Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

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aliquis
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Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von aliquis »

Wie gut geht das bei Stahl, der in Säure gelöst wurde?
Bekommt man das Eisensalz von denen der anderen Legierungsmetalle (insbesondere Nickel) irgendwie sauber (und nach Möglichkeit ohne gesundheitliche Risiken beim Umgang mit dem Endprodukt) abgetrennt?

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mgritsch
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von mgritsch »

Zur nasschemischen Analytik (quantitativ) von Stahl gibt es ganze Bücher da in der Stahlindustrie schon lange sehr wichtig.
Der "klassische" qual. Trennungsgang wird zumindest für Hauptkomponenten (>10%) grundsätzlich nach wie vor klappen, bei Nebenkomponenten wird es schwierig weil einfach wenig da ist und das noch teils mit dem Fe(OH)3 bei der Fällung mitgerissen/adsorbiert wird.

aliquis
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von aliquis »

Hm, ich habe kein Reagenz gefunden, welches nur Eisen fällt, aber Nickel in Lösung lässt (bzw. umgekehrt). Habe ich da was übersehen?

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mgritsch
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von mgritsch »

sagt die der Begriff "Trennungsgang" etwas?
Das ist ein standardisierter Ablauf mit dem man die Kationen jeder beliebigen Probe Schritt für Schritt in Gruppen getrennt bekommt wo sie dann jeweils spezifisch nachweisbar sind. Gibt's in der Analytik-Basisliteratur deiner Wahl :)

Sonst speziell in dem Fall - mit NH3. Nickel löst sich zum Amminkomplex, Fe(OH3) bleibt gefällt.

aliquis
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von aliquis »

Na klar, tut es das.
Lange Zeit habe ich dafür mein altes Kosmos C2-Anleitungsbuch zugrundegelegt, zuletzt aber auch Deinen Hinweis auf lickl genutzt. Bei beiden hatte ich explizit dazu nichts gefunden.
Ungünstig nur, dass man für die Trennung immer zunächst Fe2+ zu Fe3+ oxidieren muss, weil sich das zweiwertige Eisen ja auch zum Ammin-Komplex lösen würde. Will man aber eigentlich eher zweiwertiges Eisen aus dem Stahl herstellen, müsste man hinterher wieder mit Eisenpulver (das ich dann ja auch von Anfang an verwenden könnte...) oder Schwefeldioxid (falls man das gefällte Eisenhydroxid in Schwefelsäure gelöst hat) reduzieren. Ein zur Oxidation zuvor eingetragener Überschuss an Wasserstoffperoxid würde sich an dieser Stelle zudem noch kontraproduktiv auswirken...
Zur Analyse sehr sinnvoll, in Bezug auf eine Eisen-II-salz-Synthese scheint eine Herstellung auf Grundlage von Stahl wegen dieser Umstände aber eher kaum effizient zu sein, oder? Das ist schade, denn Stahl gibt es im Baumarkt ja jede Menge, reines Eisen habe ich da in Form von Blechen, Nägeln, Schrauben, Draht oder Wolle jedoch noch nirgends gefunden...

Glaskocher
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von Glaskocher »

Was GENAU willst Du mit dem Eisensalz machen? Willst Du im Ausgangsmaterial Nickel nachweisen oder soll das gebildete Eisensalz als Reagenz weiter genutzt werden?

Wenn es auf den Nachweis ankommt, dann entsorge das Eisen(III)hydroxid. Alternativ verwahre es und reduziere es mit der Hauptmenge an Eisen, das nach der Eingangsuntersuchung (vermutlich nickelfrei) zur Produktion frei gegeben wurde. Die allermeisten Stähle enthalten Nickel nur in homöopatischer Verdünnung und haben Kohlenstoff als wichtigsten Legierungsbestandteil. Solltest Du Näh- und Stecknadeln als Rohstoff nutzen wollen, dann wundere Dich nicht über erhöhte Nickelgehalte, die aus der Oberflächenvewredlung stammen.

Fazit: Man muß nur dann Verunreinigungen (=Nebengehalte) abtrennen, wenn man sie nachweisbar drin hat. Durch gezielte Auswahl der Edukte lassen sich lästige Trennungen weitgehend vermeiden.

