DE749749C - Process for the production of metals and alloys - Google Patents

Description

Verfahren zur Herstellung von Metallen und Legierungen Es ist bekannt, daß man metallisches Magnesium durch Reduktion von Magnesia (Magnesiumoxyd) mit Hilfe von Silicium oder siliciumreichen Legierungen, z. B. Ferrosilicium, gewinnen kann, indem ein gegebenenfalls brikettiertes Gemisch von Magnesia und Silicium, in dem das Molverhältnis Mg O : Si mindestens etwa 2 : t beträgt, im Vakuum auf Temperaturen zwischen etwa - r2so und 13 5o° C erhitzt wird. Unter den angegebenen Verfahrensbedingungen wird das llagnesium-Qxyd zu flüchtigem Magnesium reduziert; das in einem benachbart angeordneten Raum n fester Form abgeschieden wird, während das Silicium im wesentlichen in Silicat übergeführt wird, das im Reaktionsraum zurückbleibt.Process for the production of metals and alloys It is known that metallic magnesium can be obtained by reducing magnesia (magnesium oxide) with the aid of silicon or silicon-rich alloys, e.g. B. ferrosilicon can be obtained by an optionally briquetted mixture of magnesia and silicon, in which the molar ratio Mg O: Si is at least about 2: t, is heated in vacuo to temperatures between about -r2so and 1 3 50 ° C. Under the stated process conditions, the magnesium oxide is reduced to volatile magnesium; which is deposited in an adjacent space n solid form, while the silicon is essentially converted into silicate which remains in the reaction space.

Werden jedoch die Oxyde schwerflüchtiger Metalle unter den Bedingunben des vorstellend erörterten Verfahrens reduziert, so ent::eht im Reaktionsraum ein oft nur schwierig zu trennendes Gemisch von schwerflüchtigem Metall und Silicat.However, the oxides of non-volatile metals under the conditions of the process discussed in the introduction, so ent :: ehts a in the reaction chamber often difficult to separate mixture of low-volatility metal and silicate.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Metallen und Legierungen, das zwar ebenso wie die bekanntcn Verfahren auf der Reduktion der scliwerfliichtigen Oxyde von Metallen durch Silicium beruht, bei dem aber in einem einzi-en Verfahrensgang einerseits die 'Metalle in technisch reiner Form gewonnen werden, während andererseits gleichzeitig das Silicium aus dein Reaktionsgemisch entfernt und damit die Bildung von Silicatschlacke im Reaktionsraum vermieden wird.The present invention relates to a novel method for Manufacture of metals and alloys, just like the known processes is based on the reduction of the volatile oxides of metals by silicon, in which, on the one hand, the 'metals in technical pure form can be obtained, while on the other hand simultaneously the silicon from your reaction mixture is removed and with it the formation of silicate slag in the reaction space is avoided.

Idas Verfahren gemäß Erfindung beruht auf der Reduktion von schwerflüchtigen lfetallöxyden mit Hilfe von Silicium bei Teinperaturen zwischen i ioo und 25oo° C unter Wrflüchtigung von Siliciummonoxyd. Um ein von Sauerstoff und Silicium freies Metall zu zu erhalten, muß man die Menge an Silicium im Reaktionsgemisch so bemessen, daß auf i Atom Sauerstoff i Atom Silicium kommt. Hat das Metall einen genügend hohen Siedepunkt, so verflüchtigt sich bei dem gegebenen Mischungsverhältnis nur Siliciummnnoxyd, und das -Metall bleibt in pulveriger, gesinterter oder geschmolzener Form zurück. Man erhält so beispielsweise Tantalmetall nach folgender Gleichung Ta.Oj-,' 5Si=2Ta-,' 5S.0. Auch die Ge«znnung von nicht- schwerflüchtigen Metallen ist nach. diesem Verfahren möglich, falls das Metall und das Siliciummonoxyd durch fraktionierte Kondensation der Dämpfe voneinander getrennt werden können.Idas method according to the invention is based on the reduction of less volatile Metallic oxides with the help of silicon at temperature between 100 and 2500 ° C with volatilization of silicon monoxide. To one of oxygen and to obtain silicon free metal, one has to check the amount of silicon in the reaction mixture dimensioned so that there is i atom of silicon for every i atom of oxygen. Does the metal have one sufficiently high boiling point, volatilizes at the given mixing ratio only silicon oxide, and the metal remains in powdery, sintered or molten form Shape back. In this way, for example, tantalum metal is obtained according to the following equation Ta.Oj-, '5Si = 2Ta-,' 5S.0. Also the drawing of non-volatile metals is after. This process is possible if the metal and silicon monoxide are through fractional condensation of the vapors can be separated from each other.

an Stelle von Silicium kann finit dein gleichen Erfolg auch ein Silicid oder eine Siliciumlegierung des herzustellenden Metalls zur Reduktion des Oxyds verwendet werden.Instead of silicon, a silicide can finite the same success or a silicon alloy of the metal to be produced to reduce the oxide be used.

Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, kohlenstoffarme Metalle oder Legierungen durch silikothermische Reduktion von Metalloxyden herzustellen, indem das Reduktionsmittel als schmelzflüssige Siliciumlegierung angewendet wird. Aber auch hier fällt, wie bei den eingangs erörterten bckalnitcn Verfahren, im Reaktionsraum neben dem reduziertest, Metall eine Silicatschlacke finit den damit einhergehenden, ebenfalls schon erwähnten Nachteilen an.While it has been suggested to use low carbon metals or Manufacture alloys by the silicothermal reduction of metal oxides by the reducing agent is applied as a molten silicon alloy. but Here too, as in the case of the Bckalnitcn processes discussed at the beginning, falls in the reaction space in addition to the reduced metal, a silicate slag finite the associated, also have already mentioned disadvantages.

Bei dem Verfahren gemäß Erfindung fällt aber auch bei der Anwendung von Sil:ciumlegierungen als Reduktionsmittel keine Silicatschlacke an, sondern das Silicium wird als SiO verflüchtigt. Beispielsweise vollzieht sich die Umsetzung von Tantaloxyd und Tantalsilicid nach. der Gleichung 5 Tä Si. -i- 2 Ta. 05 = g Ta A- i o Si O. Sehr reine Metalle erhält man -nach dem vorliegenden Verfahren besonders dann, wenn man die Umsetzung in einem Gefäß aus dein gleichen Metall vornimmt, das man gewinnen will.In the case of the method according to the invention, however, it also applies to the application of silicon alloys as a reducing agent, not silicate slag, but that Silicon is volatilized as SiO. For example, the implementation takes place of tantalum oxide and tantalum silicide. of equation 5 Tä Si. -i- 2 days 05 = g days A- i o Si O. Very pure metals are obtained especially according to the present process then, if you do the conversion in a vessel made of the same metal, that you want to win.

Das vorliegende Verfahren kann auch vorteilhaft zur unmittelbaren Ge tvinnung von Legierungen verwendet werden. -Ian erhitzt in diesem Falle an Stelle eines einzigen Metalloxyds Gemische oder @erbiiiduligeti mehrerer Metalloxyde oder Gemische von Metalloxyden bzw. Metalloxydverbindungen mit Metallen mit entsprechenden -Mengen Silichim bzw. Siliciden. Durch Anwendung eines Überschusses von Silicium über das oben angegebene Verh;iltnis Saucrstolt%Silicium kann man so ;tt;ch ',iliriumhafti;;c l.cgierungcn gc@cinicn. l):t durch Legierungsbildung der Dampfdruck flüchtiger Metalle herabgesetzt wird, so sind im Falle der Legierungsbildung die Verdanipfungsverluste geringer als bei der Herstellung leichtflüchtiger Metalle in reinem Zustand.The present method can also be beneficial for immediate Coating of alloys can be used. -Ian heats in place in this case a single metal oxide mixtures or @erbiiiduligeti several metal oxides or Mixtures of metal oxides or metal oxide compounds with metals with corresponding - Amounts of silicimides or silicides. By using an excess of silicon Using the above-mentioned ratio of Saucrstolt% silicon, one can thus; tt; ch ', iliriumhafti ;; c l.cgierungcn gc @ cinicn. l): t by alloying the vapor pressure of volatile metals is reduced, so are the evaporation losses in the case of alloy formation lower than when producing volatile metals in their pure state.

Das vorliegende Verfahren findet besonders .Anwendung zur Herstellung der Metalle bzw. Legierungen der Scandium- und Lanthanidengruppe, der Titangruppe, der Vanadingruppe und der Chromgruppe.The present process is particularly used for production the metals or alloys of the scandium and lanthanide group, the titanium group, the vanadium group and the chromium group.

