DE2318262A1 - PROCESS FOR THE EXTRACTION OF METALS FROM HALOGENIDES USING REDUCING METALS - Google Patents
PROCESS FOR THE EXTRACTION OF METALS FROM HALOGENIDES USING REDUCING METALSInfo
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Description
Hl 2468St. 2468
Halomet AG, Basel / SchweizHalomet AG, Basel / Switzerland
Verfahren zur Gewinnung von Metallen aus Halogeniden mittels Reduktions.metallenProcess for the extraction of metals from halides by means of Reduktions.metallen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Metallen, ausgehend von einem Halogenid dieser Metalle, unter Verwendung von Reduktionsmetallen.The invention relates to a process for the extraction of metals, starting from a halide of these metals, using reducing metals.
Unter "Reduktionsmetallen" sind beim erfindungsgemäßen Verfahren Metalle und Metallgemische zu verstehen, die infolge ihrer Affinität zu den Halogenen Metallhalogenide zumindest zu Subhalogeniden zu reduzieren vermögen.Under "reducing metals" are in the invention Process to understand metals and metal mixtures, as a result of their affinity for the halogens, metal halides able to reduce at least to subhalides.
Nach bekannten Verfahren werden Metallhalogenide mit Reduktionsmetallen stets bis zu den elementaren Metallen reduziert. Diese bekannten Verfahren sind vor allem mit folgenden Nachteilen behaftet:According to known processes, metal halides with reducing metals are always down to the elemental metals reduced. These known methods have the following disadvantages in particular:
1. Die Reduktionsmetalle sind in fast allen Fällen leichtflüchtige Alkali- oder Erdalkalimetalle, deren im gewonnenen Metall verbleibende/f Reste sich durch Verdampfen aus den gewonnenen Metallen entfernen lassen. Die Regenerierung ihrer Halogenide ist jedoch sehr aufwendig.1. The reducing metals are highly volatile in almost all cases Alkali or alkaline earth metals, the residues of which remain in the recovered metal due to evaporation can be removed from the extracted metals. However, the regeneration of their halides is very expensive.
2. Werden schwerflüchtige Reduktionsmetalle verwendet, wie Mn, Sn9 Pb usw., deren Halogenide leicht zu regenerieren sind, so löst sich stets ein Rest eines derartigen Reduktionsmetalles im gewonnenen Metall. Abgesehen davon enthalten solche Reduktionsmetalle in technischer Qualität Reste von Reduktionsmitteln, z.B. Kohlenstoff, die sich* ebenfalls im gewonnenen Metall lösen. Infolgedessen können2. If low-volatility reducing metals are used, such as Mn, Sn 9 Pb, etc., the halides of which are easy to regenerate, a residue of such a reducing metal always dissolves in the metal obtained. Apart from that, such reducing metals in technical quality contain residues of reducing agents, e.g. carbon, which * also dissolve in the recovered metal. As a result, you can
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reine Metalle technisch so nicht gewonnen werden. Eine nachfolgende Reinigung ist andererseits wirtschaftlich nicht tragbar.pure metals cannot technically be extracted in this way. On the other hand, subsequent cleaning is economical not portable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Mängel ein Verfahren zu entwickeln, das es gestattet, reine Metalle (oder Legierungen) unter Verwendung von schwerflüchtigen Reduktionsmetallen zur Reduktion der Halogenide zu gewinnen.The invention is therefore based on the object, while avoiding these deficiencies, to develop a method which it allows pure metals (or alloys) to be used for reduction using less volatile reducing metals to win the halides.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das gesättigte Halogenid des zu gewinnenden Metalles in einem ersten Schritt bei einem Reaktionsdruck unterhalb des Druckes, bei dem bei der gewählten Reaktionstemperatur das zu gewinnende Metall in elementarer Form gebildet wird, mittels des Reduktionsmetalles nahezu vollständig zu einem oder mehreren Subhalogeniden reduziert wird und diese Subhalogenide dann in einem zweiten Schritt in Abwesenheit des Reduktionsmetalles zum elementaren Metall und seinem gesättigten Halogenid disproportioniert werden.According to the invention, this object is achieved in that the saturated halide of the metal to be obtained is in a first step at a reaction pressure below the pressure at the selected reaction temperature the metal to be extracted is formed in elementary form, almost completely to one by means of the reduction metal or more subhalides is reduced and these subhalides then in a second step in the absence of the reducing metal to the elemental metal and its saturated halide are disproportionated.
