PL34031B1 - Sposób wytwarzania proszków metali albo stopów metali, np. zelaza, niklu, chromu i miedzi - Google Patents

Description

Jak wiadomo, proszki metalowe, a zwlaszcza proszek zelazny, wytwarza sie na duza skale przez rozcieranie w mlynach kulowych albo w wirowych mlynach udarowych zelaza, otrzyma¬ nego na drodze elektrolitycznej.Wada sposobu wymienionego polega na tym, ze material czesci tracych mlynów, wykonanych z twardych stopów albo z twardych mas ceramicz¬ nych takich, jak porcelana, dostaje sie przy tym do proszku metalowego. - Wad tych unika sie, wytwarzajac proszek sposobem wedlug wynalazku. Sposób ten polega na tym, ze przy uzyciu anod z metalu, przezna¬ czonego do sproszkowania, przeprowadza sie elektrolize w stopionej soli albo w bezwodnym roztworze soli metalu albo rodnika mniej szla¬ chetnego od metalu anody.Metale, jak równiez stopy metali, stosowane jako material poczatkowy, moga byc czyste lub zanieczyszczone. Korzystnie jest, jesli i katoda jest wykonana takze z metalu albo ze stopu me¬ talu, przeznaczonego do sproszkowania.Jezeli np. poddaje sie elekrolizie sól kuchenna przy uzyciu .anody zelaznej, to na katodzie pow¬ staje sód, a.w stopionej masie — chlorki zelaza, które przy katodzie reaguja z. sodem, wskutek czego tworzy sie zelazo w postaci sproszkowanej i odtwarza sie z powrotem sól kuchenna.Elektrolize wykonywa sie celowo w przestrze¬ ni zamknietej, wypelnionej gazem obojetnym al¬ bo redukujacym, np. wodorem. Zwlaszcza, jezeli elektroliza zachodzi w wysokiej temperaturze, nalezy ja prowadzic w podwójnosciennym i (al¬ bo) podwójnodennym naczyniu metalowym, w którym przestrzen pomiedzy sciankami albo dna¬ mi jest wypelniona gazem ^edukujacym. Takie urzadzenie zapobiega przenikaniu tlenu do ko¬ mory elektrolitycznej. Naczynie wewnetrzne jest wykonane przy tym z metalu, przeznaczonego da przeprowadzenia w postac proszku, albo jest po-wleczone tym metalem. Jesli proszkuje sie stop, naczynie do elektrolizy- wykonywa sie z metalu sta¬ nowiacego skladnik najbardziej szlachetny tego stopu.Naczynie, w którym wykonywana jest elektro¬ liza, moze byc polaczone z katoda albo moze slu¬ zyc jako katoda.Jako elektrolit stosuje sie stopiona sól albo bezwodny roztwór soli, zawierajacej, jako sklad¬ nik elektrododatni, metal albo kilka metali lub rodników mniej szlachetnych niz metal, przezna¬ czony do sproszkowania. Jako skladnik elektro- ujemny stosuje sie np. chlorowiec albo rodnik za¬ wierajacy chlorowiec.Jako metal mniej szlachetny w przypadku wytwarzania proszku zelaznego albo proszku z metalu o takim samym cieple tworzenia jego zwiazków z chlorowcem stosuje sie potas, sód, bar, wapn albo magnez, a jako skladnik elektro- ujemny — fluor, chlor albo brom albo tez elek- troujemny rodnik, np. SiFa albo BFi.Te sole elektrolitowe, które zawieraja metal mniej szlachetny lub rodnik bardziej elektrodo¬ datni niz metal, przeznaczony do sproszkowania, moga równiez wystepowac w róznych stopniach nasycenia, waYunki jednak musza byc tak dobra¬ ne, zeby sole te nie ulegaly czesciowej redukcji dzialaniem metalu, przeznaczonego do sproszko¬ wania, oraz zeby powstajaca podczas elektrolizy sól o malym stezeniu nie ulegala utlenianiu, wskutek czego stezenie jonów metalu przezna¬ czonego do sproszkowania byloby niekorzystne % do wytwarzania proszku lub wytworzony proszek ulegalby utlenianiu. Jako przyklad zwiazku od¬ powiadajacego tym wymogom mozna podac trój¬ chlorek wanadu, gdy anoda jest wykonana ze srebra i elektroliza odbywa sie bez dostepu po¬ wietrza. Podczas - elektrolizy VCh powstaje na katodzie wanad metaliczny a VCh redukuje sie na VCU. VCh redukuje AgCl do Ag, dzieki cze¬ mu odtwarza sie z powrotem VCh. Natomiast nie mozna stosowac do elektrolizy ani VCh ani i VCh, poniewaz srebro redukuje te zawiazki na VCh, skutkiem czego nie wypada z roztworu ja¬ ko proszek.Aby uniknac zanieczyszczenia proszku meta¬ lowego, siarka i fosforem, najlepiej jest stoso¬ wac sole czyste.Aby móc\w ogóle