JPS62256937A - アルカリ金属の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、金属還元剤でアルカリ金属化合物を還元し
てアルカリ金属を製造する方法に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、アルカリ金属の製造方法において、アルカリ
金属化合物を特定の溶媒中で特定の金属粒子により還元
することにより、 アルカリ金属を構造の簡単な反応装置で容易に製造でき
るようにしたものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕特に
金属カリウムの熱化学的製造法は知られている（ドイツ
特許公告第１９３２１２９号）。その際出発化合物とし
てはなかんずくハロゲン化カリウム、炭酸カリウム又は
水酸化カリウムが、また還元剤としては炭素、炭化カル
シウム、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素又はケイ
素鉄が投入される。米国特許第２４８０６５５号から周
知の方法によれば溶融カリウム化合物を金属ナトリウム
で還元して金属カリウムが得られる。この方法では５０
０〜１３００℃の高い温度が必要であり、場合によって
は減圧下で操作することも必要である。溶融プロセスを
伴うかかる方法はエネルギー需要が多い点を別にしても
、機械装備は特殊鋼といった特別の材料も必要である。

本発明は、溶融相条件なしに行われ、簡単に実施できる
アルカリ金属の製造方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

前述目的を達成するため本発明は金属還元剤でアルカリ
金属化合物を還元してアルカリ金属を製造する方法から
出発する。

この種の方法において本発明は、アルカリ金属に対して
不活性な有機溶媒の中で粒子状マグネシウムにより還元
を行うことを特徴とする。

アルカリ金属に対し不活性な有機溶媒として特に炭素原
子８〜２０個が鎖状又は環状に結合した脂肪族又は脂環
式飽和炭化水素、例えばデカン、ウンデカン、ドデカン
及びデカヒドロナフタリン、更にはシェルゾルＴ　（Ｓ
ｈｅｌｌｓｏｌ　Ｔ）、シェルゾルＤ７０灯油（Ｓｈｅ
ｌｌｓｏｌ　０７０　Ｋｅｒｏｓｉｎ）といった沸点範
囲１５０〜２５０℃の市販の特殊ガソリンが挙げられる
。これらの特殊ガソリンは、例えばナフテン５％、ノル
マルパラフィン３％及びイソパラフィン９２％の組成又
はナフテン４０％、ノルマルパラフィン３０％及びイソ
パラフィン３０％の組成を有する。

金属還元剤としてはマグネシウムが使用される。

マグネシウムは望ましくは粒体又は粉体の形で、特にチ
ップの形で投入される。場合によっては水酸化アルカリ
の含水量を多くして系の反応性が高めであるので、この
反応性をマグネシウム金属の粒度又は細度選定時に考慮
しなければならない。

ナトリウム、カリウム、ルビジウム又はセシウムといっ
た目的のアルカリ金属を得るための出発化合物は特にそ
れらの水酸化物又はアルコキシドである。

これらのアルカリ金属化合物の金属への還元は例えば次
の反応式で表すことができる。

２　Ｋ　ＯＲ＋　Ｍ　ｇ−一２に＋Ｍｇ　（ＯＲ）！含
水水酸化物の場合、まずマグネシウムにより脱水（含水
量を多くすると激しく）が起き、水素と水酸化マグネシ
ウム又は、温度を高めると、酸化マグネシウムが生成す
る。

反応は一般に常圧または過圧下で、１００〜３００℃、
好ましくは１５０〜２５０℃の温度範囲で行われ、反応
時間は約１〜８時間である。本発明の方法を実施するた
め水酸化カリウム又はカリウムアルコキシドといった出
発成分が粒子状マグネシウム例えばマグネシウムチップ
と一緒に必要に応じて耐圧設計された反応器に装入され
る。反応器には灯油といった不活性有機溶媒を入れる。

反応器はヒータ、攪拌装置、還流冷却器および不活性ガ
ス供給装置を備えている。

水酸化アルカリを投入する場合、アルコール又はアルコ
ラートを添加して反応を促進するのが望ましいことが判
明した。適当な反応促進剤には炭素原子３〜８個を有す
アルコール、例えばプロパツール、ブタノール、ペンタ
ノール、特に第三ブタノール及び第三ペンタノール又は
それら対応アルカリ金属アルコラートが主として挙げら
れる。

反応混合物は不活性溶媒中に分散され、分散液の固形物
含量は約２０〜２５重量％である。アルカリ金属化合物
と金属マグネシウムとは等モル量投入されるゆ反応促進
剤を使用する場合には、その量は水酸化アルカリの量の
約５〜１０モル％である。