Die Erfindung sei an folgenden Beispielen näher erläutert :The invention is explained in more detail using the following examples:
Bei der erfindungsgemäßen Reduktion von AlCl, mittels Mangan (das ohne Beeinträchtigung der Reinheit des zu gewinnenden Aluminiums beispielsweise mit Eisen oder Kohlenstoff verunreinigt sein kann) finden bei einer Temperatur von lÄSwC folgende Reaktionen statt (die - wie die thermodynamische Rechnung zeigt - bei jedem Druck unter 50 at stattfinden, ohne daß die Reduktion bis zum elementaren Al geht):In the reduction of AlCl according to the invention, by means of Manganese (that without impairing the purity of the aluminum to be extracted, for example with iron or carbon can be contaminated) the following reactions take place at a temperature of lÄSwC (which - like the thermodynamic Calculation shows - take place at each pressure below 50 at, without the reduction up to the elementary Al goes):
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AlCl (g)+ Mn(fO = AlCl(g) + MnCl2(fl) AlCl3Cg) + |Mn(fl) = AlCl2Cg) + |MnCl2(fl)AlCl (g) + Mn (fO = AlCl (g) + MnCl 2 (fl) AlCl 3 Cg) + | Mn (fl) = AlCl 2 Cg) + | MnCl 2 (fl)
(g) ... gasförmig . (f) .... fest (fl) ..flüssig(g) ... gaseous. (f) .... solid (fl) .. liquid
Man erhält ein gasförmiges Gemisch der Subchloride des Aluminiums (AlCl und AlCIp) mit einem Rest von gesättigtem Aluminiumehlorid (AlCl-,) einerseits und von geschmolzenem Manganchlorid (MnCl2) andererseits. Führt man dann das Al-Subchloridgemisch vom Mangan weg und kühlt es unter Einhaltung eines Reaktionsdruckes von mehr als 1,1I at bis 7000C ab, so disproportionieren die Subchloride wie folgt:A gaseous mixture of the subchlorides of aluminum (AlCl and AlClp) with a residue of saturated aluminum chloride (AlCl-,) on the one hand and of molten manganese chloride (MnCl 2 ) on the other hand is obtained. Then passing the Al-Subchloridgemisch from manganese away and cools it while maintaining a reaction pressure of more than 1, 1 I at from 0 to 700 C, so disproportionate to subchlorides as follows:
3 AlCl(g) = 2 Al(it oder fl) + AlCl,(g) 3 AlCl2(g) = Al(f6oder fl) + 2 AlCl3Cg)3 AlCl (g) = 2 Al (it or fl) + AlCl, (g) 3 AlCl 2 (g) = Al (f6 or fl) + 2 AlCl 3 Cg)
Das gemäß der Erfindung gewonnene Aluminium ist rein.The aluminum obtained according to the invention is pure.
Bei Unterschreitung des genannten Druckes von 1,4 at kann der mit den Subchloriden mitgeführte MnCl^-Dampf mit dem sich elementar abscheidenden Al chemisch reagieren und das Al mit Mn verunreinigen. Bei ■ Verbindung der beiden Reaktionsräume, nämlich des Reduktionsraumes und des Disproportionierungsraumes, kann das ganze System bei diesem Beispiel unter einem einzigen Druck arbeiten, der zwischen 1,1J at und 50 at liegt. Hierdurch werden Verdichtungs- und/oder Entspannungsaggregate, die bei diesen Temperaturen problematisch sind, nicht benötigt.If the pressure falls below 1.4 at, the MnCl ^ vapor carried along with the subchlorides can chemically react with the Al which is deposited in elemental form and contaminate the Al with Mn. For ■ connecting the two reaction spaces, namely the reduction chamber and the Disproportionierungsraumes, the whole system in this example, may operate under a single pressure at between 1, 1 and J is 50 at. This means that compression and / or expansion units, which are problematic at these temperatures, are not required.
