Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 13. 1 april 1952 - Zirkonium — ett framtidens konstruktionsmaterial? av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
15 april 1952
301
Zirkonium — ett framtidens
konstruktionsmaterial ?
669.296
Malmer, ur vilka zirkonium kan framställas, förekommer
relativt rikligt. Den viktigaste av dessa, mineralet zirkon,
är i huvudsak zirkonsilikat, som finns i strandsand,
zir-konsand, i Australien, Indien, Brasilien och Florida. Zirkon
är den elfte i ordningen av de metaller, som rikligast
ingår i jordskorpan och är vanligare än t.ex. koppar, bly
och zink. Metallen är emellertid icke lätt att framställa
(Tekn. T. 1948 s. 507), och detta har gjort, att den trots
värdefulla egenskaper icke för länge sedan utnyttjats i
tekniken.
Metallisk zirkon framställdes först 1824 av Berzelius, som
reducerade kaliumzirkonfluorid med natrium. Hans
produkt innehöll föroreningar, framför allt syre och kväve,
som gjorde den hård och spröd, och den kunde därför
icke bearbetas, trots att många försök att övervinna denna
svårighet gjordes. Först 1914 lyckades holländarna Lely
och Hamburger framställa rent, duktilt zirkon, men en
användbar fiamställningsmetod kom icke, förrän van Arkel
och de Boer uppfann jodidmetoden. Kroll och medarbetare
vid US Bureau of Mines har senare tillämpat en
modifikation av den för tillverkning av titan utarbetade
Kroll-metoden1. Enligt den förra erhålles zirkon ur
zirkontetra-jodid genom termisk dissociation, enligt den senare
reduceras renad vattenfri zirkontetraklorid med magnesium.
Det är ingen svårighet att ur zirkonsand framställa en
förening, som är lämplig för reduktion till metall. Det är
emellertid mycket besvärligt att frånskilja hafnium, som
också finns i sanden, och man låter det därför bli kvar i
den färdiga produkten. Denna är alltså egentligen en
zir-kon-hafniumlegering med 0,5—3 °/o hafnium. Andra i
zir-konsanden förekommande element, såsom sällsynta
jordartsmetaller och uran, kan däremot avlägsnas.
Jodidprocessen
Man utgår från rå zirkonmetali framställd t.ex. genom
reduktion av kloriden med natrium eller av oxiden med
kalcium. Apparaten är ett rör av Pyrex-glas, i vilket en
volframtråd är upphängd på två elektroder av volfram. En
perforerad cylinder av molybden är även införd i röret,
och utrymmet mellan den och glasväggen fylls med rå
zirkonmetali. En liten kvantitet jod införs, och röret
evakueras. Därefter värms det utifrån, så att joden förgasas
och ger zirkonjodid med metallen. Jodiden förångas i sin
tur och kvarlämnar härvid föroreningarna. Volframtråden
upphettas elektriskt till ca 1 400°C, och när zirkonjodiden
kommer i beröring med den, avsätts zirkonmetali på
glödtråden, medan joden absorberas av den råa metallen och
ger ny jodid.
Det är nödvändigt att reglera uppvärmningsströmmen så,
att trådens temperatur förblir konstant trots det växande
metallbeslaget. Detta är svårt att genomföra under längre
tid utan att höja den råa zirkonmetallens temperatur så
mycket, att zirkondiklorid bildas. Denna är icke flyktig,
och reaktionen avstannar. Därför drivs processen vanligen
i korta perioder, vilket gör den föga tilltalande ur
Industriell synpunkt.
Man kan uppenbarligen icke utveckla jodidmetoden utan
att förbättra apparaturen. Vid stortillverkning kan denna
knappast göras av glas. Efter mycket sökande har man
lyckats finna en icke-järnlegering med tillräckligt
korrosionsmotstånd, och det har härigenom blivit möjligt att
konstruera större apparater. Den tjockaste
zirkonbelägg-ning, som man hittills lyckats framställa, var ca 12 mm i
diameter. Ett av de problem, som är svårast att lösa vid
tillverkning i stor skala, torde vara att hålla temperaturen
konstant hos verkligt tjocka utfällningar utan att
överhetta den råa metallen. Det är vidare nödvändigt att
utveckla en billigare metod för framställning av zirkonjodid»
Kroll-processen
För framställning av duktil zirkon har Bureau of Mines
utarbetat en metod, som utnyttjas i en halvstor
anläggning5 med en kapacitet på 14 t/år. Den är en tio gånger
förstorad och delvis förbättrad version av en tidigare
utarbetad laboratoriemetod3 4. En anläggning av samma typ
tycks ha satts upp i Rainham, England"; uppgifter om dess
tillverkningskapacitet saknas. Kroll-processen för
framställning av zirkon utförs i följande steg: framställning av
zirkonkarbid ur zirkonsand, klorering av karbiden, rening
av den råa kloriden, reduktion av den rena kloriden med
magnesium, avdrivning av detta och bildad
magnesiumklorid i vakuum vid förhöjd temperatur och smältning av
den erhållna zirkonsvampen.
Zirkoniumkarbid framställes i en degel av grafitplattor
(fig. 1), inbäddad i träkol och omsluten av en vattenkyld
stålmantel infodrad med eldfast malerial. Den
domliknan-de överdelen har vattenkylda stutsar för införande av
reaktionsblandning, utsläppning av reaktionsgaser och
iakttagande av smältprocessen. Upphettningen sker med
elljusbåge och fordrar 13—18 kWh/kg karbid. Utbytet av
denna blir 90 % vid användning av zirkonsand. Alltför
fint material blåses bort av ljusbågen, varvid utbytet blir
sämre.
Chargen skall innehålla 18—20 °/o grafitpulver; normal
charge är ca 36 kg zirkonsand och 9 kg grafit. Blir halten
av denna för hög, smälter karbiden icke, och den följande
kloreringen går dåligt. Är koltillsatsen för låg, f£s en
blå-aktig karbid med ca 3 °/o kol och något oxid. Den ger
blot! 50 o/o utbyte vid kloreringen. Det är ganska svårt att
hålla rätt grafithalt, då det fina pulvret delvis blåses bort
av ljusbågen. Smältningen sker blott rätt under elektroden,
och denna måste därför föras runt i ugnen. Trots dessa
olägenheter ger ljusbågsugnen ca 90 kg/dygn karbid. Den-
Fig. 1. Ljusbågsugn för framställning av karbid; 1
ugnsmantel, 2 eldfast material, 3 stålplåt, 4 l-balk, 5
grafitplattor, 6 vattenkylda tilledningar av koppar, 7 strömskena, 8
vattenkylning, 9 eldfast material, 10 träkol, 11 degel av
grafitplattor, 12 karbid, 13 lyftstroppar, 14 eldfast material, 15
vattenkylt rör med tittglas, 16 vattenkylt rör för införande
av chargen, 17 vattenkylt avloppsrör för gas, 18
grafitelek-trod, 19 vattenkyld elektrodgenomföring.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
