DE247993C

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Description

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PATENTSCHRIFT

- JVs 247993 KLASSE 40 c. GRUPPE

Reduktion inittels Carbiden und Siliciden.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. April 1911 ab.

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren der Herstellung von schwer zu gewinnenden, seltenen Metallen, wie Wolfram, Vanadium, Uranium, ans ihren Oxyden oder anderen Verbindungen nach der Reduktionsmethode. Die Erzeugung dieser Metalle in reinem Zustande aus ihren Oxyden oder anderen Verbindungen ist von besonderer Wichtigkeit für die Stahlindustrie.

ίο Bei dem heutigen Reduktionsverfahren mittels Kohle oder Kohlenoxyd gewinnt man keine reinen Metalle, da die Metalle sich dabei teilweise mit Kohlenstoff verbinden. Man hat-

■.-"■ daher auch bereits vorgeschlagen, die Reduktion der Oxyde mittels Calciumcarbid durchzuführen, um den Kohlenstoffgehalt der zu erzeugenden Metalle auf ein niedrigeres Maß herabzusetzen und dabei gleichzeitig die bekannten Eigenschaften des Calciums, Wärme zu erzeugen, Schlacke zu bilden und stark reduzierend zu wirken, mit auszunutzen; ebenso hat man bereits empfohlen, Silicide als Reduktionsmittel zu verwenden. Bei der Verwendung von Calciumcarbid allein tritt aber Kohlenstoff an das reduzierte Metall und ver^ unreinigt es; nimmt man aber weniger Carbid, als zur völligen Reduktion erforderlich ist, so geht Metall mit der Schlacke verloren. Silicide andererseits sind kostspielig und verunreinigen das reduzierte Metall, indem dieses Silicium aufnimmt.

Nach vorliegender Erfindung wird die Reduktion der Metallverbindungen zu reinem Metall mit Hilfe eines Gemisches von Carbid und Ferrosilicium ausgeführt. Dabei wird weniger Carbid genommen', als zur völligen Reduktion erforderlich ist, und der Fehlbetrag wird durch Ferrosilicium ergänzt. Auf diese Weise werden die Übelstände der genannten Methoden mit Sicherheit beseitigt. Als Carbid wählt man zweckmäßig die Calciumverbindung, da diese ein niedriges Molekulargewicht im Vergleich zum Atomgewicht der Metalle, wie Wolfram ,oder Uran, besitzt.

Das Silicid kann 2 bis 50 Prozent des Gemisches ausmachen, beispielsweise wird man, je nachdem das reduzierte Metall mehr oder weniger Silicium enthalten darf, auch den Prozentgehalt des Siliciums höher oder niedriger, zu wählen haben. Für Panzerplattenstahl z. B. ist ein hoher Siliciumgehalt zulässig, und daher wird man, handelt es sich um die Herstellung eines Legierungsmetalls für Panzerplattenstahl, dem Reduktionsgemisch einen hohen Gehalt an Eisensiliciden geben können. Bei der Gewinnung von Wolfram aus Wolframsäure mittels der neuen Reduktionsmischung kann man vorteilhaft durch äußere Beheizung die Reaktion fördern, insbesondere durch den elektrischen Bogen oder einen Widerstandsofen mit Temperaturen λόπ 2800 bis 2900 ° C. Die Reaktion spielt sich, soweit das Calciumcarbid in Frage ist, nach folgender Gleichung ab:

W O₃ + Ca C,= W + Ca O + 2 C O. _ß

Wolfram hat das hohe Atomgewicht 184, wäh-

rcnd Calciumcarbid ein Molekulargewicht von nur 64 besitzt. Bei überschüssiger Wolframsäure kann kein freier Kohlenstoff auftreten. Das Calciumoxyd wird Schlacke, und die einzig mögliche \^erunreinigung des reduzierten Metalls kann durch den Überschuß an Wolframtrioxyd erfolgen, das aber, ein Pulver, auf mechanischem Wege leicht von der Metallmasse getrennt werden kann.

to Eine ähnliche Reaktion tritt bei der Reduktion von Pechblende, U O₂ 2 U O₃, in Uranmetall auf. Hier wird man besser verfahren, die Blende erst in das Natriumsalz überzuführen, ehe man die Reduktion mit Calciumcarbid vor-. 15 ' nimmt. Das Mineral wird mit Kalk geglüht, das dabei entstandene Kalksalz wird mit Schwefelsäure zersetzt und die in Lösung gebliebene ' Uransäure mittels Soda in das Natriumsalz übergeführt. Letzteres wird dann, was das

ao Calciumcarbid betrifft, nach folgender Gleichung reduziert:

Na₂U₂O₁ + 2 Ca C₂
. = 2 U + Na₂ O + 7.CaO + 4 C O.

