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Bei der Herstellung von Metallhalogeniden ist häufig eine Vergrösserung der Phasengrenze wünschenswert, um die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. den Stoffaustausch zu erhöhen. Für die Herstellung einer grossen Phasengrenze und eine Erneuerung der Oberfläche sind viele Verfahrensmöglichkeiten bekannt.
Erfindungsgemäss wird eine Vergrösserung der Phasengrenze bei einem Verfahren zur Herstellung von Halogeniden, z. B. Chloriden, von Metallen wie z. B. Aluminium, Zink oder Zinn dadurch erreicht, dass das Metall in flüssigem Zustand unter dem Einfluss eines elektrischen Drehfeldes an der Innenwandung eines Reaktorgefässes in dünner Schicht in Umlauf versetzt mit dem Halogen in Kontakt gebracht wird. Die unter dem Einfluss des Drehfeldes entstehende Metallschmelzenoberfläche zeichnet sich dadurch aus, dass durch Sekundärströmungen ständig eine Erneuerung der Oberfläche eintritt. Diese Mischvorgänge innerhalb der Schmelze sind nicht nur für den Stofftransport von Bedeutung, sondern auch für den Wärmetransport.
Weitere Untersuchungen zum Verhalten einer elektrisch leitenden Metallschmelze, die der Wirkung eines Drehfeldes ausgesetzt ist, haben gezeigt, dass mit steigender Wirkung des Drehfeldes, d. h. bei steigenden Spulenströmen, die Oberfläche der Schmelze bezüglich ihrer Form über den Zustand eines Rotationsparaboloids hinaus noch verändert werden kann.
In Fig. la ist skizziert, wie sich eine Flüssigkeitsoberfläche bei sehr geringen Stromstärken einstellt. In der Anordnung nach Fig. lb bei höheren Stromstärken als beim Fall ist die Oberfläche zum deutlich
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enthaltenden Gefässes vollständig frei von Schmelze ist und bei der sich die Schmelze in einer praktisch gleichmässig starken Schicht über die Wände des Gefässes verteilt.
Vorteilhaft wird die an die Innenwandung abgegebene Reaktionswärme durch Luft- oder
Flüssigkeitskühlung abgeführt.
Zweckmässig werden die Metallschmelze und das gasförmige Halogen dem Reaktionsgefäss kontinuierlich zugeführt und wird das Reaktionsprodukt daraus kontinuierlich abgezogen.
Vorzugsweise wird-wie erwähnt-als Metall Aluminium, Zink, oder Zinn und als Halogen Chlor eingesetzt.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren werden die bei exothermen Reaktionen mit hoher
Reaktionsenthalpie auftretenden Schwierigkeiten vermieden, zu denen es bei der Herstellung von
Metallhalogeniden in verschiedenen Fällen wegen der Abführung der Reaktionswärme kommt. So ist es dadurch nicht mehr notwendig, z. B. gegebenenfalls geringe Volumenbelastungen in Kauf zu nehmen oder zu früher nötigen Hilfsmassnahmen zu greifen, wie z. B. ein Fliessbett zu verwenden oder Reaktionsmasse im Kreislauf zu führen, um die Reaktionswärme unter den gewünschten Bedingungen abzuführen. Für die Abführung von
Reaktionswärme aus der reagierenden Metallschmelze, die unter dem Einfluss eines eleketrischen Drehfeldes steht, wurden unerwartet günstige Bedingungen gefunden.
So kann man bei sehr grossen Temperaturdifferenzen zwischen der reagierenden Metallschmelze und dem Kühlmedium, auf die Flächeneinheit bezogen, erhebliche Wärmemengen abführen. Dabei kann infolge der hohen Durchmischung innerhalb der Flüssigkeit bei genügend hoher Reaktionsenthalpie mit Temperaturen des Kühlmediums gearbeitet werden, die erheblich unter dem
Schmelzpunkt der Metallschmelze liegen, ohne dass diese an der gekühlten Wand erstarrt.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dient vorzugsweise ein Reaktor mit einem vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildeten Gefäss und darum herum angeordneten elektrischen Wicklung, sowie. - zumindest im Falle des kontinuierlichen Betriebes-mit einer Austrittsöffnung für das gebildete Metallhalogenid, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wicklungen nach Art der Polwicklungen des Stators eines Drehstrommotors angeordnet sind und in das Gefäss ein Zuführrohr für das gasförmige Halogen hineinragt.
Das Gefäss ist vorteilhaft von einem Kühlmantel umgeben.
Die Wicklungen können mit Kühlmänteln versehen sein.
Wenn das Zuführrohr eine höhenverstellbare Mündung aufweist, lässt sich das Angebot an mit der Metallschmelze reagierendem Halogen verändern.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen in den Fig. 2 bis 4 näher erläutert. Die Fig. 2 und 3 zeigen Reaktoren zur Herstellung von Metallhalogeniden, wobei der in Fig. 2 dargestellte Reaktor eine Luftkühlung und der in Fig. 3 dargestellte Reaktor eine Flüssigkeitskühlung aufweist. Fig. 4 zeigt einen Reaktor, wie er zur Herstellung von Aluminiumchlorid geeignet ist.
In den Zeichnungen haben die einzelnen Zahlen folgende Bedeutung : In Fig. 2 stellt --1-- einen Reaktor dar,--2--sind Wicklungen,--3-eine Wärmeschutzwand,--4--sind Zuleitungen,--5 und 6-Hohlräume und --12-- die im Reaktor befindliche Metallschmelze. In Fig. 3 ist--7--der Reaktor,--8-- ein Ständer, --9-- ein wassergekühlter elektrischer Leiter,--10 und 11--rohrförmige Zuleitungen und --12-- die im Reaktor befindliche Metallschmelze. In Fig. 4 sind--11, 13 und 14--rohrförmige Zu-bzw.
