CH346527A - Verfahren und Kondensationskammer zum Kondensieren von direkt in den festen Zustand übergehenden Metallchloriden - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Kondensationskammer zum Kondensieren von direkt in den festen Zustand  übergehenden Metallchloriden
Die Kondensation von direkt in den festen Zustand übergehenden Chloriden wie   Fell8,      All3,      TaCl5    und NbCI5 bietet insofern verfahrenstechnisch einige Schwierigkeiten, als vermieden werden muss, dass sich die Chloride an den Wänden des Kondensationsraumes krustenförmig absetzen. Als ganz besonders schwierig erweist sich die Kondensation der Oxychloride von Niob und Tantal.

   Diese Verbindungen, die bekanntlich beim Chlorieren von Erz-Kohle Gemischen mit Chlorgas bei 600 bis   1000    in beträchtlicher Menge neben den entsprechenden Pentachloriden entstehen, zeigen nur schlechte Kristallisationstendenz und eine ausgesprochene Neigung zur Bildung sehr harter Beläge an Flächen, deren Temperatur niedriger ist als die Dampftemperatur der Chlorierungsprodukte. Durch eine Krustenbildung wird nicht nur die Austragung des Produktes kompliziert, sondern auch die Abführung der Kondensationswärme der Festchloride erschwert. Die Krustenbildung kann sogar zur Verstopfung der Apparatur und somit oft zu unerwünschten Unterbrüchen bei der kontinuierlichen Herstellung von Chlorierungsprodukten aus   niob- und    tantalhaltigen Erzen führen.



   Zur Verhinderung der Krustenbildung sind verschiedene Mittel vorgeschlagen worden, z. B. mechanische Vibration der Wandungen der Kondensationskammer durch Hämmern, Klopfen, Vibrieren mit Hilfe eines Vibrators. Zur Ablösung gebildeter Krusten wurden ferner mechanische Schabvorrichtungen in den Kondensator eingebaut. Alle diese Massnahmen bringen konstruktive Komplikationen mit sich, indem mechanisch bewegte Teile verwendet werden.



   Es wurde nun gefunden, dass das Problem in grundlegender Art gelöst werden kann, wenn man dafür sorgt, dass während der Kondensation der Metallchloride die Tendenz zur Krustenbildung dadurch auf einem Mindestwert gehalten wird, dass die Dämpfe unter mindestens teilweiser Vermeidung einer Berührung der Wände des Kondensationsraumes zum festen Zustand abgekühlt werden. Zweckmässig wird die Kondensation so durchgeführt, dass mindestens die Hauptmenge der Chlorierungsdämpfe durch Wärmeabstrahlung und Wärmeabfuhr durch Konvektion im freien Raum, d. h. nicht im Kontakt mit den Wänden der Kondensationszone, fest wird.



  Zu diesem Zweck kann man z. B. die heissen, d. h. die auf einer Temperatur oberhalb des Kondensationspunktes befindlichen, mit inerten Gasen wie Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Phosgen oder Stickstoff gegebenenfalls vermischten Chloriddämpfe durch eine heizbare, oberhalb des Kondensationspunktes der Dämpfe gehaltenen Zuleitung bis ins Innere einer gekühlten Kondensationszone führen, deren Dimensionen und Gestalt so gewählt sind, dass die heissen Chloriddämpfe zum festen Zustand kondensieren, bevor sie die Wände des Kondensationsraumes erreicht haben. Infolgedessen wird die Kondensationskammer um so grösser sein, je grösser die Geschwindigkeit und je höher die Temperatur der eintretenden Dämpfe ist. Zweckmässig verwendet man eine vertikale Kondensationskammer, z. B. einen zylinderförmigen Kondensator, in den die   Chlonddämpfe    von oben eingeleitet werden.



   Die beiliegende Zeichnung zeigt z. B. einen Schnitt durch einen für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens verwendbaren Kondensationsraum. Die auf einer Temperatur oberhalb des Kondensationspunktes befindlichen, mit inerten Gasen wie CO, CO2, N2 vermischten Chloriddämpfe B treten durch die bis zur Mündung M auf die Temperatur T1 geheizte, unterhalb des Deckels D vorsprin  gende Zuleitung Z in den Kondensationsraum ein.