Das Atomgewicht des Urans ist 240, während alle anderen Stoffe der Gleichung ein weitaus, niedrigeres Molekulargewicht zeigen. Anstatt Natriumuranat direkt zu verarbeiten, kann man das Salz auch erst durch Erhitzen mit· Salzsäure und Ausfällen mit Ammoniak in Uranoxyd umsetzen. · ■

In der Praxis wird man die reagierenden Stoffe zweckmäßig in dem durch die Gleichung gegebenen Gewichtsverhältnisse anwenden und clic Reduktion am besten im elektrischen Ofen ausführen, wobei eine geringe Menge Calciumfiuorid als Flußmittel zugesetzt wird. Das Metall sinkt zu Boden und die aus dem Kalk entstehende Schlacke schwimmt darauf. Diese, Schlackenschicht schützt auch das Metall vor der Aufnahme von Kohle, vorausgesetzt, daß Kohlenelektroden im Ofen verwendet werden. Überdies kann man die Wolframsäure, Pechblende usw. etwas im Überschuß verarbeiten und dadurch das Auftreten von freiem Kohlenstoff im Metall verhüten. Besser tut man allerdings, wenn man in dem Ofen keine kohlenhaltigen Elektroden benutzt.

Die letzten Spuren von Kohlenstoff in dem reduzierten Metall werden durch Steigerung der Temperatur auf 2800⁰ bis 2900⁰C. beseitigt. Denn bei solchen Temperaturen verbinden sich das Calcium des Flußmittels und das Calcium des gegen Schluß der Schmelzopcration zugegesetzten Kalks mit dem Kohlenstoff im reduzierten Metall und bilden wieder Calciumcarbid. Ein beachtlicher Vorteil cles neuen Verfahrens liegt auch darin, daß es mit wenig Unkosten verbunden ist, da sowohl Calciumcarbid als auch Ferrosilicium billig und nur vergleichsweise geringe Mengen davon als Zuschlag erforderlich sind. Das Verfahren erfordert auch weniger Beheizungswärme als bei der Kohlereduktionsmethode, auch sind Calcium und Silicium stärkere Reduktionsmittel als Kohlenstoff. Daher können auch solche Metalloxyde, die gegenüber Kohle allein wenig Reduktionsneigung zeigen, leichter nach dem neuen ,Verfahren reduziert werden. Es kommt noch hinzu, daß das gewonnene Metall reiner ist, da man das Verfahren so regeln kann, daß kein freier Kohlenstoff dabei .auftritt.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren der Erzeugung von schwer zu gewinnenden, seltenen Metallen, wie . Wolfram und Uran, aus ihren Oxyden oder anderen Verbindungen durch Reduktion mittels Carbiden und Siliciden, dadurch gekenn-,. zeichnet, daß die Verunreinigung des reduzierten Metalls mit Kohlenstoff aus dem Carbid dadurch vermieden wird, daß das Carbid in für die Reduktion ungenügender Menge zugesetzt und der Fehlbetrag durch einen Zusatz an Ferrosilicium ausgeglichen wird.

2. Verfahren der Erzeugung von schwer zu gewinnenden, seltenen Metallen nach An-

' spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus 75 Teilen Wolframoxyd, 7 bis 10 Teilen Ferrosilicium und 14 bis 18 Teilen Calciumcarbid im elektrischen Ofen niedergeschmolzen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gegen das Ende des Schmelzvorganges Kalk zugesetzt und die· Temperatur auf 2800 ° bis 2900 ° C. gesteigert wird, wobei das Calcium des als Flußmittel zugesetzten Flußspates und jenes des Kalks mit dem im reduzierten Metall enthaltenen Kohlenstoff sich zu Calciumcarbid verbinden,