Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 29. 14 augusti 1948 - Framställning av titan, zirkon, torium och uran, av Sigge Hähnel
<< 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.
14 augusti 1948
507
Framställning av titan, zirkon, torium och uran.
På senare tid har man i USA visat stort intresse för vissa
av dc sällsynta metallerna. Orsakerna härtill tycks vara två.
Under kriget har USA:s malmtillgångar börjat sina dels på
grund av den enorma förbrukning av metaller, som
krigföringen framtvingat, dels därför att malmletningen
eftersatts under kriget. På grund härav har man börjat se sig
om efter nya metaller, som i viss utsträckning väntas
kunna ersätta de vanliga. Ur denna synpunkt tycks
framför allt titan och zirkon vara av betydelse. Ett helt nytt
problem, som uppstått under kriget, är utnyttjandet av
atomenergin. För detta ändamål kan man för närvarande
endast tänka sig att utnyttja grundämnen med höga
atomnummer. Framställning av uran och torium i stor skala
har därför blivit aktuell.
Intet av de fyra ovan nämnda grundämnena är sällsynt
i egentlig mening. Uran, som torde förekomma
sparsammast, är nästan lika vanlig som koppar. Torium finns i
betydligt större mängd. Av metaller, som kan ifrågakomma
för konstruktionsändamål, är aluminium, järn och
magnesium de vanligaste, men därefter kommer titan. Zirkon
finns icke i lika stor mängd som titan, mangan och krom
men dock rikligare än koppar, bly och zink tillsammans
Att de båda metallerna titan och zirkon icke tidigare
kommit till användning torde uteslutande bero på svårigheten
att framställa dem i ren form. Detta framgår tydligt av
följande tabell, som visar proportionen mellan malm- och
framställningskostnader för ett antal metaller:
Malmkostnad
Framställningskostnad
Järn ..................................50 50
Vanadin ............................17,5 82,5
Magnesium ......................9,75 90,25
Mangan ............................9,38 90,62
Krom ................................5,84 94,16
Aluminium ......................4,66 95,34
Zirkon ..............................0,86 99,14
Titan ................................0,47 99,53
Metallisk titan är stabil i luft och kan framställas i duktil
form. Den har tre karakteristiska egenskaper, som framför
allt motiverar försök att framställa den i industriell skala.
Den har sålunda hög hållfasthet, låg specifik vikt och stor
motståndskraft mot korrosion. Titan är därför ett idealiskt
konstruktionsmaterial för flygplan och särskilt för sådana,
som trafikera kust- eller havsrutter, där dess stora
beständighet mot saltvatten är av största värde. Kallbearbetad
titan har ungefär samma hållfasthet som härdat stål och
aluminiumbrons men blott ungefär hälften så hög specifik
vikt. Vidare kan titan lätt ythärdas och kan därför
användas för konstruktionsdetaljer, som utsätts för nötning.
Zirkon är även stabil i luft och liknar silver till utseendet.
Den kan valsas kall eller varm och svarvas, borras eller
fräsas. Fullt duktil zirkon tycks ännu icke ha framställts,
men man hoppas att nå detta mål genom förbättring av
framställningssättet. Metallen har specifika vikten 6,53 och
är alltså något lättare än zink. Vid kallbearbetning
hårdnar den snabbt och måste därför ofta glödgas under
processen. Detta innebär en betydande svårighet, då zirkon
upptar syre och kväve vid högre temperatur. Luften måste
alltså utestängas vid glödgningen. Zirkon har stor
motståndskraft mot syror och har den ovanliga egenskapen
att icke alls angripas av saltsyra oberoende av dennas
koncentration och temperatur. Zirkon kan därför med
fördel användas i stället för den mer sällsynta tantalen, när
problemet att framställa den i stor skala lösts. Visserligen
är zirkon mer svårbearbetad än tantal, men den är i
gengäld styvare och står bättre mot nötning. Dess specifika
vikt är endast ungefär hälften av tantals.
