Kohlenstoffmonoxid-Teildruck über aem System muß bei zunehmend niedrigen Werten aufrecht erhalten werden, wenn die chemische Aktivität des Metalls größer wird. Das Verfahren zur Bestimmung dieses CO-Schwellwerts für Jedes gegebene System ist dem sachkundigen Fachmann bekannt, und die sprixlgenden Besonderheiten der Bestimmung werden nachstehend In Verbindung mit der Erörterung der Metallaktivitäten angegeben ts ist wesentlich, daß die chemische Aktivität des aus dem Oxid abgeleiteten und in Lösung in dem geschmolzenen Zinn oder sonstigen Lösungsmetall vorhandene Metall bei irgendeiner gegebenen Temperatur und Konzentration einen Wert hat, der unterhalb der chemischen Aktivität liegt, bei der das entsprechende Metall mit dem in dem System vorhandenen Kohlenstoff zu reagieren sucht, um ein Carbid zu bilden. Dieser letztere Wert ist eine Funktion der Temperatur, er nimmt mit dieser zu, obwohl er keine Funktion der Konzentration des in Lösung befindlichen Metalls ist. Andererseits nimmt die Aktivität des gelösten Metalls, die unterhalb der carbidbildenden Aktivitätsschwelle gehalten werden muß, sowohl mit der Temperatur als auch mit der Konzentration zu. Die Unmöglichkeit, diese Metallaktivität niedrig zu halten, während noch in einer wirkungsvollen und wirtschaftlichen Weise gearbeitet wird (d.h bei relativ hohen Konzentrationen und ohne Carbidbildung), ist das Haupthindernis bei den bisher verfügbaren carbothermischen Redukti onsverfahren -gewesen. Demgemäß beruht die vorliegende Erfindung hauptsächlich auf der Erkenntnis, daß durch Ausführung der Reaktion in geschmolzenem Zinn oder einem anderen geeigneten geschmolzenen Lösungsmittel, daG in dem Bad in Lösung gehende Metall eine niedrige Aktivität hat, die unterhalb der carbidbildenden Aktivitätsschwelle liegt, selbst bei relativ hohen Konzentrationen des Metalls in dem Metall schmelzbad und bei hohen Temperaturen. Zur gleichen Zeit wird der Vorteil erreicht, daß die Kohlenstoffmonoxid-Tei ldruckschwelle auf annehmbare Arbeitspegel angehoben werden kann, auch dann, wenn diese Lösungsmethode angewendet wird, um die Metallaktivität herabzusetzen. When carrying out the reaction so that the carbon with the metal oxide reacts to form the pure dissolved metal, or the metal nitride, becomes the Reaction forced in the desired direction in which the CO partial pressure is below the Equilibrium levels prevailing for the system entered. in the in general, this CO pressure threshold becomes higher (i.e. less restrictive) at higher Solution temperatures and vice versa. Furthermore, the greater the chemical activity of the metal present in solution, the lower the CO partial pressure threshold; with In other words, the partial pressure of carbon monoxide across a system must be increasing low values are maintained when the chemical activity of the metal gets bigger. The procedure for determining this CO threshold for any given The system is known to the knowledgeable specialist, and the special features are known the determination is made below in conjunction with the discussion of metal activities specified ts is essential that the chemical activity of the off derived from the oxide and in solution in the molten tin or other dissolving metal metal present at any given temperature and concentration has a value which is below the chemical activity at which the corresponding metal seeks to react with the carbon present in the system to form a carbide to build. This latter value is a function of the temperature, it increases with this too, although it is not a function of the concentration of the metal in solution is. On the other hand, the activity of the dissolved metal decreases below that of the carbide-forming Activity threshold must be maintained, both with the temperature and with the Concentration too. The impossibility of keeping this metal activity low while is still being operated in an effective and economical manner (i.e. at relatively high concentrations and without carbide formation), is the main obstacle the previously available carbothermal reduction process -been. Accordingly the present invention is based primarily on the recognition that, by implementation the reaction in molten tin or another suitable molten solvent, that metal going into solution in the bath has a low activity, that below the carbide-forming activity threshold, even at relatively high concentrations of the metal in the metal molten bath and at high temperatures. At the same time, the advantage is achieved that the carbon monoxide partial pressure threshold can be raised to acceptable working levels, even if this solution method is used to reduce metal activity.

Bestimmung der Metallaktivität. Ein Verfahren zur Bestimmung der chemischen Aktivität des flüssigen Metalls, das während des Verfahrens gemäß der Erfindung gebildet wird und das in Lösung in dem Schmelzbad vorhanden ist, läßt sich anhand der metalloxidbildenden Reaktion erläutern. Die so bestimmte Aktivität ist charakteristisch für ein gegebenes System, ganz gleich, ob eine bestimmte Menge des freien Metalls, das während der carbothermischen Reduktionsstufe gebildet wird, gleichzeitig in unlösliches Metallnitrid umgewandelt wird, umso mehr als ein bestimmter Gleichgewichtsprozentsatz des gebildeten Metalls normalerweise in dem Zinnschmelzbad in Lösung verbleibt. Die Gleichung für die Metalloxid bildende Reaktion ist bei einer repräsentativen AusfUhrungsform: M(l) + O2(g) = M02(s) (4) worin (1), (g) und (s) Komponenten bedeuten, die in dem flüssigen1 gasförmigen bzw. festen Zustand vorhanden sind. Die Gleichgewichtskonstante tK) für die Reaktion (4) findet ihren Ausdruck in der folgenden GleSchung: ZG° = -RTlnK@ oder anders ausgedrückt log K4 = -#G° 4,575T worin AG° = Nettoänderung der freien Energie in der normgerechten oxidbjldenden Gleichung (Sauerstoff bei 1 Atmosphäre) bei einer bestimmten Temperatur, R = die Gaskonstante 1987, und T = die Temperatur in OK Alle hier angewendeten Logarithmen mit Ausnahme des natürlichen Logarithmus ln haben die Basis 10. Determination of metal activity. A method of determining the chemical activity of the liquid metal produced during the process according to the Invention is formed and which is present in solution in the molten bath, leaves explain themselves based on the metal oxide-forming reaction. The so determined activity is characteristic of a given system, regardless of whether it is a certain amount the free metal formed during the carbothermal reduction step, is simultaneously converted into insoluble metal nitride, all the more so than a certain one Equilibrium percentage of metal formed normally in the molten tin bath remains in solution. The equation for the metal oxide forming reaction is at a representative embodiment: M (l) + O2 (g) = M02 (s) (4) where (1), (g) and (s) mean components which are in the liquid1 gaseous and solid states, respectively available. The equilibrium constant tK) for reaction (4) finds its own Expression in the following equation: ZG ° = -RTlnK @ or otherwise expressed as log K4 = - # G ° 4.575T where AG ° = net change in free energy in the standardized oxide-forming equation (oxygen at 1 atmosphere) for one determined temperature, R = the gas constant 1987, and T = the temperature in OK All have the logarithms used here with the exception of the natural logarithm ln the base 10.

Typische Werte von aGo von Oxiden sind in der Literatur für Jedes der Metalle angegeben, mit denen sich diese Erfindung befaßt und aus diesen Daten kann der Wert von K4 bei Benutzung der obigen Gleichung bestimmt werden (siehe Thermodynamic Propertles of 65 Elements -Their Oxides, Halides, Carbides and Nitrids. Wicks and Block, U.S. Bureau of Mines Bulletin No. 605 (1963). Typical values of aGo of oxides are in the literature for each of the metals with which this invention is concerned and from these data the value of K4 can be determined using the above equation (see Thermodynamic Properties of 65 Elements -Their Oxides, Halides, Carbides and Nitrids. Wicks and Block, U.S. Bureau of Mines Bulletin No. 605 (1963).

U.S. Government Printing Office, # 1.00). Es sind experimentelle Daten erhältlich, durch die man den 02-Gasteildruck (in at) bestimmt, der über einem System existiert, das eine lösung des Metalls (M) von gegebener Konzentration in einem Metall als Lösungsmittel enthält, wenn das Oxid gerade beginnt, sich bei der Temperatur zu bilden, die durch den #G°-Wert, der aus der Literatur erhalten wird.U.S. Government Printing Office, # 1.00). It's experimental data available, by which one determines the 02-Gasteildruck (in at), which over a system exists that a solution of the metal (M) of a given concentration in one It contains metal as a solvent when the oxide is just beginning to turn out at temperature to be formed by the # G ° value obtained from the literature.

Dieser bestimmte O2-Teildruck wird dann mit demjenigen verglichen, der über dem reinen flüssigen Metall (M(l)) existiert, bei der gleichen Temperatur wie wenn es gerade zur Oxidform umgewandelt wird. Dieser letztere 02-Teildruck für reines Metall wird bestimmt durch die Gleichung worin po den Gleichgewichtsteildruck von Sauerstoff in 2 at über M(l) bedeutet. Da die chemische Aktivität der MO2-Verbindung (aMO2) und diejenige des reinen flüssigen Metalls (a(1)) beide den Wert 1 haben, ist K4 = und da der Wert von K4 schon oben bestimmt wurde, 2 ist dadurch der Wert von PO ersichtlich gemacht. Die 2 chemische Aktivität des gelösten Metalls (aM) be-i der besonderen angewendeten Konzentration und Temperatur kann dann durch Lösen der folgenden Gleichung bestimmt werden dadurch wird der gewünschte Wert der chemischen Aktivität erhalten.This particular O2 partial pressure is then compared to that which exists above the pure liquid metal (M (l)) at the same temperature as when it is being converted to the oxide form. This latter O2 partial pressure for pure metal is determined by the equation where po is the equilibrium partial pressure of oxygen in 2 at above M (l). Since the chemical activity of the MO2 compound (aMO2) and that of the pure liquid metal (a (1)) both have the value 1, K4 = and since the value of K4 has already been determined above, 2 is therefore the value of PO made evident. The 2 chemical activity of the dissolved metal (aM) at the particular concentration and temperature used can then be determined by solving the following equation this gives the desired level of chemical activity.

Bei Berücksichtigung des Erfordernisses, daß die chemische Aktivität von M kleiner sein muß als diejenige, die zu einer Matallcarbidbildung (MC) führen würde, wenn MO2 und C in dem geschmolzenen Lösungsmittel zusammengebraucht werden (mit oder ohne eine Stickstoffatmosphäre), so muß der Aktivitätspegel von M für die folgende Gleichung bestimmt werden: M + C(s) = MC(s) (5) Zu diesem Zweck verwendet man die Gleichung G° = -RTlnK5. Taking into account the requirement that the chemical activity of M must be smaller than those which lead to metal carbide formation (MC) would if MO2 and C are used together in the molten solvent (with or without a nitrogen atmosphere) the activity level of M must be for the following equation can be determined: M + C (s) = MC (s) (5) To for this purpose the equation G ° = -RTlnK5 is used.

