verfahren zur Herstellung von feinverteilten Oxyden Gegeifstand der Erfindung ist. ein Verfah- \re#@@ Herstellung von feinverteilten Oxyden von Metallen oder Metalloiden durch hydro lytische Zersetzung entsprechender flüchtiger Verbindungen, z. B. Halogenverbindungen, in einer Flamme.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, fein- verteilte Oxyde, z. B. Siliziumdioxy d, durch Verbrennung .der entsprechenden Halogenide herzustellen. Bei der praktischen Durchfüh rung des Verfahrens hat man die Umsetzung in einer Vielzahl von kleinen Flammen vor genommen und das Siliziumdioxyd an gekühl ten, bewegten Flächen abgeschieden.
Dieser Prozess erfordert zur Erzielung hoher Leistun- gen einen verhältnismässig hohen wirtschaft lichen und technischen Aufwand.
Es wurde nun gefunden, dass man die Herstellung feinverteilter Oxyde in einer Flamme weitgehend vereinfachen und wirt- sehaftlieher gestalten kann, wenn die Um- setzung der flüchtigen Verbindungen durch Hydrolyse in der Weise vorgenommen wird, da.ss erfindungsgemäss die unter Wasserbil dung verbrennenden Cxase, z. B.
Wasserstoff oder Metüan, und Sauerstoff mit. der zu hydrolysierenden flüchtigen Verbindung homo gen gemischt und hierauf gemeinsam in einer Flamme zur Umsetzung gebracht werden. Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung ist.
es nicht erforderlich, sich vieler kleiner Fl.am- inen zu bedienen. Vielmehr gelangt man wider Erwarten zu völlig einheitlichen, ausserordent lich feinverteilten Produkten, wenn man die Verbrennung in verhältnismässig grossen Flam men vor sich gehen lässt. Das neue Verfahren war keineswegs nahe liegend. Bei ähnlichen Vorgängen war es bis her üblich, Reaktionen, die, mit einer Verbren nung parallel laufen, z.
B. unter Bildung fester Zersetzungsprodukte im wesentlichen in einer bevorzugten Flammenzone stattfinden zu lassen. Dieses gilt vor allem für die Fälle, bei denen der Flamme durch die mit der Ver brennung parallel laufende Spaltung Wärme entzogen wird. Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, hat man daher bei den bekannten Verfahren die zu zersetzende flüchtige Verbindung ent weder in eine Flamme eingeblasen oder die Einleitung und Aufrechterhaltung der Zer setzungsreaktion durch besondere Hilfsflam men unterstützt bzw. bewirkt.
Auch bei der Durchführung des oben geschilderten Verfah rens hat man das Siliziumhalogenid zwar mit den brennbaren Gasen, jedoch nur mit einem Teil des zur Umsetzung notwendigen Sauer stoffes gemischt. Es wurde auf diese Weise erreicht, d'ass die Verbrennung und Hydrolyse in der Hauptsache in der Oberflächenzone der vielen kleinen Flammen stattfand, wo der Sauerstoff der Atmosphäre in unbe schränkter Menge verfügbar ist.
Es war zu befürchten, da.ss durch die Ver legung eines wärmeverbrauchenden Vorganges in das gesamte Volumen der Flamme eine un günstige Beeinflussung des Verbrennungs vorganges und der damit gekoppelten Spalt reaktion nicht zu vermeiden sein würde. Demgegenüber hat. sich gezeigt, d'ass bei Ver wendung homogener Mischungen die Zerset zung der flüchtigen Metalle bzw. Metalloidver- bindüngen und die Bildung der entsprechen den Oxyde in nahezu quantitativer Ausbeute völlig gleichmässig und störungsfrei verlaufen.
Als besonders günstig hat sieh erwiesen, mit Ausgangsmischungen zu arbeiten, deren Sauer stoffgehalt, bezogen auf die Wasserbildung, mindestens im stöchiometrischen Verhältnis zum Anteil an Wasserstoff bzw. Wasserstoff lieferndem Gas gehalten wird. Im Gegensatz zu der bisher üblichen Arbeitsweise wird hier bei eine gegenüber der Umgebung autarke Flamme verwendet.
Auch bei Anwendung eines stöehiometrischen Gemisches, die mit, einer maximalen Wärmekonzentration in der Flamme verbunden ist, gelingt es wider Erwarten. eine unerwünschte Teilehenvergröberung in den verhältnismässig grossen Flammen, die ge inäss dem Verfahren verwendet werden, zu vermeiden.