Das Manganchlorid kann in bekannter Weise mit Luft oder Sauerstoff zu Manganoxyd und freiem Mangan verbrannt und das Manganoxyd mit Kohlenstoff zu metallischem Mangan reduziert und wieder als Reduktionsmetall eingesetzt werden.The manganese chloride can be burned in a known manner with air or oxygen to form manganese oxide and free manganese the manganese oxide is reduced with carbon to metallic manganese and reused as reducing metal.
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llloroei Int crFZTZt ein Hestkohlenstof fr.ehalt im Mangan für die Reinheit der» Aluminium?! ohne Hedeutunr,·llloroei Int uses a residual carbon content in manganese for the purity of the »aluminum ?! without Hedeutunr,
Dir Zelch.iunf. zeint ein Prlnr.lpnchemn der Arbeitsweise bein l«'?i spiel 1.Dir Zelch.iunf. Zeint a Prlnr.lpnchemn the way of working bein l «'? i game 1.
Kb wird reines elementares Ti In Pulverform aus TlKr14 rlttrls Vanadium aln Reduktlonnmetall erzeugt.Kb is pure elemental Ti in powder form from TlKr 14 rlttrls vanadium as a reducton metal.
Die Reduktion zu r.ubhalop.enlden im ersten Verfahrensnchrltt erfolrt bei einer Temperatur von 173O°C und einem Druck unterhalb 1*1,6 at, da ein Arbeiten bei einem Druck oberhalb 1^,6 nt eine Reduktion zu Ti zur FolRe hätte.The reduction to r.ubhalop.enlden in the first procedural step takes place at a temperature of 173O ° C and a Pressure below 1 * 1.6 at, as it works at one pressure above 1.6 nt a reduction to Ti would result.
Die Disproportionierung im zweiten Verfahrensschritt rindet daperen bei einer Trrperatur von 1230 C statt. Hierbei dirf ein !'»•trl^bndrurk von Γ,Γ> nt niclvt Uberschri tten w«»rdrn, veil r-cnat - Ui"rr<n(]ynT".lr.ch bodlnrt - der mit den :'u\ bronld^n aus ότ ΠΉιιν t it>i:r"t uf> r.tarr.onde VUr_-Dampf ru cirrr Verutiflnlrunr. ''"" f '' >> ·τ;Γ!'Μΐ'*η Ti mit VanadiumThe disproportionation in the second process step takes place at a temperature of 1230 ° C. Here dirf ein! '»• trl ^ bndrurk from Γ, Γ > nt not overridden w« »rdrn, veil r-cnat - Ui" rr <n (] ynT ".lr.ch bodlnrt - the one with the :' u \ bronld ^ n from ότ ΠΉιιν t it> i: r "t uf> r.tarr.onde VUr_-Dampf ru cirrr Verutiflnlrunr. ''""f''>> · τ; Γ! 'Μΐ' * η Ti with Vanadium
führen würde. , ^would lead. , ^
Für die technische Anwendunr der. erflndunf;sp;emüP>en Verfahrens int es von Vorteil, die Reduktion und die Disproportionierung nacheinander kontinuler] Ich durch7.ufniir<.'n und dan bei der Disproportlonlrrunr prbildete pesSttl p;te .Halopenia dos zu newlnnonden Metnllor. kontinuierlich zur Reduktion zurückzuführen, wo en zunarmen mit frischem zuneTührtcn Halor.enid wieder zu r.ubhalor;eniden reduziert wird.For technical applications. inventedunf; sp; emüP> en Procedure int it beneficial to reduce and disproportionate one after the other continuler] I through7.ufniir <. 'n and then at the disproportional lrrunr prbildete pesSttl p; te .Halopenia dos to newlnnonden Metnllor. continuously to Reduction attributable to where en increase with fresh Halor.enide is reduced again to r.ubhalor; enides will.
0 9 8 A U I 0 /♦ U 2 0 9 8 A UI 0 / ♦ U 2
Will man eine Legierung mehrerer Metalle aus ihren Halogeniden direkt gewinnen, so geht man erfindungsgemäß von einem Gemisch mehrerer Halogenide aus.If an alloy of several metals is to be obtained directly from their halides, then according to the invention one proceeds from a mixture of several halides.
