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Vorrichtung zur Herstellung von Oxyden leichtschmelzender Metalle
Die Erfindung betrifft eine insbesondere zur Herstellung von Bleioxyden bestimmte
Vorrichtung, bei der flüssiges Metall unter Druck durch Düsen in eine Kammer eingespritzt
sowie zerstäubt wird und auf einen Gasstrahl eines Oxydationsmittels trifft.
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Unter Bleioxyd sollen sowohl chemisch definierte Oxyde, wie Bleioxyd
(Pb0) und Mennige (P1y304), als auch Mischungen von Bleiteilchen mit Teilchen mehr
oder minder stark oxydierten Bleis verstanden werden, deren Zusammensetzung sich
je nach den Herstellungsbedingungen ändert.
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Es sind bereits zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Bleioxyden
bekannt, z. B. die Oxydation von Bleikügelchen durch Reibung, Überleiten eines Luftstromes
über die Oberfläche geschmolzenen Bleis sowie Pulverisieren festen metallischen
Bleis in einer erwärmten oxydierenden Atmosphäre.
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Es ist auch vorgeschlagen worden, eine Kupferschmelze zu zerstänbect
ünd die zerstäubten Kupferteilchen durch Gegenführen von 02 haltigen Gasen in Kupferoxyd
überzuführen.
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Die Erfindung bezweckt nun, eine zur Verarbeitung von Metall zu Oxyden
besonders geeignete Vorrichtung zu schaffen, die gegenüber den bisher verwendeten,
eine größere Ausbeute ergibt und einen weiteren Spielraum in der Zusammensetzung
des gewonnenen Oxydes zuläßt.
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Man verwendet heute in der Farbenindustrie sowie bei der Herstellung
von Schutzüberzügen (Metallisierung) sogenannte Zerstäuber, die durch eine schnelle
kreisende Bewegung in einem hohlen Drehkörper geeigneter Form die Unterteilung eines
Flüssigkeitsstrahls in sehr feine Teilchen und dessen Abzug in Form eines zerstäubten
Strahls ermöglichen. Die Erfindung geht von dem Prinzip derartiger Vorrichtungen
aus.
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Die Translationsbewegung des Bleis während seiner kreisenden Bewegung
kann auf verschiedene Weise. erzielt werden: Durch die Schwerkraft, durch Saugwirkung
oder auch durch passende Gestaltung der Innenwände der Zerstäubungsvorrichtung usw.
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Da man nun einerseits den Druck, die Geschwindigkeit und die Temperatur
des flüssigen Bleis ändern, andererseits die Zusammensetzung, den Druck und die
Temperatur des oxydierenden Gasstromes beliebig regeln kann, ermöglicht eine vernünftige
Auswahl dieser verschiedenen Parameter, ein Bleioxyd ganz bestimmter Zusammensetzung
zu erhalten.
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Es sind eine ganze Anzahl verschiedener Vorrichtungen denkbar, um
diese Verfahren auszuführen. Zu bevorzugen ist jedoch eine Vorrichtung, die von
der durch die Schwerkraft sich ergebenden Translation Gebrauch macht. .
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch zwei übereinanderliegende,
gleichachsig angeordnete rotationssymmetrische Kammern, die durch einen in Richtung
der Achsen der Kammern verlaufenden engen Kanal miteinander verbunden sind, sowie
tangential in jeder Kammer einmündende Düsen und eine in Achsrichtung liegende Austrittsöffnung
der Kammer.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen solcher Vorrichtungen
schematisch und beispielsweise dargestellt.
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Fig. 1 stellt einen Querschnitt und Fig. 2 eine Draufsicht auf eine
Ausführungsform dar, während Fig.3 und 4 Querschnitt und Draufsicht einer weiteren
Ausführungsform darstellen.
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Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, besteht die als Zerstäubervorrichtung
dienende Kammer aus einem Drehkörper aus einem Material, beispielsweise aus nichtoxydierbarem
Stahl, der, vor allein auf den Innenwänden der Kammer, den auftretenden Betriebstemperaturen
gewachsen ist.
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Die Temperatur des einzuspritzenden flüssigen Metalls liegt etwa bei
50 bis 250°C über dem Schmelzpunkt des Metalls, also bei der Verarbeitung von Blei
etwa bei 377 bis 577° C. Der Einspritzdruck beträgt etwa 4 bis 10 kg/cm2. Die Temperatur
des unter einem Druck von etwa 4 bis 10 kg/cm2 zugeführten Oxydationsmittels liegt
etwa um 100 bis 400° C.
Der Zerstäuber besteht aus einem zylindrischen
Teil 1, der sich nach unten verjüngt und in einen Hohlkegelstumpf ausläuft.
