DE879545C

DE879545C - Herstellung von Tantal- und Niobcarbiden

Info

Publication number: DE879545C
Application number: DES1691D
Authority: DE
Inventors: Joseph Pierre Leemans
Original assignee: Societe Generale Metallurgique de Hoboken SA
Current assignee: Societe Generale Metallurgique de Hoboken SA
Priority date: 1936-12-12
Filing date: 1937-09-23
Publication date: 1953-06-15

Description

Herstellung von Tantal- und Niobcarbiden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tantal- und/oder Niobcarbiden durch reduzierende Schmelzung von Erzen, metallurgischen Nebenprodukten od. dgl., die diese Metalle als Oxyde oder oxydische Verbindungen in geringen Mengen enthalten und schlackenbildende Verunreinigungen in verhältnismäßig großen Mengen aufweisen, in Gegenwart überschüssiger Kohle.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch Verwendung einer so großen Eisenmenge gekennzeichnet, daß die gebildeten Tantal-Niobcarbide in gebildeter geschmolzener Eisenlegierung suspendiert angesammelt werden, worauf sie nach Abtrennung von der überstehenden Schlacke nach dem Erkalten in bekannter Weise durch chemische Extraktion von dem Eisen und sonstigen Begleitmetallen abgetrennt werden. Die Reduktion erfolgt vorzugsweise in einem elektrischen Ofen, dessen Tiegel oder Herd ganz oder zum Teil mit Kohle bedeckt ist. Die erhaltene Schmelze kann nach ihrer Zerkleinerung z. B. mit Schwefelsäure extrahiert werden, wodurch die darin bekanntlich unlöslichen Tautal- und Niobcarbide abgetrennt werden.
Es ist bekannt, Titancarbide durch Erhitzen von Titanlegierungen mit Kohle herzustellen und die gebildeten Titancarbide durch Säurebehandlung vom erhaltenen Reaktionsgemisch abzutrennen. -Die Kenntnis dieses Verfahrens konnte aber nicht die Grundlage vorliegender Arbeitsweise bilden, da die hier zur Behandlung kommenden Ausgangsstoffe sich anders verhalten.
Auch aus der bekannten Carbidbildung durch Aufkohlung von Tautal und Niob war nicht zu schließen, daß sich diese Carbide in einer Eisenlegierung ansammeln lassen würden unter Erhaltung hochgekohlter Carbide.
Es ist bekannt, daß Tautal-- und Niobcarbide -im Eisen unlöslich sind; andererseits ist der Schmelzpunkt dieser Carbide aber so hoch (etwa 3 8oo° für Tantalcarbid und etwa 2 6oo° für Niobcarbid), daß in keiner Stufe des Verfahrens eine Schmelzung in Frage kommt. Es hat sich gezeigt, daß die sich während der Reduktion am Boden des Tiegels ablagefnde Schmelze aus Eisen besteht, das die Carbide des Tautals und des Niobs in Suspension hält.
Diese überraschende Tatsache führt zu der Folgerung, daß ein Metall im flüssigen Zustand als Sammler für Carbide dienen kann.
Versuche haben in Übereinstimmung hiermit bewiesen, daß die Carbide sich nicht im Schmelzzustande befinden und daß das Eisen tatsächlich als Sammler für Carbide dienen kann. Es hat sich gezeigt, daß bei der Reduktion einer Tautal und Niob enthaltenden Schlacke, die eine ungenügende Menge Eisen enthielt, die gebildeten Carbide nicht niederschmelzen, sondern in der ausreduzierten Schlacke in Suspension bleiben und diese hierdurch teigig wird.
Die Abscheidung der Carbide findet jedoch erst dann statt, wenn die behandelte Schlacke eine genügende Menge an flüssigem Eisen enthält.
Die Bedeutung der verfahrensgemäßen Arbeitsweise erhellt aus folgenden Betrachtungen: Wenn die Kohlung ungenügend ist, bilden sich Eisen-Tantal-Niob-Legierungen, die durch Säuren nur schwer angreifbar sind. Einige dieser Legierungen widerstehen sogar Königswasser.
Ließen sich die gebildeten Carbide nicht oder nur unvollständig von der Schlacke abscheiden, so wäre man gezwungen, eine chemische Behandlung der Schlacke vorzunehmen, die außer den Carbiden noch die Oxyde Ca 0, Mg 0, A12 03, Si 02 u. a. enthält. -- Dies wäre eine außerordentliche Erschwerung der Gewinnung dieser Carbide, die außerdem sehr kostspielig wäre, falls man reine Carbide herstellen wollte.
Es ist zu beachten, daß das erfindungsgemäße Verfahren sich auf Erze und sogar Schlacken anwenden läßt, deren Tautal- und/oder Niobgehalt nur wenige Prozente beträgt und die außerdem Verunreinigungen in solchen Mengen enthalten, daß die üblichen Verfahren auf solche Erze nicht anwendbar sind.