uniknac zanieczyszczen, do¬ brze jest zarówno anode jak i katode wykony¬ wac z czystych metali lub stopów metali, które maja byc sproszkowane, np. przy wytwarzaniu proszku zelaznego — najlepiej z zelaza otrzyma¬ nego na drodze elektrolitycznej. Ewentualna za¬ wartosc wodoru w zelazie nie stanowi tu niedo¬ godnosci, poniewaz wodór uwalnia sie przy elek¬ trolizie.Zwykle zbyteczne jest stosowanie przegrody przy elektrolizie. Mozna jednak stosowac prze¬ grode, jezeli jest ona dostatecznie porowata.Zwlaszcza przy wytwarzaniu czystych proszków z metali zanieczyszczonych dobrze jest oddzielic przegroda anode od katody. Jezeli metal anody zawiera wegiel, to przegroda moze sluzyc do za¬ trzymywania wegla.Aby zapobiec porywaniu tlenków przez pro¬ szek, a takze zeby zapobiec powstawaniu grub¬ szego proszku metalu, wazna jest rzecza, aby anoda, katoda, naczynie elektrolityczne oraz ele¬ ktrolity byly wolne odi tlenków lub innych zwiaz¬ ków utleniajacych,"wobec czego nalezy uprzednio wyprazyc naczynie i elektrody w atmosferze wo¬ doru.Dalsze zabiegi, zapobiegajace utlenianiu * proszku, polegaja na tym, ze do elektrolitów do¬ daje sie ay postaci metalicznej metalu albo kilku metali mniej szlachetnych niz metal, przeznaczo¬ ny do sproszkowania, dzieki czemu usuwa sie teoretycznie wszelkie mozliwosci utleniania prosz¬ ku podczas jego wytwarzania. Jako takie metale mozna wymienic Na, K, Li, Rp, Ca, Ba, Sr. Tak wiec na przyklad mozna dodawac-^odu metalicz¬ nego, aby zredukowac tlenki, zwlaszcza przy wy¬ twarzaniu stopów, zawierajacych chrom, man¬ gan i inne metale, których tlenki wykazuja wyz¬ sze cieplo^ tworzenia sie niz tlenki zelaza. Na ogól wystarcza zwykle wodór. Ca nadaje sie do wy¬ twarzania stopów zawierajacych Al; Ba i Sr — do stopów zawierajacych Cr i Mn; K i Rb tylko do stopów zawierajacych Fe i Ni, zas Li i Na — , do stopów zawierajacych Cr i Mn. Te metale nie stapiaja sie z zelazem.Sód jest latwotopliwy i latwolotny i praca z tym metalem jest polaczona z trudnosciami. Za¬ miast sodu mozna niekiedy stosowac mieszanine bezwodnego wodorotlenku sodowego i proszku magnezowego. Podczas stapiania wodorotlenku sodowego powstaje zarówno wodór, jak i sód me¬ taliczny.Do roztopionej soli mozna dodawac równiez potasu metalicznego, magnezu albo mieszaniny fluorku potasu i glinu metalicznego (6KF-\-Al= = 3K -\- KsAlFs), z mieszaniny tej uwalnia sie potas.Jezeli dodawane metale, np. latwotopliwe me¬ tale jak potas, sód i magnez, maja tak maly cie¬ zar wlasciwy, iz plywaja po powierzchni soli roz¬ topionej, to moze nastapic zwarcie elektryczne.Aby tego uniknac, mozna metale dodawane trzy¬ mac oddzielone od roztopionej soli. W tym celu mozna zastosowac oddzielne naczynia w posta¬ ci rur, które siegaja w glab roztopionej soli i wystaja nad jej powierzchnie. Rury te sa od do¬ lu zamkniete i posiadaja ponad powierzchnia so-li otwór, którego wielkosc mozna regulowac za¬ worem. Metale zapobiegajace utlenianiu, wpro¬ wadza sie do rur. Podczas elektrolizy pary me¬ talu, powstajace w rurze, uchodza przez otwór, polozony ponad powierzchnia roztopionej soli, do przestrzeni znajdujacej sie powyzej powierzchni soli i zapobiegaja w ten sposób .wszelkiemu utle¬ nianiu proszku. W razie potrzeby mozna zasto¬ sowac urzadzenia do wprowadzania do rur np. wodoru, w celu ulatwienia uchodzenia par meta¬ lowych z rur. Podczas otwierania naczynia elek¬ trolitycznego otwory w rurach zamyka^ sie zawo¬ rami tak, iz metal w rurach zabezpieczony zosta¬ je od dostepu powietrza zewnetrznego. Przez dlu- . gotrwale przepuszczanie w naczyniu elektroli¬ tycznym' wodoru mozna z cala pewnoscia zapo¬ biec utlenianiu wytwarzanego proszku metalo¬ wego.Rury zawierajace metale dodawane moga slu¬ zyc jednoczesnie jako katody i moga byc osadzo¬ ne w sposób wymienny. Nadaja sie one szczegól¬ nie w przepadku dodawania sodu, potasu i litu w postaci metali czystych albo tez w postaci che¬ micznych zwiazków zmieszanych z metalami dzia¬ lajacymi