Schmelzbäder aus anorganischen Salzen Bei verschiedenen chemischen
und physikalischen Verfahren ist es wichtig, für Temperaturkonstanz zu sorgen. Dies
gelingt beispielsweise dadurch, daß die zu temperierenden Systeme durch entsprechende
Flüssigkeiten um- oder durchspült werden. Je nach der :,Xrt des Verfahrens sind
die anzuwendenden Temperaturen verschieden. In manchen Fällen, z. B. in der Atomenergietechnik,
sind die anzuwendenden Temperaturen so hoch, daß Stoffe für die Flüssigkeitsbäder
benutzt werden müssen, die bei Außerbetriebsetzen der Anla(ye und Abkühlen auf Normaltemperatur
in den festen Aggregatzustand übergellen. In Betracht kommen dafür besonders Schmelzei
von Metallen oder anorganischen Salzen.
Solche Schmelzbäder haben jedoch bekanntlich
den Nachteil, daß die Gefäße oder Rohrsysteme beint
Erstarren der Schmelze bzw. beim Wiederaufschnlelzen
infolge der Zug- bzw. Druckkräfte, die durch die Zu-
sammenziehuna bzw. Ausdehnung der im erstarrten
Zustand sich abkiililende=i bzw. erwärmenden Schmelz-
bäder auftreten, zerspringen und so Verluste verur-
sachen können. Es ist deshalb vielfach üblich, vor
denn nußerbetriebsetzen der Anlagen die Schmelzen
in besondere Gefäße abzulassen. Eine andere Möglich-
keit bestellt darin, die Apparatur dauernd oberhalb
der Sclinielztemperatur der Badsiibstanz zu halten,
was aber mit Eifer nie°@erlusten und ;"iaterialscllädeii
infolge Cberbelastung der Apparaturen verbunden ist.
In dem Bestreben, diese 'beiden Verlegenheits-
IösLiilI-#eil zu vemeiden, hat plan Stoffe oder- Stoff=
geiliisclie mit einem iliö`@licllst niedrigen Ausdehnungs-
koeflizieilLen a11,;ewendet. Unter diesem Gesichtspunkt
werden Salzsciliiielzeil Metallbädern vorgezogen. In
diesem Sinne erweisen sich solche Einzelstoffe oder
yfiscliLii1`,eil, wie Eutektika, als besonders vorilhaf,
bci denen die Erstarrriii steiiipcr tur besoiidezs niedrig
lieut_. Denn die absclute Höi:e der auftretenden Span-
nun@-.skr gifte wird dann dadurch verkleinert, daß der
feste A?`reg=otziistand einen eilgeren Temperatur-
,
beWIGh lnllfaßt. liCka?ini'. SalZSC111YielaJäGer dieser
r' bestehen z. B. ans Kaliumnitrat, einem elitel=-ti-
scllen Gein_@ch vo_i Kaliunmitrat niit Natri?Lalllitrat
oder -i u# Ziiikelilorld mit Ztisatz von Natrium- lind
:>aiuillcilloiid.
Es V,'tirdc nun seftitideti, daß bei dieser tecili?ischen
Entwicklung bi-lier ein wielitig;.s Umstand nicht
Le achtet wurde. Dieser liegt darin, darß nicht nur eilte
steti-e Volumen<inderen- der Schmelzbäder ini festen
Zustand i_1 Abhängigkeitvon der jeweiligen Temperatur-
änderung zu -erzeichnen ist. Vielmehr treten besonders
_-. 4,i:#e und spiilii gliafte Volumenänderung @n im
Aug eii-
,Jläck des ErstarrenS 'vzw. des Schmelzens ein, die bei
der Entwicklung der vorliegenden Erfindung erstmalig gemessen wurden.Molten baths made from inorganic salts In various chemical and physical processes, it is important to ensure that the temperature is constant. This is achieved, for example, in that the systems to be temperature-controlled are rinsed around or through the corresponding liquids. Depending on the:, Xrt of the process, the temperatures to be used vary. In some cases, e.g. For example, in atomic energy technology, the temperatures to be used are so high that substances must be used for the liquid baths which, when the system is shut down and cooled to normal temperature, flip over into the solid state of aggregation. Melts of metals or inorganic salts are particularly suitable for this . However, such melt pools are known to have
the disadvantage that the vessels or pipe systems bones
Solidification of the melt or when it is melted again
due to the tensile or compressive forces caused by the
contraction or expansion of the frozen
State of cooling down or heating melting
baths occur, burst and thus cause losses.
can do things. It is therefore common practice before
because put the plants out of operation the smelters
to drain into special vessels. Another possibility-
The equipment is always above it
to maintain the target temperature of the bathroom,
but what never lost with zeal and; "iaterialscllädeii
due to overloading of the equipment.
