DE1592464A1 - Verfahren zur Herstellung von Vanadiumoxytrichlorid - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, Dr. Ing. A.Weickmann

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.WEICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 27, DEN HZW MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

MAGNESIUM ELEKTRON LIMETED, Swinton, Manchester / England

Verfahren zur Herstellung von YanadiumoxytriChlorid

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vanadiumoxytrichlorid.

Es ist bekannt, daß VanadiumoxytriChlorid hergestellt werden kann, indem Chlor über erhitztes Vanadiumtrioxyd oder über eine erhitzte Wischung von Vanadiumtrioxyd und Kohle bzw. Kohlenstoff oder auch über eine erhitzte Mischung von Vanadiumpentoxyd und Kohle geleitet werden kann. Diese Herstellungsverfahren sind in großem Maßstab schwierig durchzuführen, da sie endotherm verlaufen, so daß die feste Reaktionsmasse erhitzt werden muß, was wiederum Probleme aufweist, da Brennstoffverbrennungsgase nicht mit dem Vanadiumoxytrichlorid in Berührung kommen dürfen, da sonst eine Reaktion damit erfolgen würde. Derartige Schwierigkeiten sind zwar zu überwinden_p hierdurch wird ,jedoch die Ausführung des Verfahrens beträchtlich kompliziert.

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Vanadiumoxytrichlorid kann auch durch Erhitzen von Vanadiumtrichlorid in einem Säuerstoffstrom hergestellt werden, dieses Verfahren ist jedoch sehr teuer in der Durchführung, da Vanadiumtrichlorid selbst ein schwierig herzustellendes und daher teures Rohmaterial darstellt.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines einfachen Verfahrens zur Herstellung von Vanadiumoxytrichlorid, welches sich zur Durchführung auch dann eignet, wenn eine Herstellungsanlage, die technisch kompliziert -ist, nicht brauchbar ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, v/elches sich zum intermittierenden Betrieb eignet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Vanadiumoxytrichlorid besteht darin, daß erhitztes Ferrovanadium mit einer Mischung von Chlor und Sauerstoff in Berührung gebracht ψ wird unter Bildung eines Dampfes, der aus einer Mischung von ^v Vanadiumoxytrichlorid und Perrichlorid besteht, und das Vauadiumoxytrichlorid aus dem Ferrichlorid abgetrennt wird.

Das Ferrichlorid kann aus dem Dampfstrom kontinuierlich entfernt werden, indem es mit einem Alkalichlorid oder einer Mischung von Alkalichloriden in Berührung gebracht wird, welche mit dem Perrichlorid eine Mischung oder Verbindung bildet, die bei einer Temperatur unter 400⁰C sohmilzt.

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Außer dem Ferrichlorid werden auch andere Oxyde und Oxytrichlofide von Eisen gebildet. Obwohl das Ferriehlorid wie oben beschrieben entfernt wird, haben Versuche gezeigt, daß die oxydischen Eisenverbindungen ebenfalls entfernt werden und zwar durch Abscheidung in der Chloridsäule, von der sie dann zusammen mit dem Alkalimetallchlorid-Ferrichlorid-Eutektikum heruntergewaschen werden können.

Das hergestellte Vanadiumoxytrichlorid enthält als Verunreinigung Vanadiumtetrachlorid und die Menge des letzteren wird vermindert , -wenn der Überschuß von Sauerstoff in der Sauerstoff-Chlor -Mischung gegenüber den stöchiometrischen Erfordernissen ansteigt. Wenn andererseits der Sauerstoffüberschuß vergrößert wird, nimmt auch der Verlust von Vanadiumoxytrichlorid mis Dampf im Sauerstoffstrom zu und obwohl dieser bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden kann, indem die Temperatur im Kondensator ver/ringert wird, muß doch eine bestimmte Grenze für die verwendete Sauerstoffmenge gesetzt werden. Die bevorzugten Grenzen für das Gewichtsverhältnis von Sauerstoff zu Chlor sind 0,15:1 Ms 2:1.

Die Herstellung von Vanadiumtetrachlorid durch Kontaktierung von erhitztem Eerrovanadium mit Chlor ist bekannt, doch es wurde bisher noch nie festgestellt, daß durch Vermischung des Chlors mit Sauerstoff die Bildung von Oxytriohlorid anstelle von Tetrachlorid erreicht werden kann.

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Eine Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung wird in der beigefügten Zeichnung beispielsweise schematisch dargestellt.