redukujaco. ' Natezenie pradu przy katodzie powinno wy¬ nosic 12w— 120 A/dm*. Wydajnosc otrzymana t podczas prób, wynosila w przyblizeniu 1 g zela¬ za (A)godz.Okazalo sie, zwlaszcza przy wytwarzaniu proszku zelaza, ze przy stosowaniu anod z ze¬ laza, otrzymanego na drodze elektrolitycznej, do-, brze jest utrzymywac przestrzen ponizej elektrod w temperaturze nizszej niz temperatura strefy naprzeciwko elektrod, azeby zapobiec spiekaniu sie powstalego proszku. Korzystnie stosuje sie przy tym kapiel o niskiej temperaturze topnie¬ nia o skladzie KBr -\- NaCl j+ BaCh, przy czym przez odpowiednie wydluzenie naczynia elektroli¬ tycznego ponizej elektrod mozna osiagnac wszel¬ ka dowolna róznice temperatury pomiedzy stre¬ fa elektrolizy a przestrzenia w poblizu dna.Grubszy proszek otrzymuje sie, jezeli do soli stopionej dodaje sie soli chlorowcowych, zwlasz¬ cza fluorkaw, metalu albo metali anody, korzysz nie zmieszanych z fluorkami potasowców.Przez zastosowanie .kilku anod z róznych me¬ tali i;akich, jak zelazo, chrom i nikiel, otrzymuje sie, stosujac odpowiednie gestosci pradu na róz¬ nych anodach, stop, np. ze stali nierdzewnej w postaci proszku osadzonego na katodzie. Zamiast kilku anod z róznych metali mozna równiez sto¬ sowac jedna tylko anode ze stopu i takze w tym przypadku otrzymac stop w postaci groszku. Za- * leznie od okolicznoscia mozna stosowac a*node z -dwu lub wiekszej liczby metali.Sposób wedlug wynalazku szczególnie nadaje * — 3 sie do wytwarzania proszku zelaznego,, proszku ze stali chromowej oraz proszku ze stali nie¬ rdzewnej. Moze jednak z powodzeniem byc sto¬ sowany do wytwarzania proszku innych metali, np. do wytwarzania proszku niklowego, chromo¬ wego i miedzianego.W -celu wyjasnienia sposobu wedlug wynalaz¬ ku opisano ponizej otrzymywanie proszku zela¬ za przez elektrolize soli roztopionej.Podwój noscienne i podwójnodenne naczynie elektrolityczne napelnia sie mieszanina chlorku potasowego i chlorku sodowego. Mieszanine, te topi sie a naczynie przykrywa sie szczelnie przy¬ legajaca pokrywa. W pokrywie osadzone sa rur¬ ki przewodowe do elektrod oraz rurki doplywowe, lub rurki odplywowe do gazu. Elektrody umieszcza sie mozliwie blisko siebie. Produkty rozkladu, powstajace podczas elektrolizy, reagu¬ ja ze soba w soli roztopionej w ten sposób, iz na katodzie osadza sie zelazo w postaci gabki albo proszku. Nastepnie rozdrabnia sie to zelazo przy czym zaleznie od twardosci metalu mniejsza lub wieksza czesc powstalego zelaza w postaci gabki albo proszku opada na dno naczynia- elektroli¬ tycznego.Zaleznie od tego, czy na katodzie osadza sie metal w postaci gabki czy proszku, aby unik- Jiac zwarcia produkt ten zeskrobuje sie. Mozna to osiagnac albo za pomoca skrobaczki urucho-, mianej od zewnatrz i wprowadzonej do naczynia elektrolitycznego z zastosowaniem uszczelnienia, • albo przez zastosowanie katod obrotowych, wspól¬ dzialajacych z urzadzeniem do zeskrobywania.Przed elektroliza usuwa sie z naczynia elek¬ trolitycznego za pomoca strumienia wodoru po¬ wietrze, aby zapobiec utlenieniu proszku orafc utlenieniu aparatury, sluzacej do zapobiegania powstawaniu grubego proszku. PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania proszków metali albo stopów metali, np. zelaza, niklu, chromu i mie¬ dzi, znamienny tym, ze przeprowadza sie elek¬ trolize stosujac anode z metalu majacego byc sproszkowanym, jako zas elektrolit — stop soli metalu mniej szlachetnego niz metal prze¬ znaczony do sproszkowania. - • '
2. 2. Odmiana sposobu wedlug zastrz. 1, znamien- , na tym, ze przeprowadza sie elektrolize w bez¬ wodnym roztworze soli w sklad której wcho¬ dzi metal albo rodnik mniej szlachetny niz metal' przeznaczony do sproszkowania.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym,-ze . jako elektrolit stosuje sie roztopiona sól chlo¬ rowcowa, korzystnie chlorek potasowca.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 — 3, znamienny tym, ze elektrolize przeprowadza sie w elektrolicie AV PL