EP1031634A1 - Verfahren zur Separation von Metallschmelzen unter Zugabe von Metallhydrid, insbesondere MgH2 - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Separation von Metallschmelzen, wobei die Metallschmelzen mit Metallhydriden behandelt werden. Die Metallschmelzen der II. bis IV. Hauptgruppe und der Nebengruppen einschließlich ihrer Legierungen, sind dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalle oder Legierungen mit einem Metallhydrid in der Schmelze umsetzt. Die erfindungsgemäß erhaltenen Metalle, insbesondere Aluminium oder Al-Legierungen und Zink, weisen hochreflektierende Metalloberflächen mit geringerer Neigung zum Anlaufen auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Separation von Metallschmelzen, wobei die Metallschmelzen mit Metallhydriden behandelt werden.

Magnesium, Aluminium und Zink sowie dessen Legierungen und zahlreiche andere unedle Metalle bedecken sich bereits unter Umwelteinflüssen mit einer mehr oder minder schützenden Oxidhaut (Passivierung). Als Folge dieser Hautbildung nehmen die Metalle eine oft unerwünschte graue Färbung an. Gerade beim Aluminium ist bekannt, daß Verunreinigungen wie Eisen, Silicium und andere Fremdmetalle sowie deren Reaktionsprodukte die Transparenz des gebildeten Oxidfilms herabsetzen und der Oberfläche eine mattgraue Farbe verleihen (Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Ed., Vol. 2, S. 247).

Andererseits erschließt erst die Passivität ihrer Oxidschichten den unedlen Metallen zahlreiche Anwendungen. Die Behandlung der Metalle mit Reduktionsmitteln, z. B. mit nascierendem Wasserstoff und Wasserstoffgas in der Hitze, führt zu einem Verlust der Passivität (Römpps Chemie Lexikon, 9. Auflage (1991), S. 3230).

Erstaunlicherweise wurde nun gefunden, daß man durch Beaufschlagung geschmolzener Metalle oder Metall-Legierungen mit Metallhydriden, insbesondere von Al und Al-Legierungen (Al-Mg), hochreflektierende Metalloberflächen erzeugt, die - wie ihre nicht vorhandene Neigung zum Anlaufen zeigt - zugleich gegenüber üblichen Umwelteinflüssen passiviert sind.

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht somit in einem Verfahren zur Separation von Metallschmelzen der II. bis IV. Hauptgruppe und der Nebengruppen einschließlich ihrer Legierungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Metalle oder Legierungen mit einem Metallhydrid in einer Schmelze umsetzt.

Beim Aufschmelzen von Metallen oder Legierungen in Anwesenheit von Metallhydrid konnte eine Auftrennung von Metall- bzw. Legierungsbestandteilen beobachtet werden, die sich beispielsweise anhand einer die Schmelze bzw. den erstarrten Regulus bedeckenden Aufrahmung zeigt. Nach dieser Behandlung weisen die Metalle bzw. Metall-Legierungen eine geänderte chemische Zusammensetzung verglichen mit dem unbehandelten Vormaterial auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Metalle ausgewählt aus solchen, die unter üblichen Umwelteinflüssen einer äußeren Passivierung, insbesondere einer Oxidhautbildung unterliegen. Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung sind daher diese Metalle ausgewählt aus Nichteisenmetallen und Nichtedelmetallen, insbesondere ausgewählt aus Magnesium, Calcium, Aluminium, Silicium, Titan oder Zink sowie deren Legierungen. Wenn im Sinne der vorliegenden Erfindung der Begriff Legierung verwendet wird, so ist dieser dahingehend zu verstehen, daß diese wenigstens 30 Gew.-% des genannten Metalls enthalten.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß man Metalle oder Metall-Legierungen mit einem der zu separierenden Metallhydride umsetzt. Zur Separierung von Magnesium ist es somit beispielsweise von besonderem Vorteil, Magnesiumhydrid einzusetzen. In analoger Weise ist selbstverständlich auch der Einsatz von Mischmetallhydriden bei der Umsetzung von Legierungen möglich. In gleicher Weise ist es aber auch möglich, durch eine besondere Auswahl des Metallhydrids oder der Metallhydride bewußt neue Stoffkomponenten in die Metall-Legierung einzuführen.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Stoffmengenverhältnis von Metall einschließlich Legierungen zu Metallhydrid im Bereich von 1 zu 0,0001 bis 1 zu 100, vorzugsweise im Bereich von 1 zu 0,001 bis 1 zu 0,01, insbesondere im Bereich von 1 zu 0,005 bis 1 zu 0,03 eingestellt wird. Dieser Bereich ist besonders bevorzugt. Innerhalb der vorgenannten Bereiche spielen sowohl wirtschaftliche Erwägungen eine besondere Rolle, wie auch die Möglichkeit, die Behandlung oder Umsetzung mehrfach zu wiederholen.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es somit beispielsweise möglich, Verunreinigungen, insbesondere flüchtige Metallhydrid bildende Verunreinigungen aus einem Metall abzutrennen.

Die Metalle oder Legierungen werden im schmelzflüssigen Zustand mit den Metallhydriden behandelt. Vorteilhafterweise gelangen dabei die Hydride zur Anwendung, deren Metalle auch als Legierungskomponente in der Metallmatrix wirken.

Für den Fachmann nicht vorhersehbar war die Beobachtung, daß das erfindungsgemäße Verfahren einen attraktiven dekorativen Effekt (glänzende Oberfläche) mit dem Nutzen eines durch die Passivierung gegenüber üblichen Umwelteinflüssen gesteigerten Gebrauchswertes verbindet.

