DE19803970A1

DE19803970A1 - Autothermes Verfahren zur Herstellung hochreiner Metalloxide

Info

Publication number: DE19803970A1
Application number: DE1998103970
Authority: DE
Inventors: Gerhart Haferkorn; Gunther Dr Ing Schulz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2018-01-24
Also published as: DE19803970C2

Description

Hochreine Metalloxide sind wichtige Rohstoffe in der chemischen, keramischen und der elektrotechnischen Industrie. Ein entscheidendes Qualitätsmerkmal von Metalloxiden ist neben ihrer Reinheit insbesondere der Gehalt an metallischen, nichtoxidierten Bestandteilen, der bei vielen Anwendungen störend wirkt. Während Metalloxide mit hohen Gehalten an nichtoxidiertem Metall relativ einfach durch Oxidation erhalten werden, bereitet die Herstellung von Oxiden mit sehr geringen Restmetallgehalten Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein autotherm arbeitendes, einstufiges und gleichzeitig möglichst einfaches Verfahren zur Oxidation eines Metallpartikel- Luft-Dispersoids zu einem hochreinen Metalloxid mit mindestens 99,9%, vorzugsweise mindestens 99,99% Oxidgehalt in einer einzigen Prozeßstufe zu schaffen. Diese Aufgabe wird mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß gelöst.

Überraschenderweise gelingt die Oxidation von nur wenig über ihre Liquidustemperatur überhitzten Metallschmelzen, wenn erfindungsgemäß ein ausschließlich sehr feine Metallpartikel mit einer Korngröße von 100% < 50 µm, vorzugsweise 100% < 20 µm, enthaltendes Metallpartikel-Luft-Dispersoid, aus der Schmelze hergestellt nach einem an sich bekannten Verfahren, in einen erfindungsgemäß auf vergleichsweise hohe Temperaturen < 700°C, vorzugsweise < 1000°C, vorgeheizten Reaktionsraum eingebracht und dort durch Konvektion und Strahlung in sehr kurzer Zeit aufgeheizt wird, bis schließlich die Reaktion zwischen Luftsauerstoff und Metallpartikeln einsetzt und diese unter Bildung von sehr reinem Metalloxid vollständig oxidieren. Durch die freiwerdende Reaktionsenthalpie der Oxidationsreaktion steigt die Temperatur der Metallpartikel zusätzlich stark an, wodurch die Oxidation beschleunigt wird. Die bei der Reaktion freiwerdende Verbrennungswärme der Metallpartikel dient zur Aufrechterhaltung der Temperatur im Reaktionsraum. Durch die Verdampfung enthält das Produkt nur noch sehr geringe Mengen nicht oxidierten Metalls < 0,1%, vorzugsweise < 0,01%.

Beispiele

Ohne einschränkend zu wirken, sind in den folgenden Beispielen exemplarisch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.

