AT152180B

AT152180B - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Metallverbindungen durch chemische Reaktion des dampfförmigen Metalles mit einem Gas oder Dampf.

Info

Publication number: AT152180B
Authority: AT
Inventors: Rudolf Ing Jahn
Original assignee: Rudolf Ing Jahn
Priority date: 1935-02-07
Filing date: 1935-02-07
Publication date: 1938-01-10

Description

Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Metallverbindungen durch ehemisehe Reaktion des dampfförmigen Metalles mit einem Gas oder Dampf.

Zur Herstellung von Zinkoxyd (Zinkweiss) sind gegenwärtig Verfahren gebräuchlich, bei welehen Zinkdampf, der durch das Erhitzen eines Zinkbades gewonnen wird, in Luft zu Zinkoxyd verbrannt wird. Um das Zink zu verdampfen, ist eine hohe Badtemperatur (1200-1300 C) erforderlich. Um die von aussen zuzuführende Verdampfungswärme zu verringern, hat man daher bei einer Abart der genannten Verfahren das Metallbad während der Verdampfung in eine Bewegung versetzt, welche die flüssigen Metallmassen der im Reaktionsraum entwickelten Wärme derart aussetzt, dass diese für die Erhitzung und Verdampfung des Zinks ausgenutzt wird.

Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei welchem das Zinkoxyd durch Verbrennen von Zinkdampf in Luft gewonnen wird, welches gegenüber den vorerwähnten Verfahren den Vorteil aufweist, dass ein hochwertiges Produkt nur einer Sorte, selbst bei Verwendung minderwertigen Ausgangsmaterials, gewonnen wird und dass dabei eine hohe Wärmeökonomie durch Ausnutzung der Reaktionswärme für die Verdampfung des Zinks erzielt wird, ohne dass es nötig wäre, das Metallbad oder Teile desselben in Bewegung zu setzen.

Bei diesem Verfahren wird das Zinkoxyd in der Weise hergestellt, dass das geschmolzene Metall durch eine Zerstäuberdüse in einen Flüssigkeitsnebel verwandelt, dieser Nebel verdampft und der Metalldampf in einen Verbrennungsraum mit eingeleiteter Luft oder Dampf zur Reaktion gebracht wird.

Um eine möglichst feine Zerstäubung der flüssigen Metallteilchen zu erzielen, kann die Wirkung der Zerstäuberdüse durch einen die Zerstäubung färdernden Gas-oder Dampfstrom unterstützt werden.

Es kann auch Luft bzw. das gas-oder dampfförmige Reaktionsmittel durch die entsprechend ausgebildete Düse in den Reaktionsraum eingeführt werden, um eine gute Durchmischung des Metalls mit der Luft zu erhalten und die Verbrennung einer gewissen Menge Metall am Beginn des Herstellungsprozesses sicherzustellen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf die Anwendung dieses Verfahrens auf die Herstellung solcher Metallverbindungen, die durch eine endotherm verlaufende Reaktion gewonnen werden. Bei solchen Reaktionen muss dem Reaktionsraum die zur Durehführullg der Reaktion erforderliche Wärme von aussen zugeführt werden. Diese Wärme wird erfindungsgemäss einem zweiten, exotherm verlaufenden chemischen Prozess oder Nebenprozess entnommen, den man in der Düse oder im Reaktionsraum oder in solcher Nähe dieses Raumes oder der Düse durchführt, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Hauptprozess und dem Nebenprozess stattfinden kann. Die Wärme kann aber auch auf andere Weise, beispielsweise durch Beheizung von Düsen, den an der endothermen Reaktion beteiligten Stoffen zugeführt werden.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Bleioxyd dadurch herzustellen, dass man das geschmolzene
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Im Boden der schachtförmigen Reaktionskammer befindet sich die Düse 2, welche als kombinierte oder Mischdüse ausgebildet ist. Die zentrale Öffnung 3 der Düse dient zum Einführen oder Einspritzen des flüssigen Metallstrahles, während die ringförmige Öffnung 4 für den Eintritt von Luft, die sich dem Metallstrahl beimischt, vorgesehen ist. Rings um die Öffnung 4 ist eine weitere Öffnung 5 angeordnet, durch welche ein Gas oder Dampf, vorzugsweise Wasserdampf, in den Schachtraum der Verbrennungskammer einströmt. Die Lage der Öffnung 5 ist eine solche, dass der eintretende Dampfstrom die Teilchen des die Düse verlassenden Metallstrahles in eine rotierende oder wirbelnde Bewegung versetzt und so die rasche und vollständige Zerstäubung des Metallstrahles fördert.

