DE1078103B - Verfahren zur Herstellung von Zirkontetrachlorid aus Zirkonsand - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Zirkontetrachlorid aus Zirkonsand

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DE1078103B
DE1078103B DEG26473A DEG0026473A DE1078103B DE 1078103 B DE1078103 B DE 1078103B DE G26473 A DEG26473 A DE G26473A DE G0026473 A DEG0026473 A DE G0026473A DE 1078103 B DE1078103 B DE 1078103B
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zirconium
tetrachloride
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furnace
zircon sand
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DEG26473A
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Dr Wilhelm Brugger
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Evonik Operations GmbH
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TH Goldschmidt AG
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00Compounds of zirconium
    • C01G25/04Halides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von Zirkontetrachlorid aus Zirkonsand Zirkontetrachlorid, das wichtigste Ausgangsmaterial zur Gewinnung von metallischem Zirkonium und zur Gewinnung von vielen Zirkonverbindungen, wie z. B. Zirkonoxyd, Zirkonalkoxyden, Zirkonoxychlorid usw., wird nach den bis jetzt bekannten Verfahren hauptsächlich durch Einwirkung von elementarem Chlor auf Zirkoncarbid oder auf Zirkoncyanonitrid bei Temperaturen von 400 bis 600° C gewonnen. Das für diesen Prozeß notwendige Zirkoncarbid bzw. das Zirkoncyanonitrid werden durch Erhitzen eines Gemisches von Zirkonsand und Kohle bzw. Kokspulver im elektrischen Lichtbogenofen bei 2000 bis 3000° C dargestellt. Bei diesem Prozeß wird die im Zirkonsand enthaltene Kieselsäure - Zirkonsand entspricht der Formel des Zirkonsilikats (Zr02 - Si02) - als Siliciummonoxyd SiO zum größten Teil verdampft. Es ist außerdem bekannt, daß feinverteiltes bzw. frisch. geglühtes Zirkonoxyd mit verschiedenen Chlorierungsmitteln, wie z. B. Carbonylchlorid, bzw. mit einer Mischung von Kohlenoxyd und Chlor, Kohl.enstofftetrachlorid, Thionylchlorid oder mit einer Mischung von Kohle und Chlor bei etwa 600 bis 800° C zu Zirkontetrachlorid umgesetzt werden kann. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, das Zirkontetrachlorid durch Umsetzung von staubfein gemahlenem Zirkonsand, der seinerseits mit Kohle und Bindemitteln zu Briketts verpreßt wird, bei Temperaturen von 900 bis 1200°C mit Chlor zu Zirkontetrachlorid umzusetzen. Bei der direkten Umsetzung von feingemahlenem Zirkonsand mit Kohle und Chlor besteht die Hauptschwierigkeit darin, daß die Kiesel -säure sehr schwer zu Siliciumtetrachlorid umgesetzt werden kann, so daß inerte Rückstände von Kieselsäure verbleiben, welche in der Praxis zu unwirtschaftlichen Unterbrechungen des Ofenbetriebs führen.
  • Im Gegensatz dazu betrifft das erfindungsgemäße Verfahren eine restlose Chlorierung von ungemahlenem Zirkonsand (Zirkonsilikat), bei der das gesamte Ausgangsmaterial quantitativ zu Zirkontetrachlorid und Siliciumtetrachlorid umgesetzt wird und keinerlei feste Rückstände verbleiben: Zr 02'S102+4C+4Cl2 -> ZrC14+SiCld+4C0 Das Verfahren beruht wahrscheinlich darauf, daß die im Zirkonsilicat enthaltene Kieselsäure bereits bei 1400 bis 1600° C in Gegenwart von Kohlenstoff intermediär teilweise zu Siliciummonoxyd (Si O) reduziert wird. Dadurch wird die Bildung von Zirkon- und Siliciumtetrachlorid so stark beschleunigt, daß auch bei sehr kurzer Reaktionsdauer eine quantitative Chlorausbeute erzielt wird.
  • Bei diesem Verfahren wird das Gemisch von Zirkonsand und Kohle in Form von trockenen Briketts angewendet, wobei unter Kohle vorzugsweise Holzkohlenstaub, Torfkoks bzw. Kokspulver zu verstehen ist. Als Bindemittel für die Briketts können z. B. Teerpech, Zucker und bzw. oder Sulfitablauge verwendet werden. Benutzt man bituminöse Kohle an Stelle von z. B. Kokspulver, so ist ein besonderes Bindemittel nicht notwendig.