Die Kenntnis der Titancarbidbildung durch Aufkohlung von Titanlegierungen konnte in keiner Weise eine Folgerung dahingehend zulassen, daß das Eisen gegenüber den in ihm unlöslichen Carbiden als Sammler würde dienen können.
Die verfahrensgemäße Herstellung von Tautal- und Niobcarbiden bedeutet eine wesentliche Verbesserung der bis jetzt zur Erzeugung dieser Carbide üblichen Arbeitsweise. Bisher ging man bei der Herstellung von Tautal- und Niobcarbiden von den betreffenden Metallen oder deren Oxyden aus, also von Stoffen, die in Anbetracht der Schwierigkeit, sie in genügend reinem Zustande zu erhalten, außerordentlich kostspielig sind.
Die Reduktionsbehandlung der oxydischen tantal-und niobhaltigen Rohstoffe kann in beliebigen Öfen durchgeführt werden, z. B. in einem elektrischen Lichtbogenofen, dessen Tiegel zum Teil oder ganz aus Kohlenstoff besteht.
Die erhaltene Reaktionsschmelze wird zerkleinert und sodann zwecks Abtrennung der Tautal- und Niobcarbide mit Säuren extrahiert. Als Lösungsmittel für die begleitenden Metalle hat sich Schwefelsäure besonders bewährt. Die bei der Extraktion als unlöslicher Rückstand zurückbleibenden Tautal- und Niobcarbide werden einer Aufbereitung unterworfen zwecks Reinigung.
Der Rückstand wird zu diesem Zweck in Wasser aufgeschlämmt und die schweren Carbide durch Sedimentieren aus der Suspension abgetrennt. Die Abscheidung der Carbide aus der Wasseraufschlämmung kann auch auf Schüttelherden od. dgl. Aufbereitungsmaschinen erfolgen.
Es besteht die Wahrscheinlichkeit, daß man im Rahmen des bekannten Verfahrens, dem Kohle in der erforderlichen Menge enthaltenden geschmolzenen Eisen die carbidbildenden Metalle als solche zuzusetzen, einen wesentlichen Teil der Metalle, welche in Carbide übergeführt werden sollen, durch ihre Oxyde ersetzen kann. Sofern keine Schlackenbildung erfolgt, können dann die an der Oberfläche des Bades gebildeten Carbide auf Grund ihrer hohen Dichte in dem in Schmelze befindlichen Eisen absinken.
Eine solche Modifikation des erwähnten bekannten Verfahrens würde also unter der Bedingung durchführbar sein, daß die reinen Oxyde, welche keine zur Bildung von Schlacke befähigten Stoffe enthalten, verwendet werden. Sobald aber eine Bildung von Schlacke auftritt, sei es vor oder zur Zeit der Reduktion, dann sinken die Carbide nicht oder nur in unbedeutender Menge ab, sondern verbleiben in Suspension in der Schlacke, die immer dickflüssig wird, selbst wenn man Massen von Schmelzungsmitteln hinzufügt. Unter solchen Bedingungen wird daher das bekannte Verfahren auch in der vorerwähnten Modifikation wirkungslos.
Um ein Beispiel zu geben, sei nachstehend die Zusammensetzung einer Schlacke angeführt, die als Ausgangsmaterial für die Zwecke der Erfindung in Betracht kommt und die nach dem erwähnten bekannten Verfahren nicht behandelt -,verden könnte. (Ta + Nb)20b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22,520/0 Ti02 .................................. 6,oo0/ö Fe0 . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,16 °/`o S'02 .................................. 2,80% A1203 ................................. 34,6o°/0 CaO + Mg0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31,89 % Es ist daraus zu ersehen, daß diese Schlacke ungefähr 7o °;o an Stoffen enthält, die zur Zeit der Reduktion zu verschlacken sind. Nach den erfindungsgemäßen Feststellungen kann das Abklären der in der Schlacke beim Schmelzen gebildeten Carbide nur stattfinden, wenn man für diese Schlacke einen genügenden Gehalt an Eisen sicherstellt, und zwar von Anbeginn der Reduktion an.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Verfahren zur Herstellung von Tantal- und Niobcarbiden aus Tantal und Niob enthaltenden Mineralien oder metallurgischen Produkten, die schlackenbildende Verunreinigungen in verhältnismäßig großen Mengen enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen die Gesamtmenge der Tantal- und Niobverbindungen unter reduzierender Schmelzung in Gegenwart eines großen Kohleüberschusses und einer so großen Eisenmenge in Carbide übergeführt wird, daß diese in der gleichzeitig gebildeten Eisenlegierung angesammelt werden und daß sie daraus auf chemischem Wege in an sich bekannter Weise abgetrennt werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in einem elektrischen Ofen stattfindet, dessen Tiegel oder Herd ganz oder zum Teil mit Kohle bedeckt ist.