DE1124706B - Verfahren zur elektrolytischen Raffination von unreinen Metallpulvern, insbesondere aus Titan oder Zirkonium - Google Patents

Description

• Verfahren zur elektrolytischen Raffination von unreinen Metallpulvern, insbesondere ausTitan oder Zirkonium Das Verfahren betrifft die elektrolytische Reinigung von unreinen Pulvern aus Metallen der IV., V. und VI. Nebengruppe des Periodischen Systems, insbesondere aus Titan oder Zirkonium, und deren Legierungen in unverpreßtem Zustand.
• In den letzten Jahren gewinnen Metalle wie Titan, Zirkonium, Vanadium und andere zunehmend an Bedeutung. Besonders charakteristisch ist ihre außerordentlich große Affinität zu Sauerstoff einerseits, andererseits ihre auffallende Versprödung und Verhärtung, selbst bei nur wenigen Prozentbruchteilen der gängigsten Verunreinigungen. ZumBeispielmachen schon wenige Promille Sauerstoff Titan oder Zirkonium so spröde und hart, daß jede mechanische Verarbeitung auf große Schwierigkeiten stößt. Die reinen Metalle hingegen sind duktil und verforinbar. Obwohl es nun in den meisten Fällen möglich ist, ein für technische Zwecke hinreichend reines Metall auf verschiedene Weise zu erhalten, bleibt doch die Notwendigkeit bestehen, die bei der Herstellung anteilig anfallenden oder bei Sinterarbeiten als Abfall zurückbleibenden, oft mit Sauerstoff verunreinigten Pulver in wirtschaftlicher Weise aufzuarbeiten. Da die Anforderungen an die Qualität der Metalle zudem ständig im Steigen begriffen sind, ist es auch nicht möglich, reine Metalle bzw. Legierungen durch Verschmelzen mit nennenswerten Anteilen an unreinen Pulvern zu verschneiden. Vielmehr muß das unreine Pulver als solches von den Verunreinigungen befreit werden. Das gelingt mit Hilfe der elektrolytisehen Raffination, die es überdies zuläßt, auch ein auf anderem Wege direkt hergestelltes weniger reines und daher billiges Rohmetall zu reinigen.
• Allerdings ist bisher kein brauchbares Verfahren zur direkten elektrolytischen Reinigung von Pulvern aus den genannten Metallen oder ihren Legierungen bekannt. Man hilft sich, indem man das zu raffinierende Pulver zu Tabletten verpreßt, die nach Einschütten in den Anodenkorb genügend Zwischenraum zum Transport des anodisch gelösten Metalls lassen. Die Kosten für ein Verpressen der bei hohem Sauerstoffgehalt sehr harten und schlecht rieselfähigen Pulver liegen jedoch sehr hoch, so daß diese Verfahrensweise keine industrielle Anwendung finden kann.
• Es wurde nun gefunden, daß unter bestimmten Bedingungen der schmelzelektrolytischen Raffination auf den anodischen Kontakt des aufgearbeiteten Pulvers ganz verzichtet werden kann. Damit entfällt auch die Notwendigkeit des kostspieligen und umständlichen Verpressens zu Tabletten. Das Verfahren der Erfindung kann in Zellen üblicher Bauart durchgeführt werden. Auch die spezielle Zusammensetzung des Elektrolyten, der aus Alkali- und Erdalkalihalogeniden, vorzugsweise Alkali- und Erdalkalichloriden bestehen kann und zweckmäßig ein lösliches Salz des zu raffinierenden Metalls enthält, spielt keine wesentliche Rolle. Abweichend vom normalen Aufbau muß die Zelle zwischen Anoden- und Kathodenraum ein Diaphragma enthalten. Der grundlegende Unterschied des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den bekannten ist aus dem abweichenden chemischen Reaktionsmechanismus ersichtlich. Während bei der Raffination in üblicher Weise das zu raffinierende Material im Kontakt mit der Anode gehalten werden muß, werden die Pulver nach der Erfindung auf chemischem Wege in Lösung gebracht. Dieses Grundprinzip sei im nachfolgenden Beispiel an Hand der Reinigung von Titanpulver näher erläutert. Die anodische Auflösung des Titans Ti (Anode) - 2 e --* Ti2+ kann nur an Stellen vor sich gehen, die einwandfrei Kontakt mit der anodischen Stromzuführung haben. Dieser ist speziell für Pulver nicht immer leicht realisierbar und kann während des Betriebes praktisch nicht kontrolliert werden. Dagegen verläuft der Lösungsvorgang im Sinne der Erfindung durch chemische Umsetzung Ein direkter Kontakt des zu lösenden Pulvers mit der Anode ist nicht erforderlich. Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich dabei zugleich die Möglichkeit, die Stromstärke gegenüber der bei der anodischen Auflösung angewendeten erheblich zu steigern.
