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Verfahren, Vorrichtung und Anordnung zur Herstellung von Metalloxyden
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Metalloxyden im allgemeinen. Im besonderen ist sie auf die Herstellung aktiver Massen für Bleiakkumulatoren mit aufgebrachtem Bleioxyd gerichtet, doch ist sie für jedes andere, niedrig schmelzende Metall anwendbar.
Unter aktiver Masse können Oxyde verstanden werden, die chemisch als Bleiglätte (PbO) und Minium (Pb304) definiert werden, jedoch auch Mischungen von freien Bleiteilchen und Teilchen von mehr oder weniger oxydiertem Blei, deren Zusammensetzungen je nach den Herstellungsbedingungen schwanken.
Alle diese Produkte, ebenso wie jene, die in andern Industriezweigen aufscheinen, werden in der Folge generell als "Bleioxyde" bezeichnet.
Man kennt zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Bleioxyd : Oxydation von Bleikugeln durch Reibung, Bestrahlung der Oberfläche geschmolzenen Bleies mit Luft, Pulverisierung festen, metallischen Bleies in einer erwärmten oxydierenden Atmosphäre. Man entnimmt das Bleioxyd durch Siebung oder Absaugen usw.
In manchen Vorrichtungen wird eine kreisende Bewegung des flüssigen Bleies durch mechanische Mittel erzielt, beispielsweise durch ein Rührwerk oder eine Schleudermühle, wodurch jedoch die Drehgeschwindigkeit und der Feinheitsgrad des zerstäubten Bleies begrenzt ist. Die hiezu benö- tigten Apparate sind verhältnismässig umfangreich und liefern auch keine entsprechende Ausbeute.
Die vorliegende Erfindung betrifft hingegen ein neuartiges Verfahren, welches eine hohe Ausbeute erbringt und einen grossen Spielraum in der Zusammensetzung der erzielten Oxyde bietet, da das flüssige Blei durch Einspritzen unter Druck eine in Richtung der Achse fortschreitende wirbelnde Bewegung erhält und dem Wirbel eines oxydierenden Gasstromes begegnet. Dadurch wird der Metallstrom zu einer sehr lebhaften Bewegung angeregt und sehr stark verteilt, was zur Folge hat, dass die Ergiebigkeit der erfindungsgemässen Vorrichtung bei geringster Beanspruchung der Arbeitsvorrichtung ausserordentlich gross ist. So kann z.
B. eine Bleizerstäubungskammer, die einen Durchmesser von 20 mm aufweist und eine dementsprechende Höhe besitzt, bei einer Auslassöffnung von 2mm im Durch- messer 250 kg Oxydpulver in der Stunde liefern, d. h. bei kontinuierlichem Betrieb 6 t pro Tag. Diese Leistungsfähigkeit wird von keiner der bereits bekannten Vorrichtungen erreicht.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Oxyden, z. B. Bleioxyd, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Blei oder andere Metalle in flüssigem feinzerstäubtem Zustand unter Druck in eine die Form eines Drehkörpers aufweisende Vorrichtung, im wesentlichen tangential zur Innenwand derselben, eingespritzt wird, um einen längs der Achse der Vorrichtung fortschreitenden Wirbelstrom des zerstäubten Metalles zu bilden, der im Laufe seiner Bewegung mit einem Strom aus oxydierenden Gasen zusammentrifft, welcher tangential in vorgenannten Wirbelstrom eingeführt wird.
Man verwendet gegenwärtig in der Farbenindustrie, bei der Herstellung von Überzügen und Metallisierung eine Einrichtung, die Atomisator genannt ist, der zufolge einer schnellen Drehbewegung in einem geeigneten geformten, rotationssymmetrischen Hohlraum die Zerteilung eines Flüssigkeitsstrahles in sehr kleine Teilchen und deren Austritt in Form eines zerstreuten Strahles hervorruft. Das Prinzip dieser Einrichtung wird auch im Falle vorliegender Erfindung angewendet.
Die Verschiebungsbewegung des Bleies während seiner Drehbewegung kann durch verschiedene Einwirkungen hervorgerufen werden, wie durch Schwerkraft, Ansaugen oder durch geeignet angebrachte Wände im Inneren des Atomisators.
Je nach Gegebenheit kann man einerseits auf den Druck, die Geschwindigkeit und die Temperatur des Bleies und/oder anderseits auf Zusammensetzung, Druck und Temperatur des die Oxydation bewirkenden Gasstromes regelnd einwirken, und erhält auf diese Weise eine Auswahl verschiedener Parameter, die entsprechend eingesetzt, die Gewinnung definierter Bleioxyde ermöglichen.
Es können verschiedene Apparaturen zur Verwirklichung des erfindungsgemässen Verfahrens angewendet werden. Vorliegendenfalles wird die Anwendung einer vereinfachten Apparatur empfohlen, bei der die Verschiebungsbewegung durch die Schwerkraft bewirkt wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Zerstäu-
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bungskammer und einer Oxydationskammer besteht, welche beide Kammern in ein und derselben Achse liegen und untereinander durch ein enges Mundstück in der Achse verbunden sind, mit tangentialen Zubringerkanälen zum Einbringen der reagierenden Stoffe in diese Kammern und mit einem axialen Auslass in der Oxydationskammer für das oxydierte Pulver. Die angeschlossenen Zeichnungen zeigen schematisch eine Möglichkeit, einen Apparat dieser Type zu erstellen.
