SE465728B - Saett att reducera zirkonium-, hafnium- eller titanklorid till metallisk form - Google Patents

Description

465 728 2 klorid senare avlägsnas från produktmetallen, den senare smälter för bildande av en göt av produktmetallen, kännetecknat av att detta kloridskikt har ett övre smält parti och ett undre, intill ett kylmedel beläget fast parti och upprätthåller en vätsketät tillslutning vid kärlets botten; åstadkommer ett skikt av smält magnesium ovanpå kloridskiktet; inför klorid av produkt- metallen i gasform ovanför magnesiumskiktet och därmed åstadkommer en reaktion vid vilken partiklar av produktmetall bildas, vilka sjunker genom den smälta kloriden och samlas ovanpå det fasta kloridpartiet utmatar en undre del av den fasta kloriden ur kärlet varigenom en del av den smälta kloriden kommer att vara belägen intill nämnda kylmedel så att denna del av den smälta kloriden stelnar och upprätthåller tätning vid kärlets botten, samtidigt som partiklar av produktmetallen uppfångas inom den stelnade kloriden och senare kan avlägsnas ur kärlet tillsammans med stelnad klorid.

Som nämnts ovan har processer för reducering av zirkonium-, hafnium- eller titanklorider till motsvarande metaller varit processer av satstyp. Detta beror till stor del på svårigheten att avlägsna produktmetallen under förloppet av reduktionen. Ehuru halvkontinuerliga processer föreslagits (se exempelvis SLE. Mauser, "Production of Zirconium by the Semicontinuous Reactor Process" Rl5759, U.S. Bureau of Mines, 1961; eller W.W. Dunham, Jr., och R.D. Toomey, Journal of Metals, volume ll, nr. 7, July 1959 pp 438-440), har de kommersiella processerna fortsättningsvis varit av satstyp.

Denna uppfinning möjliggör att produktmetallen kan tas ut åtminstone periodiskt medan reduktionsprocessen fortsätter, samtidigt som dessutom företrädesvis produktmetallen kan överföras till götform.

Det rör sig sålunda här om ett sätt att reducera klorid av zirkonium, hafnium eller titan så att man får motsvarande metall i en process som kan fortgå kontinuerligt under praktisk utmatning av produktmetallen ur reaktionskärlet.

För närmare förståelse av uppfinningen beskrivs den ytterligare i det följande i anslutning till på de bifogade ritningarna visade utföringsexem- pel vid användning av magnesium som reducerande metall, varvid: fig. l är ett schematiskt tvärsnitt genom en reduktionsanläggning avsedd för användning vid ett första utförande av sättet enligt uppfinningen; fig. 2 är ett schematiskt tvärsnitt genom en reduktionsanläggning avsedd för genomförandet av sättet enligt uppfinningen i ett andra utförande; och fig. 3 är ett schematiskt tvärsnitt genom en elektronstrâlesmält- ugn. 465 728 3 Fig. 1 visar en reduktionsanläggning i vilken zirkoniumtetraklorid- partiklar 10 sublimeras i en sublimerare 12 och zirkoniumtetrakloridånga 14 tillförs ett reduktionskärl 16, där ångan kommer i beröring och reagerar med ett skikt smält magnesium 18, varvid det bildas zirkoniumpartiklar 20 som sjunker genom det smälta magnesiumskiktet 18, genom den smälta magnesiumkloriden 22 och hamnar ovanpå övre ytan 24 av magnesium- kloridens fasta parti 26. I fortvarighetstillstånd ingår zirkonium i magnesium- kloridens fasta parti 26 i en matris av magnesiumklorid och magnesium, Detta fasta parti 26 bildar en tillslutning vid kärlets 16 botten. Magnesium- kloridens undre parti 26 hålls i fast tillstånd av kylmedel 28, exempelvis en vattenmantel. För långsam utdragning av en del av det fasta materialet (zirkonium i en magnesiumkloridmatris) ur kärlet 16 förefinns utmatnings- organ 30. Fig. 1 visar ett kärl med ett avsmalnande parti 32 utmed vilket zirkoniumpartiklarna 20 kan glida ner till gränsytan mellan smält och fast magnesiumklorid. En del av ett undre cylindriskt parti 24 sträcker sig upp ovanför kylmedlet 28 och bibringar magnesiumkloridens fasta parti 26 en cylindrisk form.