Zu besonders feinteiligen Produkten ge langt man, wenn man nach einer Ausfüh rungsform des Verfahrens die zu hydrolysie- rende Verbindung in dem Gasgemisch in mög lichst hoher Verdünnung anwendet.. Man kann also durch die Änderung der Beladung des zu verbrennenden Gasgemisches die Teilchen grösse der gebildeten Oxyde in einfacher Weise steuern. Die Anwendung dieser Massnahme führt zu einer gleiehlaufenden Änderung des Ausstosses an Metalloxyden.
Man kann jedoch auch bei gleichbleibendem Durchsatz zu einem feinteiligeren Produkt gelangen, indem man den Sauerstoff bzw. die Sauerstoff liefernde Komponente, z. B. Luft, im Gasgemisch in einer, bezogen auf die Wasserbildung, über- stöchiametrischen Menge der Flamme zuführt. Beim Arbeiten mit, stöchiometrischen oder überstöchiometrischen Sauerstoffgehalten er gibt sich im Gegensatz zu den bisher bekann ten Verfahren eine optimale Ausnutzung des angewendeten Wasserstoffes bzw. der Wasser stoff liefernden Komponente.
Auf diese Weise lässt sich nach dem erfindungsgemässen Ver fahren der Aufwand an Wasserstoff so weit herabsetzen, d@ass er nur noch wenig, z. B. maximal 10 1/o, oberhalb der theoretisch erfor- d@erlichen Menge liegt.
Für die Herstellung besonders aktiver Pro diukte, bei denen die Ausheilung der Ober fläche im Hinblick auf die Beseitigung der Gitterstörstellen und der aktiven Zentren der Primärteilchen weitestgehend, verhindert. wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Tem peratur der Flamme möglichst niedrig zu hal ten und mit. Flammentemperaturen zwischen 900 und 1200 C zu arbeiten, wobei besonders günstige Ergebnisse erzielt werden, wenn die Flammentemperatur zwischen 1000 und 1100 C liegt.. Die Einhaltung einer niedrigen Flam mentemperatur kann in verschiedenartiger Weise erfolgen.
Es ist möglich, die Beladung des Gasgemisches mit, der zu hydroly sierenden Verbindung zu erhöhen und auf diese Weise der Flamme durch die Spaltung dieser Ver bindung grössere VGTärmemengen zu entziehen.
Dabei muss man eine Vergrösserung der Teil chen in Kauf nehmen. Umgekehrt lä.sst sieh die Herabsetzung der Flammentemperatur auch derart erreichen, dass, wie vorstehend besehrie- ben, die Flamme mit Sauerstoff in für die Wasserbildung überstöehiometrisehen Sauer stoffmengen beaufschlagt wird oder der Flamme verdünnend wirkende Inertgase, z. B. Stickstoff, zugeführt werden.
Die Anwendung der zuletzt erwähnten Massnahmen bedeutet gleichzeitig eine Verringerung der Beladung des Gemisches mit der zu zersetzenden Ver bindung und damit eine Herabsetzung der Teilchengrösse des gebildeten Oxyds. Die Steuerungsmöglichkeiten, die in der Anwen dung dieser verschiedenen Massnahmen liegen, gestalten die Durehführung des erfindungs, gemässen Verfahrens ausserordentlich elastisch und bieten vor allem hinsichtlich der regulier- baren Vielfältigkeit der Verfahrensprodukte erhebliche Vorteile.
Der im Interesse der Erhaltung der akti ven Oberfläche der Primärteilchen wünschens werten schonenden Behandlung der festen Pro dukte durch Verringerung der Flammentem peratur sind gewisse Grenzen gesetzt, d#a. in einer zu kalten Flamme deren Kontinuität in Frage gestellt ist. Das Verfahren kann daher auch so durchgeführt werden, da.ss die Spal tung gegebenenfalls in einer heissen Flamme vorgenommen und die Verweilzeit der Spalt produkte besonders gering bemessen wird.
Aus diesem Grunde werden nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kurze Fl!am- nren benutzt., die ein grosses Flammenvolumen bei geringer Flammenhöhe aufweisen. Der artige Flammen sind zum Beispiel bei einer kreisrunden Flammenausbildung durch ein Verhältnis von Flammenhöhe zu Flammen- durchmesser wie 2: 1 oder 1 :1 und darunter gekennzeichnet.. Zur Erzeugung solcher Flam men bedient man sich mit. Vorteil beispiels weise eines Brausenbrenners, bei dem eine Vielzahl von kleinen Flammen sich zu einer grossen und verhältnismässig kurzen Flamme vereinigen lässt.
Da nach einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung die. Flamme in bezug auf den Sauerstoff autark, d. h. mit mindestens stöchiometrischen Sauerstoffmengen, betrieben wird, ist. man im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, zur Aufrechterhaltung der Flamme und zur glatten Durchführung der Spalt reaktion nicht auf die unkontrollierbare Zu fuhr von Sauerstoff aus der Atmosphäre zur Flammenfront angewiesen.