Der Carbidwert von #G° bei einer bestimmten Temperatur ist in der vorerwähnten Literaturstelle für jedes der Metalle verfügbar, mit dem sich die Erfindung befaßt, und somit kann der Wert von K5 bestimmt werden. Man geht dann über zu dem Ausdruck Umso mehr als die Aktivität des Metallcarbids (aMC) und diejenige von Kohlenstoff (ac) beide den Wert 1 haben, wird leicht K5 = 1/aM und der gewünschte Wert von am bei einer gegebenen Temperatur dn der carbidbildenden Reaktion erhalten. Sollte sich nun zeigen, daß der vorher festgestellte Aktivitätspegel von M oberhalb oder zu dicht an die carbidbildende Aktivitätsschwelle, wie oben bestimmt, fällt, so kann man auf entsprechend niedrigere Konzentrationen von M zurückgehen, um dessen Aktivität. auf einen zufriedenstellenden Arbeitspegel herunterzubringen. Außerdem sind sich ändernde Reaktionstemperaturen auch mit von Vorteil beim Verändern des Aktivitätspegels von M in dem gewünschten Ausmaß, obwohl eine Verringerung der Temperatur auch den carbidbildenden Aktivitätspegel in einem gewissen Ausmaß verringert.The carbide value of # G ° at a particular temperature is available in the aforementioned reference for each of the metals with which the invention is concerned, and thus the value of K5 can be determined. One then moves on to the expression The more that the activity of the metal carbide (aMC) and that of carbon (ac) both have the value 1, K5 = 1 / aM and the desired value of am at a given temperature dn of the carbide-forming reaction is easily obtained. Should it now be found that the previously determined activity level of M falls above or too close to the carbide-forming activity threshold, as determined above, one can go back to correspondingly lower concentrations of M in order to reduce its activity. down to a satisfactory working level. In addition, changing reaction temperatures are also beneficial in changing the level of activity of M to the desired extent, although decreasing the temperature also decreases the level of carbide-forming activity to some extent.

Die Reaktion der carbothermischen Reduktion gemäß der Erfindung erfordert, ganz gleicht ob sie in Gegenwart einer Stickstoffatmosphäre ausgeführt wird oder nicht, daß der CO-Teildrucksso wie er durch die eine oder andere der nachstehenden Reaktionen erzeugt wird, M02(s) + 2C(s) = M + 2CO(g) oder (1) M02(s) + 2C(s) + ½ N2(g) = MN(s) + 2CO(g) (2) unter dem theoretischen Gleichgewichtspegel, wie er für ein gegebenes System errechnet ist, gehalten wird. The carbothermal reduction reaction according to the invention requires it does not matter whether it is carried out in the presence of a nitrogen atmosphere or not that the CO partial pressure is as varied as it is by one or the other of the following Reactions generated is M02 (s) + 2C (s) = M + 2CO (g) or (1) M02 (s) + 2C (s) + ½ N2 (g) = MN (s) + 2CO (g) (2) below the theoretical equilibrium level as it is for a given system is calculated is held.

Bei der Errechnung dieses Teildruckes und bei Kenntnis des Wertes der Gleichgewichtskonstanten (K1 oder K2) sowie der chemischen Aktivität des gelösten Metalls kann kann der CO-Teildruck aus einen oder anderen der folgenden Beziehungen errechnet werden.When calculating this partial pressure and knowing the value the equilibrium constants (K1 or K2) and the chemical activity of the dissolved Metal can be the CO partial pressure from one or other of the following relationships can be calculated.

Ki M aM. P002 oder wobei PCO den CO-Teildruck in der Atmosphäre in dem einen oder anderen System bedeutet.Ki M aM. P002 or where PCO means the partial pressure of CO in the atmosphere in one or the other system.

Um repräsentative CO-Teildrücke und aM -Werte anzugeben, die zum Gebrauch bei der Ausführung der Erfindung geeignet sind, werden nachstehend sowohl f'iir Uranoxid- als auch Titanoxidsysteme Angaben gemacht. In order to specify representative CO partial pressures and aM values that were used for Uses suitable in practicing the invention are provided below both for uranium oxide and titanium oxide systems.

System UO2 in geschmolzenem Sn Die nachstehende Tabelle I enthält Angaben über die Werte für die Gleichgewichtskonstanten und für dgl in der Reaktion U02(s) + 2C(s) = U(l) + 2CO(g) (6) Ferner enthält die Tabelle I Wertangaben für #G° und die Aktivität von Uran (au) bei den carbidbildenden Reaktionen U(l) + C(s) = UC(s) (7a) U(1) + 2C(s) = UC (s) (7b) 2 Diese Werte, auf die oben Bezug genommen wurde, werden für die drei repräsentativen Arbeitstemperaturen 18000 K, 19000 K und 20000 K angegeben. System UO2 in Molten Sn Table I below contains Information on the values for the equilibrium constants and the like in the reaction U02 (s) + 2C (s) = U (l) + 2CO (g) (6) Table I also contains values for # G ° and the activity of uranium (au) in the carbide-forming reactions U (l) + C (s) = UC (s) (7a) U (1) + 2C (s) = UC (s) (7b) 2 These values, referred to above becomes 18000 K and 19000 K for the three representative working temperatures and 20000 K.

Tabelle 1 #G° von U(1) K6 = aU#PCO2 #G° von UC aU für UC Temp. Reaktion (6) Reaktion (7) Formierung 1800°K + 55 000 cal 2,00 x 10-7 -18 100 cal 6,3 x 10-3 1900 + 47 500 3,40 x 10-6 -17 900 9,1 x 10-3 2000 + 40 000 4,27 x 10-5 -17 700 1,2 x 10-2 In der folgenden Tabelle II sind Werte für die Aktivität (au) des in der Lusung gelösten Urans und des Gleichgewichtsteildrucks von CO iiber dem System für diese gleichen Temperaturen bei Urankonzentrationen von 1, 2, 5, 9 und 18 Gew.% in der geschmolzenen Zinnlösung angegeben. Table 1 # G ° from U (1) K6 = aU # PCO2 # G ° from UC aU for UC temp. Response (6) Reaction (7) Formation 1800 ° K + 55,000 cal 2.00 x 10-7 -18 100 cal 6.3 x 10-3 1900 + 47 500 3.40 x 10-6 -17 900 9.1 x 10-3 2000 + 40 000 4.27 x 10-5 -17 700 1.2 x 10-2 The following table II gives values for the activity (au) of the in the Dissolution of dissolved uranium and the partial equilibrium pressure by CO over the system for these same temperatures at uranium concentrations of 1, 2, 5, 9 and 18% by weight in the molten tin solution.

Tabelle II Temperatur Urankonzentration in Zinn (Gew.%) 1% 2% 5% 18000K PcO o,o45 at 0,037 at 0,022 at aU 1,0 x 10-4 1,96 x 10-4 4,14 x 10-4 1900° pCO 0,137 at 0,105 at 0,072 at aU 1,82 x 10-4 3,1 x 10-4 6,55 x 10-4 2000° pCO 0,394 at 0,302 at 0,208 at aU 2,75 x 10-4 4,68 x 10-4 9,9 x 10-4 9% 18% 18000 pCO 0,019 at o,o18 at aU 5,4 x 10-4 5,87 x 10-4 1900° pCO 0,063 at 0,060 at aU 8,55 x 10-4 9,3 x 10-4 2000° pCO 0,182 at 0,175 at aU 12,9 x 10-4 14,o x 10-4 Aus den Daten der Tabelle II ist ersichtlich, daß die Aktivität des aufgelösten Urans in jedem Falle kleiner ist als diejenige, die in Tabelle I für die carbidbildende Aktivität angegeben ist. Dies trifft jedenfalls zu für Temperaturen von 18000K für Zinnlösungen mit einer .Urankonzentration, die wenigstens etwa 25 % beträgt. Table II Temperature Uranium concentration in tin (% by weight) 1% 2% 5% 18000K PcO o, o45 at 0.037 at 0.022 at aU 1.0 x 10-4 1.96 x 10-4 4.14 x 10-4 1900 ° pCO 0.137 at 0.105 at 0.072 at aU 1.82 x 10-4 3.1 x 10-4 6.55 x 10-4 2000 ° pCO 0.394 at 0.302 at 0.208 at aU 2.75 x 10-4 4.68 x 10-4 9.9 x 10-4 9% 18% 18000 pCO 0.019 at o, o18 at aU 5.4 x 10-4 5.87 x 10-4 1900 ° pCO 0.063 at 0.060 at aU 8.55 x 10-4 9.3 x 10-4 2000 ° pCO 0.182 at 0.175 at aU 12.9 x 10-4 14, o x 10-4 the end the data in Table II shows that the activity of the dissolved uranium in each case is less than that given in Table I for the carbide-forming Activity is indicated. In any case, this applies to temperatures of 18000K Tin solutions with a concentration of uranium that is at least about 25%.

Außerdem sind die oben angegebenen begrenzenden CO-Teildrücke niemals kleiner als etwa o,ol5 at, und Drücke unterhalb dieses Pegels können leicht über dem System durch konventionelle Methoden aufrecht erhalten werden.In addition, the limiting CO partial pressures given above are never less than about o, ol5 at, and pressures below that level can be easily over the system can be maintained by conventional methods.

System TiO2 in geschmolzenem Sn In den nachstehenden Tabellen III und IV sind Daten für die Titansysteme, ähnlich denjenigen, die in den Tabellen I und II für Uran genannt waren, angegeben, wobei die entsprechende thermische Reduktion und die carbidbildenden Reaktionen die folgenden sind TiO2(s) + 2C(s) = Ti(l) + 2CO(g) und (8) Ti(l) + C(s) = TiC(s) (9) Darin mag Ti(l) überschmolzene oder unterkühlte Titanflüssigkeit bedeuten. Es ist zu beachten, daß die nachstehend angegebenen Daten angenäherte Rechenwerte für Modellsysteme sind, die zur Demonstrierung des Prinzips dienen sollen. Sind jedoch Fremdstoffe In der verwendeten Beschickung vorhanden, so können sich die tatsächlichen Werte der verschiedenen Zahlen in gewissem Ausmaß ändern. System TiO2 in molten Sn In the following Tables III and IV are data for the titanium systems similar to those in the tables I and II for uranium were given, with the corresponding thermal reduction and the carbide-forming reactions are the following: TiO2 (s) + 2C (s) = Ti (l) + 2CO (g) and (8) Ti (l) + C (s) = TiC (s) (9) Therein Ti (l) likes melted or supercooled Mean titanium liquid. It should be noted that the data given below approximate calculation values for model systems are used to demonstrate the principle should serve. However, foreign substances are used in the feed present, the actual values of the various numbers may vary to some extent Change extent.

Tabelle III #G° von Ti(1) K8 - aTi#pCO2 #G° von TiC aTi für TiC Temp. Reaktion (8) Reaktion (9) Formierung 1600°K +36 050 cal 1,1 x 10-5 -39 850 cal 0,4 x 10-5 18000 +20 o50 3,7 x 10-3 -39 400 2,o x 10-5 Tabelle IV Temperatur Titankonzentration in Zinn (Gew.%) 40% 50% 16000K pCO 26,8 at aTi 1,3 x 10-8 3,2 x 10-5 1800° pCO 721-aTi 7,0 x 10-9 2,3 x 10-5 Aus den vorstehenden Daten i.st ersichtlich, daß bei diesem System die CO-Teildrücke bei Gleichgewicht extrem hoch sind und daß es in manchen Fällen unter dem Gesichtspunkt des CO-Druckes lediglich erforderlich ist, ein Druckminderventil vorzusehen, um das System auf den Atmosphärendruck zu entlüften. Jedoch zeigen diese Daten, daß das System mit Verwendung von Titankonzentrationen in Zinn unterhalb von etwa 50 Gew. behandelt werden muß, wenn die chemische Aktivität des aufgelösten Titans unterhalb derjenigen gehalten werden soll, bei der Titan ein Carbid bildet. Insbesondere bei 16000K beträgt der Grenzwert der Konzentration des in Lösung befindlichen Titans etwa 47 Gew.%, während bei 18000K der Grenzwert bei etwa 49 Gew.% liegt. Table III # G ° of Ti (1) K8 - aTi # pCO2 # G ° of TiC aTi for TiC Temp. Reaction (8) Reaction (9) Formation 1600 ° K +36 050 cal 1.1 x 10-5 -39 850 cal 0.4 x 10-5 18000 +20 o50 3.7 x 10-3 -39 400 2, o x 10-5 Table IV Temperature titanium concentration in tin (wt.%) 40% 50% 16000K pCO 26.8 at aTi 1.3 x 10-8 3.2 x 10-5 1800 ° pCO 721-aTi 7.0 x 10-9 2.3 x 10-5 From the above data it can be seen that with this System the CO partial pressures are extremely high at equilibrium and that in some Cases from the point of view of the CO pressure only required a pressure reducing valve to vent the system to atmospheric pressure. However, these show Data that the system with use of titanium concentrations in tin below of about 50 wt. Must be treated if the chemical activity of dissolved titanium should be kept below that of titanium forms a carbide. In particular at 16000K the limit value for the concentration is of the titanium in solution about 47% by weight, while the limit value is 18000K is about 49 wt.%.

