Verfahren zur Gewinnung von Ammoniumhalogenid und Hydraziniumhalogenid Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Ammoniumhalogenid und Hydraziniumhalogenid unter dem Einfluss elek trischer Glimmentladungen.
Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Ammoniak und Ha logen und/oder ein in einer Glimmentladung Halogen abspaltender Stoff durch eine Glimmentladung in Form einer Strahlentladung geleitet werden, in der sich das Ammoniak mit dem zugeleiteten und/oder von dem genannten Stoff abgespaltenen Halogen zu Ammoniumhalogenid und Hydraziniumhalogenid um setzt, und dass die beiden Produkte zusammen als fester Niederschlag ausfallen.
Eine Apparatur zur Durchführung des Verfahrens besteht nach der Zeichnung aus einem doppelwandi gen (2) Metallbehälter 1, dessen Wände durch ein durch den Zwischenraum 4 strömendes Kühlmittel 3 gekühlt werden. Der luftdicht abschliessende Deckel 5 besteht aus elektrischem Isoliermaterial. Das Ammo- niakgas tritt durch die Leitung 23 oder 23a ein. Der Trichter 25 und der Zerstäuber 24 treten nur bei Verwendung von flüssigen oder festen Stoffen in Er scheinung. Das Gas geht weiter durch die Leitung 21, das Zuführungsorgan 6-7 und die Düse 8 in den Behälter 1.
Das Zuführungsorgan wird von durch Kühlkanäle 9 und 10 strömendem Kühlmittel 1l-12 gekühlt. Die Übergangsstellen Metall-Isoliermaterial am Deckel 5 sind in bekannter Weise durch Spalte 13 bzw. 14 geschützt. Ein weiteres Reaktionsgas, z. B. Chlor, Metallhalogeniddampf, wird durch die Leitung 30 in die Leitung 21 eingeleitet.
Die im Behälter gebildeten Reaktionsprodukte werden durch eine geeignete Austragsvorrichtung 35. (hier nur angedeutet) entfernt. Bei stöchiometrischer Zusammensetzung der Reaktionsgase erhält man ein festes Pulver. Ist das eine oder andere Gas im Über- schuss vorhanden, so kann es durch die Leitung 27 und die Pumpe 33, gegebenenfalls nach erneuter Ionisation (22a) in den Mischbehälter 22 zurückge führt werden (Rückleitung nicht eingezeichnet).
Die Steuerung der Reaktion geschieht durch Ab stimmung des Behälterdrucks p2-pl (26. und 34), und des elektrischen Feldes zwischen der Düsenmündung 8 (im allgemeinen Kathode) und der Gegenelektrode (im allgemeinen Anode), die als verstellbarer Ring 15a-15c ausgebildet ist. Verschiedene Möglichkeiten der Stromzufuhr sind aus der Zeichnung ersichtlich.
Zu Beginn des Versuches wird der Behälter 1 durch die Pumpe 29 evakuiert und dann die Re aktionspartner durch die Düse 8 zugeleitet. Bei richti ger Abstimmung zwischen dem Druck p2 an der Düsenmündung und der zwischen 8 und 15 zugeführ ten elektrischen Energie entwickelt sich aus der übli chen Glimmentladung an der Kathode eine Leucht- erscheinung,
die sich in Form eines leuchtenden Strahles weit in den Gasraum hinaus erstreckt und ihrer Struktur nach von allen bisher bekannten Gas- und Glimmentladungserscheinungen verschieden ist. In der Zeichnung ist der zur Düsenachse rotations symmetrische Strahl durch den Linienzug 36 ange deutet. Form und Gestalt der Leuchtzone wird durch die Geschwindigkeit des Gasstrahles bestimmt. Der Spektralbereich der Lichtemission entspricht dem der im Strahl vor sich gehenden Reaktion.
Ein wesentliches Merkmal des Strahles besteht in der scharfen Abgrenzung der Leuchtzone gegen ihre Umgebung. Sie beruht auf dem steilen Druckabfall vom Innern des Strahles zu dessen Rand und der bekannten Gesetzmässigkeit, nach welcher der Ener gieumsatz von Gasentladungen nach einer angenähert kubischen Funktion mit dem Gasdruck steigt. Die Konzentration der Reaktionspartner innerhalb und ausserhalb des Strahles ist also völlig verschieden. Da ausserhalb des Strahles die Bedingungen bezüglich Druck, Konzentration, Temperatur, Ionisierung usw.
derart anders als im Strahl selber sind, ist ein Zerfall der Endprodukte ausserhalb des Strahles weitgehend unterdrückt.