Für die Dampfzuleitung 6 zur Öffnung 5 und für die Luftzuleitung 7 zur Öffnung 4 sind entsprechende Kanäle in der Schaehtwand der Verbrennungskammer vorgesehen. Die Zufuhr flüssigen Metalls zur Düsenöffnung. ? erfolgt durch den auf beiden Seiten offenen Kanal 8 über das kurze Leitungsstück 9.

Um Metalloxyde herzustellen, wird aus einem, vorzugsweise nur knapp über den Schmelzpunkt des Metalls erwärmten Metallbad geschmolzenes Metall unter Druck dem Düsenmund 3 zugeführt und zu gleicher Zeit Luft durch die Öffnung 4 und Wasserdampf durch die Öffnung 5 in den Reaktionsraum 10 der Kammer 1 eingelassen. Man könnte den Kanal 8 durch irgendeine Leitung mit dem Metallbad verbinden. Einfacher und vorteilhafter ist es aber, den Kanal 8 unmittelbar in das Metallbad einzutauchen, u. zw. gerade so tief, dass in der Höhe des Düsenmundes der für den Betrieb gewünschte Flüssig-
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Metallbades befindet. Dadurch erreicht man, dass ein Metall von gleichmässiger Qualität und von einer Reinheit, die höher ist als jene des in das Schmelzbad eingebrachten Metalls, aus der Düse gespritzt wird.

Da sieh nämlich das Metallbad bei dem erfindungsgemässen Verfahren in Ruhe befindet, setzen sich in ihm die Verunreinigungen ab und es wird das der Düse zugeführte Metall, das einer in der Nähe der Badoberfläcbe gelegenen Zone entnommen wird, besonders rein sein. Damit der Kanal 8 in bezug auf die Metallbadoberfläehe stets dieselbe Lage einnimmt, empfiehlt es sich, die Kammer 1 als Schwimmer auszubilden. Dies hat auch den Vorteil, dass man für die Metalloxydherstellung jeden beliebigen, entsprechend eingemauerten Schmelzkessel verwenden kann, da es für die Inbetriebnahme nur notwendig ist, die Kammer 1 in das Bad so einzusetzen, dass sie auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls schwimmt.

Ist dies geschehen, so spielt sich der Herstellungsvorgang folgendermassen ab :
Aus der Öffnung 3 tritt ein dünner Metallstrahl in den Raum 10 und wird durch den aus der Öffnung 5 strömenden Wasserdampf in feinste Teilchen zerstäubt. Zu Beginn des Betriebes, d. h. bevor im Raum 10 die betriebsmässige Temperatur erreicht ist, werden die flüssigen Metallteilchen durch die aus der Öffnung 4 austretende, sich mit dem Metallstrahl vermischende Luft verbrannt. Dabei wird die erforderliche Wärme durch einen exotherm verlaufenden Nebenprozess geliefert.