Die Herstellung größerer Mengen dieser Elemente in reiner Form bereitete bisher große Schwierigkeiten. Nach den bisher bekannten `Verfahren, z. B. durch Elektrolyse oder Reduktion der Oxyde oder Halogenide mit Wasserstoff, ILohlenstolt oder unedlen Metallen, erhält man nämlich nur Metalle, die mehr oder weniger durch Sauerstoff, Stickstoff oder Reste des Reduktionsmittels verunreinigt sind. Der Weg der thermischen Zersetzung von Verbindungen kann zwar zu reinen Metallen führen, ist aber seinem Wesen nach auf die Anwendung im Laboratoriumsinaßstab beschränkt. Beispiele i. 7,$G Gewichtsteile reines Tantalpentoxyd und 2,i9 Gewichtsteile Silicium «-erden innig vermengt und in einem Tantaltiegel bei cinein Druck von etwa , i o-@i mm Ouecksilber Säule al)s. 5 Stunden erhitzt. Sauerstoff und Silicium werden in Form von Siliciumnionoxyd vollständig verflüchtigt, und es hinterbfeibt ein Hellgraues Metallpulver mit einem Gehalt von 99 % Tantal.The production of large quantities of these elements in pure form has previously presented great difficulties. According to the previously known `method, e.g. B. by electrolysis or reduction of oxides or halides with hydrogen, carbon dioxide or base metals, you only get metals that are more or less contaminated by oxygen, nitrogen or residues of the reducing agent. The way of thermal decomposition of compounds can lead to pure metals, but is by its nature restricted to use in laboratory scales. Examples i. 7.9 parts by weight of pure tantalum pentoxide and 2.19 parts by weight of silicon earths are intimately mixed and placed in a tantalum crucible at a pressure of about. Heated for 5 hours. Oxygen and silicon are completely volatilized in the form of silicon ion oxide, leaving behind a light gray metal powder with a content of 99 % tantalum.

2. 2,o j Gewichtstcilc fein gepulvertes Silicium und 4,00 Gewichtsteile reines iNiobdioxyd, Nb O@, werden innig vermengt, durch Pressen finit i 60o Atm. in stickige Form gebracht und bei einem Druck von io-5 min Quecksilbersäule abs. 1/. Stunde auf etwa iSoo° erhitzt. Dabei verflüchtiget. sich das Silicium und der Sauerstoff des Oxyds als Siliciummonoxyd, und das gesamte Niob bleibt als reines, kompaktes und , duktiles Metall zurück.2.2 parts by weight of finely powdered silicon and 4.00 parts by weight Pure iNiobium dioxide, Nb O @, are intimately mixed, finitely 60o atm by pressing. brought into stuffy form and at a pressure of 10 -5 min mercury column abs. 1/. Heated to about iSoo ° for an hour. It evaporated. the silicon and the Oxygen of the oxide as silicon monoxide, and all the niobium remains as pure, compact and ductile metal back.

Claims (3)

PATI"sNTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Gewinnen von Metallen, die schwerflüchtige Oxyde bilden, aus ihren Oxyden durch Reduktion. mit Si.liciunn im VaktlUln oder ciliel.. indifferenten Gas durch Erhitzen auf hohe Temperaturen, vorzugsweise zwischen tioo und 2500', dadurch gekennzeichnet, daß auf jedes zu entfernende Atom Sauerstoff t Atom Silichnn verwendet wird. PATIENT CLAIMS: i. Process for the recovery of metals, which form non-volatile oxides, from their oxides by reduction. With Si.liciunn im VaktlUln or ciliel .. indifferent gas by heating to high temperatures, preferably between tioo and 2500 ', characterized that for each atom to be removed oxygen t atom silicon is used. 2. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicium ganz oder teil\@-cise durch ein Silicid oder eine Siliciumlegierung des herzustellenden Metalls ersetzt wird. 2. Modification of the procedure according to claim i, characterized in that the silicon is wholly or partly \ @ - cise replaced by a silicide or a silicon alloy of the metal to be produced will. 3. Verfahren zur Herstellung von Legierungen nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, dal' an Stelle eines einzigen Metalloxyds Gemische oder Verbindungen mehrerer Metä.lloxyde oder UcnÜsche von Metalloxyden bnv. M etalloxydverbindungen mit Metallen verwandt werden. 4.. Fortbildung der Verfahren gemäß den Ansprüchen i und 3 zur Herstellung von Legierungen des Siliciums, dadurch .gekennzeichnet; daß das Silicium in einem solchen überschuß über die gemäß Ansprüchen i und 3 erforderliche Menge zur Anwendung kommt, als für die Legierungsbildung benötigt wird. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschrift ...... NTr. 452 087; französische - ...... - 750 977; schweizerische Patentschr?ften - 128 265, 146912; USA.-Patentschrift ......... - 854018; italienische - ......... . 357237. 3. Process for the production of alloys according to claim 1 and 2, characterized in that instead of a single metal oxide, mixtures or compounds of several Metä.lloxyde or UcnÜsche of metal oxides bnv. M etalloxydverbindungen be used with metals. 4 .. Further development of the method according to claims i and 3 for the production of alloys of silicon, characterized. Characterized; that the silicon is used in such an excess over the amount required according to claims i and 3 than is required for the formation of the alloy. To distinguish the subject of the application from the state of the art, the following publications were considered in the granting procedure: German patent specification ...... NTr. 452 087; French - ...... - 750 977; Swiss patents - 128 265, 146912; U.S. Patent ......... - 854018; Italian - .......... 357237.