Beispielsweise werden für Lampenreflektoren und glänzende Verzierungen im Automobil- und Maschinenbau hochreine Legierungen eingesetzt, die eine maximale Reflexion und Glanz gewährleisten sollen (Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Ed., Vol. 2, S. 247). Die Reinheit des Metalles und seiner Oberflächen ist somit direkt mit dem beobachteten Glanz und Reflektionsvermögen verknüpft, so daß man direkt hieraus ableiten kann, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Metalle von sehr hoher Reinheit sind. Vor dem Hintergrund, daß kommerziell verfügbare Metalle oft mit Reinheiten nahe 100 % eingesetzt werden, die mit besonderen Verfahren gegen Umwelteinflüsse passiviert werden, offenbart sich das erfindungsgemäße Verfahren als ein effizienter Raffinationsprozeß beispielsweise zur Abtrennung von Verunreinigungen, insbesondere flüchtiger Metallhydrid bildender Verunreinigungen.

Beaufschlagt man beispielsweise eine pulverförmige Al-Mg-Legierung mit einer kleinen Menge autokatalytisch hergestellten Magnesiumhydrids (TEGO-Magnan®) und erhitzt dieses Gemisch in einer Muffel auf ca. 1000 °C, so weist nach dem Erkalten der Reaktionsmischung das gewonnene, erstarrte Metall hellsilbern glänzende äußere und innere Oberflächen auf, die an gewöhnlicher Luft selbst nach monatelanger Lagerung nicht anlaufen. Eine analoge Beobachtung konnte auch bei der Umsetzung von Zink (Elektrolyt-Zink) mit Magnesiumhydrid gemacht werden. Neben einer silbrig glänzenden, unter Umwelteinflüssen stabilen Oberfläche konnte gefunden werden, daß der Gehalt von Blei, Zinn, Eisen und Kupfer deutlich abgenommen hatte.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Eine Stahlkapsel wurde mit einer Mischung, bestehend aus 500 g eines 99,5 gew.-%igen Magnesiumpulvers und 10 g eines 95 gew.-%igen autokatalytisch hergestellten Magnesiumhydrids (Tego Magnan®), beschickt und in einem inertisierten Induktionsofen auf 750 °C erhitzt. Die Temperatur wurde ca. 3 Minuten gehalten; dann wurde die Reaktionsmischung abgekühlt. Erhalten wurde ein von hellsilbrig glänzenden Hohlräumen durchzogener Regulus, der selbst nach 3 Monaten Lagerung an gewöhnlicher Atmosphäre weder an diesen durch den Prozeß generierten Hohlraumoberflächen, noch an der hellsilbernen Sägeschnittfläche Neigung zum Anlaufen zeigte.

Die Elementaranalyse verdeutlicht den durch die Hydridbehandlung erreichten Separationsprozeß:

Probe	Bezeichnung	% Al	% Cu	% Fe	% Si	% Zn
Mg	(Ausgangszustand)	0,22	<0,001	0,073	0,0054	0,0017
Mg	(nach der Behandlung mit Magnesiumhydrid)	0,0093	<0,001	0,0072	0,0032	0,0018

Beispiel 2

Anlog Beispiel 1 wurde eine Stahlkapsel mit einer Mischung, bestehend aus 700 g eines 99,99 gew.-%igen stückigen Elektrolytzinks und 14 g eines 95 gew.-%igen autokatalytisch hergestellten Magnesiumhydrids (Tego Magnan®) beschickt und in einem inertisierten Induktionsofen auf 550 °C erhitzt. Nach ca. 10 Minuten wurde die Reaktionsmischung abgekühlt. Erhalten wurde ein Zn-Regulus, dessen Sägeschnittfläche selbst nach monatelanger Lagerung an der Atmosphäre kein Anlaufverhalten zeigte.

Die Elementaranalytik belegt den durch die Hydridbehandlung erzielten Separationseffekt:

Probe	Bezeichnung	% Bi	% Cu	% Fe	% Pb	% Sn
Zn	(Ausgangszustand)	<0,001	0,0018	0,0025	0,0023	0,0015
Zn	(nach der Behandlung mit Magnesiumhydrid)	<0,001	<0,001	0,0011	0,0012	<0,001

Claims (6)

1. Verfahren zur Separation von Metallschmelzen der II. bis IV. Hauptgruppe und der Nebengruppen einschließlich ihrer Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalle oder Legierungen mit einem Metallhydrid in der Schmelze umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle ausgewählt sind aus Nichteisenmetallen und Nichtedelmetallen, insbesondere Magnesium, Calcium, Aluminium, Silicium, Titan oder Zink sowie deren Legierungen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein oder mehrere Metallhydride einsetzt, dessen oder deren Metalle in den zu behandelnden Metallen oder Legierungen in gleichen oder verschiedenen Anteilen vorhanden sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Metallmischhydrid einsetzt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffmengenverhältnis von Metall einschließlich Legierungen zu Metallhydrid im Bereich von 1 zu 0,0001 bis 1 zu 100, insbesondere im Bereich von 1 zu 0,001 bis 1 zu 0,01, beispielsweise im Bereich von 1 zu 0,005 bis 1 zu 0,03 eingestellt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Abtrennung von Verunreinigungen, insbesondere flüchtiger Metallhydrid bildender Verunreinigungen.