CH312300A - Verfahren zur Herstellung von Titan. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von Titan.    Es ist bekannt, dass metallisches Titan  durch Elektrolyse einer Salzschmelze, etwa  von wasserfreiem     Calciumchlorid,    die gelöstes  oder suspendiertes     Titandioxyd    enthält, her  gestellt werden kann. Bei diesem Verfahren       :fällt    das Titan gewöhnlich in     Form    eines  durch die ganze Schmelze gleichmässig verteil  ten Pulvers an, das nicht auf kontinuierlichem  Wege abgetrennt werden kann. Es wird also  in einzelnen Ansätzen gearbeitet. Wenn der       Titangehalt    der Schmelze genügend hoch ge  worden ist, unterbricht man die Elektrolyse,  lässt die Schmelze abkühlen und gewinnt das  Titan durch Auflösen der Salze in Wasser.  



  Es wurde nun gefunden, dass sich die  Gewinnung von Titan durch Elektrolyse einer  in einer Salzschmelze enthaltenen     Titanverbin-          dung    kontinuierlich durchführen lässt, wenn  die Salzschmelze in Berührung mit einem ge  schmolzenen Metall steht, in dem sich das  Titan bei der     Elektrolysentemperatur    auflöst.  



  Die vorliegende Erfindung betrifft somit  ein Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung  von metallischem Titan aus einer eine Titan  verbindung gelöst oder suspendiert enthalten  den Salzschmelze, welches dadurch gekenn  zeichnet ist, dass in der     Elektrölysenzelle    ein  mit der Schmelze in Berührung stehendes ge  schmolzenes Metall vorhanden ist, das bei der       Elektrolysentemperatur    das Titan aufzulösen  vermag, und dass die gebildete     Titan-Metall-          Lösung    aus der Zelle abgelassen und das Titan  daraus gewonnen wird.    Das zum Auflösen des Titans verwendete  Metall wird mit Vorteil gleichzeitig als Ka  thode verwendet (die folgenden Angaben be  ziehen sich ausschliesslich auf diesen Fall).  



  Die anzuwendende Arbeitstemperatur ist  von verschiedenen Faktoren     abhängig,    so von  den     Erstarrungs-    und Siedepunkten der ver  wendeten Salze, dem Schmelz- und     Siedepunkt     des     Kathodenmetalles    und von der Löslichkeit  des Titans in diesem Metall. So muss die Tem  peratur mindestens so hoch gewählt werden,  dass die Salzschmelze, das Kathodenmetall und  die während der Elektrolyse gebildete Lösung  von Titan in diesem Metall während der gan  zen Elektrolyse flüssig bleiben, anderseits aber  so tief, dass ein Verdampfen von Salz oder  Kathodenmetall möglichst vermieden wird.  



  Bei der Elektrolyse von     Titandioxyd    in  einer     Calciumchloridschmelze    unter Verwen  dung von geschmolzenem Zink als Kathoden  metall ist eine Temperatur von etwa 8500 C  angemessen,     während    bei der Verwendung  einer Bleikathode bei sonst gleichen Mate  rialien eine Arbeitstemperatur von etwa  1000  C vorzuziehen ist.  



  Allgemein ist es empfehlenswert, bei der  niedrigsten noch eine einwandfreie Elektro  lyse erlaubenden Temperatur zu arbeiten, um  kostspielige Unterhalts- und Reparaturarbei  ten an der     Elektrolysenzelle,wie    sie beim     Elek-          trolyBieren    bei hohen Temperaturen erforder  lich sind, möglichst zu vermeiden.           Als    dem     Salzbad    zuzusetzende     Titanver-          bindung    kommen z.

   B.     Titanhalogenide,        Alkali-          oder        Erdalkalititanate    oder deren Mischungen,  vor allem aber     Titansübchloride    und Titan  dioxyd     in    Frage, besonders ihrer Billigkeit  und guten Löslichkeit in vielen     geschmolzenen     Salzen wegen,  . Chemisch reines     Titandioxyd    ist am geeig  netsten.

   Es kann aber auch ausgewählter, hoch  prozentiger,     natürlicher        Rutil    mit einem Titan  oxydgehalt von über     9811/o,    der praktisch kein       Siliziumdioxyd    und keine andern unerwünsch  ten Verunreinigungen enthält, verwendet wer  den.     Rutil,    dieser Qualität kann aus gewissen  natürlichen     Sandvorkommen    durch bekannte  physikalische Trennmethoden erhalten werden.  



  Für die Salzschmelze kommen vor allem  beliebige     Erdalkalihalogenide    oder Mischun  gen derselben, am besten     Caleiumchlorid,    in  Betracht.. Es ist aber auch eine grosse Zahl  anderer     Salze    brauchbar, etwa     Alkalifluor-          titanate    oder Mischungen, welche solche ent  halten.

