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Verfahren zur Herstellung von Beryllium und Berylliumlegierungen Die
Erfindung behandelt ein Verfahren zur thermochemischen Herstellung von Beryllium
und dessen Legierungen.
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Es ist bereits bekannt, Beryllium durch Reduktion seines Oxydes mit
Kohlenstoff herzustellen, wobei sich Metalldampf und Kohlenoxyd bildet. Es ist auch
bekannt, dieses Verfahren im Vakuum bei hoher Temperatur durchzuführen und das gebildete
Beryllium in fester oder flüssiger Form niederzuschlagen. Dabei entstehen folgende
Umsetzungen: r. Be O (fest) -f-- C (fest) = Be (Dampf) -i-- C O (Gas), z. B@e (Dampf)
= Be (verdichtet).
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Die Reduktionstemperatur liegt bei etwa .20öo` C und darüber. Diese
Arbeitsweise hat den Nachteil, daß das chemische Gleichgewicht während der Abkühlung
mehr oder weniger verschoben wird.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung vermeidet man den genannten Nachteil,
indem man sich solcher Umsetzungen bedient, bei denen in der Gasphase neben Beryllium
keine sich mit diesem umsetzenden Gase auftreten und bei denen die vorhandenen anderen
Gase wegen ihrer Art, gegebenenfalls auch wegen ihrer Anreicherung weniger schädlich
oder gefährlich sind als Kohlenoxyd.
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Nach der Erfindung bedient man sich der Hochtemperaturspaltung der
dazu geeigneten Verbindungen, Auflösungen oder Legierungen zur Herstellung dieser
günstigen Atmosphäre, wonach der Metalldampf auf einer im Ofen befindlichen gekühlten
Platte oder auf einem anderen Gegenstand geeigneter Bauweise und aus passendem Werkstoff
niedergeschlagen wird. Unter Auflösungen oder Legierungen sind dabei Werkstoffe
verstanden, -die neben einem Grundmetall, wie beispielsweise Kupfer oder Eisen,
Beryllium enthalten, das aber ganz oder zum Teil in Form von spaltbaren Verbindungen,
beispielsweise in Form von Berylliumcarbid, vorliegt.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann in einem für die Erreichung
der hohen Temperaturen zweckmäßigen Ofen ausgeführt werden, z. B. in einem Vakuuminduktionsofen.
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Es ist früher vorgeschlagen worden, metallisches Calcium durch thermische
Spaltung von Calciumcarbid im Vakuum unter Verflüchtigung und Niederschlagung des
Metalls herzustellen. Dieses Verfahren ist indessen nicht zur technischen Herstellung
von Calcium
benutzt worden, da man genügend einfache, wirksame und
wirtschaftliche schmelzelektrolytische Verfahren für diesen Zweck besitzt. Dies
ist für,Beryllium niclit,@der Fall, denn es ist bekannt, daß die Elektrolyse selbst
schwieriger und die Elektrolytherstellung und Metallfeinung bei Beryllium umständlicher
und kostspieliger ist als bei Calcium.
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Als Beispiel der Ausführung der Erfindung wird die Spaltung von Berylliumcarbid
nach folgenden Gleichungen genannt: i. Be? C (fest) = 2 Be (Dampf) + C (fest), 2.
2 Be (Dampf) = 2 Be (verdichtet). In diesem Falle liegt kein anderes Gas vor als
Berylliumdampf, weil das neben Beryllium auftreffende Spaltungserzeugnis (Kohlenstoff)
fest ist, weshalb sich diese Ausführung zur Herstellung reinen Metalls oder einer
reinen Legierung eignet. Das Berylliumearbid wird bei einer Temperatur von über
etwa 210o° C gespalten, und die Geschwindigkeit steigt schnell mit der Temperatur,
wie folgende Versuche zeigen: Spaltung von Berylliumcarbid bei halbstündiger Erhitzung:
| 215O° C 75 °/o gespaltet |
| 2200° C 89010 - |
| 2250° C 970/0 - |
Vorhandene oxydische Verunreinigungen des Carbids spielen keine Rolle für die Reinheit
des erhaltenen Metalls, da Berylliumoxyd sich bei den für die Spaltung erforderlichen
Temperaturen nicht verfluchtet.
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Als ein anderes Beispiel kann Berylliumnitrid genannt werden, welches
bei Temperaturen -über etwa 2ooo° C im Vakuum nach folgender Gleichung gespaltet
wird: Bei N2 = 3 Be (Dampf) + N_, (Gas). Die Erfindung kann, wie weiter vorn erwähnt
ist, auch benutzt werden, wenn man von einer hochsiedenden Legierung ausgeht, die
eine Verbindung von Beryllium oder auch eine spaltbare Verbindung von anderen Leichtmetallen
enthält, z. B. Berylliumcarbid oder Berylliumnitrid. Als Ausgangsstoff kommt z.
B.. Berylliumcarbid enthaltendes Eisen oder Nickel in Frage, da Eisen und Nickel
bei der Spaltungstemperatur des Berylliums noch nicht oder noch nicht wesentlich
verdampfen.
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Die Erfindung- betrifft nicht nur die Herstellung von Beryllium und
dessen Leichtmetallegierungen, sondern auch die Herstellung von Schwermetallegierungen,
in denen Beryllium enthalten sein soll.
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Besonders günstig ist die Ausübung der Erfindung für die Herstellung
von Beryllium-Aluminium-Legierungen. Die beiden Metalle liegen gebunden nebeneinander
im Erz Beryll vor, und die Aufarbeitung desselben wird viel billiger, wenn die beiden
Metalle nicht voneinander getrennt werden sollen. Da Aluminium und Beryllium naheliegende
Siedepunkte haben, kann man das Verfahren nach der Erfindung unmittelbar auf Erze
oder auf sonstige Gemische von spaltbaren Verbindungen von Aluminium und spaltbaren
Verbindungen von Beryllium anwenden, derart, daß bei der Durchführung des .Verfahrens
Beryllium und Alumü"ium gewonnen wird und beide Metalle eine Legierung miteinander
eingehen. Praktisch führt man z. B. die im Erz nebeneinander enthaltenen Oxyde von
Aluminium und Beryllium durch Zusammenschmelzen mit Kohle in Aluminiumcarbid und
Berylliumcarbid über und spaltet dann die beiden nebeneinander vorliegenden Carbide
in einem Arbeitsgang. Bei Ausführung des Verfahrens kann die Kühlung des Gases im
Ofenraum entweder so geschehen, daß sich flüssiges Metall niederschlägt, oder so,
daß man festes Metall bekommt.
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Ein wichtiger Vorteil bei der Erfindung ist, besonders bei der Carbidspaltung,
daß es genügt, auf eine Temperatur herabzukühlen, die etwas oberhalb des Schmelzpunktes
des durch Spaltung gewonnenen Metalls oder oberhalb des Schmelzpunktes der Legierung
liegt, die sich aus dem gespaltenen Metall und einem vorher in den Reaktionsraum
eingebrachten Metall bildet. Man erhält auf diese Weise das Metall und seine Verbindungen
unmittelbar in verdichteter Form, während bei der energischen Abkühlung, die bei
dem früher genannten bekannten Verfahren (Reduktion von Oxyd mit Kohlenstoff und
-darauffolgender Niederschlagung) notwendig ist, das Metall zum großen Teil staubförmig
und pyrophor anfällt.