  • Es ist erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, daß im Gegensatz zu den seitherigen Verfahren der direkten Chlorierung das Zirkonsilikat nicht gemahlen wird. Der Zirkonsand ist bekanntlich ein hartes Mineral und verursacht bei der Feinstvermahlung hohe Kosten. Darüber hinaus liefert staubfein gemahlener Zirkonsand keine mechanisch festen Formlinge bei der Brikettierung.
  • Alle Verfahren der direkten Clorierung, bei denen das Endprodukt in Form eines flüchtigen Chlorids aus dem Chlorierungsofen ausgetrieben wird, arbeiten zwangläufig mit hohen Gasgeschwindigkeiten im Ofeninnern. Dabei können staubförmige Anteile von den Ofengasen mitgerissen werden, was zur Verunreinigung des Zirkontetrachlorids und zu Verstopfungen in den Rohrleitungen führt. Diese Staubverluste verursachen außerdem eine Ausbeuteminderung und erschweren die richtige Dosierung bei der Beschickung des Ofens. Das neue Verfahren ermöglicht es indessen, solche Staubverluste zu vermeiden. Es hat sich herausgestellt, daß die aus Zirkonsand und Kohle bzw. Kokspulver hergestellten Briketts unter der Einwirkung der schnell strömenden Gase, der heißen und aggressiven Zirkontetrachloriddämpfe und der hohen Temperatur, mit der das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet, bei längerer Verweilzeit im Ofen allmählich zerfallen, wodurch unzulässig hohe Strömungsdrücke auftreten und die Zirkonsand-Kohle-Briketts sich entmischen. Um das zu verhindern, wird erfindungsgemäß die Schichthöhe der zu chlorierenden Zirkonsand-Kohle-Briketts niedrig gehalten. Die jeweils eingesetzte Brikettmenge wird dann praktisch restlos chloriert, bevor Staubverluste eintreten können.
  • Die für das neue Verfahren typische hohe Reaktionsgeschwindigkeit hat ferner den Vorteil, daß eine restlose Ausnutzung des Chlors im Chlorierofen eintritt. Die den Ofen verlassenden Gase sollen nämlich sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus technischen Gründen frei von elementarem Chlor sein. Bei der Herstellung von Zirkontetrachlorid ist dies vor allem insofern wichtig, als die vom Chlorierungsofen zu den Kondensationsapparaten führenden Rohrleitungen auf einer Temperatur von 350 bis 450° C gehalten werden müssen, um zu verhindern, daß sich Zr C14 in diesen Rohrleitungen ansetzt. In diesem Temperaturbereich sind aber die für solche Apparateteile in der Praxis üblichen Materialien nicht gegen freies Chlor beständig. Darüber hinaus kann in Ofengasen enthaltenes Chlor mit dem anfallenden Kohlenoxyd Carbonylchlorid bilden, das nur unter großem Aufwand vom Siliciumtetrachlorid abgetrennt werden kann. Für die praktische Durchführung der restlosen Chlorierung von Zirkonsand-Kohle-Briketts eignet sich der Chlorierofen mit auswechselbarem Einsatz aus Kunstkohle nach Patent 956 993, bei dem die einzelnen Teile modifiziert werden müssen. Die den Chlorierofen verlassenden Gase gelangen durch eine einfache geheizte Rohrleitung zu einem zylindrischen Abscheider für das gebildete Zirkontetrachlorid. Die Wärmeabstrahlung des Abscheiders gibt eine ausreichende Abkühlung für die Kondensation des Zirkontetrachlorids. Durch eine am Boden dieses Abscheiders befindliche Förderschnecke mit Gasschleuse kann das Zirkontetrachlorid laufend ausgetragen werden.
  • Die aus dem Chlorierofen austretenden Ofenabgase enthalten Kohlenoxyd, ZirkontetrachloridundSiliciumtetrachlorid. Auf Grund des hohen Partialdruckes des Kohlenoxyds ist bei Zimmertemperatur eine Kondensation von Siliciumtetrachlorid im Zirkontetrachloridabscheider unmöglich, so daß die Trennung dieser Verbindungen sehr einfach ist. Zur Abscheidung des Siliciumtetrachlorids aus dem Restgas hinter dem Zirkonabscheider leitet man dieses Restgas vorteilhaft in einen mit Füllkörpern beschickten Absorptionsturm, der im Gegenstrom mit gekühltem Siliciumtetrachlorid berieselt wird. Die dann noch im Restgas verbliebenen kleinen Mengen an Siliciumtetrachlorid kondensiert man zweckmäßig in einer Kältefalle. Das aus der Kältefalle austretende Gas enthält dann etwa 98"/o Kohlenoxyd neben etwas Kohlensäure, Chlorwasserstoff und einem geringen Rest von Siliciumtetrachlorid. Dieses Restgas kann auf bekannte Art aufgearbeitet oder z. B. zu Heizzwecken verwendet werden. Das im Siliciumtetrachloridabscheider anfallende Siliciumtetrachlorid wird über einfache Anlage durch Destillation dem Kreislauf entnommen.
  • Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen die folgenden Beispiele, wobei diese Beispiele keine Begrenzung des Verfahrens auf die Auswahl der Reduktions- oder Bindemittel bedeuten sollen. Beispiel 1 60 Gewichtsteile ungemahlener Zirkonsand werden mit 20 Gewichtsteilen einer wäßrigen Zuckerlösung (9 Gewichtsteile Zucker -I- 11 Gewichtsteile Wasser) und mit 21 Gewichtsteilen Torfkokspulver sowie 3,3 Gewichtsteilen Sulfitablauge in einem Mischer gründlich gemischt und dann in einer Brikettpresse verpreßt. Die Briketts werden zunächst bei 120 bis 140°C in einem Bandtrockner getrocknet und anschließend in inerter Atmosphäre auf 350 bis 450° C erhitzt, um den Zucker und die organischen Bestandteile der Sulfitablauge zu verkoken. Die dabei anfallenden Formlinge sind mechanisch fest.
  • In dem in dem deutschen Patent 956 993 beschriebenen Schachtofen mit auswechselbarem Einsatz aus Kunstkohle mit einer lichten Weite von z. B. 30 cm Durchmesser werden 30 Gewichtsteile der oben beschriebenen Zirkonsandbriketts eingefüllt. Diese Füllung entspricht einer Schichthöhe von etwa 35 cm. Die elektrische Energiezufuhr am Schachtofen wird so einreguliert, daß die Temperatur an der untersten Schicht der zu chlorierenden Formlinge 1400 bis 1600° C beträgt. Durch die durchbohrte Mittelelektrode wird ein Strom von 35 Gewichtsteilen je Stunde Chlor eingeleitet. Danach werden halbstündig 18 Gewichtsteile Zirkonsandbriketts - in den Ofen nachchargiert. Die Ofengase, welche kein freies Chlor enthalten, treten aus der Ofenhaube mit einer Temperatur von 600 bis 800° C aus und kühlen im Zirkonabscheider auf etwa 30 bis 40° C ab, wobei alles in den Ofenabgasen enthaltene Zirkontetrachlorid quantitativ abgeschieden wird. Dabei fallen stündlich 32 bis 33 Gewichtsteile Zirkontetrachlorid in einer Reinheit von 99,5 bis 99,7'% an. Die geringeren Verunreinigungen bestehen aus 0,2 bis 0,5%.wasserunlöslichen Bestandteilen mit 0,05°/o Eisenoxyd und etwa 0,05"/a Kieselsäure.
  • Beispiel 2 3000 Gewichtsteile ungemahlener Zirkonsand werden mit 300 Gewichtsteilen einer wäß.rigen Zuckerlösung (130 Gewichtsteile Zucker -I- 170 Gewichtsteile Wasser) und mit 220 Gewichtsteilen Teeröl sowie 1100 Gewichtsteilen Torfkokspulver gemischt und anschließend in einer Brikettpresse verpreßt. Die Trocknung und Verkokung der Briketts wird auf dieselbe Art, wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt. Die restlose Chlorierung dieser Briketts bei 1400 bis 1600° C erfolgt ebenso, wie im Beispiel 1 angegeben, mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit und völliger Chlorausbeute.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Zirkontetrachlorid durch Chlorierung von vorbehandeltem Zirkonsand in Gegenwart von Kohlenstoff bei hohen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß ungemahlener Zirkonsand bei 1400 bis 1600° C mit Chlor umgesetzt wird, so daß das in den Reaktionsraum eingeleitete -.Chlor augenblicklich zur Bildung von flüchtigen Chloriden restlos verbraucht wird.
DEG26473A 1959-02-25 1959-02-25 Verfahren zur Herstellung von Zirkontetrachlorid aus Zirkonsand Pending DE1078103B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3527289A1 (de) * 1984-08-01 1986-02-13 Cookson Group Plc, London Verfahren zum behandeln von dissoziiertem zirkoniumsilikat

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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