   Es sind solche wasserfreie Salzschmel  zen vorzuziehen, in denen die verwendete       Titanverbindung    löslich ist.     Als    Schmelze kön  nen auch solche Salze angewendet werden, die  bei der Elektrolyse ein Metall ergeben, das  eine suspendierte     Titanverbindung,    etwa     Ti-          tandioxyd,    zu metallischem Titan zu -reduzie  ren vermag. .  



  Die flüssige Metallkathode kann aus einem  der Metalle     Zink,    Cadmium oder Blei, oder auch  ans einer     Mischtang    von wenigstens zwei dieser  Metalle bestehen, doch ist Zink vorzuziehen,  weil es verhältnismässig billig und leicht vom  aufgelösten Titan zu trennen ist.  



  Falls das Titan durch Reduktion von       Titandioxyd    durch ein bei der Elektrolyse  primär entstehendes anderes Metall gebildet  wird     und    das dabei entstehende Metalloxyd  in der     Schmelze    nicht löslich ist, wird es nötig,  kontinuierlich einen Teil der Schmelze abzu  ziehen, das Oxyd daraus zu entfernen und  die     gereinigte    Schmelze dem Elektrolyten wie  der     zuzusetzen.    Diese Reinigung kann physi  kalisch geschehen, etwa durch Filtration, oder  auf chemischem Wege, indem man z. B. das    Oxyd     iiiit    Chlor reagieren lässt.

   Wenn bei der  Elektrolyse als Nebenprodukt Chlor entsteht,  wie das bei der Verwendung einer     Erdalkali-          chloridschmelze    der Fall ist, kann dieses für  eine solche Rückverwandlung des Oxydes in  ein Chlorid gebraucht werden. Wenn das bei  der Sekundärreaktion entstehende Metalloxyd  in der Schmelze löslich ist, wird eine teilweise       Rückehlorierung    schon innerhalb der Zelle  stattfinden. Es kann aber trotzdem nötig sein,  eine     zusätzliche        Chlorierung    ausserhalb der  Zelle durchzuführen.  



  Die Elektrolyse wird am besten so lange in  Gang gehalten,     bis    eine vorbestimmte Titan  konzentration im Kathodenmetall erreicht ist.  Es muss deshalb die Möglichkeit vorhanden  sein,     zwecl#rs    Analyse von Zeit zu Zeit Proben  der Kathodenflüssigkeit zu entnehmen. Man  wird mit Vorteil die     Titankonzentration    im  Kathodenmetall so beschränken, dass sieh keine  festen, komplexen     Tita.nlegierungen    innerhalb  der Zelle bilden können. Bei der Verwen  dung von Zink als Anode soll     deshalb    mit. der  Entnahme der     Zink-Titan-Lösung    begonnen  werden, wenn ihr     Titangehalt        2-3    Gewichts  prozente erreicht hat.

   In diesem     Zeitpunkt     kann die     Mischung    zum Vermeiden von Ver  unreinigungen durch die Salzschmelze oder  suspendiertes Dioxyd durch einen Siphon  abgezogen und die     Flüssigkeit    zur Entfernung  von Verunreinigungen, wie Dioxyd, Titan  carbid oder     Titannitrid,        filtriert    werden.  



  Die Legierung aus Titan und Kathoden  metall kann dann im Vakuum, bei einer Tem  peratur     destilliert    werden, bei welcher das       Kathodenmetall    verdampft und gleichzeitig  der     Titanrückstand    derart     zuzammensintert,     dass er an der Luft nicht. sehr     pyrophor    ist.  Das     abdestillierte    Kathodenmetall kann der       E'lektrolysenzelle    wieder zugeführt werden.  Bei der Anwendung von Zink     als    Kathoden  metall hat sich     eine        Destillationstemperatur     von etwa 800  C bewährt.

      Ein anderes Trennverfahren besteht darin,  die flüssige Legierung so weit     abzukühlen,    dass  sieh grössere Mengen von festem Titan oder       Titan-Kathodenmetall-Komplex        ausscheiden,         ohne dass aber der     Schmelzpunkt    des     Katho-          denmetal'les        unterschritten    wird.

   Die ausge  schiedene,     titanreiche    feste Phase kann durch  Filtration vom Kathodenmetall     getrennt        und     das Filtrat der     Elektrolysenzelle    wieder zuge  führt werden, wo es sieh von neuem     mit     Titan     anreichert.    Der Filterrückstand kann  dann, wie oben beschrieben, durch Destillation  weiter     behandelt    werden.  



