DE1009398B - Verfahren zur Gewinnung von Scandium aus seinen Erzen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Gewinnung von Scandium aus seinen Erzen Mineralien mit einem Gehalt an Scandium in bemerkenswerten Mengen sind selten, jedoch sind zwei Arten Thorveitit bekannt: die eine wurde in Norwegen .gefunden und scheint ein Doppelsilikat des Scandiums und des Yttriums mit ungefähr der folgenden Formel zu sein: 2 S102 ' Y203 ' Sc203; die andere wurde in Madagaskar gefunden und erscheint als ein komplexes Silikat des Scandiums, des Zirkoniums und des Aluminiums. Eine chemische Analyse des letzterwähnten Minerals ergab die folgende Zusammensetzung:

  Kieselsäure (SiO2) .............. 43,70/0

  Scandiumoxyd (Sc203) .......... 42,60/0

  Zirkoniumoxyd (Zr02) ....... 11. 7,8%

  Tonerde (A12 03) . . . . . . . . . . . . . . . 3,80/0

  Ferrioxyd (Fe203) .............. 1,8%

  Zur Trennung des Scandiumoxyds von Yttrium und anderen Elementen wurden b'is heute nur nasse Extraktionsverfahren vorgeschlagen, jedoch machen diese zahlreiche Kristallisierungsstufen notwendig, die in der Durchführung langwierig und schwierig und von schlechtem Wirkungsgrad sind. Erfindungsgemäß wird ein glattes und elegantes Verfahren zur Trennung des Scandiums von anderen Metallen und Verunreinigungen, die mit ihm zusammen in seinen Erzen vorkommen, vorgeschlagen. Das Verfahren besteht darin, daß man die Metalle und Nichtmetalle in dem Erz in wasserfreie Chloride überführt und aus dem Gemisch das Scandiumchlorid durch fraktionierte Sublimation abtrennt.
• Die tatsächlichen Siede- bzw. Sublimationspunkte unter Normaldruck für die wasserfreien Chloride der Metalle und Nichtmetalle, die in dem Thorveitit enthalten sind, sind die folgenden:

  Silicium S' C14 . . 57° (Siedepunkt)

  Titan Ti C14. . 136° "

  Aluminium Al C13. . 180° ,

  Eisen Fe C13 .. 310° (Sublimationspunkt)

  Zirkonium Zr C14 .. 331° "

  Scandium SCC13 .. 967° "

  Yttrium Y C13 . . 1507° ..