  Die Wandungen A des Kondensationsraumes werden durch Kühlung bei K mit Luft oder eventuell einem flüssigen Wärmeübertragungsmittel auf einer konstanten Temperatur T2 gehalten. Durch entsprechende Wahl des Kondensatordurchmessers sowie der Temperaturen T, und T2 gelingt es, bei gegebener Dampfzusammensetzung und -geschwindigkeit, die Gesamtmenge der   Festehloride    im freien Raum zur Kristallisation zu bringen und damit eine Kondensation an den Wandungen zu verhindern. Entsprechend kann man in einer solchen Apparatur von gegebenen Dimensionen durch Regulierung der Eintrittsgeschwindigkeit der Chloriddämpfe ebenfalls eine Kondensation an den Wandungen der Kondensationskammer verhindern.



   Die Kondensation der dampfförmigen Chlorierungsprodukte im freien Raum der Kondensationszone kann ebenfalls dadurch erreicht werden, dass zwischen den Wandungen A der Kondensationskammer und den eintretenden Dämpfen ein inertes Gas eingeschaltet wird. Zu diesem Zwecke können z. B.



  Stickstoff, CO2 oder die von Chlorierungsprodukten befreiten Reaktionsgase verwendet werden, welche nach Abscheidung der festen Chloride F von der Austrittsöffnung C der Abgase zurückgeleitet werden.



  Das inerte, kalte Gas kann den   Wandungen    entlang, oder um die Chloriddämpfe herum, z. B. durch Verwendung einer konzentrisch um die Dampfzuführung angeordneten und parallel gerichteten Leitung, dem Kondensationsraum zugeführt werden.



   Durch passende Wahl der Temperatur und der Menge des inerten Gases kann eine beträchtliche Menge der Kondensationswärme weggeführt werden, so dass die Chlorierungsprodukte, welche die Wandungen erst durch einen kalten Gasmantel erreichen können, meist im freien Raum bzw. im Trenngas fest ausfallen.



   Zum gleichen Zweck kann man auch zwischen den Wandungen   des - Kondensationsraumes    und den eintretenden warmen Chlorierungsgasen anstelle eines inerten Trenngases flüssige, mit den Metallchloriden nicht reagierende Verbindungen, insbesondere flüssige Chloride, z. B. Siliciumtetrachlorid, Titantetrachlorid oder Tetrachlorkohlenstoff, vorzugsweise in fein verteilter Form und in solchen Mengen zugeben, dass alle flüssig zugesetzten Chloride verdampfen und in der Dampfphase bleiben, während die festen Chloride ausgeschieden werden.



   Die Kondensationskammer kann aus Nickel, Stahl, vernickeltem oder emailliertem Stahl hergestellt sein. Falls die Wandungen der Kammer unterhalb etwa   100"    C gehalten werden, kommt auch Aluminium als Konstruktionsmaterial der Kondensationskammer in Betracht.



   Nach dem vorliegenden Verfahren können in der erfindungsgemässen Apparatur die verschiedensten, direkt in den festen Zustand übergehenden Metallchloride unter weitgehender Vermeidung einer Krustenbildung kondensiert werden. Als Ausgangsstoffe kommen insbesondere die durch Chlorieren von Niob und/oder Tantal enthaltenden Erzen erhältlichen Chloride, vor allem solche Chloridgemische in Betracht, die neben Pentachloriden noch Tantal- und vorzugsweise Nioboxychlorid enthalten. Zu solchen Gemischen gelangt man nach an sich bekannten Methoden, z.

   B. durch Chlorierung eines Gemisches der Oxyde des Niobs und des Tantals mit Chlorgas und einem Reduktionsmittel, wie Kohle, bei 400 bis   1000"    in einem Schacht- oder Rohrofen; hierbei können die üblicherweise in der Technik vorliegenden Gemische mit einem Gehalt an Oxyden des Niobs und des Tantals oder auch die Naturprodukte benützt werden, die die beiden Elemente meist in Form ihrer Oxyde enthalten, wie z. B. die zwecks Anreicherung gegebenenfalls nachbehandelten Erze, z. B.



