DE40415C - Verfahren zur Herstellung von Natrium und Kalium - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

vv:

KLASSE

IJ^o: Soda, POTASCHE UND ALKALIEN.

■ Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Darstellung von Kalium oder Natrium aus den entsprechenden geschmolzenen Carbonaten oder Hydroxyden, ohne, wie bei den bisherigen Verfahren, einen Ueberschufs von Kohlenstoff anzuwenden, wodurch ein reicher Ertrag an Metall bei nur geringem Abgang erhalten wird.

Zu diesem Zwecke wird ein Gemisch des Alkalis und des Carbids (einer kohlenstoffhaltigen Verbindung eines Metalles oder seines Aequivalentes in feiner Vertheilung, wie näher ausgeführt werden soll) geschmolzen.

Unter dem Aequivalent eines Carbids wird eine Mischung von Kohle und einem fein gemahlenen oder fein zertheilten Metall verstanden, die durch mechanische Mittel zusammengehalten werden und aus welcher Mischung das Metall nur mit Hülfe von Säuren getrennt werden kann, und die so schwer ist, dafs sie sich von dem Alkali bei dem Verfahren der Kalium- oder Natriumherstellung nicht abscheidet.

Bezüglich der als Carbide bekannten Verbindungen ist anzuführen, dafs nur sehr wenige hergestellt worden sind; das gewöhnlichste jedoch wird durch Glühen von wasserfreiem Ferrocyankalium unter Abschlufs der Luft erhalten; die Reaction ist aus folgender Gleichung ersichtlich: ■

K^ Fe C₆ JV₆ = 4 K C N + Fe C₂ + 2 JV,
d. h. Ferrocyankalium ergiebt Cyankalium, Eisencarbid (Kohleneisen) und Stickstoff. Das Carbid wird von dem Cyankalium durch Behandeln der Masse mit Wasser getrennt, in welchem das Carbid unlöslich ist. Anstatt eine chemische Verbindung der angegebenen Art anzuwenden, stellt man sich zweckmäfsig aus den folgenden Substanzen einen Ersatz derselben her, der für den vorliegenden Zweck ein Carbid -vollständig zu ersetzen vermag. Man mischt ein leicht reducirbares Metall oder sein Oxyd in fein zertheiltem Zustande mit einem Kohlenwasserstoff, wie Theer, bituminöser Kohle etc., gut durch; besonders zweckmäfsig hat sich ein Kohlenwasserstoff erwiesen, der möglichst wenig mineralische Bestandtheile enthält, und diese Mischung wird bei Abschlufs der Luft verkohlt oder verkokt. Man erhält nach dem Erhitzen eine harte schwere Masse von metallischem Koks, in welchem sich das Metall in feiner Vertheilung innig gemischt mit dem Kohlenstoff des zersetzten Kohlenwasserstoffes befindet.

Man wendet zweckmäfsig vorher reducirtes metallisches Eisen in fein zertheuter Form oder Eisenoxyd in Verbindung mit dem Kohlenwasserstoff an, und zwar wegen ihres geringen Werthes; das Verfahren soll jedoch nicht, auf die Anwendung von Eisen allein in Verbindung mit dem Kohlenstoff beschränkt werden, da auch andere Metalle den in Rede stehenden Zweck ebenso gut erreichen lassen.

Bei der Herstellung des sogenannten Eisencarbids werden so viel Theile der Kohlenwasserstoffverbindung und von metallischem Eisen- oder Eisen(sesqui)oxyd angewendet, dafs nach dem Erhitzen ein Koks, der 30 pCt. Kohlenstoff und 70 pCt. Eisen enthält, entsteht. Dies stimmt in der Zusammensetzung mit der bekannten Verbindung von Kohlenstoff und Eisen (Fe C₂) überein.

Erfinder beschränkt sich jedoch auf dieses Verhältnifs von Kohlenstoff und Eisen nicht. Dieser wie beschrieben hergestellte oder metallisirte Koks wird fein gemahlen und ist dann fertig zur Verwendung mit dem Alkalicarbonat oder Hydrat, wie nachstehend weiter ausgeführt werden soll.