• Die Abschirmung des das Pulver aufnehmenden Anodenraumes vom Kathodenraum kann sowohl mit Hilfe keramischer Diaphragmen, als auch mit feinmaschigen Drahtnetzen oder Sieben hoher offener Siebfläche erfolgen. Stromleitende sowie lösliche Diaphragmen können zum Schutze gegen Korrosion kathodisch vorpolarisiert werden. Da die Metallpulver spezifisch schwerer sind als der Elektrolyt, empfiehlt es sich, um die Dispersion gleichmäßig zu erhalten, entweder mechanisch oder thermisch zu rühren. Dies kann mit Hilfe eingebauter Heizleiter erfolgen, am besten jedoch ist es, wenn die Anode selbst als Rührer ausgestaltet ist.
• Beispiele 1. Raffination von Titanschrott mit 3 11/o Sauerstoff Es wurde ein Schmelzbad aus NaC1 und Na2Tic14 verwendet, dessen Temperatur ungefähr 850' C betrug. Die scheinbare kathodische Ausgangsstromdichte lag zwischen 0,3 und 6,0 A/dm2, während die anodische Stromdichte wesentlich niedriger lag. Der anteilige Gehalt der Schmelze an löslichem Titan betrug ungefähr 2%. An der Kathode, ergaben sich hierbei grobkristalline Titanabscheidungen mit Brinell-Härtewerten zwischen 65 und 100 kg/mm2, während die Härtewerte des eingesetztenSchrotts wesentlich über 200 kg/MM2 lagen.
• 2. Raffination von Titanschrott mit 5 0/a Aluminium Die Ausgangshärte des Schrotts lag bei Brinell-Härtewerten von ungefähr 380kg(mm2. Die Arbeitsbedingungen entsprachen denen des Beispiels 1. Das an der Kathode abgeschiedene Metall besaß einen durchschnittlichen Brinell-Härtewert von 70 kg/mm2, wobei der Aluminiumgehalt je nach der Stromstärke zwischen 0,01 und 0,07 Gewichtsprozent lag. Im Schmelzbad konnte Aluminium nicht nachgewiesen werden. 3. Raffination von Titanschrott mit 5 % Molybdän Die Brinell-Härte des eingesetzten Schrotts betrug ungefähr 220kg/rmn2. In den bei mittlerer Stromdichte erhaltenen grobkristallinenAbscheidungen war Molybdän analytisch nicht nachweisbar. Der Brinell-Härtewert des Titans lag unter 100 kg/mm2.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur elektrolytischen Raffination von unreinen Pulvern aus Metallen der IV., V. und Vl. Nebengruppe des Periodischen Systems, insbesondere aus Titan oder Zirkonium, und deren Legierungen in Salzschmelzen in Zellen an sich bekannter Bauart mit Diaphragma, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulver im Anodenraum des aus Alkali- und/oder Erdalkalihalogeniden bestehenden Schmelzbades suspendiert und im wesentlichen nicht mit der unlöslichen Anode in Kontakt gebracht werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmelzbad Alkali- und/ oder Erdalkalichloride verwendet werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Pulver als Suspension enthaltende Schmelzbad vorzugsweise mechanisch gerührt wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Rührer ausgebildete Anode bewegt wird. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anodische Strorndichte so geregelt wird, daß kein freies Halogen bzw. Chlor aus dem Bad entweicht. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Diaphragma ein Drahtnetz bzw. -sieh mit hoher offener Siebfläche verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift H10894V1/40e (bekanntgemacht am 23. 2. 1956).