Man müßte mal testen, ob z.B. Eisen(II)sulfat nennenswertte Mengen an Nickel im Kristall einbaut, wenn man es durch Abkühlung kristallisieren läßt. Dazu sollten dann realistische Gehalte an Nickelsulfat der Ausgangslösung zugefügt werden. Wenn sich das Nickel im Filtrat anreichert, dann sollte das Eisensalz nach wenigen Wiederholungen (nachweisbar) frei von Nickel sein.

aliquis
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von aliquis »

Wenn, dann ginge es mir um die Gewinnung des Eisensalzes. Klar, und die saure Lösung wird zunächst mit DMG auf Nickel geprüft. Alles andere wäre unnützer Aufwand.
Weitere Baustellen beim Stahl wären Kobalt, Kupfer und vor allem Chrom (www.youtube.com/watch?v=hQ3YwDnYdYk)...
Kohlenstoff ist noch das geringste Problem (kann abfiltriert werden).
Wegen evtl. Nickelsalze und entsprechender Aerosole bei der Stahlauflösung wahrscheinlicher aber eh eine Sache fürs kommende Frühjahr und draußen (Handschuhe und FFP2-Maske sind dabei ja ohnehin obligatorisch, wenn man kein Risiko eingehen möchte...). Absichtlich anreichern würde ich sie nicht (habe ich aus entsprechenden Gründen auch gar nicht als Reagenz zur Hand).
Doof ist halt, dass man nächstes Jahr nur noch so dünne Säure (im wahrsten Sinne des Wortes) verwenden darf. Die Reaktion von Eisen mit Schwefelsäure ist eh schon nicht die schnellste. Aber mit jenem Problem bin ich hier ja kein Einzelschicksal... :wink:

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eule
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von eule »

Sry, aver bei Stahl fallen mir dann noch Mn, V, Mo ein, die bei z.B. Werkzeugstählen gern zugesetzt werden.
Um das alles sinnvoll zu zerlegen und korrekt qualitativ nachzuweisen wurde mal der Kationentrennungsgang entwickelt, bei dem die jeweils störenden Elemente aus den vorherigen Schritten vollständig aus dem System genommen oder in einigen Fällen maskiert werden, um an kleinen Fraktionen der Lösung die jeweiligen Einzelnachweise zu führen.

Nach dieser Methodik könnte man ganz sicher auch große Mengen Ausgangssubstanz verarbeiten, aber das würde ein teurer Spaß und eine große Menge Abfall.

Will man für einzelne Teile des Ausgangsmaterials Gehaltsbestimmungen vornehmen, geht man anders vor, trennt zumeist die störenden Sachen anders ab und führt dann mit dem verbliebenen "Isolat" die eigentliche Bestimmung durch, wofür eigene Vorschriften existieren.

Ob Fe im Basischen Nickel mit fällt keine Ahnung, aber denkbar, da es ja doch nicht sooo unähnlich ist.
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von Glaskocher »

Das deutet darauf hin, daß Du zuerst mögliche Quellen möglichst reinen Eisens ausfindig machst. "Stahlwolle" ist ein möglicher Kandidat. Sie ist fein verteilt und sollte eher ein Kohlenstoff-Stahl sein.

Um Kupfer mache ich mir keine Sorgen, selbst wenn Du etwas Kupfersulfat als Lokalelement-Bildner zugibst. Es bleibt als zementiertes Metall liegen. Beim Chrom müßte man schauen, wo es sich anreichert. Als Chrom(III) sollte es in kleiner Konzentration im Filtrat verbleiben, ansonsten hilft das Standardpotential (und die Konzentration) beim Abschätzen. Das Einzige, was nennenswert drin sein könnte wäre Mn, aber auch das wird in der modernen Stahlkocherei zuerst entfernt, bevor es gezielt wieder zugegeben wird. V und Mo sind nur in Spezialstählen, die Du soicher nicht wegätzen willst.

Ich tippe mal darauf, daß man Nickel in recht kleiner Konzentration neben gefälltem Eisen(III)hydroxid im Filtrat findet, wenn nur genug Ammoniak zugegen ist. Man darf damit unter diesen Umständen nicht sparen.

aliquis
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von aliquis »

@eule:

Ammoniaklösung fällt nur Eisen.

Der Trennungsgang ist mir schon seit Jahrzehnten bekannt, nur Nickel (und Chrom) hatte ich noch nie dabei, deshalb meine Frage.