Je nach den Druckverhältnissen und Düsendimen sionen verlässt der Gasstrom die Düsenmündung mit einer Geschwindigkeit, die in der Grössenordnung von 1/10 der Schallgeschwindigkeit bis zum Mehrfachen der Schallgeschwindigkeit liegt. Somit lassen sich je weils sehr unterschiedliche Durchlaufzeiten für die Reaktionspartner durch den Reaktionsraum ein stellen, wobei durch Wahl einer geeigneten Spannung zwischen 8 und 15 eine der gewünschten Reaktion angepasste Energiezufuhr eingestellt wird. Beim vor liegenden Verfahren haben sich Spannungen zwischen 100 bis 2000 V, vorzugsweise von 300 bis 1000 V, als günstig erwiesen.
Es wird hauptsächlich Gleich strom verwendet, in manchen Fällen auch Halb wellen- und Impulsspannung. Auch die Verwendung von Wechselstrom kann in einzelnen Fällen in Frage kommen.
Die Reaktionspartner werden bereits in der Düse 8 oder kurz nach Verlassen derselben durch elek trische Einwirkung dissoziiert. Beim Durchlaufen des Strahles kommt die gewünsche Reaktion zustande.
Weitere Einzelheiten über zweckmässige Aus führungsformen von Anlagen zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens sind im Schweizer Patent Nr. 357 377 beschrieben.
Das vorliegende Verfahren zur Erzeugung von Ammoniumhalogenid und Hydraziniumhalogenid un ter Anwesenheit eines halogenhaltigen Ausgangs stoffes ist besonders einfach mit einem chlorhaltigen Ausgangsstoff durchführbar.
<I>Beispiel 1</I> Es wurde die in der Zeichnung hergestellte Apparatur verwendet, wobei die Bohrung 8 etwa 1 mm lichte Weite aufwies. Über die Leitungen 2'3a und 23b wurden dem Behälter 22 NH3 und N2 zu geführt und dort ein Gemisch aus einem Teil NH3 und einem Teil N2 hergestellt, das über das Regel organ 20 und die Leitung 21 der Düse 8 zugeführt und in den Reaktionsraum 1 als Strahl eingeblasen wurde.
Der Druck im Reaktionsraum 1 wurde zu nächst auf p1 = 1 mm Hg eingestellt, dann die Schal ter 16 und 16a geschlossen und die regelbare Gleich- spannungsquel'le 18 schrittweise von 200 V aus auf höhere Werte geregelt, bis zwischen der katholischen Düse 6, 8 und der anodischen Gegenelektrode 15a eine genügend grosse Feldstärke auftrat und sich eine Glimmentladung zwischen der Düsenmündung und der Gegenelektrode 15a zeigte.
Hierbei entstand ein Strahl von etwa 150 cm Länge, der ein bläulich rötliches Licht emittierte. Anschliessend wurde durch Regelung der Pumpenleistung und des Druckes in der Leitung 21 der Gasdurchsatz auf etwa 3 Liter pro Minute eingeregelt, wobei der Druck p1 etwa 4 bis 8 mm Hg betrug. Die Spannung an der Strom- quelle 18 war hierbei etwa 340 Volt und die Leistung 300 bis 4'00 Watt. Der intensiv bläulich-rote Strahl konnte bei dieser Einstellung beliebig lange aufrecht erhalten werden.
Nunmehr wurde über die Leitung 30 und das Regelorgan 31 ein Chlorgasstrom beigefügt, worauf hin sich im unteren Teil des Strahles eine auffallende Wolkenbildung zeigte und eine feste weisse Substanz in Gestalt eines feinkörnigen Pulvers ausfiel. Das Pulver setzte sich im unteren Teil des Behälters ab. Die Analyse ergab ein Mischsalz aus N2H5C1, also Hydraziriiumchlorid, und NH4CI, Ammoniumchlorid, das als festes Pulver abgezogen wurde. Die zugeführte Menge an Chlorgas entsprach dem stöchiometrischen Bedarf.
<I>Beispiel 11</I> Unter den gleichen Verhältnissen wie bei Bei spiel I wurden durch die Leitungen 23a und 23b NH3 und N2 dem Behälter 22 zugeführt. Durch die Leitung 3-0 wurde anstelle von Chlorgas verdampftes Titantetrachlorid zugeführt. Es zeigte sich ebenfalls ein weisser, pulverförmiger Niederschlag. Beim Auf lösen in Wasser blieb ein sehr feinkörniger Boden satz aus pulverförmigem Titan zurück. Das aus dem Strahl gebildete weisse Pulver bestand aus gleichen Teilen von N2H5C1 und NH4C1.
Ähnliche Reaktionen wie in den Beispielen I und 1I angegeben lassen sich auch mit einem halogen- haltigen Ausgangsstoff durchführen, der bromhaltig, jodhaltig oder fluorhaltig ist. Anstelle der titan- haltigen Halogenverbindung können auch andere metallhaltige Halogenverbindungen, z. B. Aluminium chlorid, benützt werden.