Es ist demzufolge möglich, die Unisetzung in einem geschlossenen Raum vorzunehmen und so eine zusätzliche Verdünnung sowohl des gebildeten Oxydes, als auch der andern Reaktionsprodukte durch un- kontrollierbar einströmende Luft zu vermei den. Bei der Hydrolyse von Halogenverbin dungen fällt daher das Oxyd ebenso wie die gebildete Salzsäure in maximal möglicher Kon zentration an., wodurch die Gewinnung dieser Produkte ausserordentlich erleichtert und mit dem geringsten apparativen Aufwand möglich wird.
Im Hinblick auf die erfindungsgemäss wesentliche gleichmässige und homogene Ver teilung der verschiedenen Reaktionskomponen ten praktisch im gesamten Flammenvolumen ist ein Eindringen von Luft oder sauerstoff haltigen Gasen über die mit, dem Gemisch zu geführten Mengen hinaus sogar unerwünscht, da auf diese Weise leicht Störungen in der homogenen Ausbildung der Flamme, z. B. Tur bulenzen, Wirbel oder dergleichen, hervor gerufen werden können. Mit Vorteil wird daher die gas- bzw. dampfförmige Ausgangs- mischung auf dem Wege zur Flamme und in dieser weitgehend faminar geführt.
Im allgemeinen hat man bisher davon abge sehen, den Wasserstoff oder das wasserstoff haltige Gas mit der zu zersetzenden Verbin dung und dem Sauerstoff oder sauerstoffhal tigen Gas gemeinsam der Flamme zuzuführen, da durch die rasche Reaktion an der Brenner mündung leicht Ansätze von Oxyden ent stehen, die auf die Dauer den Brenneraustritt verstopfen und zu einer empfindlichen Stö rung des Prozesses, vor allem beim konti nuierlichen Arbeiten, führen.
Es ist schon vor geschlagen worden, zur Vermeidung dieses Nachteils die Ausströmungsgesehwindigkeit der Gase so gross zu halten, dass die Flamme erst in einem gewissen Abstand von der Brenner mündung entsteht. Die Anwendung einer sol chen Massnahme ist. mit der Forderung nach der Bildung einer stetig und gleichmässigen, ahne Turbulenz und Wirbelung brennenden Flamme, die eines der wesentlichen Ziele des vorliegenden Verfahrens darstellt, schwer ver einbar. Zweckmässig wird daher die Bildung von Ansätzen, sog.
Bärten, an der Brenner mündung in der Weise vermieden, dass die Ausströmungsgeschwindigkeit der Ausgangs- rnischung zwar um ein Mehrfaches grösser ge halten wird, als die Zündgeschwindigkeit des Gasgemisches beträgt, der Brennerrand jedoch durch besondere Massnahmen vor dem An setzen von feinverteilten festen Reaktionspro dukten geschützt wird, ohne die homogene Zusammensetzung der Flamme nennenswert zu beeinflussen. Zu diesem Zweck kann man an der Brennermündung an sich bekannte mechanische Abstreifvorriehtungen, z.
B. einen zur Brennermündung konzentrischen, profi lierten Ring, beweglich anordnen. Man kann auch so verfahren, dass die Zündgeschwindig keit der Austrittsgase, lediglich in unmittel barer Nähe des Brennerrandes, etwa durch einen über die Brennermündung streichenden, ringförmigen Spülgasstrom herabgesetzt und damit die Reaktion in diesem Bereieh unter bunden wird. Als inertes Spülgas ist vorzugs weise Luft geeignet.
Die Anwendung eines derartigen Spülgasstromes führt also zu einer Abdrängung der Reaktion vom Brennerrand und /oder auch zu einer Verdünnung des Re aktionsgemisches unter die Zündgrenze, wirkt also sowohl mechanisch als auch physikalisch.
Für die Erziehung eines hochaktiven Pro duktes, bei dem die Störstellen und aktiven Zentren an der Oberfläche der Primärteilchen möglichst weitgehend erhalten bleiben müssen, ist man nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens nicht allein auf die Einhaltung niedriger Flammentempe raturen oder kurzer Verweilzeiten angewiesen.
Gerade bei der Verwendung von heissen und uder relativ langen Flammen gelangt man zu Oxyden mit besonders vorteilhaften Eigen- schaften,wenn man die in der Flamme gebil deten Teilchen durch Einspritzen von flüssi gem Wasser in den obern Teil der Plamme inögliehst dicht. am Ende der Hydrolysenzone abschreckt.
