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
303
Sublimeringsåterstoden består till största delen av
zirkon-oxid, ferroklorid och järn. Om zirkonsanden innehåller
torium och uran, stannar dessa element även i återstoden
som klorider. Den rena zirkonklorid, som kondenseras på
kylslingan, är vit med någon dragning åt grått. Utbytet
blir vanligen ca 96 °/o, om råkloriden icke är särskilt oren.
En liten mängd klorid förloras vid utjämning av
övertrycket i apparaten. Återstoden kan upparbetas för
utvinnande av sällsynta jordartsmetaller.
Zirkoniumkloriden reduceras i en apparat (fig. 4) av
samma typ som sublimeringskärlet. Degeln är av 6 mm
mjuk stålplåt och innehåller polerade magnesiumgöt av
handelskvalitet. Den täcks av en perforerad huv, genom
vilken gaser kan passera. Denna anordning hindrar
förorening av den bildade zirkonsvampen med metall från
vätskelåset, om detta skulle sugas in. En låg skål ovanpå
huven tar upp material, som faller ned från kylslingan.
Denna kommer tillsammans med locket från
sublimerings-apparaten överdragen med zirkonklorid. När den satts in
i reduktionskärlets överdel, fryses vätskelåset, varefter
kärlet evakueras till ett tryck på 1 torr med en mekanisk
vakuumpump, som skyddas mot klorväteångor av ett
ab-sorptionstorn innehållande natronkalk.
Kärlet fylls sedan med helium (renhetsgrad 99,8 %>),
evakueringen upprepas, och efler ny påfyllning av helium
smälts vätskelåset. Även magnesiumgöten smälts genom
upphettning av kärlets nedre del, varefter mellanzonens
temperatur höjs, så att litet zirkonklorid förångas. Degelns
temperatur höjs till 825°C, och eventuellt övertryck
utjämnas genom att öppna ventilen. Reduktionen kan börja
genast, varvid undertryck uppstår. Detta måste utjämnas
genom tillförsel av helium. Efter detta ryck går
reduktionen dock lugnt under bildning av zirkonsvamp och
magnesiumklorid i degeln.
Zirkonkloridångorna, som är utspädda med helium,
förbrukas ständigt genom reaktion med magnesium i degeln,
medan dess koncentration byggs upp genom avdunstning
av klorid i kärlets överdel. I frånvaro av helium skulle
man för att undvika undertryck vara tvungen att hålla så
hög temperatur i apparaten, att zirkonsvampen skulle
legeras med degeln. Vid närvaro av helium minskas
zirkon-kloridkoncentrationen och därmed reaktionshastigheten,
och trycket kan därför bibehållas utan för stark
temperaturhöjning. Det har visat sig, att processen är under
kontroll, om degelzonens termostat sätts på 825°C och
tillräckligt mycket helium är närvarande.
Den tid, som reduktionen tar, beror av apparatförarens
skicklighet; vanligen blir den 24—36 h. När reaktionen är
slutförd, får apparaten svalna; locket tas av, varefter
skålen och degelhuven lyfts upp. De senare är överdragna
med ett svart pulver, som kan ta eld, när det kommer i
kontakt med luften. Då det till 50 °/o består av
magnesiumklorid, glöder det dock bara, men mycket rök utvecklas.
Zirkonsvampen, som är inbäddad i ett kompakt lager av
magnesiumklorid, tar icke eld. Utbytet blir vid reduktionen
i medeltal 93 °/o av det teoretiska.
Titan erhållet på analogt sätt kan malas i vatten och på
detta sätt skiljas från magnesiumkloriden. Under samma
betingelser reagerar emellertid zirkon häftigt med vatten,
och magnesiumkloriden måste därför avlägsnas genom
sublimering i vakuum. Den produkt, som härvid fås, blir
renare än titanpulver erhållet genom vattenextraktion.
Total halt av klor och magnesium kan pressas under 0,1 %.