Die nitridbildende Reaktionsstufe Wird die Reaktion der carbothermischen Reduktion gemäß der Erfindung bei einer passenden Temperatur und passendem Teildruck von Stickstoff durchgeführt, so daß sich die stattfindende Reaktion durch die folgende Gleichung ausdrücken: M02(s) + 2C(s) + 1/2N2(g) = MN(s) + 2CO(g) (2) Diese Reaktion gelangt nur zur Vollendung, wenn die Kohlenstofmonoxid-Teildrücke unterhalb der Gleichgewichtswerte gehalten werden. Dies läßt sich aus der Beziehung bestimmen K2 = pCO2/pN21/2 Hierbei ist K2 aus den bekannten #G°-Werten errechnet, wie sie in der Literatur für diese Reaktion verfügbar sind. Wird angenommen, daß StickstoffteildrWke, die in einem Bereich von etwa o,l bis l,o at liegen, aufrecht erhalten werden, was normalerweise angemessen ist, um die erwünschte nitridbildende Stufe herzustellen, so kann der Kohlenstoffmonoxid-Gleichgewichtsteildruck etwas größer oder kleiner sein als derjenige, der die Reaktion bei Ausführung in Abwesenheit von Stickstoff kennzeichnet. Während beide Reaktionen temperaturempfindlich sind - der CO-Teildruck steigt mit der Temperatur -wird der CO-Teildruck bei der Nitridreaktion nicht durch die Konzentration des Metalls in dem geschmolzenen Metall als Lösungsmittel beeinträchtigt. The nitride-forming reaction stage becomes the carbothermal reaction Reduction according to the invention at a suitable temperature and partial pressure carried out by nitrogen, so that the reaction taking place by the following Express the equation: M02 (s) + 2C (s) + 1 / 2N2 (g) = MN (s) + 2CO (g) (2) This reaction only reaches completion when the carbon monoxide partial pressures are below the Equilibrium values are maintained. This can be determined from the relationship K2 = pCO2 / pN21 / 2 Here, K2 is calculated from the known # G ° values as they are are available in the literature for this reaction. If it is assumed that the partial nitrogen pressure, which are in a range of about 0.1 to 1.0 at, what is usually appropriate around the desired nitride-forming Stage, so the carbon monoxide equilibrium partial pressure can something be greater or lesser than the one who performed the response in the absence of nitrogen. While both reactions are temperature sensitive - the CO partial pressure increases with the temperature - the CO partial pressure becomes during the nitride reaction not by the concentration of the metal in the molten metal as a solvent impaired.

Beispielsweise herrschen in einem System, in welchem Uranoxid einer geschmolzenen Zinnlösung bei den angegebenen Temperaturen zugesetzt wird und der Teildruck des Stickstoffs konstant auf 1 at gehalten wird, die folgenden Beziehungen : U02(s) + 2 C(s) + 1/2N2(g) = UN(s) + 2C0(g) (2a) Diese Reaktion gelangt nur zur Vollendung, wenn die Kohlenstoffmonoxidteildrücke unterhalb der nachstehend in der letzten Spalte'von Tabelle V gezeigten Pegel gehalten werden. For example, in a system in which uranium oxide a molten tin solution is added at the specified temperatures and the Partial pressure of nitrogen is kept constant at 1 at, the following relationships : U02 (s) + 2 C (s) + 1 / 2N2 (g) = UN (s) + 2C0 (g) (2a) This reaction only leads to Completion when the carbon monoxide partial pressures are below those in the below last column 'of Table V must be maintained.

Tabelle V #G° von UN K2 = pCO2/pN21/2 pCO(N2 = 1 at) Temp. Reaktion (2a) 2 18000K +23 400 cal 1,45 x 10-3 3 3,8 x 10-2 1900 +17 200 1,o5 x 10-2 1,o x 10-2 2000 +11 800 5,14 x 10-2 2,2 x 10-1 Die annähernd entsprechenden thermodynamischen Daten für die Gleichung TiO2(s) + 2C(s) + 1/2N2(g) = TiN(s) + 2CO(g) (2b) sind nachstehend in Tabelle VI angegeben. Table V # G ° from UN K2 = pCO2 / pN21 / 2 pCO (N2 = 1 at) Temp. Reaction (2a) 2 18000K +23 400 cal 1.45 x 10-3 3 3.8 x 10-2 1900 +17 200 1, o5 x 10-2 1, o x 10-2 2000 +11 800 5.14 x 10-2 2.2 x 10-1 The approximately corresponding thermodynamic data for the equation TiO2 (s) + 2C (s) + 1 / 2N2 (g) = TiN (s) + 2CO (g) (2b) are given in Table VI below.

Tabelle VI #G° von TiN K2 = pCO2/PN21/2 pCO(N2 = 1 at) Temp. Reaktion (2b) 2 15000K -2 850 cal 2,6 1,6 1600 --8 900 16,2 4,o 1700 -15 ooo 85 9,2 1800 -20 ooo g16 17,8 Die genauen Bedingungen,unter denen ein gegebenes Metall ein festes Nitridprodukt in einem gegebenen geschmolzenen Lösungsmetall wie Zinn bildet, mögen in der Literatur nicht verfügbar sein, aber beim Arbeiten mit relativ mässigen Stickstoffteildrücken (von beispielsweise o,l bis l,o at) in einem Temperaturbereich von etwa 1000° bis 20000K, in dem das Jeweilige Metallnitrid stabil ist, und in Kenntnis des CO-Gleichgewichtsteildruckwerts für ein gegebenes Metall bei der angewendeten Temperatur, ist ein Fachmann in der Lage, durch routinemässiges Ausprobieren, die optimalen nitridbildenden Eigenschaften eines Jeden gegebenen Systems sowie die Eigenschaften, unter denen sich das Nitrid bei begleitender Lösung des Metalls zersetzt, wenn die Stickstoffteildrücke über dem System fortschreitend herabgesetzt werden, zu bestimmen. Beispielsweise bei einem Stickstoffdruck Von 1 at und Benutzung von Zinn als lösendes Metall zersetzt sich die hochstabile Urannitridverbindung nicht, es sei denn bei Temperaturen oberhalb von 20000K. Table VI # G ° of TiN K2 = pCO2 / PN21 / 2 pCO (N2 = 1 at) Temp. Reaction (2b) 2 15000K -2 850 cal 2.6 1.6 1600 --8 900 16.2 4, o 1700 -15 ooo 85 9.2 1800 -20 ooo g16 17.8 The exact conditions under which a given metal is a solid Nitride product forms in a given molten solute metal such as tin not available in the literature, but when working with relatively moderate nitrogen partial pressures (from, for example, 0.1 to 1.0 at) in a temperature range of about 1000 ° to 20000K, in which the respective metal nitride is stable, and with knowledge of the CO equilibrium partial pressure value for a given metal at the temperature used, one skilled in the art is at that Location, through routine trial and error, the optimal nitride-forming properties of any given system as well as the properties under which the nitride is with accompanying Solution of the metal decomposes when the partial pressures of nitrogen be progressively decreased across the system. For example decomposed at a nitrogen pressure of 1 atm and using tin as the dissolving metal the highly stable uranium nitride compound does not, unless at temperatures above from 20000K.

Andererseits zersetzen sich andere Nitride bei niedrigeren Temperaturen z.B. Aluminiumnitrid bei etwa 17000 Die nachstehend angegebenen Daten, die sich auf die Bedingungen beziehen, unter denen Urannitridkomponenten in einer geschmolzenen Zinnlösung gebildet oder zersetzt werden können, sind typisch für diejenigen, die leicht entwickelt werden können.On the other hand, other nitrides decompose at lower temperatures e.g. aluminum nitride at about 17,000 The data given below, which are refer to the conditions under which uranium nitride components in a molten Tin solution can be formed or decomposed are typical of those who can be easily developed.

Uran, wenn es in geschmolzenem Zinn (oder einem anderen geeigneten Metall) unter einer Atmosphäre mit einem Stickstoffteildruck in der Größenordnung von wenigstens etwa 0,02 at gelöst ist, kann in dem System teilweise oder praktisch ganz entweder als UN oder als U2N5 existieren, je nach Temperatur und Urankonzentration in dem System. Im allgemeinen ist das feste U2N3-Produkt dasjenige, das bei Temperaturen von etwa 575 bis 1753°K gebildet wird. Das UN-Produkt ist dasjenige, das bei Temperaturen oberhalb von etwa 17580K gebildet wird, und es ist fähig, in dem System bei Temperaturen von 2275°K oder höheren Temperaturen unter entsprechend hohen- Sti ckstofftei ldrücken und Lösungskonzentrati onen zu verbleiben. Die Gleichungen für diese zwei Reaktionen sind die folgenden: 2U + )/2N2(g) = U2N3(s) (lo) U-+ 1/2N2(g) = UN(s) (11) Die beiden Systeme sprechen nicht in der gleichen Weise auf änderungen des Stickstoffdruckes an. So ist das UN-System umkehrbar und es spricht rasch auf Druckänderungen an. Das U2N2-System andererseits ist nicht umkehrbar, -,außer wahrscheinlich dann, wenn es für lange Zeiträume aufrecht erhalten wird; insbesondere ist, während eine Zunahme des Stickstoffteildrucks einen größeren Niederschlag von dem aufgelösten Uran als U2N3 zur Folge hat, eine Senkung des Stickstoffteildrucks ohne merklichen Effekt, bis die Drücke auf einen sehr niedrigen Pegel reduziert werden dann wird Stickstoffgas entwickelt und das Produkt in die Form UN umgewandelt. Wenn ein U2N3-System aus irgendeinem Grunde über einen Pegel von etwa 17580K gebracht wird, entwickelt es Stickstoffgas und das vorhandene U2N3 wird zu dem UN-Produkt umgewandelt. Andererseits wird das vorhandene UN-Material, wenn ein UN-System unterhalb von 17580K abgekühlt wird, zu dem U2N3-Produkt umgewandelt. Sollte nicht genügend Stickstoff vorhanden sein, um diesen Übergang zu bewirken, so wird ein Teil des UN zu tJ2N3 umgewandelt, während der Rest dissoziiert und Uran in die geschmolzene Zinnlösung liefert. So ist es möglich, entweder ein festes UN-Produkt oder ein festes U2N3-Produkt zu bilden, das dann von dem geschmolzenen Zinnmetall auf eine beliebige Weise getrennt werden kann. Wenn Jedoch das feste Produkt zersetzt werden soll, um etwa das Uran zurück in die Lösung zu bringen, dann werden vorzugsweise Bedingungen gewählt, die das Uran in die UN-Form bringen. Uranium when it is in molten tin (or some other suitable Metal) under an atmosphere with a partial pressure of nitrogen in the order of magnitude of at least about 0.02 at can be partially or practically dissolved in the system exist entirely either as UN or as U2N5, depending on the temperature and uranium concentration in the system. In general, the solid U2N3 product is that which is at temperatures from about 575 to 1753 ° K is formed. The UN product is the one that works at temperatures above about 17580K is formed and it is capable of operating in the system at temperatures of 2275 ° K or higher temperatures under correspondingly high pressures and solution concentrations to remain. The equations for these two reactions are the following: 2U +) / 2N2 (g) = U2N3 (s) (lo) U- + 1 / 2N2 (g) = UN (s) (11) The two systems do not speak in the same way to changes the nitrogen pressure. So the UN system is reversible and it quickly speaks up Pressure changes. The U2N2 system, on the other hand, is irreversible - except likely when it is sustained for long periods of time; particular is while an increase in the partial pressure of nitrogen produces a greater precipitate of the dissolved Uranium as U2N3 results in a lowering of the nitrogen partial pressure without noticeable Effect until the pressures are then reduced to a very low level Nitrogen gas is evolved and the product is converted into the form UN. If a U2N3 system is brought above a level of about 17580K for some reason it is nitrogen gas and the existing U2N3 is converted to the UN product. on the other hand becomes the existing UN material when a UN system cools below 17580K is converted to the U2N3 product. Should not have enough nitrogen be to effect this transition, part of the UN is converted to tJ2N3, while the rest dissociates and uranium into the molten tin solution supplies. So it is possible to have either a solid UN product or a solid U2N3 product to form, which is then separated from the molten tin metal in any way can be. However, if the solid product is to be decomposed, about the uranium To bring back into the solution, then preferably conditions are chosen that bring the uranium into the UN form.