得られたアルカリ金属の分離は蒸留、濾過１．又は適当
な密度を有する溶媒による重力分離といった既知の方法
により行うことができる。

本発明の方法の利点は、比較的低い温度でアルカリ金属
を容易に製造できること及び使用材料に関しても腐食の
問題の回避に関しても反応器を簡単な構造にできること
である。

以下実施例によって本発明を更に説明する。

大施斑上 水酸化カリウムからの金属カリウムの製造：この実施例
では別のアルカリ金属の製造にも適用できる一般的な手
順と実験装置とによって金属カリウムの製造を説明する
。

１１の四ロフラスコにマグネシウムチップ３１．１ｇ　
（１，２７８モ、＋ｔｚ）　、水酸化カリウム６１．２
ｇ　＜ＫＯＨｌ　、　０００モル、Ｈ２Ｏ０，２７８モ
ル）及びシェルゾル０７０５００ｍｌを入れ、加熱して
沸騰させた。約１００〜１３０℃で激しくＯＸが発生し
た（最高約１１／分）。１時間で２７８ミリモルのＨ２
が発生し、終り頃ガス発生の著しい減少が見られた。

次に、６ｇのシェルゾル０７０に溶かした第三ブチルア
ルコール６．０ｇ（８０ミリモル）を沸騰温度（約２０
０℃）で３０分間かけてゆっくり滴下した。Ｈ２が８０
ミリモル発生した。常時沸騰させなからＨ２の発生（合
計４６０ミリモル）とカリウムの生成とをｍ続させ、約
４時間後に、終了させた。

次いで、攪拌しながら７０℃まで冷却し、攪拌機を停め
てアルゴン雰囲気中で冷却した。冷却した無色の反応溶
液中で白色酸化マグネシウムと金属カリウムの塊とが底
に沈殿した。次いで溶媒を減圧（ｐ＝１トル）蒸留する
か又は濾別した。

次に、残留物に室温で２００ｍＩ２の１．４−ジオキサ
ンを加え、６０〜１００℃に加熱した。その結果、カリ
ウムが浮遊し、これを攪拌により適当な大きさの球体に
粉砕した。所望の球体になったら攪拌機を停めて冷却を
行った。次に反応混合物を分離槽に移し、ジオキサンで
再洗浄した。酸化マグネシウムの沈殿後、流出操作によ
りカリウムを酸化マグネシウム及びジオキサンから分離
した。次にカリウムを濾過パッド上で溶融し、わずかな
減圧下でフラスコ内に吸引した。理論値の８７％に相当
す３４．０　ｇの収量で銀光沢をしたカリウムが得られ
た。

ジオキサン／酸化マグネシウム懸濁液は室温でガラスフ
ィルタを通して濾過し、残留物（Ｍ　ｇ　Ｏ）は室温で
真空乾燥させた。ジオキサンは濾液から蒸留により定量
的に回収した。第三ブチルアルコールの反応により生成
したカリウム第三ブチラードが残留物として残った。

尖詣拠主 水酸化ナトリウムからの金属ナトリウムの製造：反応器
内で実施例１と同様に、３１４ｇのシェルゾル０７０中
で水酸化ナトリウム４０．９　ｇ　（１，０２３モル）
、マグネシウムチップ２５．２　ｇ　（１，０３７モル
）及びナトリウム第三ブチラー）９．７　ｇ（０，１０
１モル）を沸騰温度（２１０℃）で攪拌しながら１５時
間反応させた。次に溶媒を真空蒸留しく１２０℃、２０
ミリバール）、定量的に回収した。残留物にジオキサン
３５０ｇを加え、攪拌しながら沸騰温度に加熱した。ナ
トリウムが所望の粒度になったら攪拌機を停め、分散液
を冷却し、浮遊ナトリウム金属をすくい取った。収量は
１９．８　ｇ　（理論値の８４％）であった。

叉扇■ユ カリウムアルコラートからの金属カリウムの製造： 実施例１に記載の反応器内でカリウム第三アミラー）７
４．８　ｇ　（０，５９モル）、マグネシウムチップ７
．３　ｇ（０，３モル）及びジオキサン４００ｍ１の混
合物を攪拌しながら１５０″Ｃで３時間加熱した。