Samtidigt sintras den pyrofora zirkonsvampen, varigenom
dess reaktionsförmåga betydligt minskas.
Vid sublimering av magnesiumklorid från
reaktionsblandningen uppträder två fenomen, som motverkar varandra.
En höjning av temperaturen stegrar givetvis
magnesium-kloridens ångtryck och ökar därmed
sublimeringshastig-heten, men samtidigt sintrar zirkonsvampen, varvid
klo-riden innesluts i metallen och dess avgång förhindras. Hög
temperatur är därför olämplig, ehuru den skulle underlätta
avlägsnandet av magnesium, som legeras med zirkonet och
avgår från dess yta. En kompromiss måste göras, och det
har visat sig att en temperatur på ca 825°C är lämpligast.
Apparaturen (fig. 5) är en retort, i vars övre del ståldegeln
från reduktionsugnen vilar upp och nedvänd på en
perforerad, trattformig plåt av värmebeständigt stål. Denna
bärs upp av en centralt placerad pelare, och en ställning
(ej angiven i fig. 5) håller kvar zirkonsvampen i degeln,
när magnesiumkloriden har smält och runnit ut. Denna
uppsamlas härvid i en skål av rostfritt stål, som hänger
på pelaren. Största delen av magnesiumkloriden rinner
av, och blott den del, som hänger fast vid zirkonsvampen,
behöver sublimeras. Den kondenseras på utbytbara
kon-densorplåtar av rostfritt stål i apparatens nedre del, som
har en kylmantel, i vilken olja cirkulerar. Denna kyls i
sin tur med vatten i en värmeväxlare. Man använder olja
som kylmedium, därför att den skadar zirkonet mindre än
vatten, om en läcka uppstår.
Vakuum åstadkommes med en mekanisk pump försedd
med torktorn innehållande fosforpentoxid och en
diffu-sionspump med högvakuumventil. Retortens nedre ända
tillsluts med ett vattenkylt lock, och tätningen sker med
gummipackning. Dess övre del värms med en avtagbar
vakuumugn, vars värmeelement är av nikrom. Ugnens
vakuum åstadkommes med en särskild pump.
Temperaturen höjs först till magnesiumkloridens
smältpunkt, 714°G, varvid väte frigörs i varierande mängd. Det
kan komma från magnesiummetall eller uppstå genom
dennas reaktion med klorväte eller fuktighet. Senare
stegras temperaturen till 825°C i degeln och 925°C utanför
den. Sublimeringen tar då högst 10 h. Därefter skall
apparaten avskylas, vilket kan ske genom inblåsning av luft i
ugnens isolationshölje. Härvid faller temperaturen från
920°C till 400°C på 12 h, medan samma operation tar 24 h
utan inblåsning av luft. När temperaturen utanför degeln
fallit till 400°C, släpps luft in i vakuumugnen, denna lyfts
av och sätts på en annan retort. Kylningen fortsätts sedan
med en fläkt, varyid retortens temperatur faller från 400
till 35°C på 24 h. Hela processen tar 60 h.
Innan retorten öppnas, släpper man in luft i små portio-
Fig. 5. Retort för vakuumdestillation; 1 retort, 2
dubbelmantel för kylning med olja, 3 fläns, 4 vattenkyld
gummipackning, 5 vakuumugn, 6 värmeelement av nikrom, 7
degel med charge, 8 tratt av rostfritt stål, 9 pelare av rostfritt
stål, 10 saltbehållare av rostfritt stål, 11 fot för pelaren,
12 vattenkyld botten, 13 vattenkyld gummi packning, 14
kondensor av rostfritt stål, 15 oljepump, 16 värmeväxlare,
17 mekanisk vakuumpump för ugnen, 18 torktorn, 19
mekanisk vakuumpump för retorten, 20 torktorn, 21
olje-diffusionspump, 22 hövakuumventil, 23
tryckmätningsinstrument, 24 hydrauliskt lyftdon, 25 termoelement.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
