DE974210C

DE974210C - Verfahren zur Herstellung von Titan

Info

Publication number: DE974210C
Application number: DEF16158A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Goerrig; Viktor Dr Lwowski; Engelbert Dr Walaschewski
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1954-11-17
Filing date: 1954-11-17
Publication date: 1960-10-20

Description

Verfahren zur Herstellung von Titan Es ist bekannt, Titan aus Titandioxyd dadurch herzustellen, daß man das Oxyd mit Calciumhydrid in Wasserstoffatmosphäre zunächst zu Titan-Wasserstoff-Verbindungen umsetzt und diese nach Isolierung durch Erhitzen in Titan und Wasserstoff aufspaltet. Außerdem ist bekannt, daß der Wasserstoffgehalt der Titan-Wasserstoff-Verbindungen bis zur Zusammensetzung Ti H2 gesteigert werden kann.
Es hat sich nun gezeigt, daß die Eigenschaften der Titan-Wasserstoff-Verbindungen von ihrem Wasserstoffgehalt und ihrer Kristallstruktur abhängen, indem diejenige Titan-Wasserstoff-Verbindung, die röntgenografisch die am deutlichsten ausgeprägte Metallhydridstruktur zeigt, für ihre Weiterverarbeitung optimale Eigenschaften, wie geringe Oxydationsempfindlichkeit und Unlöslichkeit in Mineralsäuren, aufweist. Diese Titan-Wasserstoff-Verbindungen mit besonders ausgeprägter Metallhydridstruktur sind allgemein diejenigen, die bei Raumtemperatur mit Wasserstoff von Atmosphärendruck im Gleichgewicht stehen.
Aus den bei der Reduktion von Titanoxyden mittels Calciumhydrids gebildeten Titan-Wasserstoff-Verbindungen schwankender Zusammensetzung und wechselnder Kristallstruktur können Titan-Wasserstoff-Verbindungen definierter Zusammensetzung und röntgenografisch ausgeprägter Metallhydridstruktur erhalten werden, wenn man die primär entstehenden Reaktionsgemische einige Zeit bei erhöhter Temperatur einer Wasserstoffatmosphäre aussetzt. Dabei erfolgt der Übergang der Titan-Wasserstoff-Verbindungen in solche mit ausgeprägter Metallhydridstruktur um so schneller, je höher die Temperatur ist; doch nimmt anderseits der für diesen Übergang erforderliche Wasserstoffdruck mit steigender Temperatur zu. So kann man die durch Reduktion von Titandioxyd mit Calciumhydrid erhältlichen Reaktionsgemische in Gemische aus Calciumoxyd und Titanhydrid von reproduzierbarer Zusammensetzung und exaktem Kristallaufbau umwandeln, wenn man sie einer der folgenden Kombinationen von Bedingungen unterwirft:

Temperatur: H2-Druck: Zeit:

55o° C i Atm. 8 Stunden

6oo° C 2 Atm. 3 Stunden

700° C 4 Atm. 6o Minuten

c800° C 16 Atm. io Minuten

Diese Befunde bilden die Grundlage für das erfindungsgemäß verbesserte Reduktionsverfahren, nach welchem die bei der Umsetzung von Titandioxyd mit Calciumhydrid entstandenen Reaktionsgemische vor ihrer Weiterverarbeitung auf Metall eine gewisse Zeit bei erhöhter Temperatur einer Wasserstoffatmosphäre in der Weise ausgesetzt werden, daß ihre Abkühlung von ungefähr goo° C an allmählich so erfolgt, daß die Temperatur von 50o° C erst nach 3 Stunden erreicht wird. Das dann erhaltene Gemisch aus Calciumoxyd und Titan-Wasserstoff-Verbindung von reproduzierbarer Zusammensetzung und ausgeprägter Kristallstruktur wird mit wäßriger Säure zerlegt.
Es ist hierbei von besonderem Vorteil, daß das erfindungsgemäß hergestellte Titanhydrid nicht nur in schwachen, sondern auch in starken Säuren, z. B. Salzsäure, unlöslich ist. Es können also zur Abtrennung des Calciumoxyds außer den bisher hierzu gebräuchlichen schwachen Säuren auch starke Säuren verwendet werden. Das bei dieser Säurebehandlung zurückbleibende Titanhydrid zeichnet sich außer durch geringe Oxydationsempfindlichkeit auch noch durch besonders gute Filtrierbarkeit aus, so daß es von der wäßrigen Calciumsalzlösung sehr leicht abzutrennen ist. Das so gewonnene Titanhydrid wird dann in an sich bekannter Weise durch Erhitzen auf hohe Temperatur in Wasserstoff und Titan gespalten, das hinterbleibende feinteilige Titan zu duktilem Metall eingeschmolzen.
Beispiel Durch Reduktion mittels Calciumhvdrids wird nach bekanntem Verfahren Titanmetall hergestellt, welches auf Grund seiner Oxydationsfreudigkeit erfahrungsgemäß mühevoll von Calcium enthaltenden Begleitbestandteilen abtrennbar ist. Die Reaktionsmischung, die laut Rechnung 144 g Titanmetall und 366 g Calciumoxyd sowie die im Calciumhydrid vorher vorhandenen Verunreinigungen enthält, wird nach dem Aufheizen unter Sauerstoffausschluß innerhalb von 3 Stunden von goo auf 5oo° C abgekühlt, wobei während der ganzen Zeit ein Wasserstoffdruck von i Atm. aufrechterhalten wird. Die Trennung des dabei gebildeten Titanhydrids von den übrigen Bestandteilen wird durch Auswaschen mit io°/oiger Salzsäure vorgenommen. Die Verbindung ist nicht nur chemisch resistenter, sondern auf Grund ihrer kristallinen Beschaffenheit auch bedeutend besser filtrierbar als nach dem oben angegebenen Verfahren hergestellte, aber nicht mit Wasserstoff nachbehandelte Metallpulver. Die Röntgenuntersuchung des primär entstandenen Produktes und des mit Wasserstoff nachbehandelten Pulvers ergibt, daß bei letzterem mehr als zwanzig vollkommen scharfe Ti H2 Linien auftreten, während vorher nur zwei äußerst diffuse Linien nachweisbar sind.

Claims

PATENTANSPRÜCCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Titan durch Reduktion von Titanoxyd mittels Calciumhydrids in der Hitze, wobei das entstehende Reaktionsgemisch in einer Wasserstoffatmosphäre abgekühlt wird und das hierbei entstehende Gemisch von Calciumoxyd und Titan-Wasserstoff-Verbindung mit wäßriger Säure zerlegt und die zurückbleibende Titan-Wasserstoff-Verbindung durch Erhitzen auf hohe Temperatur in Titan und Wasserstoff aufgespalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des bei der Reduktion entstandenen Reaktionsgemisches in einer Wasserstoffatmosphäre so gesteuert wird, daß die Temperatur allmählich von etwa goo° C absinkt und erst nach 3 Stunden 500° C erreicht.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegung des Gemisches aus Calciumoxyd und Titan-Wasserstoff-Verbindung von reproduzierbarer Zusammensetzung und ausgeprägter Kristallstruktur mit einer Mineralsäure, z. B. io°/oiger Salzsäure, vorgenommen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 427 338; Gmelins Handbuch der Anorganischen Chemie, Auflage, Bd. Titan, Syst. Nr.41, 195i, S. izg, 205, 2o8 und 2o9.