Fig. 1 ist ein Aufriss im Schnitt, Fig. 2 ein Grundriss. Die Fig. 3 und 4 zeigen Varianten entsprechend den Fig. 1 und 2. Die Fig. 5 zeigt einen Gesamtaufbau einer Anlage zur Herstellung von Oxyden, in welcher ein Atomisator entsprechend den Fig. 1 und 2 oder 3 und 4 eingebaut ist.
Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist der Raum 1, der zum Atomisieren dient, von einem Drehkörper geeigneter Form und Material, z. B. aus rostfreiem Stahl, gebildet ; es sei angenommen, dass der Atomisator ein Zylinder sei, der sich nach unten konisch fortsetzt ; etwa in halber Höhe des Zylinders mündet ein gegebenenfalls beheizter Kanal 2 aus rostfreiem Stahl ein und wirft einen tangentialen Strahl Blei oder eines andern Materials in flüssigem Zustand und unter geeignetem Druck und entsprechender Temperatur in den Raum.
Das flüssige Blei tritt in feine Teilchen zerstäubt bei der unteren Öffnung 3 aus.
Der Raum 5, aus ähnlichem Material gefertigt wie der Raum 1, hat die Form einer flachen zylindrischen Schachtel mit je einer zentralen Öffnung an der Ober-und Unterseite ; die obere Öffnung entspricht der Öffnung 3 und aus der Öffnung 6 tritt das Bleioxyd aus ; geeignete Gasstrahlen treten an seitlichen Öffnungen 4 ein, wirbeln im Raum 5 und rufen eine mehr oder weniger durchgreifende Oxydation der Bleiteilchen hervor.
Die Gasstrahlen können aus trockener oder feuchter Luft bestehen, fallweise mit Sauerstoff angereichert, und die gegebenenfalls mittels Wasserdampf oder einem andern oxydbildenden Gas gemischt sein kann. Die zu den Öffnungen 4 führenden Leitungen können bedarfsweise geheizt sein.
Die Form und Grösse der Räume, die Anzahl, Form und Anordnung der Zubringerkanäle und Öffnungen können je nach Bedarf variiert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu sprengen.
Das verwendete Blei wird vorher in einem beliebigen Ofen unter einer geeigneten Atmosphäre verflüssigt, z. B. unter Stickstoff ; der notwendige Druck zur Beförderung des Bleies wird durch Gasdruck, Schwerkraft oder durch beide bzw. in sonst einer Weise erzeugt.
Wie schon oben erwähnt, gestatten Änderungen der Herstellungsbedingungen, die physikalischen und chemischen Eigenschaften des BleioxydPulvers nach Wunsch zu ändern. Nichtsdesto- weniger, wenn es erwünscht und notwendig ist, kann man den Strahl, der aus der Öffnung 6 tritt, in einen weiteren Ofen führen, um die Oxydation zu steigern ; mit Hilfe eines Brenners kann man auch das Oxydpulver in vorbestimmtem Grade granulieren.
Die Apparatur gemäss den Fig. 3 und 4 gleicht jener der Fig. 1 und 2, und gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche Elemente. Bei dieser zweiten Ausbildungsform besteht der Raum 1 aus zwei entgegengesetzt gerichteten Konussen, die durch einen Zylinder verbunden sind, in den der Zubringerkanal 2 für das flüssige Metall einmündet ; diese Anordnung kann die Atomisierung des Metalles fördern.
Die konische Öffnung 6 erleichtert die Ausbringung des Endproduktes.
Die Fig. 5 zeigt eine Gesamtanordnung, in der bei 10 eine Vorrichtung wie vorbeschrieben angebracht ist. 14 bezeichnet den schematisch angedeuteten Ofen zum Vorschmelzen des Metalles.
Dieser Ofen ist über ein Ventil 13 mit dem Raum 11 eines Elektroofens 15 verbunden, der dazu bestimmt ist, das Metall bis zur erforderlichen Oxydationstemperatur zu bringen. 16 ist der Heizwiderstand, der in eine feuerfeste Masse 17 eingebettet ist, und das Ganze ist von zwei Blechmänteln 18 umgeben, zwischen denen sich wärmedämmendes Material 19 befindet. Im Augenblick, als die Atomisierung des Metalles eingeleitet werden soll, lässt man Druckgas durch das Rohr 12 eintreten, wodurch das Metall vom Raum 11 zum Atomisator 10 getrieben wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Metalloxyden, insbesondere von Bleioxyd, mittels eines Stromes aus im flüssigen Zustand befindlichen feinzerstäubten Metalles, der einer kreisenden Bewegung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Metall unter Druck in eine die Form eines Drehkörpers aufweisende Vorrichtung, im wesentlichen tangential zur Innenwand derselben, eingespritzt wird, um einen längs der Achse der Vorrichtung fortschreitenden Wirbelstrom des zerstäubten Metalles zu bilden, der im Laufe seiner Bewegung mit einem Strom aus oxydierenden Gasen zusammentrifft, welcher tangential in vorgenannten Wirbelstrom eingeführt wird.