1. In einen aus keramischem Feuerfestmaterial bestehenden, gut wärme isolierten Reaktionsraum, dessen Innenwandtemperatur 1200°C beträgt wird ein Zinkpartikel-Luft-Dispersoid, bestehend aus 0,5 kg/s Zink in 0,3 kg/s Luft eingebracht. Die mittlere Korngröße der Zinkpartikel beträgt 10 µm, 100% der Partikel sind < 40 µm. Nach einer kurzen Anlaufphase stellt sich bei kontinuierlicher Förderung des Dispersoids ein stationärer Zustand ein, der Oxidationsprozeß läuft autotherm, also ohne die Zugabe von Heißluft oder die zusätzliche Verbrennung von Hilfsbrennstoffen ab. Dem aus dem Reaktionsraum entweichenden Abgas wird unmittelbar nach Verlassen des Reaktionsraumes im zehnfachen Oberschuß kalte Luft zugesetzt und damit die Abgastemperatur gequencht. Als Produkt wird ein Zinkoxid mit einem Gehalt an metallischem Restzink < 0,01% erhalten.
2. In einen aus keramischem Feuerfestmaterial bestehenden, gut Wärme isolierten Reaktionsraum, dessen Innenwandtemperatur 1400°C beträgt, wird ein Zinnpartikel-Luft-Dispersoid, bestehend- aus 0,5 kg/s Zinn in 0,4 kg/s Luft eingebracht. Die mittlere Korngröße der Zinnpartikel beträgt 5 µm, 100% der Partikel sind <15 µm. Nach einer kurzen Anlaufphase stellt sich bei kontinuierlicher Förderung des Dispersoids ein stationärer Zustand ein, der Oxidationsprozeß läuft autotherm, also ohne die Zugabe von Heißluft oder die zusätzliche Verbrennung von Hilfsbrennstoffen ab. Als Produkt wird ein Zinnoxid mit einem Restzinngehalt < 0,01% erhalten.
3. In einen aus keramischem Feuerfestmaterial bestehenden, gut wärme isolierten Reaktionsraum, dessen Innenwandtemperatur 1300°C beträgt, wird ein Zinn-Indium-Partikel-Luft-Dispersoid (50 Masse-% Zinn), bestehend aus 0,5 kg/s Zinn-Indium-Legierung in 0,6 kg/s Luft eingebracht. Die mittlere Korngröße der Zinnpartikel beträgt 5 µm, 100% der Partikel sind < 15 µm. Nach einer kurzen Anlaufphase stellt sich bei kontinuierlicher Förderung des Dispersoids ein stationärer Zustand ein, der Oxidationsprozeß läuft autotherm, also ohne die Zugabe von Heißluft oder die zusätzliche Verbrennung von Hilfsbrennstoffen ab. Als Produkt wird ein Zinn-Indium-Oxid mit einem Restmetallgehalt < 0,01% erhalten.
4. In Modifizierung von Beispiel 3 wird ein mit 0,5 Masse-% Gallium dotiertes Zinn(49,75%)-Indium(49,75%) Metallpartikel-Luft-Dispersoid in analoger Weise oxidiert. Ein galliumdotiertes Zinn-Indium-Oxid mit einem Restmetall gehalt < 0,01% für elektrotechnische Anwendungen wird gewonnen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung hochreiner Metalloxide, dadurch gekennzeichnet daß ein Metallpartikel-Luft-Dispersoid mit einer geringen Metallpartikelgröße in einem Reaktionsraum ohne Zufuhr von Wärmeenergie oder Verbrennung von Hilfsbrennstoffen ( = autothermes Verfahren) zu einem Metalloxid-Pulver mit einem Gehalt an nichtoxidiertem Restmetall < 0,1%, vorzugsweise < 0,01% kontinuierlich oxidiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Metallpartikel des Metallpartikel-Luft-Dispersoids im Reaktionsschacht mit einer Geschwindigkeit von < 10⁴ K/s aufheizen, Zünden und in der Flugphase vollständig zu zunächst flüssigem oder dampfförmigem Metalloxid oxidieren.

3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft zur Erzeugung des Metallpartikel-Luft- Dispersoids nicht vorgewärmt werden muß.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktaustrag aus dem Reaktionsschacht komplett mit dem Abgas erfolgt, aus dem das Produkt in bekannter Weise abgetrennt wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß sich im gesamten Reaktionsraum keine metallischen und keine bewegten Teile befinden.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallpartikel eine Korngröße von 100% <50 µm haben, vorzugsweise 100% <40 µm.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Reaktionsraum mindestens 700°C beträgt vorzugsweise mindestens 1000°C beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß reine Metalloxide der Metalle Zink, Zinn, Indium, Antimon, Arsen oder Cadmium erhalten werden, wenn die Metallpartikel aus den reinen Metallen bestehen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß Mischoxide der Metalle Zink, Zinn, Indium, Antimon, Arsen, Blei, Wismut oder Cadmium erhalten werden, wenn die Metallpartikel aus den entsprechenden Legierungen dieser Metalle bestehen.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß dotierte Metalloxide der Metalle Zink, Zinn, Indium, Antimon, Arsen, Blei, Wismut oder Cadmium oder deren Legierungen erhalten werden, wenn die Metallpartikel aus Legierungen dieser Metalle bestehen, die mindestens ein weiteres oxidierbares Metall in Mengen ≦ 10%, vorzugsweise ≦ 5% enthalten.