-
Herstellung von Natrium- und Kaliumhydrid Wie bekannt, sind Bildungsmöglichkeiten
und thermisches Verhalten der Hydride des Natriums und Kaliums völlig von denen
des Lithiums sowie der Erdalkalimetalle verschieden (s. z. B. Gmelin, Handbuch der
anorganischen Chemie, 1927, S. 237). Während sich die Hydride des Natriums und Kaliums
nur äußerst langsam bilden, vollzieht sich die Reaktion zwischen Wasserstoff und
den Erdalkalimetallen bzw. Lithium sehr stürmisch und schnell, so daß die Gewinnung
reiner Hydride bei der letzteren Klasse sehr leicht gelingt, wo hingegen die Herstellung
von Hydriden des Natriums und Kaliums in betriebsmäßig technischem Maßstabe nach
den bisher bekannten Methoden nicht möglich war.
-
Für die Herstellung von Calciumhydrid ist z. B. durch die Patentschriften
311987 und 34611g ein Verfahren bekannt, welches darin besteht, daß Calciumoxyd
oder andere geeignete Kalkverbindungen im elektrischen Flammenbogen unter Zuführung
von Wasserstoff und Absaugung der entstehenden Nebenprodukte geschmolzen werden
und das gebildete Calciumhydrid in einer Wasserstoffatmosphäre abgekühlt wird.
-
Nach anderen Verfahren zur Herstellung von Hydriden der Alkalien oder
Erdalkalien oder seltenen Erden ist vorgeschlagen worden, von entsprechenden Metallsalzen,
z. B. Calciumchlorid, Calciumfluorid u. dgl., oder von den entsprechenden Aziden
auszugehen. Bei dem ersteren Verfahren (Patentschrift 191595) sollen Hydride
aus Metallsalzen mit Hilfe von Wasserstoff derart hergestellt werden, daß eine das
Hydrid bildende metallenthaltende Legierung in geschmolzenem Zustand mit Wasserstoff
in Berührung gebracht wird, während gleichzeitig die gleiche Menge des als Hydrid
austretenden Metalls durch Elektrolyse entsprechender Metallsalze der Legierung
wieder zugeführt wird. Bei dem letzteren Verfahren (Patentschrift 417 5o8) sollen
Hydride derart erhalten werden, daß Azide der Alkalien, Erdalkalien oder alkalische
Erden im Wasserstoffstrom gegebenenfalls unter Verwendung aktivierten Wasserstoffs
erhitzt werden.
-
Es ist auch schon vorgeschlagen und versucht worden, Alkali- und Erdalkalimetalle
direkt in geschmolzenem Zustand mit gasförmigem Wasserstoff zu Hydriden zu vereinigen.
So ist man z. B. für die Herstellung von Lithiumhydrid aus metallischem Lithium
derart vorgegangen, metallisches Lithium im Eisenschiffchen im Wasserstoffstrom
auf Rotglut zu erhitzen (Gm elin, Handbuch der anorganischen Chemie, 1927, S. 7x).
Weiterhin hat man wegen der bei höheren Temperaturen auftretenden Schwierigkeiten
versucht, bei niedrigen Temperaturen unter Benutzung fein verteilten Lithiummetalls
von großer Reaktionsfähigkeit zu arbeiten, wie es sich aus dem beim Lösen von Ammoniak
entstehenden
Hexaminmetall durch Absaugen von Ammoniak abscheidet. Das so vorbereitete Metall
reagierte indessen bei Zimmertemperatur nicht mit Wasserstoff (Gmelin, Handbuch
der anorganischen Chemie, 1927. S. 72).
-
Für die Verarbeitung des Natriums und Kaliums zu Hydriden bereiteten
die bisher dabei verwandten Methoden solche Schwierigkeiten, daß eine fabrikmäßige
Herstellung solcher Art bisher überhaupt noch nicht in die Wege geleitet werden
konnte. Über die Bildung und Darstellung von Natrium- und Kaliumhydrid aus den entsprechenden
Metallen wird im Gmelin, Handbuch der anorganischen Chemie, S. 237 ausgeführt, daß
Natrium und Kalium noch am günstigsten in Dampfform mit Wasserstoff bei etwa 35o°
C reagierten.
-
Gemäß vorliegender Erfindung wurde in überraschender Weise festgestellt,
daß es entgegen den bisher allgemein angenommenen und bestehenden Schwierigkeiten
in einfachster Weise und technisch betriebsmäßigem Maßstab möglich ist, Natrium-
und Kaliumhydrid direkt aus den Metallen herzustellen. Dabei ist es keineswegs erforderlich,
die Metalle in Dampfformüberzuführen, sondern man arbeitet vielmehr in glatt verlaufender
Reaktion und unter Erzielung hoher Ausbeutung in sehr viel einfacherer Weise gemäß
der Erfindung derart, daß man die Alkali metalle z. B. mit Hilfe von Verdünnungsmitteln,
wie Kochsalz, Soda o. dgl., oder z. B. durch einfachesZerstäuben in fein verteilten
Zustand überführt und sie in diesem Zustande der Einwirkung von Wasserstoff beihöheren
Temperaturen unterwirft.
-
Der Wasserstoff kann hierbei unverdünnt oder auch in Gegenwart von
Fremdgasen oder Dämpfen, sofern die letzteren die Reaktion nicht stören, angewendet
werden. Die Reaktionsgase oder -gemische können auch dazu verwendet werden, die
erforderliche Wärme ganz oder zum Teil zuzuführen, z. B. dadurch, daß man sie in
erhitztem Zustand in die Reaktionszone einführt. Die Anwesenheit von Feuchtigkeit
ist zu vermeiden. Es empfiehlt sich daher, die in den Reaktionsraum einzuführenden
Gase gegebenenfalls vorher zu trocknen.