Lm einen günstigen und gleieli- inässiaen Effekt durch den gesamten Flam menquerschnitt zu erzielen, ist es zweckmässig, das flüssige Wasser in unterschiedlicher Tropfengrösse zur Anwendung zu bringen, wobei die Tropfen um so weiter in das Innere der Flamme eindringen, je grösser ihre Masse ist.
Zur Erhaltung der günstigen Eigenschaf ten der gebildeten Oxycliteilehen in bezug auf die Feinheit. und die Oberfläehen.ausbilduny bis zur Abscheidung bzw. endgültigen Gewin nung der festen Reaktionsprodukte hat es sich als ausserordentlich vorteilhaft erwiesen,
den möglichst vollständigen Übergang in die Gel- form in Gegenwart bereits koagulierter An teile stattfinden zu lassen. Die frühzeitig aus dem Aerosolzusta.nd abgeschiedenen Teilchen wirken so gewissermassen als Impfungsmittel oder Kondensationskerne für die weitere Aus scheidung der noch nicht koagulierten Anteile, sofern sie auf einer möglichst langen @Veg- ,trecke in der Schwebe gehalten werden.
Die Koagulation wird weiterhin dadurch begün stigt, dass die Teilchen, insbesondere relativ zueinander, bewegt. werden. Vorteilhaft wird der das Aerosol enthaltende Gasstrom in gross räumigen Kammern aufgewirbelt oder durch lange, zweckmässig gekrümmte Rohre derart bewegt, da.ss sich eine vorzugsweise turbulente Strömung ausbildet. und die schwebenden Teilchen einige Zeit., z. B. länger als 3 Sekun den, vorteilhaft 5 Sekunden und mehr, im Koagulationsraum verbleiben.
Die endgültige Trennung der festen von den gasförmigen Reaktionsprodukten erfolgt. sodann ansehiie- ssend in an sieh bekannten Vorrichtungen, insbesondere in Zyklonen. Man kann jedoch auch Filter oder Elektroabseheider benutzen. Der Vorteil der erfindungsgemässen Arbeits weise liegt vor allein darin, dass als Absehei- dungsorgane auch Zyklone allein benutzt wer den können, da durch die vorbeschriebene Koagulation die eigentlichen Abseheidungs- organe mit, der Koagulation selbst. nicht. mehr belastet werden.
Von wesentlicher Bedeutung für die erfolg reiche Durchführung des Verfahrens ist die Verwendung geeignet konstruierter Brenner, die es durch ihren Aufbau erlauben, die grundsätzlichen Massnahmen der Erfindung zu verwirklichen.
Es kommt vor allem darauf an, dass das Gemisch ans der zu zersetzenden Verbindung und den Wasser bildenden Gasen einerseits innig und homogen gemischt wird, anderseits jedoch in gleichmässigem, beruhig tem Strom,. vorzugsweise laminar, in die Flamme gelangt.. Zur Durchführung des er findungsgemässen Verfahrens eignen sich vor allem Brenner, die neben einer Miselikammer für die an der Reaktion beteiligten Gase Vor richtungen aufweisen, in denen der Gasstrom gerichtet und ruhig gestellt wird.
Des wei- teren sollen die Brenner mit Einrichtungen versehen sein, mit. deren Hilfe die Brenner n üindung mit. Sicherheit frei von Ansätzen, sog. Bärten, gehalten werden kann. Unter die sen Voraussetzungen sind zahlreiche verschie dene Brennerausführungen denkbar, die zur Durchführung des Verfahrens dienen können.
Ein Rohrbrenner, der sich für das erfin dungsgemässe Verfahren ailsserordentlich be währt hat, ist in den beiliegenden Fig. 1 und la im Aufriss und im Schnitt schematisch dar gestellt.
In der Fig. 1 bedeutet 1 das eigentliche Brennerrohr, während, die Brennermündung mit 2 bezeichnet ist. An dem der Flamme abgekehrten Ende des Rohres befindet sieh die Misehkammer 3 mit den Zuführungen 4 und 5 für die Reaktionskomponenten. Um in der Mischkammer 3 eine homogene Durchmischung der Komponenten zii erzielen, wird eine kräf tige Durehwirbelung der eintretenden Gase bzw.
Dämpfe dadurch hervorgerufen, dass die Zuführung für mindestens eine Komponente tangential in die Misehkammer einmündet, während die andere im Winkel dazu gestellt ist.
Die tangentiale Einführung ist. mit 4, die axiale mit 5 bezeichnet. Vor der Misehkammer nach der Flamme hin sind auf einem beträcht lichen Teil des Rohrbrenners Leitorgane 7 an :ebra.cht., durch die eine Entwirbelungskam- mer 6 gebildet wird. Die Anordnung beispiels weise dieser Leitorgane 7 ist, in der Sehnitt- zeiehnung la erkennbar, bei der im übrigen die gleichen Bezugszeichen gewählt sind.