In an effort to remove these 'two embarrassing
IösLiilI- # hurry to avoid has plan substances or substance =
geiliisclie with a iliö` @ licllst low expansion
koeflizieilLen a11,; everts. From this point of view
Salt baths are preferred to metal baths. In
Such individual substances or prove to be in this sense
yfiscliLii1`, eil, like eutectics, as especially vorilhaf,
bci where the solidification is steiiipcr tur besoiidezs low
lieut_. Because the absolute height of the tension
nun@-.skr gifte is then reduced in size by the fact that the
fixed A? `reg = otziistand a more rapid temperature
,
BEWIGh comprehensive. liCka? ini '. SalZSC111YielaJäGer this one
r 'consist e.g. B. to potassium nitrate, an elitel = -ti-
scllen Gein_ @ ch vo_i Potash nitrate with sodium nitrate
or -iu # Ziiikelilorld with the addition of sodium lind
:> aiuillcilloiid.
It V, 'tirdc now seftitideti that with this tecili? Ischen
Development is a bit wilitig; .s circumstance not
Le was respected. This lies in the fact that not only hurried
constant volume <changing weld pools in fixed
State i_1 depending on the respective temperature
change is to be made. Rather, especially occur
_ -. 4, i: #e and spiilii gliafte volume change @n in the eye
'Jläck des FrozenS' vzw. of melting one that at
the development of the present invention were measured for the first time.
Bezeichnet man diesen Volumensprung in Prozenten des Volumens des
festen Stoffes beim Erstarrungspunkt ( V f"t) als .-1 i-, so gilt die Beziehung
wo'oei J1-", die experimentell gemessene Volumenänderung der Substanzmenge ist,
die Y f"t ei:tsprielit.If one denotes this jump in volume as a percentage of the volume of the solid substance at the solidification point ( V f "t) as.-1 i-, then the relationship applies wo'oei J1- ", the experimentally measured change in volume of the amount of substance that Y f" t ei: tsprielit.
Es wurdest unter anderem folgende Werte ermittelt: LiN03
........................ 21,40/, NaN03 ........................ 10,7"/"
KN0.......................... 3,320/" CsN03 ........................ 12,1
CaCh ......................... 0,90/,
SrC1........................... 4,2°/o
Bach ......................... 3,5 °/0 Na Cl ..........................
25,00/, CaBr . ......................... 4,01/, SrBr.. . .........................
2,1°/ BaBr.......................... 11,9 KCl ...........................
17,30/, Wie hieraus ersichtlich ist, weisen einige Stoffe, wie z. B. Lithiumnitrat,
Natriumchlorid, Kalitimehlorid u,-.-d Natriumnitrat, einen sehr hohen Volumensprung
auf und sind daher an sich Hir Schmelzbäder ungünstig. Trotzdem werden Natriumchlorid,
Kaliumchlorid und Natriumnitrat nicht nur als solche als Schmelzbäder- verwendet,
sondern sind auch in bekannten Misehschmelzbädern, wie oben angegeben wurde, enthalten.
Haben solche Mischschllelzbäder also zwar einen verhältnismäßig niedrigen Erstar
rungspunkt (Eutektikum Natriumnitrat - Kaliunanitrat: 21 ü"C; Gemisch aus 75°/o
Zinkchlorid, 15°/o Kaliumchlorid
und 10°/o Natriumchlorid: 180°C),
so ist ihr Volumensprung dv doch unnötig groß.Among other things, the following values were determined: LiN03 ........................ 21.40 /, NaN03 ........... ............. 10.7 "/" KN0 .......................... 3.320 / "CsN03 ........................ 12.1 CaCh ...................... ... 0.90 /, SrC1 ........................... 4.2 ° / o Bach ....... .................. 3.5 ° / 0 Na Cl ........................ .. 25.00 /, CaBr. ......................... 4.01 /, SrBr ... ....... .................. 2.1 ° / BaBr .......................... 11.9 KCl ........................... 17.30 /, As can be seen from this, some substances, such as Lithium nitrate, sodium chloride, potassium chloride u, -.- d sodium nitrate, have a very high volume jump and are therefore unfavorable per se in Hir melt pools. as stated above edigen solidification point (eutectic sodium nitrate - potassium nitrate: 21 ° C; Mixture of 75 per cent zinc chloride, 15 per cent potassium chloride and 10 per cent sodium chloride: 180 ° C), the jump in volume dv is unnecessarily large.
