CH275685A - Verfahren zur Darstellung von fein verteilten Metalloxyden durch Zersetzung von Metallchloriden mit sauerstoffhaltigen Gasen. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Darstellung von fein verteilten Metalloxyden durch     Zersetzung     von Metallchloriden mit sauerstoffhaltigen Gasen.    Im Hauptpatent ist ein Verfahren zur     Zer=     Setzung     flüehtiger    Metallchloride mit sauer  stoffhaltigen Gasen zwecks     Gewinnung    von  Fein verteilten     Metalloxyden    bei hohen Tem  peraturen unter     Flammenbildung    beschrie  ben.

   Bei diesem Verfahren wird ein Gemisch       (Reaktionsgas)    von     lIetallchloriddampf    und  sauerstoffhaltigem Gas mit. einer Temperatur  von     höchstens        500     C angewandt., welches man  in einen Reaktionsraum ausströmen lässt und  zu einer Flamme entzündet, wobei man min  destens die zur Erzeugung der Flamme not  wendige Wärmemenge     durch    eine besondere  Wärmequelle innerhalb des Reaktionsraumes  erzeugt.

   Eine spezielle     Ausführungsform    des  Verfahrens besteht darin, dass eine     exother-          mische    chemische Hilfsreaktion als Wärme  quelle     verwendet    wird, indem beispielsweise  das     Gemisch    von     sauerstoffhaltigem    Gas und       111etallehloriddampf    innerhalb einer konzen  trisch um den     Reaktionsgasstrom    herum bren  nenden Flamme ans brennbarem Gas und       sauerstoffhaltigem    Gas in den Reaktionsraum  geführt, dort. zur Flamme entzündet und zur  Reaktion     gebraeht    wird.  



  Die Zubereitung der     31isehung    aus     'Meta.ll-          chloriddampf    und sauerstoffhaltigem Gas  kann hei     Verwendung    flüssiger     Metallehloride     beispielsweise dadurch geschehen, dass man  das     sauerstoffhaltige    Gas durch das auf einer  bestimmten Temperatur gehaltene flüssige       Metallehlorid        hindurchleitet    und dadurch das  sauerstoffhaltige Gas mit dem Metallchlorid-    dampf belädt. Durch     Regulierung    der Tem  peratur     lä.sst    sich so ein Gemisch beliebiger  Zusammensetzung herstellen.  



  Wesentlich schwieriger ist dagegen die  Herstellung von     Misehungen    mit Metallchlor  iden, die unter normalem Druck nicht. in  flüssiger, sondern in fester Form auftreten,  wie beispielsweise     Zirkonehlorid.    Durch Subli  mation der festen Chloride eine solche     Mi-          sehung    konstanter     Zusammensetzung    in kon  tinuierlichem Strom herzustellen, ist     tech-          niseh    sehr schwierig und nur in komplizierten       @A.pparaturen    möglich.  



  Die Erfindung betrifft, nun ein Verfah  ren zur Darstellung von fein verteilten Metall  oxyden, mittels welchem sowohl flüssige als  auch bei normaler Temperatur feste     Metall-          ehlorid,    seien es feste     schmelzbare    oder feste       sublimierbare,    in einfacher Weise zersetzt  werden können.  



  Es wurde     nämlich        gefunden,    dass man die       Zersetzung    der     Metallehloride    in der Weise       durchführen    kann,     da.ss    man eine Suspension  von feinem     Metallehlorid,    das fest oder flüssig  sein kann, in sauerstoffhaltigem Gas in einen  Reaktionsraum     austreten    lässt und dort zu  einer Flamme entzündet, wobei mindestens die  zu deren Erzeugung notwendige Wärmemenge  durch eine innerhalb des Reaktionsraumes       durehgeführte        exotherme        chemische    Hilfsreak  tion geliefert wird.  



  Durch die mittels der Hilfsreaktion er  zeugte Wärme kann man nämlich erreichen,      dass das Metallchlorid in der Suspension rasch  verdampft und auf die notwendige Reaktions  temperatur erhitzt wird, so dass es anschlie  ssend mit dem Sauerstoff zum entsprechen  den     Metalloxyd    reagiert. Da vor dein Ein  tritt der Reaktion die     Verdampfungswärme     für das Metallchlorid der Suspension im Re  aktionsraum     zuzuführen    ist, muss die durch  die Hilfsreaktion innerhalb des Reaktionsrau  mes gelieferte Wärme grösser sein als die  jenige, welche für die Zersetzung von     Metall-          ehloriden,    die bereits in Dampfform zuge  führt werden,     benötigt    wird.