Lediglich die Gaszuführung 4 ist. hier noch mals unterteilt und nimmt eine Zweigleitung 4a auf. Als Leitorgane sind im vorliegenden Fall sternförmig angeordnete Bleche gewählt, die gegeneinander symmetrisch zur Längsachse des Rohrbrenners angeordnet sind; jedes der Leitorgane 7 ist um die Längsachse des Bren ners gegen das da.rüberstehende radial ver setzt., wie es in der Fig. 1a durch die gestri- elielten Linien 7a angedeutet ist.
Der Betrieb des Brenners gestaltet sich folgendermassen: In 5 wird Wasserstoff oder ein Wasserstoff lieferndes Gas in die Gemischkammer einge führt, während durch 4 Verbrennungsluft oder ein Sauerstoff lieferndes Gas und durch 4a.
die zu zersetzende Verbindung mit einem Traggas, vorzugsweise Luft, einströmt. Durch die tangentiale Zuführung der in 4 eintreten den Gase werden diese mit der senkrecht hierzu durch 5 eintretenden wasserstoffhalti gen Komponente kräftig durchwirbelt und dabei homogen gemischt. Die so entstandene stark bewegte Gasmasse tritt nun in die Leit- organe ein und wird durch diese gewisser massen in Volumensegmente aufgeteilt,
die durch die radiale Versetzung der Leitorgane allmählich in gleichmässig und wirbelloser, vor z- bgsweise laminarer Strömung der Brenner mündung homogen verteilt zugeführt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung ist der der Brennermündung zugekehrte Teil. des Rohr brenners 1 mit einem Mantelrohr 8 überfan gen, das an seinem Ende 9 eingezogen ist und mit dem Brennerrand einen Ringspalt 10 bil det. In den durch das 3Zantelrohr 9 und die Wandung 1 des Rohrbrenners gebildeten Ring raum 11 kann nun ein Spülgas, insbesondere Luft, eingeleitet werden, das mantelförmig durch den Ringspalt 10 austritt und die Brennermündung gleichmässig umspült.
Auf diese Weise wird nicht nur die Reaktion von der Brennermündung abgedrängt und damit auf rein mechanischem Wege die Bildung von festen Reaktionsprodukten am Brennermund verhindert, sondern auch durch die erhöhte Verdünnung mit inertem Spülgas die Zünd geschwindigkeit der Gasmischung so weit herabgesetzt, d'ass die gekoppelte Reaktion hier nicht eintreten kann.
Diese gleichzeitig physi kalisch und mechanisch wirkende Massnahme hat sieh für die Aufrechterhaltung eines stö rungsfreien Betriebes des Brenners als ausser ordentlich vorteilhaft erwiesen, ohne dass die verhältnismässig geringen und örtlich begrenzt eintretenden Spülgas- bzw. Luftmengen die Homogenität und die Stabilität der Flamme in uritunlicher Weise stören.
Das erfindungsgemässe Verfahren bietet die Möglichkeit, mit geringerem Aufwand an apparativen Mitteln il hohen Durchsätzen bei der Herstellung von feinverteilten Oxyden von Metallen oder Metalloiden in Ausbeuten von 98 % und mehr, bezogen auf die das Metall oder Metalloid enthaltende Verbindung, zu gelangen. Diese guten Ergebnissewerden unter bester Ausnutzung des Wasserstoffes oder des wasserstoffliefernden Gases erzielt, so dass sich ein überraschend geringer Gesamtverbrauch an diesen Gasen ergibt. Als besonders vorteil haft hat sich die Möglichkeit einer vielfältiger.
Steuerung der Grösse und Oberflächenaktivi tät der gewonnenen OxydteHchen erwiesen, durch die es gelingt, die Eigenschaften des Produktes dem jeweils gewünschten Verwen dungszweck in optimaler Weise anzupassen.
Besonders bewährt haben sich die nach dem. Verfahren der Erfindung hergestellten fein verteilten aktiven Oxyde als Füllmittel für natürlichen und synthetischen Kautschuk, Kunststoffe und andere Plasten sowie als Verdickungsmittel für Flüssigkeiten, Sedimen- tationsverZögerer für Lacke, Katalysatorträ- ger, Adsorptionsmittel,ferner als VerdickLin-s- mittel oder als Grundlage oder aktive Träger stoffe für Salben, Pasten, Puder und andere kosmetische und pharmazeutische Produkte.
process for the preparation of finely divided oxides is the subject of the invention. a process \ re # @@ production of finely divided oxides of metals or metalloids by hydrolytic decomposition of the corresponding volatile compounds, e.g. B. halogen compounds in a flame.