-
Die Überführung des Alkalimetalls in fein verteilte Form kann, wie
oben bereits angedeutet, z. B. durch Versprühen erfolgen, z. B. derart, daß man
das Alkalimetall mit Hilfe an sich bekannter Mittel versprüht oder zerstäubt in
die auf geeigneter Temperatur gehaltene Wasserstoffatmosphäre einführt. Als Mittel
zum Versprühen kann man vorteilhaft Wasserstoff selbst, gegebenenfalls auch inerte
Gase oder Dämpfe oder Mischungen von Wasserstoff und inerten Gasen oder Dämpfen
benutzen.
-
Weiterhin kann man z. B. auch derart verfahren, daß festes Alkalimetall,
z, B. durch Vermahlen in Gegenwart geeigneter inerter Verdünnungsmittel, in den
gewünschten Zustand feiner'Verteilung gebracht wird. Unter anderem kann man z. B.
Kohle, z. B. Holzkohle, oder Metallpulver, z. B. Eisenpulver, oder geeignete Salze,
z. B. Alkalichlorid, Alkalicarbonat, als Verdünnungsmittel verwenden. Bei Verwendung
des Alkalimetalls in fein verteiltem Zustand vollzieht sich die Reaktion bereits
bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, z. B. solchen oberhalb 18o°. Die hauptsächlich
in Betracht kommenden Arbeitstemperaturen dürften z. B. bei Zoo bis 25o° liegen;
man kann aber auch in gegebenen Fällen höhere Temperaturen anwenden. Zur praktischen
Durchführung des Verfahrens kann man z. B. so vorgehen, daß das Natriummetall zusammen
mit dem Verdünnungsmittel in geeigneten Zerkleinerungsvorrichtungen; - z: B. -Kugelmühlen,
vermahlen und daß das Metall in verteiltem Zustand enthaltende Mischgut bei Reaktionstemperaturen
mit Wasserstoff behandelt wird. Die Zuführung des Wasserstoffes kann dabei bereits
während des Mahlvorganges erfolgen.
-
Weiterhin kann man zwecks Überführung des Alkalimetalls in den gewünschten
Zustand der Verteilung z. B. auch so vorgehen, daß man geschmolzenes Alkalimetall
mit geeigneten festen Verdünnungsmitteln mischt, wobei Schmelzvorgänge und Mischung
miteinander vereinigt werden können, z. B. deraft, daß das.Alkalimetall in fester
Form zugeführt und der Mischvorgang bei Temperaturen vorgenommen wird, die oberhalb
der Schmelztemperatur des Alkalimetalls liegen.
-
Schließlich kann man. z. B. auch so arbeiten, daß man schmelzflüssiges
Alkalimetall in versprühtem oder zerstäubtem Zustand in einen mit Verdünnungsmitteln
beschickten Reaktionsraum einführt. Der Prozeß kann mit Vorteil auch kontinuierlich
durchgeführt werden, z. B. derart, daß das Alkalimetall in das obere Ende eines
auf Reaktionstemperatur gehaltenen, umlaufenden, mit Verdünnungsmitteln beschickten
Rohres eingeführt wird. Der Wasserstoff wird hierbei zweckmäßig in das untere Ende
des Rohres eingeleitet und dem Alkalimetall im Gegenstrom entgegengeführt. Durch
passende Bemessung der Rohrlänge, der Fördergeschwindigkeit usw. kann man so arbeiten,
daß das gesamte oben eingeführte Alkalimetall bis zum Verlassen des Rohres in Alkalihydrid
übergeführt ist.
-
Das Verdünnungsmittel kann zusammen mit dem Alkalimetall oder auch
für- sich in .das obere Rohrende eingeführt werden. Das das Rohr verlassende Produkt
stellt eine Mischung von Alkalihydrid mit dem Verdünnungsmittel dar. Derartige Mischungen
können für manche Reaktionen. ohne weiteres verwendet werden. In gegebenen Fällen
wird man das Verdünnungsmittel
unter dem Gesichtswinkel der Weiterverwendung
des Reaktionsproduktes auswählen.
-
Man kann z. B. auch derart verfahren, daß man fremdartige Verdünnungsmittel
nur für die Einleitung des Prozesses verwendet. Im weiteren Verlaufe des Prozesses
wirkt dann das bereits erzeugte, in dem Reaktionsraum befindliche Alkallhydrid selbst
als Verdünnungsmittel, so daß man auf die weitere Zufuhr fremdartiger Verdünnungsstoffe
verzichten und, abgesehen von dem Anfangsstadium, reines Alkalihydrid als Reaktionsprodukt
gewinnen kann.
-
Die Erkenntnis der Anwendbarkeit von Alkalihydrid als Verdünnungsmittel
für das Alkalimetall ermöglicht auch die Durchführung des Prozesses unter Verzicht
auf die Mitwirkung anderer Verdünnungsmittel. Man kann z. B. auch von vornherein
aus früheren Operationen stammendes Alkalihydrid als Verdünnungsmittel anwenden.
Die Anwendbarkeit von Alkalihydrid als Verdünnungs- und Verteilungskörper für das
Alkalimetall ist selbstverständlich nicht auf den Drehrohrofenbetrieb beschränkt.