Ein ausgemauerter Chlorierungskessel 10 weist einen Einlaß 11 für Chlor* und Sauerstoff und einen Deckel 12 auf. Έerrοvanadium wird auf Dunkelrotglut erhitzt und in den Ghlorierer 10 gebracht. Die exotherme Reaktion mit Chlor und Sauerstoff hält die Beschickung heiß. FerriChlorid- und Vanadiumoxytrichloriddämpfe treten am Auslaß 13 des Chlorierers aus und gelangen in den unteren Teil einer Vertikalkolonne 14, die bei einer Temperatur von 200⁰C gehalten wird und mit Klumpen von geschmolzenem festem natriumchlorid auf einem Sieb 15 gepackt ist. Der Ferrichloriddampf reagiert mit dem festen Natriumchlorid unter Bildung einer niedrig-schmelzenden Mischung, welche aus der Kolonne heraustropft und kontinuierlich durch eine Flüssigkeitsdichtung 16 abgezogen wird, welche aus der niedrig-schmelzenden Mischung besteht. Die Vanadiumoxytrichloriddämpfe passieren die Kolonne und werden bei ihrem Austritt im Kühler 17 kondensiert. Die Trennung von Ferrichlorid und Vanadiumoxytriohlorid kann vollständig durchgeführt werden, indem die Kolonne entsprechend dimensioniert ist und die Verfahrensbedingungen im Chlorierer und in der Kolonne entsprechend geregelt werden.

Beispielsweise wird eine Misohung von Chlor und Sauerstoff, die mindestens 1 Vol.-Teil Sauerstoff auf ungefähr 7 Vol.-Teile Chlor enthält, durch ein Bett von heißem Perrovanadium, welches einen

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Vanadiumgehalt von ungefähr SO $ aufweist, geleitet und bildet eine Mischung von Ferrichlorid- und Vanadiumoxytrichloriddämpfen. Die heißen Dämpfe, die eine Temperatur zwischen 350 und 500⁰O aufweisen, werden durch eine etwa 1 m lange Kolonne von etwa 15 cm Durchmesser, welche mit Klumpen von wasserfreiem Natriumchlorid, deren Größe zwischen etwa 6,35 und 25,4 mm liegt, gepackt ist, geleitet. Die Kolonne wird durch elektrische Heizung auf einer Temperatur von 200⁰G gehalten. Die Yanadiumoxytrichloriddämpfe werden in einem Wassermantelkühler aus Weichstahl kondensiert, wenn sie oben aus der Kolonne austreten.

Die Ferrichlorid/Natriumchloridschmelze tropft in eine Falle, die als Flüssigkeitsdichtung wirkt und wird von dort kontinuierlich im Maße ihrer Bildung entfernt. Die Schmelze enthält ungefähr 23 Gew.-^ Natriumchlorid und weist einen Schmelzpunkt von 155⁰O auf. Die Falle ist elektrisch erhitzt und auf einer Temperatur von 200 bis 400⁰O gehalten, vorzugsweise zwischen 250 und 35O⁰O. '

In der Schmelze läßt sich kein merklicher Yanadiumgehalt feststellen und ebenso enthält das kondensierte Vanadiumoxytriohlorid keinen merklichen Eisengehalt. Man erhält also eine praktisch vollständige, wirksame und kontinuierliche Trennung von Ferrichlorid und Vanadiumoxytriohlorid.

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Da das Verfahren exotherm ist, muß das Perrovanadium lediglich vorerhitzt werden, bevor die Reaktion einsetzt. Danach reicht die Reaktionswärme aus, um die erforderliche Reaktionsbetttemperatur aufrechtzuerhalten. Das Verfahren ist also außerordentlich einfach und läßt sich leicht starten und unterbrechen ganz nach Wunsch» falls die intermittierende Produktion von VanadiumoxytriChlorid erforderlich ist.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Vanadiumoxytrichlorid, dadurch gekennzeichnet, daß erhitztes Ierrοvanadium mit einer Mischung von Chlor und Sauerstoff in Berührung gebracht wird und in der gebildeten Mischung von Vanadiumoxytrichlorid und Ferrichlorid das Vanadiumoxytrichlorid abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung-von Vanadiumoxytrichlorid und Ferrichlorid in Form eines Dampfes in eine Säule eines Alkalimetallchlorids oder einer Mischung von Alkalimetallchloriden geleitet wird, welches bzw. welche mit Ferrichlorid eine Mischung mit einem Schmelzpunkt unter 400⁰C bilden, das Ferrichlorid mit dem Alkalichlorid zu einer Flüssigkeit umgesetzt wird und das d'ampfförmige Vanadiumoxytrichlorid nach der Abtrennung des Ferrichlorids kondensiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalichlorid-Ferrichloridflüssigkeit nach unten in eine Jlüssigkeitsfalle fließen gelassen wird, welche AlkaliChlorid-Ferri- chlorid enthält, welches durch Erhitzen in flüssigem Zustand gehalten wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Alicalimetallchlorid !Natriumchlorid, verwendet wird.

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