It has already been proposed to use finely divided oxides, e.g. B. Siliciumdioxy d, by burning .der the corresponding halides. In the practical implementation of the process, the implementation has been carried out in a large number of small flames and the silicon dioxide deposited on cooled moving surfaces.
In order to achieve high performance, this process requires a relatively high level of economic and technical effort.
It has now been found that the production of finely divided oxides in a flame can be largely simplified and made more economical if the conversion of the volatile compounds is carried out by hydrolysis in such a way that, according to the invention, the carbon dioxide which burns with formation of water, z. B.
Hydrogen or metal, and oxygen with. the volatile compound to be hydrolyzed homogeneously mixed and then brought together in a flame to implement. In the method according to the invention.
it is not necessary to use many small bottles. Rather, contrary to expectations, one arrives at completely uniform, extraordinarily finely divided products if the combustion is allowed to proceed in relatively large flames. The new procedure was by no means obvious. In similar processes, it was customary up to now, reactions that run in parallel with a combustion, z.
B. to take place essentially in a preferred flame zone with the formation of solid decomposition products. This applies above all to cases in which heat is withdrawn from the flame by the fission that runs parallel to the combustion. In order to counter these difficulties, the volatile compound to be decomposed has therefore either been blown into a flame in the known processes or the initiation and maintenance of the decomposition reaction is supported or caused by special auxiliary flames.
Even when carrying out the above-mentioned procedure, the silicon halide was mixed with the flammable gases, but only with part of the oxygen required for the conversion. It was thus achieved that the combustion and hydrolysis took place mainly in the surface zone of the many small flames, where the oxygen of the atmosphere is available in unlimited quantities.
It was to be feared that by relocating a heat-consuming process to the entire volume of the flame, an unfavorable influence on the combustion process and the associated gap reaction could not be avoided. In contrast, has. It has been shown that when homogeneous mixtures are used, the decomposition of the volatile metals or metalloid compounds and the formation of the corresponding oxides proceed completely uniformly and without disruption in almost quantitative yield.
It has proven to be particularly advantageous to work with starting mixtures whose oxygen content, based on water formation, is kept at least in the stoichiometric ratio to the proportion of hydrogen or hydrogen-supplying gas. In contrast to the previously common way of working, a flame that is independent of the environment is used here.
Even if a stoehiometric mixture is used, which is associated with a maximum heat concentration in the flame, it succeeds against all expectations. to avoid unwanted coarsening of the parts in the relatively large flames that are used in the process.
Particularly finely divided products are obtained if, according to one embodiment of the process, the compound to be hydrolyzed is used in the gas mixture in the highest possible dilution. By changing the loading of the gas mixture to be burned, the particle size of the formed Control oxides in a simple way. The application of this measure leads to a gradual change in the emission of metal oxides.
However, with the same throughput, a more finely divided product can be obtained by removing the oxygen or the oxygen-supplying component, e.g. B. air, in the gas mixture in a, based on the water formation, superstoichiametric amount of the flame. When working with stoichiometric or superstoichiometric oxygen contents, in contrast to the previously known methods, optimum utilization of the hydrogen or the hydrogen-supplying component is achieved.
In this way, according to the inventive method, the amount of hydrogen consumed can be reduced to such an extent that it is only used a little, e.g. B. a maximum of 10 1 / o, above the theoretically required amount.
For the production of particularly active products in which the healing of the surface is largely prevented with regard to the elimination of the lattice defects and the active centers of the primary particles. it has proven to be advantageous to keep the temperature of the flame as low as possible and with. To work flame temperatures between 900 and 1200 C, particularly favorable results are achieved when the flame temperature is between 1000 and 1100 C. Maintaining a low flame temperature can be done in various ways.
It is possible to increase the loading of the gas mixture with the compound to be hydrolyzed and in this way to withdraw larger amounts of heat from the flame by splitting this connection.
You have to accept an enlargement of the particles. Conversely, the lowering of the flame temperature can also be achieved in such a way that, as described above, the flame is exposed to oxygen in quantities of oxygen that are too high for the formation of water, or inert gases that dilute the flame, e.g. B. nitrogen, are supplied.
The use of the last-mentioned measures also means a reduction in the loading of the mixture with the compound to be decomposed and thus a reduction in the particle size of the oxide formed. The control options that lie in the use of these various measures make the implementation of the process according to the invention extremely elastic and offer considerable advantages, especially with regard to the controllable diversity of the process products.