   Eine besonders  vorteilhafte chemische Hilfsreaktion stellt die  Verbrennung eines brennbaren Gases mit  sauerstoffhaltigem Gas dar. Dabei wird die  Suspension mittels einer zweckmässigen, kon  stant brennenden Hilfsflamme aus diesen Ga  <B>s</B> -en zur Flamme entzündet.  



       Lm    eine möglichst rasche     Durehmisehung     der Suspension dieser Metallchloride in sauer  stoffhaltigem Gas mit. den heissen Reaktions  produkten der chemischen Hilfsreaktion zu  erreichen, ist es von     Vorteil,    die in den Reak  tionsraum austretende Suspension innerhalb  einer konstant. um sie herum brennenden  Hilfsflamme zu entzünden und zur Reaktion  zu bringen. Man kann dabei vor allem auch  die im Schweizer Patent Nr. 272991 beschrie  bene Massnahme anwenden, dass man minde  stens einen der Gasströme der Hilfsflamme  in den Strom der Suspension     hineinriehtet.     Als brennbares Gas können z.

   B. verwendet  werden: Wasserstoff,     Kohlenmonoxyd,    Koks  ofengas,     Kohlenwasserstoffgase    und -dämpfe.  Im vorliegenden Fall, in dem das     Metall-          ehlorid    erst im Reaktionsraum verdampft wer  den muss, wird naturgemäss eine entsprechend       grössere    Menge an brennbarem Gas benötigt.  



  Die Korngrösse des entstehenden     Metall-          oivdes    hängt ausser von der Flammentempera  tur, Konzentration der Suspension im sauer  stoffhaltigen Gas und andern Faktoren insbe  sondere von der Grösse der Metallchlor     idteil-          chen    ab. Kleine     Metallehloridteilehen    werden  naturgemäss rascher verdampft als     gröbere     Teilchen. Sie liefern dabei nach der     Verdamp-          fung    eine gleichmässigere molekulare Mi-         schung    im sauerstoffhaltigen Gas und gelan  gen deshalb zur rascheren Reaktion unter  Bildung eines feineren Kornes.

   Sollen sehr  feine Metalloxyde mit Teilchengrössen unter  1     ,u    hergestellt werden, so verwendet man       vorteilhafterweise    eine     lletallehloridsuspen-          sion    von Teilchen, die in ihrer Grössenord  nung nicht stark von 1     cc    abweichen, z. B.  solche von 1.5 bis 20<B>lt.</B>  



  Die notwendige     /Menge    an brennbarem  Gas im Verhältnis zum Metallchlorid hängt       unter    anderem ab von der     Verbrennnungs-          wärme    des Gases, der Korngrösse und dem       Sublimations-        resp.        Verdampfungspinikt    des       Metallehlorides.    Bei Chloriden, die     erst    bei  hohen Temperaturen verdampfen, wie z. B.

         Chrom-III-Chlorid,    muss     inan    mehr Verbren  nungsgas verwenden als bei Chloriden mit  niedrigem     Sublimationspunkt.,    wie beispiels  weise     Zirkonchlorid.    Bei der Zersetzung mit  Hilfe einer Hilfsflamme aus     Kohlenmonoxyd     verwendet man im     ersten    Falle auf 1     Mol.          CrCli    2 bis 3     Mol.    CO, im     zweiten    Falle auf  1     11o1.        ZrCl,    nur 1 bis 2     Mol.    CO.

   Diese  Verhältniszahlen haben aber     girr    die Bedeu  tung von     Richtwerten.    Sie können vor allem  bei der     Durchführung    im grossen     llassstabe          geringer    sein, denn in diesem Falle wird die  Wärme innerhalb der Flamme bedeutend bes  ser zusammengehalten als bei der Durchfüh  rung im kleineren     Massstabe.     



       IHan    kann mittels dieses Verfahrens nicht  nur Chloride zersetzen, die unter     @irb@ima-          tion    verdampfen, sondern auch solche feste  Chloride, die vor der     Verda.nipfung    noch  schmelzen, wie z.

   B.     Niobehlorid.    Man kann  aber auch eine     Suspension    von fein verteil  tem,     flüssigem    Metallchlorid in sauerstoffhal  tigem Gas in dieser Art zur Reaktion     1rrinTen.     Eine solche     Ausführungsform    des Verfahrens  kann in gewissen Fällen von     besonderem    Vor  teil sein, sei es an sieh oder in Kombination  mit. der     Verwendung    fester     lletall.ehloride,    so  dass in der gleichen Apparatur wahlweise  oder im Bedarfsfalle auch gleichzeitig flüssige  und feste Metallchloride zur Anwendung ge  langen können.