Das Carbid wird mit Alkali in Verhältnissen gemischt, welche nach den in Nachstehendem ausführlicher beschriebenen Reactionen leicht ermittelt werden können, und das Gemisch einer hellen Rothglühhitze in Eisentiegeln unterworfen, welche mit dem üblichen Condensator für Natrium und Kalium in Verbindung gebracht sind. Wenn die Mischung in dem Tiegel die gehörige Temperatur erreicht hat, schmilzt sie und die Reduction beginnt sofort, wobei Natrium oder Kalium aus dem Tiegel nach dem Condensator überdestilliren. Es hat sich die Anwendung der Hydroxyde des Natriums oder Kaliums zur Gewinnung des Metalles aus dem Grunde als besonders zweckmäfsig erwiesen, weil diese leichter schmelzbar sind als die Carbonate. Die Reactionen, welche Platz greifen, variiren mit den Verhältnifsmengen des Alkalis und Carbids; es mag darüber Folgendes näher angeführt werden:

4 Na HO + Fe C₂

= Na₂ C O₃ -f Fe + 4 H + C 0 + 2 Na.

Diese Reaction tritt ein, wenn 10 kg trockenes Aetznatron und 5 kg Carbid (gleich 1 Y₂ kg Kohlenstoff) zur Anwendung kommen. Als Ergebnifs erhält man nach der Theorie die Hälfte der in der Charge oder der Mischung enthaltenden Quantität oder 2⁷/₈ kg Natrium.

2NaHO + Fe C₂ = Na C O + Fe + 2 H + Na + C O.

Diese Reaction tritt ein, wenn ι ο kg trockenes Aetznatron und 10 kg Carbid, gleich 3 kg Kohlenstoff, in Anwendung kommen. Als Ergebnifs erhält man nach der Theorie die Hälfte der in der Charge enthaltenden Quantität oder 2⁷/₈ kg Natrium. Der Ueberschufs an Kohlenstoff bindet sich mit dem Natron und einem Theil des Natriums, um »Carboxyd« zu bilden. Unter dem Ausdruck »Carboxyd« bei dieser Reaction ist ein Gemisch von metallischem Natrium, Kohlenstoff, Natriumcarboxyd, Natriumdioxyd und Natroncarbonat zu verstehen, welches durch Analyse den Kohlenstoff, das Natrium und den Sauerstoff in der Mischung in einem Verhältnifs erweisen würde, um Natriumcarboxyd zu bilden.

Die folgende Reaction ist von den beiden vorhergegangenen abgeleitet und kann eintreten, wenn man beide Reactionen combinirt oder 20 kg trockenes Aetznatron und 15 kg Carbid gleich 4,5 kg Kohlenstoff anwendet. Geschieht dies und erhitzt man die Mischung, so treten die beiden früheren Reactionen ein, welche dasselbe Resultat erzeugen; setzt man jedoch die Reaction fort, so reagirt das Natriumcarboxyd mit Natroncarbonat, indem metallisches Natrium und Kohlenstoffdioxyd wie folgt erzeugt wird:

Na₂ C O₃ + Na C O = 3 Na + 2 C O₂.

Die Reaction, welche eintritt, wenn 10 kg trockenes Aetznatron mit 7Y₂ kg Carbid, gleich 2Y₄ kg Kohlenstoff, geschmolzen werden, ist folgende:

3 Na HO + FeC₁, = 3 Na + Fe+ 0, H + CO + CO₂.

Aus vorstehender Gleichung ist ersichtlich, dafs das ganze Natrium - des Aetznatrons in einer Atmosphäre frei wird, welche aus Wasserstoff, Kohlenoxyd und Kohlendioxyd zusammengesetzt ist, welche keinen Einflufs auf das Natrium ausübt, wenn dieses in Dampfform vorhanden ist. Das metallische Eisen des Carbids übt möglicherweise auch einen Einflufs auf den Sauerstoff des Alkalis aus und würde auf diese Weise die niedrigere Temperatur erklären, bei welcher die Reaction zwischen dem Kohlenstoff und dem Sauerstoff des Alkalis stattfindet. Vor der hier beschriebenen Anwendung eines Metallcarbide konnten diese Reactionen nicht vollzogen werden, da das kaustische Alkali schmolz und sich von dem Kohlenstoff abschied, und wenn die Reaction ohne Schmelzen versucht wurde, so mufste, wie vorher erwähnt, Kalk hinzugesetzt werden, welcher eine vollkommene Reaction verhinderte und auch nicht zuliefs, dafs das Alkali mit derjenigen Menge Kohlenstoff in directe Berührung kam, welche nothwendig war, das ganze Alkali zu reduciren und das Metall frei zu machen. Durch Anwendung dagegen eines Metallcarbide oder seines Aequivalentes, wie' angegeben. zur Vollziehung der Reduction kann das Alkali geschmolzen werden, während der Kohlenstoff durch die geschmolzene Masse in höchst fein zertheilter und wirksamer Form suspendirt erhalten wird; dabei findet eine innige Berührung mit allen Partikeln des Alkalis statt, und es wird ein Resultat erzielt, wie es bisher für unmöglich gehalten wurde.

Die Reactionen bei Anwendung des Natriumcarbonats sind den bereits beschriebenen ziemlich ähnlich und werden Sachverständigen ohne Weiteres klar sein.

Bei der Herstellung von Kalium sind die Reactionen dieselben wie bei der Herstellung von Natrium bei Anwendung von Natriumhydroxyd oder Natriumcarbonat, mit dem einzigen Unterschiede, dafs die relativen Gewichtsmengen des Alkalis und Carbids andere sind.

Erfinder hat zuweilen einen Strom trockenen Kohlenoxyds angewendet, welcher durch die Schmelztiegel geleitet wird, in welchen die Re-

duction stattfindet; obwohl dieser Strom dazu beiträgt, dafs die Natriumdämpfe entweichen und geschützt werden, ist er für den Erfolg des Verfahrens nicht unbedingt nothwendig.

Nachdem die Mischung des Alkalis und Carbids erhitzt und das Metall reducirt und abdestillirt ist, verbleibt in dem Tiegel das ganze Eisen in fein zertheilter metallischer Form zusammen mit einer geringen Menge Kohlenstoff und Natriumcarbonat, was -von dem Verhältnifs des zur Anwendung gekommenen Alkalis und Carbids abhängt. Die geringste Menge Natron verbleibt, wenn das Verhältnifs des Aetznatrons zum Carbid wie 1017Y₂ ist. Die die Rückstände enthaltenden Schmelztiegel werden nach der Behandlung in warmes Wasser gesetzt. Das Natriumcarbonat löst sich auf und läfst das Eisen zurück, das gesammelt und getrocknet werden kann, um von Neuem in Mischung mit dem Kohlenwasserstoff zur - Erzeugung des Carbids zu dienen. Die Lösung des Natriumcarbonats wird, wie üblich, zur Herstellung von Aetznatron behandelt.

Durch dieses Verfahren kommt der Ertrag an Alkalimetall dem theoretisch ermittelten Betrage in der Charge nahezu gleich; die zur Reduction nothwendige Hitze ist nicht so hoch, wie sie bei den bisherigen Verfahren sein mufste, und es lassen sich gute Resultate auch bei weniger geschickter Handhabung erzielen. Was die Vereinigung von Kohlenstoff und Metall als sogenanntes »Aequivalent eines Carbids« anbetrifft, so ist dieselbe keine wirklich chemische Verbindung, sondern eine mechanische Vereinigung.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Die Herstellung von metallischem Natrium oder Kalium durch Erhitzen der betreffenden Hydroxyde oder Carbonate mit einer in der Schmelze suspendirt bleibenden pulverförmigen Masse aus Kohlenstoff und einem Metall (»Carbid«, erhalten durch Mischen von fein vertheiltem Eisen oder anderen Metallen mit Theer und Verkoken dieses Gemenges) bei einer Temperatur unter 1 ooo° C, wobei das zur Anwehdung gelangte Eisen, das nur als Beschwerungsmittel dient, unverändert zurückbleibt.