Wegen V, Mo und Mn mache ich mir wenig Gedanken, da ich nicht beabsichtige, meinen Werkzeugkasten aufzulösen (auch hier im wahrsten Sinne des Wortes...). :wink:
Ich dachte eher an Nägel, Blech oder Stahlwolle, da könnten Nickel und evtl. Kobalt zum Problem werden, bei rostfreiem Stahl offensichtlich auch Chrom.
Ja, die Materialschlacht könnte enorm sein, wenn man Stahl verwendet, weswegen das Verbleiben beim Eisenpulver immer noch eine Option wäre, wenn sich das Gesamtprojekt als wenig praktikabel erweist.
Aber auch Eisenpulver ist nicht verunreinigungsfrei: es ist immerhin Kohlenstoff abzufiltrieren und wegen der deutlich wahrnehmbaren PH3-Entwicklung empfiehlt sich auch hier eine Umsetzung im Freien.
Ausserdem könnte ich mir auch vorstellen, dass noch Mittel zur Phlegmatisisierung (welche?) drin sind.

@Glaskocher:

Ja, an Kupfersulfat als Beschleuniger in der "Dünnsäure" hatte ich auch schon gedacht (geht auch bei Zink gut).

An Ammoniak muss ich nicht sparen, weil ich im Postenladen bei einem Angebot von 1,99 Euro pro Liter einfachen Salmiakgeist nicht Nein sagen konnte, obwohl ich noch eine weitere volle Flasche zu Hause rumstehen hatte. :oops: Ich müsste eigentlich mal ein paar Ammoniumsalze herstellen und bevorraten, glaube ich... 8)
Den dreifachen benutze ich wenig, da ich ihn im Umgang ohne Gasmaske (keine Sorge, für Extremfälle habe ich eine) oder in Innenräumen unerträglich finde ("Holding breath is the poor man's respirator" :mrgreen: ) - daher ja auch das lagerungsbedingte Gekrümele in meiner Flasche...

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mgritsch
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von mgritsch »

Aaaaaalso.

"Stahl" ist bald mal ein handelsüblicher Name für alles mögliche. Im engeren Sinne ist er mal lediglich als "Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Kohlenstoff-Massenanteil von maximal 2%" definiert (https://de.wikipedia.org/wiki/Stahl) und muss gar keine anderen Legierungselemente beinhalten. "Stahlwolle" ist AFAIK so ein unlegierter Stahl (wäre noch zu testen!).

Bei Gebrauchsstählen kann von-bis alles mögliche drin sein, auch schon mal gut und gern 20 oder 30% anderer Elemente. Eines kann ich dir bei legierten Stählen schon mal sagen - sie sind in jeder Hinsicht als Quelle für Eisenverbindungen denkbar ungeeignet. Sie lösen sich oft ganz schlecht in Säuren, erst recht wenn du kein Pulver hast, da musst du mal super aggresiv drauf rumbraten bis sich da irgend was tut (HCl/H2O2 etc und manchmal reicht das auch nicht...). Und selbst wenn du das Zeug erst mit viel Muskelkraft zerspant hast und dann noch mit viel chemischer Energie in Lösung gebracht hast, hast du immer noch einen in der Regel völlig undefinierten Mix vorliegen wo du mit viel Versuch und Irrtum und hohem (finanziellem) Aufwand an Chemikalien versuchen kannst so halbwegs reine Stoffe draus zu machen, mit ungewissem Ausgang. Gerade Fe kann zB ziemlich heimtückisch sein wenn du über ein Hydroxid/Oxid eine Reinigung versuchst - da hast du mit viel Mühe Verunreinigungen entfernt, dann machst du das Hydr(oxid) ein bisschen zu warm und schwupps hast du es in eine schwerlösliche Form verwandelt aus der du (ohne Schmelzaufschluss) nie wieder was lösliches machst.

kann man machen wenn man im Leben sonst nichts anderes mehr zu tun hat, gehört aber sicher eher zu den frustrierenderen Dingen. Wenn du (handelsübliche) Eisensalze willst - kaufen kostet unwesentlich mehr als die Chemikalien zur Herstellung. Wenn du unbedingt selber kochen willst - leiste dir für ein paar EUR handelsübliches Fe Pulver, da weiß man was man hat. Wenn es reinstes Fe sein soll, dann kaufe "Elektrolyt-Eisen".