Beispielsweise geht man aus von einem Gemisch von AlBr,- und SiBr^-Dampf, reduziert mit Mangan zu AlBr, AlBr2, SiBr2 und SiBr, und disproportioniert dieses Subbromidgemenge, wobei eine Legierung von Al-Si e* und ein gasförmiges Gemisch von AlBr, und SiBrj, gebildet werden.For example, one starts from a mixture of AlBr, - and SiBr ^ vapor, reduced with manganese to AlBr, AlBr 2 , SiBr 2 and SiBr, and disproportionates this subbromide mixture, with an alloy of Al-Si e * and a gaseous mixture of AlBr, and SiBrj, are formed.
Je nach der Temperatur, bei der die Reduktion durchgeführt wird, enthält das erzeugte Subhalogenid-Gemisch (z.B. SiCl2, SiCl,) einen kleineren oder größeren Anteil Reduktionsmetall-Halogenid (z.B. MnCl2) und unreduziertes gesättigtes Halogenid des zu gewinnenden Metalles (z.B.Depending on the temperature at which the reduction is carried out, the subhalide mixture produced (e.g. SiCl 2 , SiCl,) contains a smaller or larger proportion of reducing metal halide (e.g. MnCl 2 ) and unreduced saturated halide of the metal to be recovered (e.g.
Je größer der Subchloridanteil, d.h. je kleiner der Anteil an gesättigtem Halogenid des zu gewinnenden Metalles ist, desto größer ist dann bei der Disproportionierung die Metallausbeute, bezogen auf die der Reduktion zugeführte Menge gesättigtes Metallchlorid. Hinsichtlich des Anteiles des Reduktionsmetall-Halogenides im Subhalogenid-Gemisch besteht bei der Disproportionierung die Möglichkeit, daß das gebildete Metall (z.B. Si) mit dem Reduktionsmetall-Halogenid (z.B. MnCl„) reagiert und durch das Reduktionsmetall (z.B. Mn) in geringem Maße verunreinigt wird.The greater the subchloride content, i.e. the smaller the saturated halide content of the metal to be extracted is, the greater the metal yield in the disproportionation, based on that supplied to the reduction Amount of saturated metal chloride. With regard to the proportion of the reducing metal halide in the subhalide mixture there is the possibility in the disproportionation that the metal formed (e.g. Si) with the reducing metal halide (e.g. MnCl ") reacts and through the reduction metal (e.g. Mn) is contaminated to a small extent.
Sowohl der Anteil des gesättigten Metallhalogenides als auch der Anteil des Reduktionsmetall-Halogenides im Subhalogenid-Gemisch kann durch Einhaltung der Druck- und Temperaturbedingungen bei der Reduktion geregelt werden. Auch eine mögliche Reaktion zwischen dem zu gewinnendenBoth the proportion of the saturated metal halide and the proportion of the reducing metal halide in the Subhalide mixture can be regulated by maintaining the pressure and temperature conditions during the reduction. Also a possible reaction between the one to be won
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Metall und dem Reduktionsmetall-Halogenid bei der Disproportionierung ist druck- und temperaturabhängig. Infolgedessen sind gemäß der Erfindung zwecks Erzielung maximaler Ausbeuten und reiner Metalle optimale Druck- und Temperaturbedingungen einzuhalten.Metal and the reducing metal halide in the disproportionation is pressure and temperature dependent. As a result, according to the invention in order to achieve maximum yields and pure metals to maintain optimal pressure and temperature conditions.
Diese Druck- und Temperaturbedingungen kann man für jeden Einzelfall unter Beachtung der Eigenschaften der jeweils verwendeten Reaktionspartner in bekannter Weise durch thermodynamische Rechnungen ermitteln. Allgemein ist bekannt, daß die Bildung von Subhälogeniden durch Temperaturerhöhung und Druckerniedrigung und die Disproportionierung von Subhälogeniden durch Temperaturerniedrigung und Druckerhöhung begünstigt werden.These pressure and temperature conditions can be determined for each individual case, taking into account the properties of each determine the reactants used in a known manner by means of thermodynamic calculations. Generally it is known that the formation of sub-halogenides by increasing and decreasing temperature and by disproportionation be favored by sub-halogenids by lowering the temperature and increasing the pressure.
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