   Man kann hierbei auch eine  Suspension von Metallchlorid in einer Mi-           sehung    von     sauerstoffhaltigem    Gas und     lIe-          tallehloriddampf    dem Reaktionsraum zufüh  ren und     hier    zu einer Flamme entzünden.  Auf diese Weise lassen sich ohne Schwierig  keit auch Mischpigmente in der erforderlichen       Zusammensetzung-    auf direktem Wege her  stellen.  



  Derartige Suspensionen lassen sich in an  sich bekannter Weise herstellen, beispiels  weise durch Zerstäuben des flüssigen     l@etall-          chlorides    mittels sauerstoffhaltiger Gase oder  durch Einschleusen von feinpulverigem, fe  stem     Metallchlorid    in den Strom sauerstoff  haltigen Gases.  



  Zur     Durchführung    des Verfahrens sind  diejenigen     Vorrichtungen    des Hauptpatentes  geeignet, welche zur Durchführung des Ver  fahrens unter     Verwendunu    einer     ehemisehen     Hilfsreaktion dienen.

   Geeignet sind insbeson  dere die Vorrichtungen, bei welchen die     Zu-          Füliruiigsleitungen        und    Austrittsöffnungen für  die Gase der     Hilfsreaktion    konzentrisch um  die     Zuführungsleitun-    und Austrittsöffnung  für das Reaktionsgasgemisch, in diesem Falle  also für die Suspension des     Metallehlorides    im  sauerstoffhaltigen     -Gas,    angeordnet sind. Man  kann auch die im Schweizer Patent Nr.     272991_     beschriebene Vorrichtung zur     Anwendungy     bringen.  



  An Hand der folgenden     Beispiele    soll das  Verfahren     noeli    näher     erläutert    werden:  <I>Beispiel. 1:</I>  In eine senkrechte Reaktionskammer, die  auf einer Temperatur von 1200  C gehalten  wird, werden durch drei ineinander konzen  trisch     an;-eordnete    Zuführungsleitungen fol  gende     Reaktionskomponenten\    zugeführt:

   Im  zentralen     Zuleitungsrohr    mit einer     Austritts-          gesehwindigkeit    von 5     m/sec.    eine Suspension  von 1     Mol.        Zr('1,    in 2     Mol.    reinem Sauer  stoff von etwa 50  C, im mittleren, um das  zentrale Zuleitungsrohr herum angeordneten  Zuleitungsrohr 2     lIol.    Kohlenoxyd mit einer  Austrittsgeschwindigkeit von 20 m/sec. und im  äussersten     Zuleitungsrohr    mit einer Geschwin  digkeit von ebenfalls 20 m/sec. 1     Mol.    reiner  Sauerstoff. Die durchschnittliche Korngrösse    des     Zirkonehlorids    beträgt. 20 /c.

   Die Suspen  sion entzündet sich in einem Abstand von  etwa. 5 cm von den auf gleicher Höhe lie  genden Austrittsöffnungen der drei Zufüh  rungsleitungen. Es wird ein     Zirkonoxyd    von  1.     /s    durchschnittlicher Teilchengrösse erhalten.

    <I>Beispiel 2:</I>  In die Bleiehe Reaktionskammer mit der  Bleiehen Temperatur wie bei Beispiel 1 wer  den durch drei     ineinanderliegende,    konzen  trische Zuleitungen, von denen die beiden  äussersten im letzten Teile von der Austritts  öffnung mit einem     Winkel    von 60      koniis-          artig    nach innen ausgebildet.

   sind, die folgen  den     Reaktionskomponenten    eingeleitet  Durch die zentrale Leitung eine Suspen  sion von 1     Mol.        CrCh    in einer Gasmischung  von 1,5     Mol.    0, und 1,5     Mol.        A7,    mit einer       Temperatur    von 20  C, durch die mittlere Zu  leitun- eine     'Mischung    von 2     1Iol.    CO mit  0,5     Mol.        C,H.,    und durch die äusserste Zu  leitung 3     Mol.    reiner Sauerstoff. Die       Austrittsgeschwindigkeit    aller Gase beträgt  10 m/sec.

   Bei einer Korngrösse des     CrCl,    von  50     ,u    wird ein Chromoxyd     (Cr,0;)    mit einer  Teilchengrösse von 1 bis 2     ,,c    erhalten.  