Fig. 2 visar en reduktionsanläggning anpassad för användning vid kontinuerlig produktion. Man använder en första sublimerare 36 och en andra sublimerare 38, så att den ena kan fyllas på nytt medan den andra matar kärlet 16. För åtminstone periodisk (och eventuellt kontinuerlig) inmatning av reducerande metall (t.ex. magnesium eller eventuellt natrium) i kärlet 16 förefinns inmatningsorgan 40. Avtappningsorgan 42 används för åtminstone periodisk (och eventuellt kontinuerlig) utmatning av en klorid av reducerande metall (t.ex. magnesiumklorid, men eventuellt natriumklorid) ur kärlet 16.

F öreträdesvis hålls nivåerna hos den reducerande metallen 46, smält klorid av den reducerande metallen 48 och fast klorid av reducerande metallen 50 förhållandevis konstanta.

Fig. 3 visar schematiskt en elektronstrålugn för framställning av ett göt av förhållandevis rent produktmaterial. Ehuru en dylik ugn skulle kunna användas direkt på den bildade stången (av zirkonium i en matris av magnesiumklorid och magnesium) och sålunda avlägsna en förhållandevis stor mängd magnesiumklorid och kvarvarande magnesium i ett kombinerat destil- lations-smältnings-steg, genomförs företrädesvis destillationssteget separat före behandlingen i elektronstrålugn. Med hänvisning igen till fig. 2 framgår av denna att stången som kommer att skjuta ut alltmer vid kärlets 16 botten vid lämpligt tillfälle kan kapas av och tas bort, varefter utdragningsmekanis- men 30 återställs och fästs vid karvarande fast parti 50. Detta stycke kan 465 728 4 därefter destilleras i en destillationsugn som förångar magnesiumkloriden och avdestillerar kvarvarande magnesium, så att man får en konsolidering av zirkoniumpartiklarna i en i stort sett cylindrisk form. Fig. 3 visar den cylinder 54 som skall smältas i läge ovanför ett bad av renad produktmetall 56. Badet 56 smälts med en elektronstrålkanon 58. Smältningen företas förhållandevis långsamt så att föroreningar som nått badet får tid att förångas från dess yta. En kylmantel 60 är anordnad för att överföra det renade materialet till fast form, så att man får ett göt 62 av renat material.

En utmatningsmekanism 64 är fäst undertill på götet 62. Föroreningsångor av kvarvarande magnesiumklorid avlägsnas genom kondenseringsorgan 70.

Kammaren 66 hålls under ett mycket lågt tryck med en vakuumalstrare 72.

Ehuru både destillationen och smältningen till ett göt kan genom- föras i en elektronstrålugn är det lämpligare att genomföra destillations-sint- rings-behandlingen före smältningen. När magnesiumkloriden och kvarvaran- de magnesium avdestillerats, sintrar de förhållandevis rena zirkonium- partiklarna. Det bör nämnas att denna behandling ger ett förhållandevis poröst material som inte ger någon tätning vid sina (i typfallet cylindriska) sidor, varför det finns en materialmatningskammare 74 med en tätning 76, som tätar mot en matarstång 78. Cylindern av det porösa produktmaterialet 54 är sålunda fäst vid matarstången 78, vilken i sin tur är kopplad till en matningsmekanism 80. Den porösa cylindern 54 matas långsamt av matnings- mekanismen 80 ner till ett läge där dess undre ända smälts i hettan från badet 56.

Företrädesvis destilleras stången i en av produktmetallen (t.ex. zirkoníum) utförd form med ett utförande lämpat att utgöra "elektrod" för elektronstrål- eller vakuumbågsmältning. Partiklarna hålls ihop mot varandra och mot formen. öppningar förefinns upptill och nedtill (och företrädesvis även genom de i typfallet cylíndriska sidorna) så att magnesiet kan avdestil- lera och magnesiumkloriden avrinna. Som åtminstone i allmänhet varande utförd av produktmetall (eventuellt inklusive legeringselement) kan formen smältas tillsammans med partiklarna när den av produktmaterial bildade cylindern smälts i elektronstråle eller vakuumbåge. Eftersom "cylindern" är förhållandevis porös bör matarstång och tätning användas som här beskrivet.