The gentle treatment of the solid products by reducing the flame temperature, which is desirable in the interest of maintaining the active surface of the primary particles, is subject to certain limits, d # a. in a too cold flame whose continuity is in question. The method can therefore also be carried out in such a way that the cleavage is carried out, if necessary, in a hot flame and the dwell time of the cleavage products is particularly short.
For this reason, according to a special embodiment of the invention, short flames are used which have a large flame volume with a low flame height. Such flames are characterized, for example, in the case of a circular flame design, by a ratio of flame height to flame diameter such as 2: 1 or 1: 1 and below. To generate such flames, one uses. The advantage of a shower burner, for example, in which a large number of small flames can be combined into one large and relatively short flame.
Since according to a preferred embodiment of the invention the. Flame self-sufficient with respect to oxygen, d. H. is operated with at least stoichiometric amounts of oxygen. In contrast to the known methods, to maintain the flame and to smoothly carry out the gap reaction, you do not rely on the uncontrollable supply of oxygen from the atmosphere to the flame front.
It is therefore possible to carry out the dissolution in a closed space and thus to avoid additional dilution of both the oxide formed and the other reaction products by the uncontrollable inflow of air. During the hydrolysis of halogen compounds, the oxide as well as the hydrochloric acid formed are obtained in the maximum possible concentration, which makes the recovery of these products extremely easier and possible with the least amount of equipment.
With regard to the essential uniform and homogeneous distribution of the various reaction components according to the invention, practically in the entire flame volume, penetration of air or oxygen-containing gases beyond the amounts to be carried out with the mixture is even undesirable, as this easily interferes with the homogeneous Training of the flame, z. B. Tur bulenzen, eddies or the like, can be called forth. The gaseous or vaporous starting mixture is therefore advantageously guided on the way to the flame and in this largely faminar.
In general, one has hitherto refrained from feeding the hydrogen or the hydrogen-containing gas with the compound to be decomposed and the oxygen or oxygen-containing gas together to the flame, since the rapid reaction at the burner mouth easily results in the formation of oxides, which in the long term clog the burner outlet and lead to a sensitive disruption of the process, especially when working continuously.
It has already been proposed to avoid this disadvantage to keep the outflow speed of the gases so high that the flame only arises at a certain distance from the burner mouth. The application of such a measure is. with the requirement for the formation of a steady and uniform flame that burns without turbulence and eddies, which is one of the main objectives of the present process, is difficult to reconcile. The formation of approaches, so-called
Beards, avoided at the burner mouth in such a way that the outflow speed of the starting mixture is kept several times greater than the ignition speed of the gas mixture, but the edge of the burner is protected by special measures against the build-up of finely divided solid reaction products without significantly affecting the homogeneous composition of the flame. For this purpose, mechanical Abstreifvorriehtungen known per se, z.
B. a concentric to the burner mouth, profiled ring, movable. One can also proceed in such a way that the ignition speed of the outlet gases is reduced only in the immediate vicinity of the burner edge, for example by an annular purge gas stream sweeping over the burner mouth and thus the reaction in this area is suppressed. Air is preferred as the inert purging gas.
The use of such a purge gas stream thus leads to a displacement of the reaction from the burner edge and / or also to a dilution of the reaction mixture below the ignition limit, so it acts both mechanically and physically.
For the education of a highly active product in which the impurities and active centers on the surface of the primary particles must be preserved as largely as possible, one is not dependent solely on maintaining low flame temperatures or short residence times according to a further embodiment of the inventive method.
Especially when using hot and extremely long flames, oxides with particularly advantageous properties are obtained if the particles formed in the flame are made as tight as possible by injecting liquid water into the upper part of the flame. deterred at the end of the hydrolysis zone.
In order to achieve a favorable and uniform effect through the entire flame cross-section, it is advisable to use the liquid water in different droplet sizes, with the droplets penetrating the interior of the flame, the greater their mass.
To preserve the favorable properties of the oxyclite parts formed in terms of fineness. and the surface training up to the separation or final recovery of the solid reaction products, it has proven to be extremely advantageous
to allow the most complete transition possible into gel form in the presence of already coagulated parts. The particles separated early from the aerosol state act to a certain extent as inoculants or condensation nuclei for the further elimination of the not yet coagulated components, provided that they are kept in suspension over the longest possible route.
The coagulation is also favored by the fact that the particles move, in particular relative to one another. will. The gas flow containing the aerosol is advantageously whirled up in large chambers or moved through long, suitably curved pipes in such a way that a preferably turbulent flow is formed. and the suspended particles for some time., e.g. B. longer than 3 seconds, advantageously 5 seconds and more, remain in the coagulation room.