Wie oben angegeben, sind die Gleichgewichtseigenschaften des U-Sn-UN-Systems (Gleichung ii) solche, daß sie eine leichte Verschiebung entweder in die UN- oder die U-Richtung erlauben, wenn StickstoffdrUckeßTemperaturen oder Lösungskonzentration verändert werden. So bringt für eine beliebige gegebene Konzentration von gelöstem Uran (U) in dem geschmolzenem Zinn oder in dem sonstigen Lösungsschmelzmetall ein Anheben des Stickstoffdrucks oder Senken der Temperatur die Neigung mit sich, den relativen Betrag des niedergeschlagenen UN, der vorhanden ist, zu vermehren. As stated above are the equilibrium properties of the U-Sn-UN system (Equation ii) such that there is a slight shift in either the UN or Allow the U-direction when nitrogen pressures temperatures or solution concentration to be changed. So brings for any given concentration of solute Uranium (U) in the molten tin or other molten metal in solution Raising the nitrogen pressure or lowering the temperature increases the tendency to increase the relative amount of the dejected UN that exists.

Ebenso ist, je größer die Konzentration des U in dem geschmolzenen Metall, umso größer die Masse von UN. Die Bedeutung der Faktoren des Drucks und der U-Konzentration in dem GLeichgewichtszustand wird exemplifiziert durch die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Daten für ein 8yse1n, das auf 18230K gehalten wind.Likewise, the greater the concentration of U in the molten one Metal, the greater the mass of UN. The importance of the factors of pressure and the U concentration in the equilibrium state is exemplified by the in The table below gives data for an 8yse1n that was held at 18230K wind.

Tabelle VII Stickstoffdruck Kg Uran, niedergeschlagen als UN bei 1823°K (in at) aus 100 kg Schmelzlösung mit dem in Gew.% angegebenen Anfangsanteil von Uran in Zinn 18% 9% 5% 2% 1,o 15,3 8,7 1,1 0,9 14,8 8,6 0,4 o,6 14,4 8,4 0,5 14,1 8,1 o,4 15,3 7,7 o, 3 10,4 6,5 2,2 o,2 6,4 3,8 o,o7 o,1 l,o o,o4 In ähnlicher Weise wird der Einfluß der Temperatur auf das Gleichgewicht eines typischen U-Sn-UN-Systems bei verschiedenen Stickstoffdruckpegeln durch die in der Tabelle VIII angegebenen Daten veranschaulicht. Table VII Nitrogen pressure Kg uranium, deposited as UN at 1823 ° K (in at) from 100 kg of melt solution with the initial percentage given in% by weight of uranium in tin 18% 9% 5% 2% 1, o 15.3 8.7 1.1 0.9 14.8 8.6 0.4 o. 6 14.4 8.4 0.5 14.1 8.1 o, 4 15.3 7.7 o, 3 10.4 6.5 2.2 o, 2 6.4 3.8 o, o7 o, 1 l, o o, o4 In similar Way is the influence of temperature on the equilibrium of a typical U-Sn-UN system at various nitrogen pressure levels by those given in Table VIII Data illustrated.

Tabelle VIII Temperatur Kg Uran, niedergeschlagen als UN aus 100 kg (°K) einer Schmelzlösung von 9% Uran in Sn bei den angegebenen Stickstoffdruckwerten o,o9 at 0,122 at o,l6 at 0,202 at o,25 at 1825 0,58 2,05 3,46 4,80 6,21 1840 1,05 2,48 3,92 5,46 1865 1,38 2,82 4,21 1883 1,53 2,98 Die vorstehenden Tabellen geben erläuternde Daten für bestimmte Systeme an. Dagegen ist die folgende Gleichung (die im, Gegensatz zur Gleichung 11, bei der das Uran in einer Zinnlösung vorhanden ist, eine solche ist, bei der das System nur reines flüssiges Uran und Stickstoff enthält) anwendbar, um irgendeine der Variablen zu bestimmen, die das Gleichgewicht beeinträchtigen, d.h. Table VIII Temperature Kg uranium, precipitated as UN from 100 kg (° K) of a molten solution of 9% uranium in Sn at the specified nitrogen pressure values o, o9 at 0.122 at o.16 at 0.202 at o.25 at 1825 0.58 2.05 3.46 4.80 6.21 1840 1.05 2.48 3.92 5.46 1865 1.38 2.82 4.21 1883 1.53 2.98 The foregoing Tables provide explanatory data for specific systems. Against this is the following Equation (which in contrast to Equation 11, in which the uranium is in a tin solution is present, one in which the system is only pure liquid uranium and Contains nitrogen) can be used to determine any of the variables that make up the Affect equilibrium, i.e.

den Punkt, bei dem das UN sich gerade aus einem gegebenen System niederzuschlagen beginnt, während die übrigen Variablen konstant gehalten werden. Hier ist die Gleichung zu betrachten: UN(s) = U(l) + 1/2N2(g) (12) Log K12 = -15 60o/T + 4,7 wobei die Gleichgewichtskonstante K12 = aU.PN 1/2.the point at which the UN is just knocking out a given system begins while the other variables are held constant. Here is the equation to be considered: UN (s) = U (l) + 1 / 2N2 (g) (12) Log K12 = -15 60o / T + 4.7 where the Equilibrium constant K12 = aU.PN 1/2.

2 Z.B. kann der Gleichgewichtsdruck von Stickstoff, der erforderlich ist, um gerade die UN-Formierung in einer 12%-igen Uranlösung in Zinn bei 1873°K einzuleiten, wie folgt bestimmt werden: Bei 1873°K gilt: log K12 = -3,63; daher K12 = 2,34 x Bei 12% U Pegel (Molenbruch = o,o64) gilt aU = o,ooo8. 2 E.g. the equilibrium pressure of nitrogen that is required is to just the UN formation in a 12% uranium solution in tin at 1873 ° K can be determined as follows: At 1873 ° K, the following applies: log K12 = -3.63; therefore K12 = 2.34 x at 12% U level (mole fraction = o, o64) applies aU = o, ooo8.

Schließlich giltt 2,34 x 10-4 = = o,ooo8 PN 1/2; daher 2 pN2 = 0,085. Finally, 2.34 x 10-4 = = 0, ooo8 PN 1/2; therefore 2 pN2 = 0.085.

Allgemein gesprochen, kann man, nachdem man den Stickstoffteildruck bestimmt hat, der über einer gegebenen Lösung eines Metalls in geschmolzenem Zinn oder einem anderen Lösungsmetall aufrecht erhalten werden muß, um das gewünscht Nitridprodukt zu bilden, den so erhaltenen Teil druckwert in die folgende Gleichung einsetzen, die sic auf die Reaktion (2) bezieht, um den entsprechenden Gleichgewichtsteildruck von Kohlenstoffmonoxid zu erhalten: Um die Reaktion (2) zur Vollendung zu bringen, müssen die CO-Teildrücke unterhalb der so bestimmten Gleichgewichtswerte gehalten werden.Generally speaking, after determining the partial pressure of nitrogen that must be maintained over a given solution of a metal in molten tin or other solute metal to form the desired nitride product, one can substitute the partial pressure value so obtained in the following equation: which relates to reaction (2) to obtain the corresponding equilibrium partial pressure of carbon monoxide: In order to bring reaction (2) to completion, the CO partial pressures must be kept below the equilibrium values determined in this way.

Bei der Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann eine große Verschiedenheit von feuerfesten Baumaterialien verwendet werden, um die Apparatur herzustellen oder sie auszukleiden. Die Natur der gewählten Materialien hängt etwas von dem als Lösungsmittel verwendeten geschmolzenen Metall ab, das verwendet werden soll. Während Graphit praktisch mit jedem solchen Metall verwendet werden kann, kennen Bornitrid und Berylliumnitrld in Verbindung mit einem Zinnbad und Wolfram in Verbindung mit Kupfer oder Eisen verwendet werden. Die oben schon erwähnte "skull"-Technik kann gleichfalls angewendet werden, wobei die "skull"-Sehale aus dem Schmelzmetall in einer kühlenden Fassung gehalten werden kann. Ein bevorzugtes Material, besondersSwenn mit Uranoxiden gearbeitet wird, ist Graphit oder ein feuerfestes Material wie z.B. Graphit, abgeschirmt mit Aluminium. Dadurch ergibt sich eine gute Gesamtfestigkeit, und das Graphit unterliegt keinen chemischen Reaktionen und widersteht leicht Temperaturen im Bereich von 600 bis 2300°K oder sogar noch mehr, insbesondere bei Abwesenheit von Sauerstoff. Es ist auch möglich, einen größeren Teil der Apparatur aus Graphit herzustellen, ein Verfahren das besonders gut geeignet ist zur Verwendung bei Durchführung in kleinerem Maßstab, wobei das Reaktionsgefäß in gewissem Maße verbraucht wird, um die reduzierende Reaktion mit der erforderlichen Menge an Kohlenstoff zu ergänzen. When carrying out the method according to the invention, a large Variety of refractory building materials used to make the apparatus manufacture or line them. The nature of the materials chosen depends somewhat on the molten metal used as a solvent that will be used target. While graphite can be used with virtually any such metal, know boron nitride and beryllium nitride in connection with a tin bath and tungsten used in conjunction with copper or iron. The "skull" technique mentioned above can also be used, with the "skull" shell the molten metal can be kept in a cooling socket. A preferred one Material, especially when working with uranium oxides, is graphite or a refractory Material such as graphite, shielded with aluminum. This results in a good one Total strength, and the graphite does not undergo chemical reactions and withstands easily temperatures in the range of 600 to 2300 ° K or even more, in particular in the absence of oxygen. It is also possible to use a larger part of the apparatus Manufacture from graphite, a method that is particularly well suited to use when carried out on a smaller scale, the reaction vessel to some extent is consumed to complete the reducing reaction with the required amount of carbon to complete.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine allgemeine schematische Darstellung einer Apparatur zur Durchführung einer carbothermischen Reduktion von Metalloxiden ohne Anwendung einer nitrldbildenden Zwischenstufe, wobei das reduzierte Metall in einem Zinnschmelzbad gelöst wird, aus dem das Zinn danach abdestilliert werden kann; Fig. 2 eine gleichfalls schematische Darstellung eines Systems, bei dem die Stufe der carbothermischen Reduktion begleitet ist von der gleichzeitigen Formierung eines festen Metallnitridprodukts, das entweder als solches wiedergewonnen werden oder in Anwesenheit eines geschmolzenen Metalls als Lösungsmittel in Stickstoffgas und das reine Metall umgewandelt werden kann, das in der Metallschmelze in Lösung vorhanden und für eine anschließende Wiedergewinnung verfügbar ist. In the following the invention is exemplified with reference to the drawings explained. 1 shows a general schematic representation of an apparatus for carrying out a carbothermal reduction of metal oxides without application an intermediate nitride-forming stage, wherein the reduced metal is in a molten tin bath is dissolved, from which the tin can then be distilled off; Fig. 2 is also a schematic representation of a system in which the carbothermal reduction step is accompanied by the simultaneous formation of a solid metal nitride product, that can either be recovered as such or in the presence of a molten one Metal as a solvent can be converted into nitrogen gas and the pure metal that is present in solution in the molten metal and for subsequent recovery is available.

