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Verfahren zur Verringerung des Oxydgehaltes von technischem Calciumcarbid
Für die Herstellung von Kalkstickstoff aus technischem Calciumcarbid ist es wichtig,
daß der Gehalt des Carbids an CaC" möglichst hoch und der Gehalt an SiO., und anderen
schädlichen Oxyden möglichst klein ist, da dann die Ausbeuten bei der Azotierung
Groß sind, Ebenso ist ein hochprozentiges Carbid Blei der Herstellung von Calcium
durch thermische Dissoziation von Caleiumcarbid sehr erwünscht, um störende Nebenreaktionen
zu vermeiden. Im Endeffekt kommt dies darauf hinaus, daß man danach strebt, ein
Carbid zu verwenden, das wenig oxydische Verunreinigungen (hauptsächlich CaO und
Si0, aber auch andere Oxyde, in geringer Menge) enthält.
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Technisches Carbid enthält zwischen 75 und 851/o CaC- Die Hauptverunreinigung
ist Ca0, welches den hohen Schmelzpunkt des reinen CaC., (2300' C) herabsetzt.
Es existiert ein Eutetikum bei etwa 75"/o CaC., und 1640' C. Infolge Schmelzpunkterniedri-Crung
läßt sich technischs Carbid bei Temperaturen el von 17 00 bis 1800' C
abstechen. Es wäre unpraktisch, im Elektroofen Carbid mit über 90% CaC, zu erzeugen,
da man dann sehr hohe Ofen- und Abstichtempüraturen benötigt.
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Die Vorgänge bei der Carbidbildung aus CaO +
C
im Elektroofen
sind bereits eingehend untersucht worden; man erkannte dabei auch, daß die erwünschte
Reaktion (Carbidbildung)
| CaO + 3 C --, CaC2 + Co (1) |
im Vakuum unterdrückt wird, weil dann vorzugsweise CaO mit
C nach
reagiert. Eine bekannte Nebenreaktion bei der Carbidherstellung ist
| 2 CaO + CaC., _#- 3 Ca + 2
CO (3) |
wonach das bereits gebildete Carbid mit restlichem CaO reagiert. Diese Reaktion
wird bevorzugt im Vakuum ablaufen.
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Die Erfindung trägt dem dadurch Rechnung, daß zur Verringerung des
Oxydgehaltes das im Schme,Izofen geschmolzene und hergestellte Carbid außerhalb
des Ofens bei einer Temperatur von
1600 bis 2000'
C einem Vakuum von
1 bis
100 mm Hg ausgesetzt wird. Dabei kann man in der Weise verfahren,
daß man das schmelzflüssige. Carbid unmittelbar nach dein Abstich in einen Vakuumraum
eindüst. Dabei sei darauf hingewiesen, daß es bekannt ist, Cac.-Schmelze zu zerstäuben.
Die zersprühten flüssigen Teilchen der Carbidschmelze reagieren dabei nach
| 2 CaO + CaC2 --- > 3 Ca + 2
CO (3) |
wenn man Drücke unter
10 mm Hg (bei
1600 bis
17001 C Teilchentemperatur)
aufrechterhält.
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Die Si0,-Verunreinigung des Carbids reagiert unter den Aen erwähnten
Bedingungen gemäß
| 2 SiO, + 3 CaC. _#- 2 SiC
+ 4 CO + 3 Ca |
| (4) |
SiC ist schwer flüchtig und verbleibt im Carbid; es stört nicht bei der Azotierung
des Carbids, auch nicht bei einer Calciumgewinnung durch thermische Dissoziation
dieses Carbids.
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Analog reagiert das in normalem, technischem Carbid enthaltene Aluminiumoxyd
nach der Gleichung
| 4 ALO" + 9 CaC, --, 2
Al ca + 9 Ca + 12 CO |
| 4 |
| (5) |
Die flüssigen Teilchen erstarren einerseits infolge Abkühlung durch die Reaktion,
andererseits infolge Erhöhung des Erstarrungspunktes im Zuge des Reaktionsablaufes.
