DE936745C

DE936745C - Verfahren zur Herstellung von elementarem Bor

Info

Publication number: DE936745C
Application number: DEST5856A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Haag; Friedrich Dr Mueller
Original assignee: HC Starck GmbH
Current assignee: HC Starck GmbH
Priority date: 1953-01-18
Filing date: 1953-01-18
Publication date: 1955-12-22

Description

Verfahren zur Herstellung von elementarem Bor Es ist bekannt, daß man elementares Bor durch Reduktion von Kaliumborfluorid KBF4 mittels Natrium gemäß der Umsatzgleichung KBF4+3Na=B+3NaF+KF in geeigneten metallischen Reaktionsbehältern bei 25o bis 6oo° gewinnen kann. Es ist auch bekannt, hierbei mit einem Ü"berschuß von Natrium zu arbeiten.
Bei diesen Verfahren soll das gebildete Bor durch die Schmelze der bei diesem Umsatz entstehenden Alkalifluoride, der eventuell noch zusätzlich Alkalihalogenide zugesetzt werden können, gegen die Einwirkung von Luft und Ofengasen weitgehend geschützt werden. Durch darauffolgendes Behandeln des zerkleinerten Reaktionsgutes mit geeigneten Agenzien wie H C1, HF, verfl. N H, usw. lassen sich hierin lösliche Verunreinigungen teilweise entfernen. Nach abschließendem Glühen des derartig vorgereinigten Bors im Vakuum bei iooo° lassen sich eventuell vorhandene niedere Boroxyde ebenfalls in eine säurelösliche Form überführen. Der Reinheitsgrad von derartig gewonnenem und nachgereinigtem Bor soll 8o bis 85 % betragen.
Es wurde nun gefunden, daß die erwähnte Reduktion von KBF4 mittels Natrium unter Anwendung eines Natriumüberschusses von 5 bis io % der Theorie zu einem wesentlich reinerem Bor in zudem annähernd quantitativer Ausbeute führt, wenn man die Reduktion unter vermindertem Druck, vorzugsweise von < io-1 Torr, durchführt. Hierbei kann man das gesamte Natrium in das Reaktionsschiffchen mit dem Kaliumborfluorid zusammengemischt bringen oder es ganz oder teilweise in einem zusätzlichen Schiffchen unterbringen. Die Reaktion beginnt bei q.oo bis 6oo° und verläuft stark exotherxn und praktisch quantitativ ab. Durch Anwendung bekannter chemischer und thermischer Reinigungsmethoden sowie durch anschließende Siebtrennung gelingt es, Fraktionen von elementarem Bor zu gewinnen, deren Reinheitsgrad zwischen 96 und 99 0/0 liegt. Das Aussehen des feinteiligen Materials (< io ooo Maschen) ist schwarz; mit zunehmender Korngröße gewinnt das so erhaltene Bor metallisches Aussehen. Derart hergestelltes Bor wird auch von einer fertigen Mischung aus konzentriertem H N 02 und H20, (3oo/oig) nur sehr langsam zersetzt.
Im folgenden sei die Durchführung des Verfahrens beispielsweise beschrieben: Das Reaktionsgefäß besteht aus einem einseitig geschlossenen Eisenzylinder geeigneter Größe, dessen Öffnung mit einem vakuumdichten Flansch versehen ist; über diesen ist der Reaktionsraum unter Zuschaltung eines Abscheiders für das überschüssige Natrium mit einer Vakuumpumpe ausreichender Saugleistung verbunden. Näch Einsetzen eines Metallschiffchens mit der schichtenweise eingefüllten Mischung von höchst reinem und völlig trockenem KBF4 und Na wird bis auf einen Druck < io-1 Torr evakuiert und das Reaktionsgefäß durch Heizmantel oder induktiv auf 8oo bis iooo° erhitzt. Nachdem das Reaktionsgut eine Temperatur von 400 bis 6oo° erreicht hat, setzt die Reaktion spontan, aber -kontrollierbar ein; bei genügend großer Pumpenleistung steigt der Druck durch die Abgabe von B F3 aus noch nicht umgesetztem KBF4 nur kurzfristig auf wenige Torr, um sodann auf den niedrigst erreichbaren Wert zurückzufallen.
Das im Vakuum erkaltete Reaktionsgut wird in einem genügend großen gummierten Gefäß mehrfach mit H Cl-saurem Wasser behandelt; das freigelegte Bor wird mechanisch zerkleinert und gründlich mit verdünntem H Cl, sodann mit konzentriertem HCl in der Kälte und abschließend mit 40 "/o HF bei 8o° behandelt. Das so vorbehandelte Produkt wird etwa io Minuten im Vakuum < io-1 Torr auf iooo° erhitzt und nochmals mit H F behandelt. Das gewaschene und .getrocknete Produkt wird schließlich durch Sieben in Fraktionen verschiedener Korngrößen zerlegt. Ausführungsbeispiel iooo. g Kaliumborfluorid (reinst) wurden in der beschriebenen Weise mit 720 g Natrium gemischt und zur Reaktion gebracht. Das Reaktionsprodukt wurde gemäß den obigen Angaben sorgfältig gereinigt; von diesem gereinigten Produkt wurden schließlich 82, g mit einem mittleren Reinheitsgrad von 98,6 % Bor isoliert. Dies entspricht einer Ausbeute von etwa 95 0/0.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von elementarem Bor großer Reinheit durch Reduktion von reinstem KBF4 mit überschüssigem metallischem Natrium, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei vermindertem Druck, vorzugsweise bei einem solchen von < io-1 Torr, durchgeführt wird. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Reduktion verwendete Natrium, mit dem Kaliumborfluorid geschichtet, in einem Schiffchen eingesetzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Natriums oder die ganze Menge getrennt von dem Kaliumborfluorid in einem gesonderten Schiffchen eingesetzt wird. q.. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das so gewonnene Rohbor in an sich bekannter Weise einer längeren Behandlung mit HCl und/oder HF unterworfen wird. 5. Verfahren nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß das chemisch nachgereinigte Rohbor im Vakuum .von < i o-1 Torr bei etwa iooö° geglüht und darauf nochmals mit HF behandelt wird.