Joachim Krüger

Übersicht über die experimentellen Untersuchungen

Da die Gleichgewichtslagen der behandelten Systeme zum grosen Teil schon experimentell bestatigt waren, besonders von Kieffer und Mitarbeitern10), wurden in der vorliegenden Arbeit uberwiegend kinetische Untersuchungen durchgefuhrt und Gleichgewichtsuntersuchungen nur so weit, als sie als Ausgangslage fur die kinetischen Versuche notig waren.

Mehrkammerzellenversuche zur Dialyse von Kupferendelektrolyten

Zur kontinuierlichen Arbeitsweise bietet sich das Prinzip einer Filterpresse an. Hierbei sind die einzelnen aus PVC gefertigten Rahmen (Ausenmase 15 × 16 cm, Starke 5 mm) durch Ionenaustauschmembranen voneinander getrennt, die wiederum zwischen Dichtungen aus 1 mm starkem Gummi lagen. Jeder Rahmen (sh. Abb. 25)(wie auch die Membran und Dichtungen) weist 8 Bohrungen auf, von denen die vier Bohrungen auf den Kantenmitten zum Halt von Fuhrungsstaben dienten.

Elektrodialyse von Kupferendelektrolyten

Vor der Durchfuhrung von Elektrodialyseversuchen in einer Mehrkammerzelle wurden der Einflus von Stromdichte und Saurekonzentration auf gleichzeitige Kupfer- bzw. Arsenuberfuhrung untersucht. Hierzu wurde eine Dreikammerzelle mit der in Abb. 31 dargestellten Anordnung benutzt.

Stofftransport durch Membranen

Kann durch ausreichende Ruhrung in den Zellraumen sichergestellt werden, das die Diffusion durch die Nernst’sche Rands-chicht ausreichend schnell erfolgt, so kann in recht einfacher Weise der Stofftransport durch eine Membran mit Hilfe der erweiterten Nernst-Planck’schen Gleichung erfast werden. Hierbei setzt sich der Stofflus Oi,j aus einem Diffusionsterm infolge des Konzentrationsgefalles, einem Term, der den Gradienten des Aktivitatskoeffizienten beschreibt, einem weiteren, der die Uberfuhrung geladener Teilchen auf Grund eines vorhandenen elektrischen Feldes beschreibt, zusammen. Zusatzlich wird die konvektive Mitfuhrung des gelosten Stoffes i infolge einer Stromung durch die Membran erfast6).

Versuchsdurchführung zur Ermittlung der Membraneigenschaften

Die grundlegenden Versuche zur Messung der Membranleitfahigkeit, Ermittlung der Aktivierungsenergie des geschwindigkeits-bestimmenden Schrittes, der Ionendurchlassigkeit der verschiedenen Membrantypen wurden in der in Abb. 5 wiedergegebenen Zelle aus PVC durchgefuhrt.

Überblick zur Sauerstoffaktivität in hochschmelzenden Metallen

Zur Sauerstoffloslichkeit bzw. der Sauerstoffaktivitat in flussigen hochschmelzenden reaktiven Metallen existieren bisher nur wenige zusammenfassende Untersuchungen, meist werden nur irgendwelche Einzelwerte mitgeteilt, die sich dann nicht immer sinnvoll den Ergebnissen anderer Autoren zuordnen lassen.

Untersuchungen im System Zr-A1-0

Rein theoretisch soll die ZrO2-Reduktion mit Al entsprechend\( \left\langle {Zr{O_2}} \right\rangle + 4/3(Al) = (Zr) + 2/3\left( {A{l_2}{O_3}} \right) \)nicht unter Bildung von Zr-Metall ablaufen.

Untersuchungen im System Nb-Fe-Al-O

In einer weiteren Versuchsserie wurden ein Columbit folgender Zusammensetzung 67 % Nb2O5 4,5 % Ta2O5 14 % Fe O 2 % Mn 5 % Ti, Si, usw. aluminothermisch reduziert. Die Versuchsbedingungen entsprechen weitgehend denen der Versuche zur Cr2O3- und V2O5-Reduktion, alle entsprechenden Daten sind in Tab. 18 zusammengefast. Weder KC1O3 noch Magnesium wurden der Reaktionsmischung zugesetzt. Nach den Versuchen liesen sich Metall und Schlacke nur schwer voneinander trennen, deshalb sind die Ausbeute-Angaben nur bedingt als richtig anzusehen, da sie u.a. auf den Gewichten der Metallreguli beruhen. Wie zu erwarten, wurde der Eiseninhalt des Columbits nahezu vollstandig reduziert, damit ergaben sich Eisengehalte um 20 %. Zwar lies sich Aluminium im Metallregulus nicht mehr quantitativ nachweisen, jedoch ist deutlich der Einflus steigender Al-Zusatze an den absinkenden Sauerstoffgehalten im reduzierten Metall zu sehen. Ahnlich, wie bereits bei der Cr2O3-Reduktion festgestellt wurde, scheint der Stickstoffgehalt im reduzierten Metall anzusteigen, sobald die Sauerstoffgehalte absinken.

Die Phasendiagramme der Systeme Me-O-C

Die berechneten Phasendiagramme Me-O-C sind in den Abbildungen 1 – 8 dargestellt. Sie wurden jeweils fur einen CO-Gesamtdruck von 1 atm und 10−5 atm berechnet, um die Druckabhangigkeit der einzelnen Phasengebiete deutlich zu machen. Die Temperaturen der sich aus den Diagrammen ergebenden Tripelpunkte sind in Tabelle 2 fur einen CO-Gesamtdruck von 1 atm und 10−5 atm berechnet, um die Druckabhangigkeit der einzelnen Phasengebiete deutlich zu machen. Die Temperaturen der sich aus den Diagrammen ergebenden Tripel-punkte sind in Tabelle 2 fur einen CO-Druck von pCO = 1 atm und pCO= 10−5 atm zusammengestellt. Sie entsprechen den Mindesttemperaturen, bei denen unter entsprechender Zusammensetzung der Gasphase eine Reduktion zum jeweiligen Metall thermodynamisch moglich zu werden beginnt. Man sieht, das durch Druckerniedrigung die Gebiete der einzelnen Metallphasen ganz erheblich zu niedrigeren Temperaturen hin ausgeweitet werden, wodurch fur alle behandelten Metalle die Mindesttemperatur fur eine Reduktion unter den Schmelzpunkt des entsprechenden Elementes sinkt.

Cr2O3-, V2O5-, Nb2O5-Reduktion mit A1Ca

Die Versuche zur Reduktion von Cr2O3 und V2O5 mit Al-Gries zeigten recht deutlich, das bei der Reduktion niedrige Sauerstoffgehalte nur dann zu erzielen waren, wenn ein hoher Al-Uberschus gewahlt wurde.