この反応混合物を冷却してカリウム１５．１　ｇ　（０
，３８モル）の沈殿塊を得た。収率は６５．５％であっ
た。

尖詣斑土 ナトリウムアルコラートからの金属ナトリウムの製造： 実施例１に記載の反応器内でカリウム第三ブチラード１
９．２４　ｇ（２００ミリモル）、マグネシウムチップ
２．４８　ｇ　（１０２ミリモル）及びシェルゾルＤ７
０１５０ｍＪの混合物を攪拌下に還流条件下で１．５時
間反応させた。

反応混合物を冷却し、マグネシウムを含むナトリウム沈
殿塊を取り出し、精製のため１００℃でガラスフィルタ
を通して濾過した。ナトリウムの収量は１．２ｇ（理論
値の２５％）であった。

失上伍工 水酸化セシウムからの金属セシウムの製造：実施例１と
同じ反応器および手順によって水酸化セシウム３２．５
　ｇ　（２１７ミリモル）、マグネシウムチップ５．４
　　ｇ　（２２０ミリモル）及びウンデカン３００ｍ１
の混合物を攪拌しながら沸騰温度（１９６℃）に加熱し
た。次に第三ブタノール１．６　ｇ　（２２モル）をウ
ンデカンに溶かした溶液を２５分間かけ°　て滴下させ
、更に１３時間還流冷却しながら加熱した（Ｈ，の発生
１２２ミリモル）。セシウムの融点以下の温度に冷却し
た後、反応混合物を目の粗いふるいにかけ、銀光沢をし
たセシウム沈殿塊を酸化マグネシウムから分離した。溶
融セシウムをガラスフィルタで濾過した後、理論値の３
９％に相当する１１．２ｇの収量で純金属が得られた。

大立週エ セシウムアルコキシドからの金属セシウムの製造： 実施例１に記載の反応器内で水酸化セシウム６９．６ｇ
　（ＣｓＯＨ４３３ミリモル、Ｈ，０１７６ミリモル）
をマグネシウムチップ１８．０　ｇ　（７４１ミリモル
）とともに３００ｍＡのドデカン中で攪拌しながら沸騰
温度（２１６°Ｃ）で１．５時間加熱した。脱水作用に
より発生するＨ２は１８０ミリモルであった。次に第三
ブタノール３３．０　ｇ　（４５５ミリモル）とドデカ
ン５０ｍ１との混合物を２時間かけて滴下させ、その後
更に１時間沸騰温度に保った。その際セシウム第三ブチ
ラードの生成により発生するＨｚＷｔは４４０ミリモル
であった。この反応混合物、つまり灰色の懸濁液は銀光
沢をしたセシウム小球を含んでいた。この小球はセシウ
ム第三ブチラードが過剰の金属マグネシウム（１２２ミ
リモル）と反応して生成したものである。約２０℃に冷
却した反応混合物をふるいにかけ、金属セシウムを分離
した。

収量は１１．７ｇ　（８８ミリモル）で理論値の３６％
であった。ふるい濾過の濾液をガラスフィルタで濾過し
、残留物をテトラヒドロフランで数回洗浄した。セシウ
ムブチラード２フロミリモルとマグネシウムブチラード
８４ミリモルとを含むこの濾液から、テトラヒドロフラ
ン−トルエン混合物により再結晶化を行って純セシウム
ブチラードを得ることができた。

本発明は次のように要約することができる。

金属還元剤でアルカリ金属化合物を還元してアルカリ金
属を製造する方法において、簡単に製造すること及び腐
食の問題を回避することを目的にアルカリ金属に対して
不活性な有機溶媒中で粒子状マグネシウムにより還元が
行われる。反応は１００〜３００″Ｃの温度で行われる
。本方法の１態様によれば、反応促進剤としてのアルコ
ールの存在下で還元を行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、アルカリ金属を比較的低温で容易に製
造することができ、また使用される反応装置は、使用材
料に関しても腐食の問題の回避に関しても簡単な構造に
することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属還元剤でアルカリ金属化合物を還元してアルカ
   リ金属を製造する方法において、アルカリ金属に対して
   不活性な有機溶媒の中で粒子状マグネシウムにより還元
   を行うことを特徴とする方法。 ２、反応促進剤としての、炭素原子３〜８個を有するア
   ルコール又はそのアルカリ金属アルコラートの存在下で
   還元を行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ３、不活性有機溶媒として炭素原子８〜２０個を有する
   脂肪族又は脂環式飽和炭化水素を使用することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４、還元を１００〜３００℃、好ましくは１５０〜２５
   ０℃の温度で行うことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項〜第３項のいずれか一項記載の方法。