Ändere bekannte Schmelzbadsubstanzen, wie Calciumchlorid, weisen zwar
einen recht kleinen Volumensprung auf, besitzen jedoch einen unvorteilhaft hohen
Schmelzpunkt, der beim Calciumchlorid 765°C beträgt.Change known molten bath substances, such as calcium chloride, have
have a very small jump in volume, but have a disadvantageously high one
Melting point, which is 765 ° C for calcium chloride.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß ein für Schmelzbäder bisher
nicht benutzter Stoff, nämlich Rubidiumnitrat, im Gegensatz zu allen anderen untersuchten
anorganischen Salzen sogar einen negativen Volumensprung aufweist, wie dies auch
für Wasser bekannt ist. Das Volumen des Rubidiumnitrats ist beim Erstarrungspunkt
im festen Zustand größer als im flüssigen Zustand: dv = -0,23 °/o. Es besitzt weiter
den vorteilhaft niedrigen Schmelzpunkt von 305°C.Surprisingly, it has been found that one for melt pools so far
unused substance, namely rubidium nitrate, in contrast to all others examined
inorganic salts even has a negative jump in volume, as does this
is known for water. The volume of the rubidium nitrate is at the freezing point
in the solid state greater than in the liquid state: dv = -0.23%. It continues to own
the advantageous low melting point of 305 ° C.
Die Erfindung eröffnet damit den Weg, zu Schmelzbädern mit besonders
kleinem Volumensprung dadurch zu kommen, daß man bei Schmelzbädern aus anorganischen
Salzen Rubidiumnitrat als Zusatz verwendet. Es ist dabei darauf zu achten, daß die
insgesamt beim Schmelzen erzielte Volumenänderung positiv bleibt, da sonst schon
beim Erstarren selbst (wie bei Wasser bekannt) Gefäßsprünge auftreten können.The invention thus opens the way to melt pools with special
small jump in volume due to the fact that in the case of molten baths of inorganic
Salts rubidium nitrate used as an additive. It is important to ensure that the
overall change in volume achieved during melting remains positive, otherwise it will
when solidifying itself (as is known with water) vascular cracks can occur.
Bei der Zusammenstellung von Gemischen für Schmelzbäder aus anorganischen
Salzen mit bekanntem Volumensprung ist zu berücksichtigen, daß der Volumensprung
des Gemisches normalerweise kleiner ist, als sich nach der Mischungsregel errechnet.
Dies hängt damit zusammen, daß auch der Schmelzpunkt des Gemisches niedriger liegt,
als sich nach der Mischungsregel errechnet, und daß der Ausdehnungskoeffizient eines
Stoffes im flüssigen Zustand größer ist als im festen Zustand. So berechnet sich
nach der obigen Tabelle nach der Mischungsregel für eine Salzschmelze aus gleichen
Gewichtsteilen Kalium-und Natriumnitratdv = 7,00/0; der experimentell ermittelte
Wert beträgt dagegen nur 4,6 °/a. Entsprechendes gilt bei der Verwendung von Rubidiumnitrat
als Zusatz.When compiling mixtures for melt pools from inorganic
Salts with a known jump in volume must be taken into account that the jump in volume
of the mixture is usually smaller than calculated according to the mixing rule.
This is due to the fact that the melting point of the mixture is also lower,
than is calculated according to the rule of mixing, and that the expansion coefficient of a
Substance in the liquid state is larger than in the solid state. This is how it works out
according to the above table according to the mixing rule for a molten salt of the same
Parts by weight of potassium and sodium nitrate dv = 7.00 / 0; which was determined experimentally
In contrast, the value is only 4.6% / a. The same applies to the use of rubidium nitrate
Additionally.
Beispiel 1 Ein Flüssigkeitsbad aus .je 1 Mol Lithiumnitrat und Rubidiumnitrat
(kongruentschmelzende Verbindung) schmilzt bei 189°C. Gegenüber den einzelnen Schmelzpunkten
von 254°C und 306°C ist dies eine recht starke Schmelzpunktdegression. Entsprechend
stark erniedrigt ist die Volumenänderung beim Schmelzen, die nur 4,1°/0 (statt etwa
7°/o nach der Mischungsregel) beträgt.Example 1 A liquid bath consisting of 1 mol each of lithium nitrate and rubidium nitrate
(congruent melting compound) melts at 189 ° C. Compared to the individual melting points
between 254 ° C and 306 ° C, this is a very strong degression in the melting point. Corresponding
The volume change during melting is greatly reduced, which is only 4.1% (instead of about
7 ° / o according to the rule of mixing).
Beispiel 2 Ein Flüssigkeitsbad aus 30 Molprozent Kaliumnitrat und
70 Molpr ozent Rubidiumnitrat (Schmelzpunktsminimum) hat einen Schmelzpunkt von
297°C und damit eine relativ geringe Schmelzpunktdegression. Die Volumenänderung
beim Schmelzen beträgt 10/0. Example 2 A liquid bath made from 30 mol percent potassium nitrate and 70 mol percent rubidium nitrate (melting point minimum) has a melting point of 297 ° C. and thus a relatively low melting point degression. The volume change during melting is 10/0.