  Offensichtlich lassen sich diese C'liloride in drei Fraktionen einteilen: 1. Yttriumchlorid, ein sehr stabiles Chlorid, das einschließlich der anderen Chloride der seltenen Erden, die zwischen 1400° (Ce) und 1747° (La) sublimieren, oberhalb 1500° sublimiert; 2. Scandiumchlorid als Zwischenchlorid, das bei 967° sublimiert: 3. Silicium-, Titan-, Aluminium-, Eisen- und Zirkoniumchlorid, die sämtlich unterhalb 350° sublimieren.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß man einen Chlorstrom durch bzw. über ein Gemisch aus feinpulverisiertem Thorveitit und Kohle streichen läßt, das an einem Ende der Vorrichtung auf 900 bis 1000° erhitzt wird, um es mit Sicherheit in die Chloride zu überführen, während das andere Ende des Systems auf über 350°, vorzugsweise auf =100° gehalten wird, derart, daß ein allmähliches Abfallen der Temperatur von einem Rohrende zum anderen von 900 bis 1000° auf 400° erreicht wird.
• Das Yttriumchlorid bleibt am heißesten Ende der Vorrichtung zurück, während die flüchtigen Chloride als Dämpfe entweichen und das Scandiumclilorid sich im sehr reinen Zustand in der Mittelzone der Vorrichtung niederschlägt.
• Zur näheren Erläuterung des Verfahrens sei das folgende, den Schutzumfang nicht einschränkende Beispiel angeführt: Beispiel 10g norwegischer Thorveitit, der 251/o Scandiumoxyde enthält, werden sorgfältig zerkleinert, so daß sie durch ein Sieb Nr. 200 gehen, und mit 40g calciniertem Petroleumkoks innig vermischt, der auf gleiche Feinheit zerkleinert ist. Das Gemisch wird in ein feuerfestes Schiffchen gefüllt und in ein 80 mm weites Rohr aus Quarz, feuerfestem Porzellan oder anderem feuerfestem Material eingebracht. Das mit dem Schiffchen beschickte Rohrende wird in einen auf 950° erhitzten Muffelofen eingeführt, während der übrige Teil des Rohres mit einer Umhüllung versehen wird, die derart beheizt wird, daß die Temperatur des anderen Endes nicht unter 400° absinkt. Sobald die entsprechende Temperatur eingestellt ist, läßt man einen trockenen Chlorstrom mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,8 cm/sec über das Gemisch streichen.
• Das Herausnehmen, des Scandiumchlorids wird erleichtert, wenn man das Schiffchen in ein feuerfestes Rohr einbringt, das konzentrisch in das Rohr des Ofens eingesteckt wird, so daß man durch Herausziehen dieses Hilfsrohres das Scandiumchlorid unmittelbar aus dem Ofen entfernen kann.
• Der Chlorstrom wird nach sechs Stunden unterbrochen, wonach sich in dem Mittelteil des Rohres (wo die Temperatur 950 bis etwa 600° beträgt) 48 g wasserfreies Scandiumchlorid in Form von weißen, sehr reinen, perlmutterglänzenden Flocken angesammelt hat, deren Reinheit spektographisch oder durch chemische Analyse nachweisbar ist. Der Wirkungsgrad der Chlorierung beträgt etwa 87,50/0; im Schiffchen bleiben 12,51/o nichtchloriertes Scandiumoxyd zurück, das gegebenenfalls auf bekannte Weise zurückgewonnen werden kann.
• Das so gewonnene wasserfreie Scandiumchlorid kann durch Ausfällen mit Ammoniak in Scandiumoxyd Sc203 übergeführt werden, wobei 22 g Oxyd anfallen.
• Nach Umwandlung in stabilere Oxyde verteilen sich die Metalle gemäß folgender Übersicht:

  Temperatur

  900 0 I 6000 I 3000

  Gewonnene Produkte ........... Schiffchen Sc203 an der Si 02, Fe. 03,

  Rückstand Y203, Seite und außer- A1203 USW.

  Yb2 03 -i- S c2 03 halb des Schiff-

  Rückstand chens

  Anteilige Gewichtsprozente, bezo-

  gen auf das Erz . . . . . . . . . . . . , . . . 201/o 221/o 581/0

  Metallisches Scandium kann gewonnen werden durch Reduktion des wasserfreien Scandiumchlorids mit Natrium, Magnesium oder Calcium oder durch direkte Elektrolyse des geschmolzenen Chlorides nach bekannten Verfahren.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Gewinnung von Scandium aus seinen Erzen, dadurch gekennzeichnet, daß man die in dem betreffenden Mineral enthaltenen Metalle und Metalloide einschließlich des Scandiums in ihre wasserfreien Chloride überführt und das Scandiumchlorid durch fraktionierte Sublimation an einer auf über 350°, vorzugsweise auf 400° erhitzten Fläche in sehr reinem Zustand gewinnt, worauf man aus dem Chlorid in bekannter Weise das metallische Scandium isoliert.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn@ zeichnet, daß man zwecks Chlorierung des Erzes und Sublimation der Chloride das pulverisierte Erz im innigen Gemisch mit pulverisierter Kohle bei 900 bis 1000° einem Chlorstrom aussetzt.
3. 3. Verfahren. nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Scandiumchlorid sich nach der Sublimation bei 900 bis etwa 600° abscheiden läßt.