Torium kan framställas i fullt duktil form. Nyframställd
har den metallglans liknande ståls. Den är emellertid icke
luftbeständig utan överdras av ett oxidlager, som dock
hindrar fortsatt angrepp. Det anses fullt tänkbart att
använda torium som källa för atomenergi. Den förekommer
mycket rikligare än uran och bör därför bli billigare än
denna.
Nyframställd uran har metallglans liknande toriums men
oxideras långsamt i luften och blir därför brun av oxid
på några dagar. Smält och gjuten uran är duktil och kan
kallbearbetas. Den har som bekant fått mycket stor
betydelse under kriget för framställning av atomenergi.
Sju allmänna metoder för framställning av metaller ur
deras kemiska föreningar är kända:
1. reduktion av oxider med vätgas;
2. reduktion av oxider med kol eller koloxid;
3. reduktion av oxider med kalcium, magnesium eller
aluminium;
4. reduktion av metallhaloider med alkali- eller alkaliska
jordartsmetaller;
5. termisk dissociation av metallföreningar;
6. elektrolytisk reduktion av metallföreningar i
vattenlösning;
7. elektrolytisk reduktion av metallföreningar i saltmältor.
Titan, zirkon, torium och uran har alla så utpräglad
elektropositiv karaktär, att de båda enklaste och billigaste
reduktionsmetoderna (1 och 2) icke kan användas. Man
måste därför tillämpa någon av de mer invecklade och
dyrbara. Vidare reagerar alla fyra elementen lätt med
eller adsorberar energiskt syre och kväve åtminstone vid
högre temperatur. Framställningsprocessen måste därför
utföras i vakuum eller inert atmosfär, vilket gör den ännu
mer komplicerad.
Två laboratorier i USA, Bureau of Mines och
Westinghouse Electric Corp., har intresserat sig för
renframställning av vissa av ifrågavarande metaller. Härvid har Bureau
of Mines sökt få fram nya konstruktionsmaterial och har
därför sysslat med titan och zirkon, under det
Westinghouse framför allt har sökt efter lämpliga material för
radiorör och därvid arbetat på framställning av zirkon,
torium och uran.
Vid framställning av titan har metod 3 eller 4 visat sig
vara bäst. Hunter har sålunda framställt praktiskt taget
ren titan genom att upphetta titantetraklorid med
ekvivalent mängd metalliskt natrium i en järnbomb. Kroll har
använt smält magnesium i stället för natrium, varvid han
reducerade titantetrakloriden i molybdendegel vid 1 000°.
Titanen skildes sedan från magnesiumresterna genom
målning av smältan, urlakning med vatten och behandling
med syra.
Krolls metod har i något modifierad form visat sig lämplig
för framställning av titan i större skala, och Bureau of
Mines driver nu en anläggning i halvstor skala.
Beduktio-nen sker i ett slutet järnkärl med ett in- och ett utloppsrör.
Omkring 6 kg metall erhålles ur varje charge. Apparaten
upphettas först till 500°, varvid vätgas ledes genom den
för att reducera oxider på kärlets väggar. Efter avkylning
införs 10 kg väl rengjord magnesium, och kärlet upphettas
till 150° under ett tryck på högst 0,005 torr för att avlägsna
adsorberade gaser. Därefter fylls kärlet med helium, som
utgör en inert atmosfär under den följande reduktionen.
Temperaturen stegras nu till 750°, och flytande
titantetraklorid införs, först långsamt och sedan fortare. I början
räcker reaktionsvärmet till för att hålla temperaturen
uppe, mot slutet måste värme tillföras utifrån. Vanligen
stegras temperaturen under reaktionens gång från 750°
till 900°, och denna temperatur hålls konstant under ca
1/2 h efter sista tillsatsen av titantetraklorid. När reaktionen
är slut och apparaten svalnat, borras chargen ur i en svarv
och erhålles i form av spån. Största delen av bildad MgCL
och återstående Mg löses ut med kall utspädd HCl,
metallen torkas, males och urlakas på nytt med 10 % HCl.
Slutligen tvättas den med vatten och torkas vid
rumstemperatur. Det rena metallpulvret kan pressas till stavar och
sintras vid ca 1 000° i vakuum, varvid fullt duktil titan
erhålles. Processens gång framgår av följande schema
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