       Beispiel:     Die verwendete     Elektrolysenzelle    aus Eisen  blech, mit Aluminiumoxyd ausgekleidet, ent  hielt geschmolzenes, wasserfreies     Calciumehlo-          rid.    Die Kathode am Boden der Zelle bestand  aus einer Schicht geschmolzenen Zinks. Ein       Ablass    für das flüssige Metall war vorgesehen.  Ein direkt über der Kathode angebrachter be  weglicher Graphitstab diente als Anode. Wäh  rend der bei etwa 800  C durchgeführten Elek  trolyse     wurde    langsam und kontinuierlich       trockenes,        feinpulveriges        Titandioxyd    zuge  setzt.

   Das sich     allmählich    mit Titan anrei  chernde     Kathodenmetall    wurde von Zeit zu  Zeit umgerührt. Nachdem sein     Titangehalt     auf etwa. 2,5     Gewichtsprozente    angestiegen  war, wurde die     flüssige    Legierung in Por  tionen abgelassen und     jedesmal    das Kathoden  metall durch     Zusatz    von reinem Zink ergänzt.

    Die entnommene Legierung wurde unter einer       Schutzschicht        aus,        Calciumchlorid    erkalten ge  lassen und hierauf unter vermindertem     Druck     zur Trennung des Titans vom Zink     destilliert.     Das     abdestillierte    Zink wurde nach Bedarf der  Zelle wieder     zugesetzt.     



  Der beim Abdampfen des Zinks zurück  bleibende Rückstand     bestand        aus        gesintertem,     schwammförmigem Titan., das nach Umschmel  zen im     Lichtbogen    eine Härte von 250 V. B. D:   aufwies und weniger als 0,01     1/o    Zink enthielt.  Der     Titangehalt    war höher als     99,5 /Q.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Titan durch Elektrolyse einer .eine Titanv erbindung gelöst oder suspendiert enthaltenden Salz schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass in der Elektrolysenzelle ein mit der Salzschmelze ih Berührung stehendes geschmolzenes 'Metall vorhanden ist, welches bei der Elektrolysen temperatur Titan aufzulösen vermag,

   und da.ss die gebildete Titan-Metall-Legierung aus der Zelle abgelassen und das Titan daraus ge wonnen wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, d'ass als Titanverbin- dung ein Titanhalogenid verwendet wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Titanverbin- dung ein Alkalititanat. verwendet wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Titanverbin- dung ,ein Erdalkalititanat verwendet wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Titanverbin- dung Titandioxyd verwendet wird. 5. Verfahren. nach Patentansprlzch und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Titanverbindung reiner natürlicher Rutil verwendet wird. 6.

   Verfahren nach Patentansprueh, da durch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Metall zugleich als Kathode dient. 7. Verfahren nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass als Kathodenmetall Zink verwendet wird. 8. Verfahren nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass als Kathodenme tall Cadmium verwendet wird. 9. Verfahren nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass als Kathodenmetall Blei verwendet wird. 10. Verfahren nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass als Kathodenmetall eine Mischung aus Zink und Cadmium verwen det wird. 11.

   Verfahren nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass als Kathodenmetall eine Mischung aus Zink und Blei verwendet wird. 12. Verfahren nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass als Kathodenmetall eine Mischung aus Cadmiiun und Blei verwen det wird. 13. Verfahren nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass als Kathodenmetall eine Mischung .aus Zink, Cadmium und Blei verwendet wird. 14.

   Verfahren nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass die Elektrolyse bei einer Temperatur durchgeführt wird, die höher liegt als der Schmelzpunkt der aus Titan und Kathodenmetall bestehenden Legierung. 15.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Elektrolyse so lange-fortgesetzt wird, bis der Titangehalt der Legierung einen vorbestimmten Wert erreicht hat, der so gewählt ist, dass sich noch keine komplexen festen Titanlegierungen bilden.

   16. Verfahren nach Unteranspruch 6, da- d'un,rch gekennzeichnet, dass als Kathodenmetall Zink verwendet und die Elektrolyse so lange fortgesetzt wird, bis der Titangehalt der Titan- Zink=Legierung auf 2-3 Gewichtsprozent an gestiegen ist. 17.

   Verfahren nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass die gebildete Le gierung im geschmolzenen Zustand aus der Zelle entnommen, zum Entfernen von Verun reinigungen filtriert und dann zur Trennung des Kathodenmetalles vom Titan im Vakuum destilliert wird. 18. Verfahren nach Unteranspruch 17, da durch gekennzeichnet., dass das abdestillierte Kathodenmetall der Elektrolysenzelle wieder zugeführt wird'.