Ungefähr in der Mitte des zylindrischen Teils ist ein K-, nal 2 aus nichtoxydierbarem
Stahl angeordnet, der gegebenenfalls beheizt sein kann und der Kammer in tangentialer
Richtung einen Strahl von Blei oder einem anderen flüssigen Metall unter Druck zuführt.
Das in feinste Partikeln zerstäubte flüssige Blei verläßt die Kammer durch die untere
Öffnung 3. Die Kammer 5 besteht aus einem ähnlichen Material, aus dem auch die Kammer
1 hergestellt ist, und hat die Form eines flachen zylindrischen Troges mit jeweils
einer oben und unten befindlichen mittleren Öffnung. Die obere Öffnung stimmt mit
der Öffnung 3 der oberen Kammer überein, während durch die untere Öffnung 6 das
Bleioxyd entweicht. Die Gasstrahlen werden durch zwei seitliche Kanäle 4 zugeführt,
wirbeln in die Kammer hinein und bewirken die Oxydation der Bleiteilchen in mehr
oder minder starkem Maß.
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Der der Kammer zugeführte Gasstrahl besteht aus trockener oder feuchter
Luft, aus Wasserdampf oder aus irgendeinem anderen geeigneten oxydierenden Gasgemisch.
Im Bedarfsfalle können die Zuleitungen zu den Kanälen 4 beheizt sein.
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Die Formen und Abmessungen der Kammern, die Anzahl, die Form und die
Stelle der Anbringung der Zuleitungen und die Kanäle 4 selbst können entsprechend
den Erfordernissen der Erfindung geändert werden, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Die Zerstäubungskammer kann die Gestalt einer Kugel oder zweier Kegel
haben, die mit ihren Grundflächen aneinander stoßen und Eintrittsdüsen für das flüssige
Metall in die mittlere Zone der Kammer aufweisen. Der Winkel am oberen Ende der
beiden Kegel, d. h., der Winkel zwischen einer erzeugenden und der Achse kann etwa
45° betragen. Der Durchmesser der Kugel oder der Grundfläche der Kegel oder Kegelstümpfe
liegt vorteilhafterweise in der Größenordnung von etwa 20 mm. Die kreisrunde Austrittsöffnung
kann dabei einen Durchmesser von etwa 1 bis 2 mm annehmen. Der Durchmesser der Öffnung
der Oxydationskammer beträgt etwa 6 bis 8 mm, während die Austrittsöffnung der Kammer
einen Durchmesser von etwa 4 bis 10 mm aufweist.
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Das zu verarbeitende Blei wird in einem beliebigen Ofen in einer nichtoxydierenden
Atmosphäre z. B. Stickstoff verflüssigt. Der., zum Einsprühen des flüssigen Metalls
in die Zerstäubungskammer erforderliche Druck kann entweder durch den Druck des
Gases, durch die Schwerkraft oder durch die Kombination beider Wirkungen oder von
irgendeiner anderen Vorkehrung geliefert werden.
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Wie oben bereits ausgeführt ist, ermöglichen es die Änderungen der
Herstellungsbedingungen, die physikalischen und- chemischen Eigenschaften des Bleioxydpulvers
beliebig zu ändern. Falls es erwünscht sein sollte, kann man entsprechend den vorhandenen
Bedürfnissen auch den aus der Öffnung 6 herauskommenden Strahl in einen Auffangofen
leiten, um den Oxydationsgrad zu erhöhen. Mit Hilfe eines Mahlwerkes oder einer
Mühle kann man dem Oxydpulver gegebenenfalls auch eine bestimmte Korngröße geben.
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Die Vorrichtung nach den Fig. 3 und 4 ist derjenigen nach den Fig.
1 und 2 ähnlich, gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche Teile. Bei dieser zweiten
Ausführungsform hat der Innenraum der Kammer 1 im wesentlichen die Form zweier Kegelstümpfe
mit einander gegenüberliegenden Grundflächen und einem zylindrischen Mittelteil,
in den der Zuleitungskanal 2 für das flüssige Metall mündet; diese Formgebung kann
die Zerstäubung des Metalls unter Umständen sehr erleichtern. Die konisch geformte
Öffnung 6 erleichtert das Abziehen des fertigen Reaktionsprodukts.
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Eine die Vorrichtung anwendende Anlage umfaßt einen vorgeschalteten
Schmelzofen für das Metall, der über einen Absperrschieber mit der Kammer eines
Elektroofens in Verbindung steht, wobei der Elektroofen dazu dient, das flüssige
Metall auf die für die Oxydation erforderliche Temperatur zu bringen. Das Metall
wird unter Druck vermittels eines entsprechenden Gases von der Kammer des Elektroofens
dem Zerstäuber zugeführt.