In Fig. 1 ist 10 ein Reaktorgefäß, das ein Schmelzbad 11 aus Zinn enthält, in welchem sich eine Rührvorrichtung 12 befindet und das auf der gewünschten Temperatur gehalten wird, während das Zinn durch eine elektrische Induktionsheizvorrichtung 15 in Umlauf versetzt wird. Die Metalloxi dbeschickungskomponente wird dem Reaktorgefäß durch eine Leitung 16 zugeführt, während der Kohlenstoff, der erforderlich ist, um mit dem Sauerstoff des Oxids zu reagiert ren und Kohlenstoffmonoxid zu bilden, durch die Leitung 17 zugesetzt wird. Um den Teildruck des Kohlenstoffmonoxids, das bei der reduzierenden Reaktion gebildet wirdsunterhalb der Gleichgewichtspegel zu halten, wird ein inertes Gas wie Argon oder Helium in den Körper des geschmolzenen Zinns Uber die Leitung 18 injiziert da6 dazu dient, das Kohlenstoffmonoxid aus dem System über die Leitung 19 abzuführenund zugleich die geschmolzene Metallöstsng in Bewegung zu versetzten. Nach einem (nicht dargestellten) abgewandelten Verfahren kann der gewünschte CO-Teildruck durch Verwendung eines Vakuums geschaffen und aufrecht erhalten werden. Die Ausgangsgasleitung 19 verläuft zu einer Gasreinigungszone 20, die geelgnet ist, das Kohlenstoffmonoxid zu beseitigen und das inerte Gas übrigzulassen, das dann über die Leitung 21 zusammen mit einem erforderlichen Aufbereitungsgas wie es durch die Leitung 18 geliefat wird, zu der Einheit zurückgeleitet wird. Die Beseitigung des Kohlenstoffmonoxids in der Zone 20 kann in an sich bekannter Weise bewirkt werden, beispielsweise durch Oxidierung des Gases zu Kohlenstoffdioxid, das dann absorbiert oder kondensiert wird, um über die Leitung 22 zu entweichen. 23 ist eine Zinnaufbereitungslei tung. In Fig. 1, 10 is a reactor vessel which has a molten bath 11 made of tin contains, in which there is a stirring device 12 and that on the desired Temperature is maintained while the tin is heated by an electric induction heater 15 is put into circulation. The metal oxide feed component is added to the reactor vessel fed through a line 16, while the carbon that is required to react with the oxygen of the oxide and form carbon monoxide, through line 17 is added. To reduce the partial pressure of carbon monoxide that in the reducing reaction is formed below the equilibrium level too hold, an inert gas like argon or helium gets into the body of the melted Tin is injected via line 18 as it serves to remove the carbon monoxide from the System to be discharged via line 19 and at the same time the molten metal solution to set in motion. According to a modified method (not shown) can be the desired CO partial pressure by using a vacuum created and maintained. The outlet gas line 19 runs to a Gas cleaning zone 20, which is able to remove the carbon monoxide and To leave the inert gas, which is then via line 21 together with a required Make-up gas as supplied through line 18 is returned to the unit will. The elimination of the carbon monoxide in zone 20 can be known per se Manner, for example by oxidizing the gas to carbon dioxide, which is then absorbed or condensed to escape via line 22. 23 is a tin processing line.

Wen sich die Menge des reduzierten Metalls, das in Lösung in dem Zinnbad 11 vorhanden ist, bis zu dem gewünschten Pegel, beispielsweise 20 bis 30 Gew.%, aufbaut, wird die weitere Hinzufügung von Metalloxid und Kohlenstoff unterbrochen und die in dem Gefäß lo vorhandene Lösung wird dann durch die Leitung 25 zu einer Induktionsheizeinrichtung 26 und von dort zu einer Destillationssäule 30 geleitet, von wo aus das Zinn abdestilliert wird. Who is the amount of reduced metal that is in solution in the Tin bath 11 is present up to the desired level, e.g. 20-30 % By weight, the further addition of metal oxide and carbon is interrupted and the solution present in the vessel lo then becomes one through the line 25 Induction heating device 26 and passed from there to a distillation column 30, from where the tin is distilled off.

Die Säule ist mit einem durch Induktion beheizten Aufwärmer 31 versehen und wird bei herabgesetzten Drücken betrieben. Die Wärme kann auch durch Verwendung einer Elektronenstrahlhei zvorri chtung zugefiIhr werden. Die ZinndSmpfe werden vom oberen Ende der Säule 30 durch eine Leitung 32 abgenommen und einem Wärmeaustauscher 33 zugeführt, wo die Dämpfe in Form einer Flüssigkeit kondensiert werden. Das flüssige Zinn läuft dann zu einem Sammelbehälter 34, der mit einer Vakuumleitung 35 versehen ist, so daß der gewünschte Druck in der Säule 30 der Leitung 32 und dem Kondensator 33 sowie oberhalb der kondensierten Flüssigkeit in dem Behälter 34 hergestellt werden kann. Das geschmolzene Zinn fließt dann aus dem letzteren Behälter über die Leitung 37 und das Druckminderventil 38 in das Gefäß lo. Nachdem das Zinn abdestilliert worden ist, kann das erwünschte Restmetall aus der Säule 3o über eine Leitung 39 abgezogen werden.The column is provided with a heater 31 heated by induction and is operated at reduced pressures. The heat can also be through use an electron beam heating device. The tin swamps will from the top of the column 30 through a Line 32 removed and fed to a heat exchanger 33, where the vapors condensed in the form of a liquid will. The liquid tin then runs to a sump 34, which is connected to a vacuum line 35 is provided so that the desired pressure in the column 30 of the line 32 and the condenser 33 and above the condensed liquid in the container 34 can be produced. The molten tin then flows out of the latter Container via line 37 and pressure reducing valve 38 into the vessel lo. After this the tin has been distilled off, the desired residual metal can be removed from the column 3o are withdrawn via a line 39.

In Fig. 2 ist ein Reaktionsgefäß 40 gezeigt, das einen geschmolzenen Körper 41 aus Zinn enthält, der durch eine Rührvorrichtung 42 in Bewegung gehalten werden kann. In Fig. 2, a reaction vessel 40 is shown which has a molten Body 41 made of tin, which is kept in motion by a stirring device 42 can be.

Die Metalloxidbeschickung wird dem Gefäß 4o über die Leistung 43 zugeführt, während Kohlenstoff über die Leitung 44 zugeführt wird. In manchen Fällen kann ein natürliches Gas oder organischer Abfallstoff statt einer Quelle reinen Kohlenstoffs benutzt werden. Das geschmolzene Zinn wird, wenn erforderlich, über die Leitung 45 einem Vorratsbehälter 46 zugeführt, aus dem das Zinn über die Leitung-47 in das Gefäß 40 überleitet werden kann. Das in dem Vorratsbehälter 46 gehaltene Zinn kann auf der erwünschten Temperatur gehalten werden, da das geschmolzene Metall durch eine Induktionsheizvorrichtung 48 umgeleitet wird.The metal oxide charge is fed to the vessel 4o via the output 43, while carbon is supplied via line 44. In some cases a natural gas or organic waste instead of a source of pure carbon to be used. The molten tin is, if necessary, over the pipe 45 is fed to a storage container 46, from which the tin is fed into the Vessel 40 can be transferred. The tin held in the reservoir 46 can be kept at the desired temperature as the molten metal passes through an induction heater 48 is diverted.

In gleicherweise ist das Gefäß 40 mit einem Umlauf-Induktionserhitzer 49 versehen.Likewise, the vessel 40 is provided with a circulating induction heater 49 provided.

Wenn das Metalloxid und der Kohlenstoff dem Gefäß 4o zugeführt werden, wird Stickstoffgas über die Leitung 55 in die Zinnschmelze eingefUhrt. Gewünschtenfalls kann der in die Schmelze eintretende-3tickstoffstrom mit einem Zusatz eines inerten Gases wie Argon, Helium oder dgl. versetzt werden, wenn dieses der Stickstoffleitung durch die Leitungen 56 und 57 zugeführt wird. Nicht reagierende Stickstoffgase werden neben dem während der reduzierenden Reaktion gebildeten Kohlenstoffmonoxid und etwaigen angewendeten inerten Gasen aus dem Gefäß 4o über die Leitung 60 abgezogen. Be-i der in dem Gefäß 4o stattfindenden Reaktion reagiert das Metalloxid und bildet ein unlösliches Metallnitridprodukt. Wenn dieses Nitridprodukt weniger dicht ist als die Zinnschmelze, schwimmt es auf dieser wie bei 65 angegeben. Andererseits sinkt ein Nitridprodukt, das dichter ist als die Schmelze zu deren Boden wie bei 66 angegeben. Gelegentlich enthält das-System sowohl eine Schicht 65 als auch eine Schicht 66, ein Fall, der beispielsweise eintritt, wenn das Erz oder die sonstige Oxidbeschickung Oxide von verschiedenen Metallen enthält, von denen das eine auf dem Zinn schwimmt, wenn es die Form eines Nitrids hat, während das andere darin absinkt. Auch mag das Metalloxid wiederum verunreinigende Metalle enthalten, die mit Stickstoff in gewissem Maße reagieren, um ein Nitridprodukt zu bilden, das in einer anderen Schicht als das hauptsächliche Metallnitridprodukt auftritt. When the metal oxide and carbon are added to the vessel 4o, nitrogen gas is introduced into the tin melt via line 55. If so desired the nitrogen stream entering the melt can with the addition of an inert Gas such as argon, helium or the like. Be added if this is the nitrogen line through lines 56 and 57 is supplied. Non-reacting nitrogen gases will be besides the carbon monoxide formed during the reducing reaction and any applied inert gases withdrawn from the vessel 4o via line 60. At the reaction taking place in the vessel 4o reacts the metal oxide and forms a insoluble metal nitride product. If this nitride product is less dense than the tin melt, it floats on this as indicated at 65. On the other hand, it sinks a nitride product that is denser than the melt to its bottom as indicated at 66. Occasionally the system includes both a layer 65 and a layer 66, a case that occurs, for example, when the ore or other oxide feed Contains oxides of various metals, one of which floats on the tin, when it is in the form of one nitride while the other sinks into it. Also like that Metal oxide in turn contain contaminating metals with nitrogen react to some extent to form one nitride product that resides in another Layer occurs as the main metal nitride product.