The final separation of the solid from the gaseous reaction products takes place. then viewed in devices known per se, in particular in cyclones. However, you can also use filters or electrical separators. The advantage of the working method according to the invention lies solely in the fact that cyclones can also be used alone as separating organs, since the above-described coagulation means that the actual separating organs are involved, but not the coagulation itself. to be burdened more.
Of essential importance for the successful implementation of the process is the use of suitably constructed burners, which make it possible by their structure to implement the basic measures of the invention.
It is particularly important that the mixture of the compound to be decomposed and the gases forming water is mixed intimately and homogeneously on the one hand, but in a steady, calm flow on the other. preferably laminar, gets into the flame .. To carry out the method according to the invention, burners are particularly suitable which, in addition to a misele chamber for the gases involved in the reaction, have devices in which the gas flow is directed and immobilized.
Furthermore, the burners should be provided with devices with. with the help of which the Brenner connection Security can be kept free of roots, so-called beards. Under these conditions, numerous different burner designs are conceivable that can be used to carry out the process.
A tube burner, which has proven itself ailsserordsame be for the method according to the invention, is shown schematically in the accompanying FIGS. 1 and la in elevation and section.
In FIG. 1, 1 denotes the actual burner tube, while the burner mouth is denoted by 2. At the end of the tube facing away from the flame, there is the mixing chamber 3 with the inlets 4 and 5 for the reaction components. In order to achieve homogeneous mixing of the components zii in the mixing chamber 3, a strong turbulence of the incoming gases or
Vapors caused by the fact that the feed for at least one component opens tangentially into the mixing chamber, while the other is set at an angle to it.
The tangential introduction is. with 4, the axial with 5. In front of the mixing chamber towards the flame, guide elements 7 are on a considerable part of the tubular burner, through which a de-swirling chamber 6 is formed. The arrangement, for example, of these guide elements 7 can be seen in the sectional drawing la, in which the same reference numerals have otherwise been chosen.
Only the gas supply 4 is. divided here again and takes on a branch line 4a. In the present case, metal sheets arranged in a star shape are selected as guide elements, which are arranged symmetrically to the longitudinal axis of the tube burner; each of the guide elements 7 is offset radially about the longitudinal axis of the burner against the protruding one, as indicated in FIG. 1a by the dashed lines 7a.
The operation of the burner is as follows: In 5 hydrogen or a hydrogen supplying gas is introduced into the mixture chamber, while in 4 combustion air or an oxygen supplying gas and in 4a.
the compound to be decomposed flows in with a carrier gas, preferably air. Due to the tangential supply of the gases entering in 4, these are swirled vigorously with the hydrogen-containing component entering perpendicular thereto through 5 and are thereby mixed homogeneously. The strongly moving gas mass created in this way now enters the guide organs and is divided by these to a certain extent into volume segments,
which, due to the radial displacement of the guide organs, are gradually supplied to the burner mouth in a homogeneous, even and invertebrate, for example laminar flow.
According to a preferred embodiment of the device described, the part facing the burner mouth is. the pipe burner 1 with a jacket tube 8 überfan gene, which is drawn in at its end 9 and with the burner edge an annular gap 10 bil det. A purge gas, in particular air, can now be introduced into the annular space 11 formed by the 3Zantelrohr 9 and the wall 1 of the tubular burner, which emerges in the form of a jacket through the annular gap 10 and evenly surrounds the burner mouth.
In this way, not only is the reaction pushed away from the burner mouth and thus the formation of solid reaction products at the burner mouth is prevented in a purely mechanical way, but also the ignition speed of the gas mixture is reduced so much by the increased dilution with inert purging gas that the coupled Reaction cannot occur here.
This simultaneously physically and mechanically acting measure has proven to be extremely advantageous for maintaining trouble-free operation of the burner, without the relatively small and locally restricted amounts of purging gas or air disturbing the homogeneity and stability of the flame in a natural way .
The process according to the invention offers the possibility of achieving high throughputs in the production of finely divided oxides of metals or metalloids in yields of 98% and more, based on the compound containing the metal or metalloid, with less expenditure on apparatus. These good results are achieved with the best possible utilization of the hydrogen or the hydrogen-supplying gas, so that there is a surprisingly low total consumption of these gases. The possibility of a more diverse one has proven to be particularly advantageous.
Control of the size and surface activity of the obtained OxydteHchen has been proven, through which it is possible to adapt the properties of the product in an optimal way to the particular intended use.
Those after. Process of the invention produced finely divided active oxides as fillers for natural and synthetic rubber, plastics and other plastics and as thickeners for liquids, sedimentation retarders for paints, catalyst carriers, adsorbents, furthermore as thickeners or as a base or active Carriers for ointments, pastes, powders and other cosmetic and pharmaceutical products.