Ehuru exemplen illustrerar uppfinningen med zirkonium, magnesium och magnesiumklorid, är det klart att hafnium eller titan kan behandlas på liknande sätt och att natrium kan ersätta magnesium, varvid det istället för magnesiumklorid bildas natriumklorid. f: 465 728 5 Det bör också framhållas att stången efter destillation är i svampartad form och kan krossas och behandlas enligt konventionella kom- mersiella metoder (t.ex. pressas till skivor som hopsvetsas så att man får en elektrod och därefter vakuumbâgsmälts).

Dessutom kan destillationen genomföras så att partiklarna av produktmaterialet avsätts i en icke-cylindrisk form. Detta kan vara speciellt lämpligt om materialet skall valsas till en vakuumbågsmältelektrod i form av en stång som beskrivet i US-patentansökningen Ser. nr. 541 #04 (Weber), inlämnad 1983-10-13.

Ehuru även andra former än cylindrisk kan användas vid botten av reduceringskärlet 16 (t.ex. kvadratisk tvärsektion) är cylindrisk form med cirkulärt tvärsnitt att föredra. 465 728 6 Identifiering av på ritningarna använda referensbeteckningar Benämning i BEL ägg 1:a sublimerar-'e 36 2 2:a sublímerare 38 2 ínmatningsorgan 40 2 avtappningsorgan 42 2 kondenseringsorgan 70 3 vakuumalstrare 72 3 matningsmekanism 80 3

Claims (6)

ä 4 6 5 7 2 8 PATENTKRAV

1. l. Sätt att reducera en klorid av zirkonium, hafnium eller titan med magnesium för framställning av en produktmetall i ett kärl i närvaro av ett skikt av magnesiumklorid, varvid nämnda magnesium och/eller magnesium- klorid senare avlägsnas från produktmetallen, den senare smälter för bildande av en göt av produktmetallen, k ä n n e t e c k n a t av att detta kloridskikt har ett övre smält parti och ett undre, intill ett kylmedel beläget fast parti och upprätthåller en vätsketät tillslutning vid kärlets botten; åstadkommer ett skikt av smält magnesium ovanpå kloridskiktet; inför klorid av produkt- metallen i gasform ovanför magnesiumskiktet och därmed åstadkommer en reaktion vid vilken partiklar av produktmetall bildas; vilka sjunker genom den smälta kloriden och samlas ovanpå det fasta kloridpartiet utmatar en undre del av den fasta kloriden ur kärlet varigenom en del av den smälta kloriden kommer att vara belägen intill nämnda kylmedel så att denna del av den smälta kloriden stelnar och upprätthåller tätning vidlkärlets botten, samtidigt som partiklar,av produktmetallen uppfångas inom den stelnade kloriden och senare kan avlägsnas ur kärlet tillsammans med stelnad klorid.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att magnesium åtminstone periodiskt sätts till kärlet och att klorid av denna metall åtminstone periodiskt utmatas från kärlet, varigenom sättet blir ett konti- nuerligt dylikt.

3. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att den magnesium- klorid innehållande produktmetallen placeras i en av produktmetallen utförd form när den destilleras för avlägsnande av magnesiumklorid och magnesium.

4. Sätt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att formen är cylindrisk och väsentligen har formen av ett matningsgöt för en elektron- strålsmältugn så att de samlade metallpartiklarna efter destillation och den dessa partiklar innehållande formen kan smältas direkt i en elektronstrål- smältugn. "

5. Sätt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att formen är cylindrisk och väsentligen har formen av en vakuumbågsmältugn, så att de samlade metallpartiklarna efter destillation och den dessa partiklar innehål- lande formen kan direkt smältas i en vakuumbågsmältugn. 465 728 V y

6. Sätt enligt något av kraven l till 5, k ä n n e t e c k n a t av att den magnesïumhaltiga produktmetallen destilleras på en smältdegel och de samlade partiklarna valsas för framställning av en stång för vakuumbågsmält- ning.