Des weiteren hast du deine Ängste geäußert dass die das Fe(II) ja zu Fe(III) oxidieren könne und das wäre nicht gewünscht. Ich kenne auf die schnelle 2 Verbindungen von Fe(II) die tatsächlich stabil sind - das Mohr'sche Salz und Fe(II) Oxalat. Alle anderen sind irgendwo zwischen Sekunden und Tagen zu Fe(III) oxidiert wenn du sie nicht unter Luftausschluss lagerst, von einer Isolierbarkeit mal ganz abgesehen. Plane also eher nicht zu viel mit dem Fe(II)...

aliquis
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von aliquis »

Ich habe zwar nicht zu viel Zeit, nehme sie mir aber für Dinge, die mir gut tun... was in meiner gesundheitlichen Lage auch eine Form von Therapie ist. Frustrierende Synthesen gehören nicht unbedingt dazu... :wink:
Es finde den Gedanken, aus in Super- oder Baumarkt erhältlichen Dingen brauchbare Reagenzien herzustellen, halt irgendwie charmant - auf Krampf muss das natürlich nicht sein, denn an handelsüblichen Eisensalzen und Eisenpulver mangelt es mir hier nicht. Elektrolyteisen habe ich käuflich nirgends gefunden...

Ich denke, ich werde mal ein wenig Stahlwolle in Schwefelsäure auflösen (ein Cellulosebausch in die RG-Öffnung, dann gibt's bei diesem kleinen Ansatz auch kein Aeorosolproblem) und anschließend mit DMG testen.

Die Instabilität von zweiwertigem Eisen ist mir wohl bekannt. Es war ja auch nicht gesagt, dass dies dann bereits das Endprodukt sein soll... 8)

Ratzfatz löst sich Eisen und Stahl in halbkonz. Salpetersäure, bildet dabei aber unter viel Stickoxidentwicklung gleich das dreiwertige Salz - und die Zeiten dafür sind ja auch lange vorbei... :|

Glaskocher
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von Glaskocher »

... Phlegmatisisierung ... ?

Zur Phlegmatisierung von WAS?
Das einzige Mittel zur Phlegmatisierung von Stahl, das ich kenne ist Größe. Wenn der Gegenstand groß genug ist, daß er sich bei schlagartiger Oxidation der Oberfläche nur unwesentlich (wenige °C) aufgeheizt wird, dann passiert nix. Ist der Gegenstand aber so klein, daß er sich dadurch auf Zündtemperatur aufheizt, dann verbrennt er und hat dadurch genug Wärme übrig, um seine Nachbarn ebenfalls zur Zündtemperatur aufzuheizen. Da braucht es keine zulegierten Phlegmatisierungsmittel. Äußerlich können Phlegmatisierungsmittel zum Korrosionsschutz aufgetragen sein.

aliquis
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von aliquis »

Phlegmatisierung nur bei bei Eisenpulver, um die Gefahr einer Selbstentzündung durch Feuchtigkeit und Verunreinigungen zu verringern.
Allerdings weiß ich eben nicht, ob das auch bei Eisen tatsächlich so gemacht wird, zumindest bei den Pulvern von Zn, Mg und Al kennt man das ja.
Immerhin trägt Eisenpulver den entsprechenden H-Satz (H251, vgl. das SDB von Carl Roth) und das Taschenwärmer-Experiment mit Fe-Pulver ist ja auch bekannt... Wobei das sicher auch noch von der Partikelgrösse abhängig ist: Eisenfeilspäne hat den H-Satz nicht, 90-Mikrometer-Pulver durchaus...

aliquis
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Re: Kationentrennung nach saurer Auflösung von Metalllegierungen

Beitrag von aliquis »

Habe meine Stahlwolle nun getestet, indem ich nach Auflösung in Schwefelsäure, alkalisch machen mit Ammoniaklösung und oxidativer Entfernung von störendem Eisen* etwas Dimethylglyoxim-Lösung hinzugegeben habe: nicht den Hauch einer Nickel-typischen Rotfärbung.

Die Eisensulfatlösung war nahezu farblos und abgesehen von ein paar verbliebenen Stahlfäden auch klar - noch nicht einmal schwarzer Kohlenstoff, den man abfiltrieren müsste. Offensichtlich nahezu reines Eisen, das sich ohne weiteres (und vor allem bedenkenlos hinsichtlich schädlichen Nickels) zur Herstellung von Eisensalzen verwenden ließe.
Allerdings ist die Wolle noch ein Restbestand aus den 80ern (luftdicht aufbewahrt und daher noch rostfrei). Ob es heute noch solche Qualität gibt, weiß ich nicht...

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