Das bei diesem Verfahren gebildete Metalloxyd wird in der üblichen Weise, etwa mit Hilfe eines Ventilators, in eine oder mehrere Absetzkammern abgeführt. Für die Güte des Produktes ist es besonders vorteilhaft, wenn die Reaktionskammer in thermischer Beziehung so ausgebildet ist, dass die höchste Srhachttemperatur in der Verdampfungszone der Metallteilchen auftritt ; man erreicht dies beispielsweise dadurch, dass man den Verbrennungsschaeht mit (zumindest im Bereiche oberhalb der Verdampfungszone) nach oben zunehmendem Querschnitt baut, wie dies beispielsweise in der Zeichnung bei dem Reaktionsraum 10 der Fall ist.

Durch eine solche Ausbildung erzielt man eine vollständige Verbrennung aller Metallteilchen, weil die unvollständig verbrannten Teilchen infolge ihres grösseren Gewichtes, statt in die Auffangvorrichtung abgeführt zu werden, in die Verdampfungszone zurückfallen, wo sie von neuem der höchsten Temperatur ausgesetzt und daher vollständig verbrannt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann ganz allgemein zur Herstellung von Metallverbindungen beliebiger Art, insbesondere aber von Oxyden oder Halogenen, angewendet werden, wenn eine Herstellung der betreffenden Verbindung durch chemische Reaktion des Metalls mit einem Gas oder Dampf möglich ist. Wesentlich ist dabei, dass das geschmolzene Metall durch eine Düse oder einen Zerstäuber in einen Flüssigkeitsnebel verwandelt, dieser Nebel verdampft und der so erhaltene Metalldampf, vorzugsweise bei einer reaktionsgünstigen Temperatur, mit dem Gas oder Dampf zur gewünschten Reaktion gebracht wird. Man wird also den Reaktionsraum auf eine Temperatur bringen und erhalten, welche genügend hoch ist, um die Verdampfung der Nebelteilchen zu bewirken.

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Claims

PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Metallverbindungen durch chemische Reaktion des dampfförmigen Metalls mit einem Gas oder Dampf (z. B. Luft, Wasserdampf), wobei das geschmolzene Metall durch eine Zerstäuberdüse oder eine gleichwirkende Vorrichtung, vorzugsweise unter Mitwirkung eines zerstäubungsfördernden Gas-oder Dampfstromes, in einen Flüssigkeitsnebel verwandelt und in diesem Zustand zur Verdampfung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei endotherm verlaufender Reaktion die für die Reaktion und für die Erzeugung der reaktionsgünstigen oder der zum Verdampfen der Metallteilchen erforderlichen Temperatur benötigte Wärme von einem zweiten, exotherm verlaufenden chemischen Prozess (Nebenprozess) geliefert wird, der sich beispielsweise in der Düse oder im Reaktionsraum oder in der Nähe dieses Raumes oder der Düse abspielt.

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2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erzeugung des Flüssigkeitsnebels bestimmte Zerstäuberdüse oder ihre Zuleitung in das Metallbad taucht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, oder zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäuberdüse als kombinierte oder Mischdüse ausgebildet ist, welche dem austretenden flüssigen Strahl ein Gas oder einen Dampf beimischt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass rings um den Düsenmund oder in dessen unmittelbarer Nähe ein Gas-oder Dampfeinlass derart angeordnet ist, dass der aus ihm in die Kammer eintretende Gas-oder Dampfstrom den die Düsenöffnung verlassenden Metallstrahl in eine rotierende oder wirbelnde Bewegung zu versetzen oder sonstwie auf ihn zerstäubend einzuwirken vermag.

5. Einrichtung nach Anspruch 2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse nach oben gerichtet und vorzugsweise im Boden der sehachtförmigen Reaktionskammer eingesetzt ist, wobei letztere in thermischer Beziehung so ausgebildet ist, dass die höchste Schachttemperatur in der Verdampfungszone der Metallteilchen auftritt.

6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsentragkörper als Schwimmer ausgebildet ist, der unter die Metalloberfläebe so tief eintaucht, dass an der Düse ein genügender Strahldruck erzeugt wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeici. net, dass die Düse mit einer Heizvorriehtung versehen ist. EMI3.1