  <I>Beispiel 3:</I>  Es werden die gleiche Reaktionskammer  und die analog ausgeführten Zuführungslei  tungen wie in Beispiel 2 angewendet. Durch  die zentrale Zuleitung wird eine Suspension  von 1     Mol.        TiCl,    und 1     Mol.        Cr    C13     in    6     Mol.          50prozentigem        Sauerstoff    mit einer Tempera  tur von 20  C und einer Austrittsgeschwindig  keit von 10 m/sec.     zugeführt,    durch die mitt  lere Leitung mit. 20 m/sec.

       .1        Mol.    einer     Gas-          mischun-    aus 80 % CO und 20 %     H_    und  durch die äusserste Zuleitung mit. ebenfalls  20 m/sec. 2     Mol.    reiner Sauerstoff. Es wird  ein hellgrünes Mischpigment mit: einer durch  schnittlichen     Teilchengrösse    von 1     ,u    erhalten.

    <I>Beispiel</I>     #1:     In dieselbe Vorrichtung wie in Beispiel 2  werden eingeleitet: Im Zentralrohr: eine Sus  pension von 0,1     Mol.        AIC13    in einer Mischung  von 1     Mol.        TiCl,    mit 1,5     Mol.        0y    bei einer  Temperatur von 120 C, im mittleren Rohr           \_'        1o1.    CO     lind    im äussersten Rohr 1     Mol.     Sauerstoff.

   Es wird ein     Aluminiumoxyd-          Titanoxcd-Mischpigment    von 0,5     ,u    durch  schnittlicher     Teilchengrösse    erhalten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Darstellung von fein ver- teilten lletalloxy den durch Zersetzung von Metallchloriden mit sauerstoffhaltigen Gasen bei hohen Temperaturen unter Flammenbil dung, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Suspension von feinem Metallchlorid in sauer stoffhaltigem, Gas in einen Reaktionsrahm austreten lässt und dort zu einer Flamme ent, zündet,

   wobei mindestens die zu deren Er zeugung notwendige Wärmemenge durch eine exotherme ehemisehe Hilfsreaktion innerhalb des Reaktionsraumes geliefert wird. UNTER.ANSPRüCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man eine Suspen sion fester Metallchloride in sauerstoffhalti- -em Gras in den Reaktionsraum austreten lässt und dort zu einer Flamme entzündet.

   \'. Verfahren naeli Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man eine Suspen sion von flüssigen Metallchloriden in sauer stoffhaltigem Gas in den Reaktionsraum aus treten lässt und dort zu einer Flamme ent zündet. 3. Verfahren nach Patentansprueli, da durch gekennzeichnet, dass man eine Suspen sion aus einem Gemisch von festen und flüs sigen -.#letallehloriclen in sauerstoffhaltigem Gas in den Reaktionsraum austreten lässt und dort. mi einer Flamme entzündet.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man eine Suspen sion von lletallclilorid in einer Mischung von sauerstoffhaltigem CTas mit, Metallehlorid- cla.mpf in den Reaktionsranin austreten lässt und dort die Gesamt-Mischung zu einer Flamme entzündet. 5.

   Verfahren naeli Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man eine Suspen sion von Metallchlorid in sauerstoffhaltigem Gas mittels einer konstant brennenden Hilfs flamme ans brennbarem Gas und sauerstoff haltigem Gas zur Flamme entzündet. 6.

   Verfahren nach Unteransprtteh 1, da durch gekennzeichnet, dass man die Suspen sion von Metallchlorid in sauerstoffhaltigem Gas mittels einer konzentrisch um den die suspendierten Teilehen enthaltenden Gasstrom herum konstant brennenden Hilfsflamme aus brennbarem Gas und sauerstoffhaltigem Gas zur Flamme entzündet.

   7. Verfahren nach Unteransprüchen 1 und 5, dadurch "-el@ennzeiehnet, dass die Hilfs flamme aus Wasserstoff- und sauerstoffhalti- 1em Gas gebildet wird. B. Verfahren nach U nteransprüehen 1 und 5, dadurch (,el@ennzeielinet, dass die Hilfs flamme ans kohlenwasserstoff- und sauerstoff haltigem Gas gebildet wird. 9.

   Verfahren nach rnteransprüelien 1 und dadurch gekennzeichnet, dass die Ililfs- flamine aus holilennionoxvd- und sauerstoff- faltigem Gas gebildet wird.