  Niobit, Tantalit, Pyrochlor usw.



     Tm    nachfolgenden Beispiel bedeuten die Teile, sofern nichts anderes angegeben wird, Gewichtsteile, die Prozente Gewichtsprozente; die Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.



   Beispiel
Unter Verwendung eines auf   700O    vorgewärmten Ofens mit einem Innendurchmesser von 60 mm wurden Briketts aus 80 Teilen Columbiterz und 20 Teilen Russ in einem kontinuierlichen Chlorstrom von 1 Liter pro Minute chloriert. Die Temperatur im Chlorierungsofen wurde während der Umsetzung auf etwa 7500 gehalten, und die warmen Chlorierungsprodukte wurden mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 15 cm pro Sekunde durch eine elektrisch auf   450"    gehaltene Zuleitung mit einem Durchmesser von 15 mm von oben in einen zylinderförmigen, vertikalen Kondensationsraum mit einem innern Durchmesser von 120 mm und einer Höhe von 250 mm eingeleitet. Die Mündung der durch Widerstandsheizung (auf der Zeichnung mit E bezeichnet) auf 4500 gehaltenen Zuleitung befand sich 50 mm unterhalb des den Kondensationsraum abschliessenden Deckels.

   Die Wände des Kondensationsraumes wurden von aussen durch einen Luftstrom auf Zimmertemperatur gehalten.



   Das anfallende, kristallisierte Produkt war von feinpulveriger Beschaffenheit, locker und frei flie ssend. Eine Krustenbildung an den Wandungen trat nicht auf. Geringe Staubniederschläge rutschten von den Wandungen ab, sobald sie eine nennenswerte Masse erreicht hatten.



   Es ist einleuchtend, dass die oben beschriebene Apparatur auf beliebige Grössenordnungen übertragen und damit in industriellem Massstab angewandt werden kann. Für den angestrebten Effekt entscheidend ist einzig, dass die Dampfgeschwindigkeit, der Abstand zwischen der Einmündung der warmen Chloriddämpfe und der am nächsten kommenden Wand, die Temperatur der Dämpfe und diejenige der Wandungen des Kondensationsraumes ins richtige, z. B. in das weiter oben angegebene Verhältnis gesetzt werden.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zum Kondensieren von direkt in den festen Zustand übergehenden Metallchloriden mit höchstens geringer Krustenbildung, dadurch gekennzeichnet, dass man die Chloriddämpfe unter mindestens teilweiser Vermeidung einer Berührung der Wandungen des Kondensationsraumes zum festen Zustand abkühlt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kondensation so durchführt, dass mindestens die Hauptmenge der Chloriddämpfe durch Wärmeabstrahlung sowie Wärmeabfuhr durch Konvektion im freien Raum der Kondensationszone fest wird.

   2. Verfahren gemäss Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ausgangsstoffe Chlorierungsprodukte von Niob und/ oder Tantal enthaltenden Materialien, insbesondere Chlorierungsprodukte von Niob- und Tantalerzen, verwendet.

   3. Verfahren gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Chloriddämpfe in die gekühlte Kondensationskammer durch eine geheizte, oberhalb der Erstarrungstemperatur der Metallchloride gehaltene, im Innern der Kondensationskammer vorspringende Zuleitung einleitet und die Dimensionen bzw. die Temperatur der Kondensationskammer so wählt, dass die Chloride im freien Raum fest werden.

   4. Verfahren gemäss Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wandungen der Kondensationskammer und den eintretenden Dämpfen ein kühles Inertgas separat eingeleitet wird.

   5. Verfahren gemäss Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als inertes Gas gekühltes, chloridfreies Abgas verwendet wird.

   6. Verfahren gemäss Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als inertes Gas Kohlendioxydgas verwendet wird.

   PATENTANSPRUCH II Kondensationskammer zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine heizbare, in das Innere der Kondensationskammer vorspringende Zuleitung für die Chloriddämpfe.

   UNTERANSPRUCH 7. Kondensationskammer gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die heizbare, die warmen Chloriddämpfe zuführende Leitung bis zu einem Viertel der Höhe des Kondensationsraumes in diesen vorspringt.