Ist erst einmal die Nitridbildungsstufe vollständig, so kann das feste Nitridprodükt bzw. können die festen Nitridprodukte aus der Zinnschmelze 41 und dem Gefäß 40 auf eine beliebige Weise entfernt werden. Wahlweise können diese Nitride in situ in dem Gefäß 4b in Gegenwart des geschmolzenen Zinns 41 zu-Stickstoffgas und zu dem im wesentlichen reinen Metall umgewandelt werden, das in dem Zinn in Lösung geht. Once the nitride formation stage is complete, it can solid nitride product or the solid nitride products from the tin melt 41 and the vessel 40 can be removed in any manner. Optionally, these Nitrides in situ in the vessel 4b in the presence of the molten tin 41 to nitrogen gas and converted to the essentially pure metal contained in the tin in Solution works.

Wenn die letztere Umwandlung in situ vorgenommen werden soll, werden der Stickstoffstrom und die anderen Beschickungsströme zum Gefäß 4o abgeschaltet und der Stlckstoffteildruck über der Schmelze 41 wird herabgesetzt. If the latter conversion is to be done in situ, then the nitrogen flow and the other feed flows to vessel 4o are shut off and the component pressure above the melt 41 is reduced.

Dies kann geschehen entweder dadurch, daß mittels der Leitung 60 ein Vakuum gezogen wird, wobei das entwickelte Stickstoffgas abgezogen wird oder lediglich durch Hindurchführen eines inerten Gases durch die Schmelze und von da in die Leitung 60, wodurch das entwickelte Stickstoffgas abgeführt wird, ohne daß der gesamte Systemdruck herabgesetzt zu werden braucht. Ist erst einmal die Umwandlung vollständig, so kann die Lösung des Metalls in der Zinnschmelze durch das Filter 70 über die Leitung 71, die einen Induktionserhitzer 26' enthält, zu einer Destillationssäule 50' abgezogen werden, die mit einem Umlaufinduktionserhitzer 31' versehen ist. Aus der Säule 3o' wird das verdampfte Zinn am oberen Ende durch eine Leitung 32' abgezogen und zu einem Kondensator 33' geführt, während das restliche Metallprodukt über die Leitung- 39' abgeleitet werden kann. Das geschmolzene Zinn, das sich in dem Kondensator bildet, läuft dann zu einem Flüssigkeitssammelbehälter )4', der mit einer Vakuumleitung 35t versehen ist, so daß der erwünschte reduzierte Druck in der Säule 3o1 der Leitung 32 und dem Behälter 34' hergestellt werden kann. Das Zinn kann von dem letzteren Behälter entweder über die Leitung 37', die ein Druckminderventil zi8' enthält, zu dem Gefäß 80 oder über Leitungen 37' und 81 in Form einer Art Rücklaufströmung zurück zu dem Behälter 46 fließen.This can be done either by means of the line 60 Vacuum is drawn, with the evolved nitrogen gas being withdrawn or only by passing an inert gas through the melt and thence into the conduit 60, whereby the evolved nitrogen gas is discharged without affecting the entire system pressure needs to be reduced. Once the conversion is complete, it can the dissolution of the metal in the molten tin through the filter 70 via the line 71 containing an induction heater 26 'is withdrawn to a distillation column 50' be that with a Circulating induction heater 31 'is provided. The evaporated tin is discharged from the column 3o 'at the upper end through a line 32' withdrawn and fed to a capacitor 33 ', while the remaining metal product can be derived via the line 39 '. The molten tin that is in forms the condenser, then runs to a liquid collecting tank) 4 ', the is provided with a vacuum line 35t so that the desired reduced pressure can be made in the column 3o1 of the line 32 and the container 34 '. That Tin can be obtained from the latter container either via line 37 'which is a pressure reducing valve zi8 'to the vessel 80 or via lines 37' and 81 in the form of a kind of return flow flow back to the container 46.

Wenn es gewünscht wird, die feste Nitridproduktschicht 65 aus dem Gefäß 40 zu entfernen, statt sie dort in situ - wie vorstehend beschrieben - umzuwandeln, so kann dies geschehen, indem dieses Produkt durch eine Leitung 83 abgeführt wird, wobei dieses abgeführte Material entweder in ein frisches Bad 85 einer Zinnschmelze in dem Gefäß 80 oder über die Leitung 86 zwecks Wiedergewinnung in Nitridform entnommen wird. Nach einer anderen Arbeitsweise kann die Nitridschicht 65 nach unten in die für die Schicht 66 gezeigte Lage gebracht werden, indem das flüssige Zinn aus dem Gefäß 40 durch das Filter 70 abgezogen wird, wobei dieses Zinn dann entweder in den Behälter 46 über die Leitungen 71 und 86'oder über die Leitung 71 in die Säule 30 zur Destillation geführt wird. Bei der letzteren Arbeitsweise können die in dem Zinn bei der Einführung mit der Metalloxidbeschickung vorhandenen Verunreinigungen aus der Säule 3o' über die Leitung 39' abgezogen werden. If desired, the solid nitride product layer 65 from the To remove vessel 40 instead of converting it there in situ - as described above, this can be done by discharging this product through a line 83, this discharged material either into a fresh bath 85 of a tin melt withdrawn in the vessel 80 or via line 86 for recovery in nitride form will. In another way of working, the nitride layer 65 can go down into the for the layer 66 shown position are brought by the liquid tin from the Vessel 40 is withdrawn through the filter 70, this tin then either in the container 46 via the lines 71 and 86 'or via the line 71 is passed into the column 30 for distillation. In the latter way of working can be those present in the tin when introduced with the metal oxide charge Impurities are withdrawn from the column 3o 'via the line 39'.

Die vorstehend gemachten Angaben über verfügbare Arbeitsweisen beim Abziehen des festen Nitridprodukts 6s aus dem Gefäß 40 eignen sich auch für Anwendung in großem Maßstab, wenn die zu gewinnende Nitridschicht der relativ dichtere bei 66 gezeigte Feststoff ist Hier kann dieser Feststoff bzw. dieser gediegene reine Stoff durch (nicht dargestellte) mechanische Einrichtungen abgetrennt und entweder in das Gefäß 80 über die Leitung 88 übernommen oder aus dem System über die Leitung 9o abgeleitet werden. The information given above about available working methods at Stripping the solid nitride product 6s from the vessel 40 is also suitable for use on a large scale if the nitride layer to be extracted is the relatively denser one 66 solid shown here is this solid or this solid pure Substance separated by mechanical means (not shown) and either taken over into the vessel 80 via the line 88 or from the system via the line 9o can be derived.

Diese Abtrennung des Produkts 66 kann gewünschtenfalls dadurch erleichtert werden, daß zunächst das geschmolzene Zinn aus dem Gefäß 80 über das Filter 70 und die Leitung 71 abgezogen wird, so daß nur das feste oder reine Produkt in dem Gefäß zum Transport entweder zu dem Gefäß 80 oder aus dem System heraus zurückbleibt.This separation of the product 66 can thereby be facilitated if desired be that first the molten tin from the vessel 80 through the filter 70 and line 71 is withdrawn so that only the solid or pure product is in the vessel remains for transport either to the vessel 80 or out of the system.

Wenn das eine oder andere der festen Nitridprodukte 65 oder 66 in das reine Schmelzbad aus Zinn 85 in dem Gefäß Ao gerichtet wird, karm die Umwandlung des Nitrids in Stickstoffgas und Metall, das dann in dem Zinn gelöst ist, in dem Gefäß entweder dadurch bewirkt werden, daß ein Vakuum über der Zinnschmelze durch die Leitung 95 gezogen oder ein inertes Gas aus der Leitung 56 durch die Schmelze geschickt wird, wobei dann dieses Gas durch die Leitung 95 zusammen mit den entwickelten Stickstoffgasen abgegeben wird. Die resultierende Metal-lösung in dem geschmdzenen Zinn kann durch die Leitungen 96 und 71 zur Destillationssäule 30' abgeleitet werden, um auf die allgemein gleichartige Weise - wie oben beschrieben - in. Verbindung mit einem gleichen Strom,wie er in situ in dem Gefäß 4o gebildet wird, verarbeitet und dann durch die Leitung 71 abgegeben zu werden. Allerdings befindet sich bei der vorliegenden Arbeitsweise, bei der ein im wesentlichen reiner Nitridfeststoff aus dem Gefäß 40 in die reine Zinnschmelze 85 eingeführt wird, der Strom des Metallprodukts, der von der Säule 3o' über die Leitung 39 entnommen wird, in einem Zustand hoher Reinheit ;eine noch höhere Reinigung läßt sich erforderlichenfalls dadurch erzielen, daß mit einer zweiten metallnitridbildenden Stufe gearbeitet wird, wobei das so gebildete relativ noch reinere feste Nitrid dann wiedergewonnen und in noch einem weiteren Bad von reinem geschmolzenen Zinn ur Form eines Metalls umgewandelt wird. If one or the other of the solid nitride products 65 or 66 in the pure molten bath of tin 85 is set up in the vessel Ao, the transformation karm of the nitride in nitrogen gas and metal, which is then dissolved in the tin is, in the vessel either by causing a vacuum over the molten tin drawn through line 95 or an inert gas from line 56 through the melt is sent, then this gas through line 95 together with the developed Nitrogen gases is given off. The resulting metal solution in the melted Tin can be discharged through lines 96 and 71 to distillation column 30 ', to in the generally similar manner - as described above - in. Connection with the same current as is formed in situ in the vessel 4o and then to be delivered through line 71. However, is located at of the present procedure in which a substantially pure nitride solid is introduced from the vessel 40 into the pure tin melt 85, the stream of metal product, which is taken from the column 3o 'via the line 39, in a high state Purity; an even higher purification can, if necessary, be achieved by that a second metal nitride-forming stage is used, which is so formed relatively even purer solid nitride then recovered and in another Another bath of pure molten tin is transformed into the form of a metal.

Bei der Erörterung der Trennung des reinen nach dem vorliegenden Verfahren aus einem Bad von geschmolzenem Zinn gebildeten Metall, bei dem das so gebildete Metall gelöst ist, besteht die oben beispielsweise angegebene Methode darin, das Zinn aus der Lösung abzudestillieren, vorzugsweise unter hohem Vakuum. Andererseits können bestimmte Metalle auch selbst als Lösungskomponente dienen, die von dem geschmolzenen als Lösungsmittel dienenden Metall abdestilliert wird. When discussing the separation of the pure after the present Process from a bath of molten Tin formed metal, in which the metal thus formed is dissolved, there is the example given above Method is to distill the tin from the solution, preferably under high Vacuum. On the other hand, certain metals can also be used as solution components themselves serve, which distilled off from the molten metal serving as solvent will.

Weiterhin können auch andere Phasentrennverfahren benutzt werden. Eine gute Flüssigkeit-Flüssi.gkeit-Trennmethode wie z.B. diejenige, die in Verbindung mit einer Lösung von Uran in geschmolzenem Zinn angewendet werden kann. Der Zusatz von Magnesiummetall zu dieser Lösung ergibt die Bildung einer geschmolzenen Zinn-Magnesiumphase, die dann auf physikalischem Wege aus der geschmolzenen Uranphase abgetrennt werden kann. Other phase separation processes can also be used. A good liquid-liquid separation method such as the one used in conjunction can be applied with a solution of uranium in molten tin. The addition of magnesium metal to this solution results in the formation of a molten tin-magnesium phase, which are then physically separated from the molten uranium phase can.

Ein weiteres Phasentrennverfahren, das auf ein System, in welchem Titan das reaktionsfähige Metall ist, wegen der stabilen hydridbildenden Eigenschaften von Titan anwendbar ist, besteht darin, daß die Mischung; nach der obigen reduzierend wirkenden Reaktion auf eine Temperatur unterhalb der-Jenigen.gekühlt wird, bei welcher Till sich zersetzt (z.B. Another phase separation process that is based on a system in which Titanium is the reactive metal because of its stable hydride-forming properties of titanium is applicable, is that the mixture; according to the above reducing acting reaction to a temperature below the-Jenigen.gekühlt is, at which Till decomposes (e.g.