Ableitungen und --15-- ein Kondensationsgefäss.
In Fig. 2 ist der Reaktor--l--aus Quarz oder keramischem Material gefertigt ; unter gewissen Voraussetzungen kommen auch entsprechend ausgeführte metallische Reaktoren mit geeigneten Schutzschichten in Frage. Das Drehfeld wird durch eine Wicklung--2--erzeugt, die in ihren Grundsätzen dem Wicklungsaufbau der Ständer von Drehstrommotoren entspricht. So wird insbesondere die Umlaufzahl des
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Drehfeldes von der Polzahl und der Frequenz des elektrischen Stromes bestimmt. Durch die Wahl einer geeigneten Frequenz ergeben sich Möglichkeiten, den cosy zu verbessern, der wegen erheblicher Luftspalte in der Bohrung niedrig ist. Bei Dreiphasenwechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz wurden bei Sternschaltung der Wicklung bei Luftspalten von etwa 30 mm Werte für den cos = 0, 3 gemessen.
Die angelegte Spannung betrug dabei z. B. etwa 50 V. Die Spannung wird zweckmässig über einen Regeltransformator od. dgl. in ihrer Höhe variiert und auf diese Weise die Ausbildung einer gleichmässigen dünnen Schicht der Metallschmelze unter dem Einfluss des Drehfeldes bewirkt.
Bei Luftkühlung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, den elektrischen Teil der Vorrichtung durch einen Strahlungsschutz --3-- dem Einfluss zu grosser Wärmeeinwirkung zu entziehen. Die Kühlluft-4--wird zweckmässig aufgeteilt, u. zw. auf den Spalt--5--zwischen Reaktor und Strahlungsschutz, den Spalt--6-- zwischen Strahlungsschutz und Blechpaket und auf die Kühlung der elektrischen Wicklung. Bei einer Anordnung mit Wasserkühlung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, wird der Reaktor--7--in der Bohrung des Ständerblechpakets --8-- eingebaut, das auch eine eventuelle Druckbeanspruchung aufnehmen kann. Die Reaktionswärme wird durch die wassergekühlten elektrischen Leiter--9--des Apparates abgeführt.
Auf diese Weise ist die Abführung von erheblichen Wärmemengen möglich.
Die Beschickung des Reaktors mit dem bei der Reaktion flüssigen Metall kann in fester oder flüssiger Form
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den Reaktor gepumpt werden. Eine am Boden des Reaktors befindliche Öffnung erlaubt auch die Entfernung von Rückständen, z. B. von Schlacken. Derartige Verunreinigungen haben ihren Ursprung vor allem in nicht vollständiger Reinheit der Reaktionspartner. Die Apparatur selbst erlaubt bei entsprechender Bauweise die Erzeugung sehr reiner Substanzen, da infolge ihrer im Vergleich zu andern Anordnungen gleicher Leistung geringeren Abmessungen Mauerwerksfugen u. ähnl. vermieden werden können.
Die Zufuhr des gasförmigen Halogens erfolgt durch ein Rohr das vorwiegend zentrisch
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werden.
Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Verfahren an Hand von Beispielen näher erläutert : Beispiel l : Zur Herstellung von Aluminiumchlorid (AlCia) wurde wie in Fig. 4 dargestellt, der Reaktor der ein Volumen von 920 ml aufwies, mit 200 g Aluminiumgranalien gefüllt, die mit heissem Stickstoff von 2500C vorgewärmt wurden. Darauf wurde ein Chlorstrom von 1200 NI/h eingestellt und über Leitung --11-- in den Reaktor geleitet. Das Metall schmolz rasch, es nahm unter dem Einfluss des Drehfeldes eine Form an, die die Oberfläche des Rotationsparaboloids aufwies. Die Reaktion zwischen Aluminium und Chlor lief unter starker Lichterscheinung sehr intensiv ab. Die Reaktionswärme wurde durch Kühlluft abgeführt, wobei die Durchmischung des Metallinhalts durch das Drehfeld erfolgte.
Durch die intensive Durchmischung wurde verhindert, dass an der Reaktorwand Aluminium erstarrte. Entsprechend dem Verbrauch von Aluminium wurden frische Granalien über die Leitung--13--aufgegeben. Das Chloreinleitungsrohr-11--wurde in seiner Höhe so eingestellt, dass ein Teil des Chlors nicht umgesetzt wurde, so dass sich rechnerisch ein "Chlorüberschuss" von zirka 5% ergab. Auf diese Weise wurde die Bildung von Aluminiumsubhalogenid (AICI)
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wurde zu 0, 294 gemessen. Das elektrische Drehfeld lief mit 3000 Umdr/min um.
Beispiel 2 : Zur Herstellung von Zinntetrachlorid (SnCI4) wurde die in Beispiel l benutzte Einrichtung verwendet. Der Reaktor wurde mit Zinngranalien gefüllt und in der beschriebenen Weise nach Vorwärmung des Metalls in Betrieb gesetzt. Es wurde mit einem Chlorstrom von 800 Nl ! h gearbeitet. Die austretenden Reaktionsprodukte wurden in einer Kondensationsapparatur, die gegenüber der in Fig. 4 gezeigten Einrichtung mehrstufig ausgeführt war, kondensiert, so dass das austretende Restgas weitestgehend von Zinntetrachloriddämpfen befreit wurde. Das anfallende Zinntretrachlorid wurde als klare Flüssigkeit erhalten, wenn die Apparatur gegen Zutritt von Luft bzw.
Luftfeuchtigkeit geschützt ist (Einspeisung frischer Metallgranalien über mit Stickstoff als Schutzgas betriebene Schleusen).
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