Das Vakuum von
10 mm Hg kann man leicht mit Wasserdampfstrahlsaugern erzeugen.
Da das entwickelte Ca- und CO-Gas in den kälteren Partien der Gasabzugsleitung unter
teilweiser Rückreaktion kondensiert, braucht man gar nicht alles
CO
abzusaugen.
Das erhaltene tropfenförmige Carbid ist infolge der stattgehabten Gasentwicklung
von poröser Struktur und daher besonders reaktionsfähig.
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Das im Staubabscheider anfallende CaO-CaC.-Gemisch wird brikettiert
und wieder in den Carbidherstellungsprozeß
eingeschleust. Das Vakuum
und die Temperatur der Carbidteilchen müssen in bestimmter Relation zueinander stehen,
damit nicht eine therinische Dissoziation des CaC, gemäß
stattfindet. Zum Beispiel soll man bei
19001 C zwischen 120 und 20 mm Hg,
18001 C zwischen
60 und
10 mm Hg,
17001 C zwischen 20
und
5 mm Hg,
16001 C zwischen
7 und
1 mm Hg arbeiten.
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Wenn man diese Grenzen einhält, reguliert sich die Umsetzung selbsttätig,
da immer zuerst die Reaktion (1) abläuft wegen ihrer hohen Partialdrucke
des Ca + Co und dabei die Teilchen so weit abgekühlt werden, daß bei dem
herrschenden Vakuum die Reaktion (2) nur in untergeordnetem Maßstab möglich ist.
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Die Zeichnung zeigt schematisch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
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Das normale technische Carbid läuft direkt vom Elektroofenab#stich
über eine Düse 1 aus Graphit in die mit Kohlenstoffsteinen ausgekleidete
Vakuumkammer 2. Das flüssige Carbid wird zersprüht, es reagiert, wie oben beschrieben,
und sammelt sich in Form eines lockeren Haufwerks. am Boden 3 der Kammer.
Es enthält über 90'% CaC.. Die Gase und Dämpfe werden über einen Staubabscheider
4 von der Vakuumpumpe 5 abgesaugt. Die verschließbaren öffnungen
6 und 7 dienen zur Entnahme des hochprozentigen Carbids und des CaO-CaC,7Gemisches,
das im Staubabscheider 4 anfällt. Die öffnungen 8 ermöglichen die Reinigung
des Staubabscheiders.
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Beispiel Aus einem Carbidofen wurde eine Teilmenge von 355 kg
des normalen Abstichs in den Vakuumraum 2 der in der Figur dargestellten Vorrichtung
eingesaugt. Die Düse und die Kammer müssen in geeigneter, dem Fachmann geläufiger
Weise vorgeheizt werden. Eine Löffelprobe aus dem Carbidstrahl ergab folgend-- Analyse:
80,9% CaC., 12,3% Ca0 und 0,60 ' / ' Si02. Die optisch gemessene Temperatur
des einlaufenden Carbids betrug 1970' C. Zu Beginn des Einlaufens, das sich
über 10 Minuten erstreckte, wurde ein Vakuum von 60, in der Mitte
von 100 und am Schluß von 50 Torr einreguhert. Das zuletzt einlaufende
Carbid wurde in der Düse- zum Erstan-en gebracht, wodurch anschließend Vakua bis
herab 4 Torr erzielt werden konnten.
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Die hochprozentigen Carbidteilchen ließ man in der Kammer unter Vakuum
auf 400 bis 500' C erkalten und räumte dann das Carbid heraus. Es wurden
283 kg hochprozentiges Carbid mit 90,519/o CaC., 1,011./o Ca0, 0,111/o SiO.,
0,6% C und 0,5% SiC erhalten. Im Staubabscheider fielen rund 65kg grauschwarzer
Staub mit 68% Ca0, 26% CaC., 10/0 C und 211/o Ca an.