6000K) und daß eine wasserstoffhaltige Atmosphäre über der Schmelze bei einem Wasserstoffdruck geschaffen wird, der ausreicht, um das gebildete Metall zu veranlassen, sich mit dem Wasserstoff zu verbinden. Das gebildete Till, das auf iem Lösungsmetall schwimmt, kann abgeschöpft und durch Erhitzen des Hydrids im Vakuum bei Temperaturen oberhalb etwa 14000K zu Titanmetallpulver umgewandelt werden.6000K) and that a hydrogen-containing atmosphere above the melt is created at a hydrogen pressure sufficient to keep the metal formed to cause it to combine with the hydrogen. That educated till that on iem solvent metal floats, can be skimmed off and heated by heating of Hydrids are converted to titanium metal powder in a vacuum at temperatures above about 14000K will.

Noch ein weiteres Phasentrennverfahren wie es in einem Schlußdiagramm exemplifiziert wird beruht auf den dem System anhaftenden Löslichkeitseigenschaften. Z.B. kann die Temperatur in einem System, bei dem Aluminium als reaktionsfähiges Metall und Zinn als lösende Schmelze dient, gesenkt werden, um das Aluminium niederzuschlagen, während das Zinn in Lösung verbleibt. Ein geeigneter Temperaturbereich hierfür liegt in der Größenordnung von 510 - 600°K. Yet another phase separation process as shown in a final diagram is based on the solubility properties inherent in the system. E.g. the temperature in a system in which aluminum is the reactive Metal and tin serve as the dissolving melt, are lowered to precipitate the aluminum, while the tin remains in solution. A suitable temperature range for this is in the order of magnitude of 510 - 600 ° K.

Es ist zu bemerken, daß die chemische Aktivität von Aluminium in Zinn genügend niedrig ist, um eine erhebliche Carbidbildung zu vermeiden, ohne daß Intermetallverbindungen erzeugt werden. Dies steht in markantem Gegensatz zu dem vorher erörterten allgemeinen Fall stabiler Oxidsysteme, bei denen Intermetallverbindungen gebildet werden, um eine Carbidbildung zu vermeiden. It should be noted that the chemical activity of aluminum in Tin is low enough to avoid significant carbide formation without Intermetallic compounds are generated. This is in marked contrast to that previously discussed general case of stable oxide systems in which intermetallic compounds be formed in order to avoid carbide formation.

Im Interesse der Einfachheit und KLarheit der Darstellung wurden verschiedene übliche Einzelheiten der Apparatur wie Pumpen, Instrumente, mechanisches Zubehör und verschiedene Ventile und dgl. aus den im wesentlichen symbolischen in den Zeichnungen dargestellten Flußschemen fortgelassen. In the interests of simplicity and clarity of presentation, various common details of the apparatus such as pumps, instruments, mechanical Accessories and various valves and the like. From the essentially symbolic in The flow diagrams shown in the drawings are omitted.

Die Erfindung ermöglicht zahlreiche Abänderungen, um das Verfahren der Verarbeitung spezieller Oxidbeschikungschargen und Erzen mit erqnderlichen Relnheltsgraden nrizupassen. Es ist auch möglich, als Beschickung nicht nur Oxide, sondern auch Metalle zu verwenden, die mit Oxiden oder mit gelöstem Sauerstoff verunreinigt sind und die auch verschiedene metallische Verunreinigungen oder Fremdstoffe enthalten können. Z.B. können Titanabfälle, welche neben Titan' auch Titanoxid und Stahlteilchen enthalten, als Beschickung für das Zinnschmelzbad neben Kohlenstoff in einer genügenden Menge verwendet werden, das er mit dem in den Abfällen vorhandenen Sauerstoff oxidiert, um Kohlenstoffmonoxid zu bilden. Bei der Behandlung von Beschickungschargen dieser Art, bei der das hinzugefügte Metall kleine Mengen anderer Metalle enthält, erfolgt die Verarbeitung vorzugsweise über eine nitridbildende Stufe, wobei das so aus dem Hauptmetall gebildete feste Nitridprodukt dann abgetrennt und in reines Metall in einem reinen Zinnbad umgewandelt wird. Das in dem ursprünglichen Reaktorbad vorhandene Zinn kann erneut in Umlauf versetzt werden, bis die darin enthaltenen Fremdstoffe sich bis zu einem Pegel aufgebaut haben, bei dem ein Abdestillieren des Zinns davon zweckmäßig erscheint. The invention allows numerous modifications to the method the processing of special oxide charge batches and ores with varying degrees of relieving force to fit. It is also possible to use not only oxides, but also to use metals that are contaminated with oxides or with dissolved oxygen and which also contain various metallic impurities or foreign matter can. For example, titanium waste, which, in addition to titanium, can also contain titanium oxide and steel particles contained, as a charge for the molten tin bath in addition to carbon in a sufficient amount Amount used that it oxidizes with the oxygen present in the waste, to form carbon monoxide. When handling feed batches this Type in which the added metal contains small amounts of other metals the processing preferably via a nitride-forming stage, the so from the The solid nitride product formed in the main metal is then separated and converted into pure metal a pure tin bath. The one present in the original reactor bath Tin can be put into circulation again until the foreign substances it contains have built up to a level where the tin will distill off therefrom seems appropriate.

Das nitridbildende Metalltrennverfahren, das im vorigen Absatz und auch schon früher erörtert wurde, ist e-ine Besonderheit der Erfindung von breiter Anwendbarkeit. Z.B. The nitride-forming metal separation process described in the previous paragraph and Also discussed earlier, one peculiarity of the invention is broader Applicability. E.g.

kann dieses Verfahren benutzt werden» auch wenn die Zusammensetzungen der Beschickung eine Mehrheit reaktionsfähiger Metaste enthalten, oder wenn die Beschickung ein oder mehrere reationsf"ihi£c' Metalle neben anderen Metallen wie z.B. Gold, Silber oder Platin enthält; welche nicht leicht stabile Carbide oder Nitride bilden und daher hier nicht als "reaktionsfähige" Metalle klassi.fizierbar sind. Wenn hier in der Beschreibung sowie in den Ansprüchen von "Metall" als Beschi ckungskomponenten gesprochen wird, so sind damit sowohl freie Metalle als auch solche gemeint, bei denen das Metall in Form einer Verbindung oder Legierung auftritt.this method can be used »even if the compositions of the loading contain a majority of reactive metaste, or if the Charging one or more reationsf "ihi £ c 'metals in addition to other metals such as e.g. gold, Contains silver or platinum; which are not easily stable Form carbides or nitrides and therefore cannot be classified here as "reactive" metals are. When used herein in the description and in the claims of "metal" as a description is spoken, so are both free metals and such meant in which the metal occurs in the form of a compound or alloy.

Das neue nitridbildende Metallabtrennverfahren ist vorteilhaft brauchbar sowohl in Verbindung mit .Beschickungszusammensetzungen, bei denen das in ein Nitrid umzuwandelnde reaktionsfähige Metall in Oxidform vorhanden ist (in welchem Fall Kohlenstoff ebenfalls als Reaktant vorhanden ist), als auch in Verbindung mit solchen Beschickungen, die im wesentlichen oder sogar ganz frei von reaktionsfähigen Metalloxidkomponenten sind, in welchem Falle nur wenig, wenn überhaupt, Kohlenstoff dem System zugeführt zu werden braucht. Ein typischesBeispiel einer Trennmethode der letzteren Art ist eine solche, bei der die Beschickungszusammensetzung aus Silber oder anderem Edelmetall, verunreinigt mit kleineren Mengen von actinischen oder lanthanischen Metallen besteht. Hier kann die Zu:iammensetzung entweder beispielsweise geschmolzenem Zinn als Losungsmittel oder wenn die Zusammensetzung besonders reich an Silber ist, kann die Silberkomponente davon selbst als Lösungsmetalischmelze des Systems, allein oder gemischt mit Zi-nn, -dienen. In jedem Fall wird ei-ne stickstoffhaltige Atmosphäre über der Schmelze hergestellt, um die Trennung der actinischen oder lanthanischen Komponenten zu veranlassen, wenn sie in unlösliche Nitride umgewandelt werden.Bei.m Abtrennen dieser Nitride kann das Edelmetall in einer von actinisch-lanthanischen Verunreinigungen freien Form gewonnen werden. Das oder die abgetrennten Nitridprodukte können entweder als Abfall betrachtet und beseitigt oder einem frischen aus Zinn oder einem sonstigen geschmolzenen Metall bestehenden Lösungsmittel zugesetzt werden und können dann in Sti-ckstoff und freies in Lösung vorhandenes Metall umgewandelt werden, wenn der Druck über dem System herabgesetzt wird. The new nitride-forming metal separation process is advantageously useful both in connection with .feed compositions in which the in a nitride reactive metal to be converted is present in oxide form (in which case Carbon is also present as a reactant), as well as in connection with such Feeds that are substantially or even completely free of reactive metal oxide components in which case little, if any, carbon is added to the system needs to become. A typical example of a separation method of the latter type is one in which the feed composition consists of silver or other precious metal, contaminated with small amounts of actinic or lanthanic metals. Here the composition can either be, for example, molten tin as the solvent or if the composition is particularly rich in silver, the silver component may of it itself as a solution metal melt of the system, alone or mixed with Zi-nn, -serve. In any case, there will be a nitrogenous atmosphere manufactured over the melt to separate the actinic or lanthanic To induce components when they are converted into insoluble nitrides The noble metal can separate these nitrides in one of actinic-lanthanic Impurities free form can be obtained. That or the separated nitride product can either be viewed as waste and disposed of or a fresh one made from tin or any other molten metal existing solvent and can then be converted into nitrogen and free metal present in solution when the pressure above the system is released.

Gegenstand der Erfindung ist zugleich ein Verfahren, gemäß welchem das durch ein Metall gebildete Beschickungsmaterial der Schmelze in Form eines Carbids statt in der eines Oxids zugesetzt wird. Carbide dieser Art können leicht außerhalb des Systems nach einer oder mehreren bekannten Methoden hergestellt werden, wie beispielsweise durch Vorreduktion eines reaktionsfähigen Metalloxids (z.B. The invention also provides a method according to which the charge material of the melt formed by a metal in the form of a carbide instead of adding an oxide. Carbides of this type can easily be outside of the system can be produced by one or more known methods, such as for example by pre-reduction of a reactive metal oxide (e.g.

Al2O3) mit Kohlenstoff. Bei diesem Arbeitsverfahren und in einem System, bei welchem die chemische Aktivität des zugesetzten Metalls auf einen Pegel unterhalb desJenigen herabgesetzt wird, bei dem das Metall als ein Carbid existieren kann, wurde gefunden, daß das Metallcarbid, das dem geschmolzenen Zinn oder sonstigen als Lösungsmittel verwendeten Metallzugesetzt wird, sich leicht zersetzt.Al2O3) with carbon. With this working method and in a system at which the chemical activity of the added metal is at a level below that is diminished in which the metal can exist as a carbide, it was found that the metal carbide, the molten tin or other as a solvent The metal used is added easily decomposed.

Die Kohlenstoffkomponente der Verbindung oder Mischung wird dadurch in Teilchenform freigegeben, während die MetalLkomponente des zugesetzten Carbids in dem geschmolzenen Lösungsmittel in Lösung geht.The carbon component of the compound or mixture is thereby released in particulate form, while the metal component of the added carbide goes into solution in the molten solvent.

Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung beschränken sich nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten Einzelheiten. Weitere Abwandlungen davon ergeben sich vielmehr für den Fachmann aufgrund der Offenbarung in den Unterlagen ohne weiteres. Limit the possibilities for using and carrying out the invention does not apply to the details described and illustrated here. Further modifications Rather, these result for the person skilled in the art on the basis of the disclosure in the documents just like that.

Claims (19)

P a t e n t a n s p r U c h eP a t e n t a n s p r u c h e 1. Carbothermisches Verfahren zur Reduktion eines Oxids eines reaktionsfähigen Metalls, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Oxid mit einer stöchiometrischen Menge von Kohlenstoff bei Temperaturen über etwa 6000 Kelvin in einem aus geschmolzenem Metall bestehenden Lösungsmittel zur Reaktion gebracht wird, das die Aktivität des während der reduzierenden Reaktion gebildeten Metalls auf einen Pegel unterhalb desJenigen herabsetzt, der für das Metall erforderlich wäre, um unter den im System herrschenden Reaktionsbedingungen ein Carbid zu bilden, und daß der Teildruck des in dem System anwesenden KohlenstoffmonoxidSauf einem Pegel gehalten wird, der unterhalb des theoretischen Gleichgewichtswerts für das System liegt, während die Reduktion des Metalloxids stattfindet. 1. Carbothermal process for reducing an oxide of a reactive one Metal, characterized in that this oxide in a stoichiometric amount of carbon at temperatures above about 6000 Kelvin in one made from molten Metal existing solvent is made to react, which reduces the activity of the metal formed during the reducing reaction to a level below of that which would be required for the metal to be among those in the system prevailing reaction conditions to form a carbide, and that the partial pressure of the carbon monoxide S present in the system is maintained at a level below of the theoretical equilibrium value for the system is during the reduction of the metal oxide takes place. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus geschmolzenem Metall bestehende Lösungsmittel aus einer aus Zinn, Kupfer und Eisen bestehenden Gruppe ausgewählt wird 2. The method according to claim 1, characterized in that the from molten metal solvent consisting of one of tin, copper and iron existing group is selected 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Zinn als Lösungsmittel in Form ei.nes geschmolzenen Metalls verwendet wird.3. The method according to claim 2, characterized in that that tin is used as a solvent in the form of a molten metal. 4. Verfahren-nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall, das während der reduzierenden Reaktion gebildet wird und in dem aus geschmolzenem Metall bestehenden Lösungsmittel vorhanden ist, durch Abtrennung aus dem Lösungsmittel wiedergewonnen wird. 4. The method-according to claim 1, characterized in that the metal, that is formed during the reducing reaction and that of molten Metal existing solvent is present by separation from the solvent regained will. 5. Verfahren nach Anspruch- 1, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktionsfähige Metall aus dem geschmolzenen Lösungsmittel durch ein. Phasentrennverfahren entfernt wird. 5. The method according to claim 1, characterized in that the reactive Metal from the molten solvent through one. Phase separation process removed will. 6. Verfanren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasentrennung in-der Weise durchgeführt wird, daß über dem aus geschmolzenem Metall bestehenden Lösungsmittel eine Stickstoff enthaltende Atmosphäre mit einem Stickstoffteildruck aufrecht erhalten wird, der ausreichend ist, um das während der reduzierenden Reaktion gebildete Metall zu einer Kombination mit dem Stickstoff zu veranlassen, um ein unlösliches Nitridprodukt zu bilden, das niedergeschlagen wird, wenn die Reduktion des Metalloxids stattfindet. 6. Verfanren according to claim 5, characterized in that the phase separation is carried out in such a way that over the existing molten metal Solvent an atmosphere containing nitrogen with a partial pressure of nitrogen sufficient to maintain this during the reducing reaction formed metal to combine with the nitrogen to cause a to form insoluble nitride product which is precipitated when the reduction of the metal oxide takes place. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gebildete unlösliche Nitrid ein Urannitrid ist und daß das aus geschmolzenem Metall bestehende Lösungsmittel Zinn ist. 7. The method according to claim 6, characterized in that the formed insoluble nitride is a uranium nitride and that consists of molten metal Solvent is tin. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gebildete unlösliche Nitrid ein Titannitrid ist und daß das aus geschmolzenem Metall bestehende Lösungsmittel Zinn ist. 8. The method according to claim 6, characterized in that the formed insoluble nitride is a titanium nitride and that that consists of molten metal Solvent is tin. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das während der Reaktion gebildete unlösliche Metallnitrid in Gegenwart eines aus geschmolzenem Metall bestehenden Lösungsmittels in Stickstoffgas und Metall umgewandelt wird, das in dem Lösungsmetall aufgelöst ist, und daß die Umwandlung dadurch bewirkt wird, daß der Teildruck des Stickstoffs in dem System unterhalb von Glelchgewichtspegeln gehalten wird, wenn das Nitrid fortschreitend umgewandelt wird, und daß das in dem aus geschmDlzenem Metall bestehenden Lösungsmittel aufgelöste Metall durch seine Abtrennung aus dem Lösungsmittel wiedergewonnen wird. 9. The method according to claim 6, characterized in that the during insoluble metal nitride formed during the reaction in the presence of a molten one Metal existing solvent is converted into nitrogen gas and metal, which is dissolved in the solvent metal, and that the conversion is effected by that the partial pressure of nitrogen in the system is below equilibrium levels is held when the nitride is progressively converted, and that that in the Molten metal dissolved metal through its solvent Separation from the solvent is recovered. lo. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Zinn als Lösungsmetall verwendet wird, daß das unlösliche Metall Nitrid UN ist und daß das wiedergewonnene Metall Uran ist. lo. Method according to claim 9, characterized in that tin is used as Solvent metal is used that the insoluble metal nitride is UN and that the recovered metal is uranium. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmetall Zinn, das unlösliche Metallnitrid Titannitrid und das wiedergewonnene Metall Titan i.st. 11. The method according to claim 9, characterized in that the solution metal Tin, the insoluble metal nitride titanium nitride and the recovered metal titanium is. 12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das unlösliche Nitridprodukt aus den restlichen flUssigen Teilen des Systems physikalisch getrennt wird, daß das abgetrennte Nitrid dann zu einem frischen relativ reinen Bad eines aus einem geschmolzenen Metall bestehenden Lösungsmittel zugesetzt wird, daß das auf diese Weise zugesetzte Nitrid in Stickstoffgas und Metall umgewandelt wird, das sich in dem aus Metall bestehenden Lösungsmittel auflöst und daß das gelöste Metall durch Abdestillierung des aus einem Metall bestehenden Lösungsmittels aus der Lösung wiedergewonnen wird. 12. The method according to claim 6, characterized in that the insoluble Physically separated nitride product from the remaining liquid parts of the system that the separated nitride is then transferred to a fresh, relatively pure bath of a made of a molten metal Solvent added becomes that the nitride added in this way is converted into nitrogen gas and metal that dissolves in the solvent made of metal and that the dissolved Metal by distilling off the solvent consisting of a metal the solution is recovered. 13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasentrennung nach der Formierung des Metalls in der reduzierenden Reaktion in der Weise durchgeführt wird, daß eine wasserstoffhaltige Atmosphäre über dem aus geschmolzenem Metall bestehenden Lösungsmittel vorgesehen wird, die einen Stickstoffteildruck aufweist, der ausreichend ist, um das reduzierte Metall zur Kombinierung mit dem Wasserstoff bei einer Temperatur unterhalb derjenigen zu bringen, bei der das reaktionsfähige Metallhydrid sich zersetzt, um ein unlösliches Hydridprodukt zu bilden, das auf der Schmelze schwimmt. 13. The method according to claim 6, characterized in that the phase separation after the formation of the metal in the reducing reaction carried out in the manner becomes that a hydrogen-containing atmosphere above that consisting of molten metal Solvent is provided which has a nitrogen partial pressure that is sufficient is to get the reduced metal to combine with the hydrogen at a temperature below that at which the reactive metal hydride decomposes, to form an insoluble hydride product that floats on the melt. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das gebildete unlösliche Hydrid Titanhydrid und das aus geschmolzenem Metall bestehende Lösungsmittel Zinn ist. 14. The method according to claim 13, characterized in that the formed insoluble hydride titanium hydride and the molten metal solvent Tin is. 15. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung inder Weise bewirkt wird, daß die Schmelze abgekühlt wird, bis dasoreaktionsfähige Metall sich niederschlägt, während das Lösungsmittel in Lösung bleibt. 15. The method according to claim 6, characterized in that the separation by causing the melt to cool until it is reactive Metal precipitates while the solvent remains in solution. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktionsfähige Metall Aluminium und das aus geschmolzenem Metall bestehende, Lösungsmittel Zinn ist. 16. The method according to claim 15, characterized in that the reactive Metal aluminum and the solvent tin, which consists of molten metal is. 17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung eines reaktionsfähigen Metalls aus einer mehrere Metalle in Form reinen Metalls oder in Form einer Verbindung enthaltenden Beschickungslegierung in der Weise vorgenommen wird, daß eine Schmelze aus einem aus geschmolzenem Metall bestehenden Lösungsmittel gebildet wird, das die Beschickungslegierung zusammen mit irgendeinem Kohlenstoff enthält, der erforderlich sein kann, um mit irgendeinem in der Legierung vorhandenen Metalloxid zu reagieren, wobei das Lösungsmittel eines ist, das nicht leicht Nitride bildet, daß eine stickstoffhaltige Atmosphäre über der Schmelze aufrecht erhalten wird, die einen Stickstoffteildruck aufweist, der genügt, um das in dez' Schmelze vorhandene reaktionsfähige Metall zu veranlassen, sich mit dem Stickstoff zu kombinieren, um ein in der Schmelze unlösliches tTitridprodukt zu bilden und daß dieses Nitridprodukt aus der Schmelze getrennt wird. 17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that the separation of a reactive metal from a multiple metals in the form pure metal or in the form of a compound-containing feed alloy is made in such a way that a melt of a molten metal existing solvent is formed that will put the feed alloy together containing any carbon that may be required to deal with any to react metal oxide present in the alloy, the solvent being a that does not easily form nitrides that a nitrogenous atmosphere over the melt is maintained, which has a nitrogen partial pressure that is sufficient to cause the reactive metal present in the melt, combine with the nitrogen to form a titride product that is insoluble in the melt to form and that this nitride product is separated from the melt. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze geschmolzenes Silber enthält, dem Fremdstoffe beigemischt sind, die aus der Gruppe der actinlsehen und lanthanischen Metalle besteht, welche unlösliche Nitride bilden, die dann aus dem Gleichgewicht der Schmelze abgetrennt werden. 18. The method according to claim 17, characterized in that the melt contains molten silver mixed with foreign substances selected from the group the actinl see and lanthanic metals, which are insoluble Form nitrides, which are then separated from the equilibrium of the melt. 19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, .daß Zinn als Schmelzmetall-Lösungsmittel verwendet wird und die e Beschickungslegierung mindestens ein Edelmetall enthält, das mit Fremdstoffen versetzt ist, die aus der Gruppe der actinischen und lanthanischen Metalle gewählt. 19. The method according to claim 17, characterized in that .that tin is used as the molten metal solvent and the feed alloy is at least contains a precious metal that has been mixed with foreign substances that belong to the group of actinic and lanthanic metals. sind, welche unlösliche Nitride bilden, die dann aus dem Gleichgewicht der Schmelze abgetrennt werden, und daß die Edelmetallkomponente aus der restlichen Zinnschmelze durch Abdestillieren des Zinns wiedergewonnen wird.which form insoluble nitrides which are then out of balance the melt are separated, and that the noble metal component from the remaining Molten tin is recovered by distilling off the tin. L e e r s e i t eL e r s e i t e
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