DE2542595C2 - Verfahren zur Abtrennung von Metalldämpfen aus gasförmigen Gemischen - Google Patents

Description

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alle anderen reversiblen temperaturabhängigen Gas- det wird. Es ist daher nicht unbedingt erforderlich, daß Metalldampf-Gleichgewichte. Diese Verfahren konnten die gesamte Trennung des gasförmigen Gemisches stänsich daher aus technischen und wirtschaftlichen Grün- dig bei Reduktionstemperatur durchgeführt wird. Jeden nicht durchsetzen. doch wird mit Sicherheit jede Rückbildung der Verbin-

Es sind auch Verfahren und Grundlagenuntersuchun- 5 dung im gasfönnigen Gemisch vermieden, wenn die

gen bekannt, nach denen bei der carbothermischen Re- Temperatur des Absorptionsmetalls beim Inberührung-

duktion gebildete hochtemperierte gasförmige metall- bringen mit dem gasförmigen Gemisch mindestens so

dampfhaltige Gemische mit wesentlich niedriger tempe- hoch ist wie die des gasfönnigen Gemisches bei seiner

inerten Metallschmelzen abgeschreckt werden; dabei Bildung.

wird ein Teil der Metalldämpfe kondensiert, die Kon- io Ein Metall oder Halbmetall, das gemäß der Erfindung densate bilden mit den Metallschmelzen flüssige Legie- zur Absorption von Metall· und/oder Halbmetalldämprungen und der Rest wird wiederum zu den ursprüngli- fen verwendet wird, soll gegenüber dem zu absorbierenchen Metalloxiden zurückgebildet. Die Metallausbeute .den Metalldampf ein möglichst großes »Absorptionsist nicht zufriedenstellend. Bekannt ist auch ein Vor- vtnnögen« (Legierungsaffinität, chemische Affinität) schlag zur Abtrennung von Kohlenmonoxid aus einem is besitzen, ferner bei Betriebstemperatur einen möglichst gasfönnigen Gemisch, das Magnesiumdampf enthält niedrigen Dampfdruck aufweisen, weiterhin — wenn es Das Gemisch wird mit Metallcarbiden in Berührung ge- als Schmelze verwendet wird — aus technischen Grünbracht, wobei das Kohlenmonoxid unter Kohlenstoffab- den einen möglichst niedrigen Schmelzpunkt, ferner soll scheidung die Oberfläche der Carbidteilchen zu Metall- es — wenn es zusätzlich für den Transport von Wärme oxiden oxidiert, die dann mit dem abgeschiedenen Koh- 20 für endotherme Reduktionsreaktionen verwendet wird lenstoff zu den Carbiden regeneriert werden. Die BiI- — eine möglichst große Wärmekapazität und/oder Verdung von Oxid-Carbid-Gemischen, ein thermodyna- dampfungsenthalpie besitzen, und schließlich soll es aus misch bedingter Restgehalt von CO im gewonnenen wirtschaftlichen Gründen möglichst niedrige Beschaf-Magnesiumdampf sowie starke Oberhitzungen und Un- fungskosten verursachen. Aus diesen Forderungen erterkühlungen der Feststoffe lassen diesen Vorschlag 25 gibt sich in vielen Fällen die Notwendigkeit, mehrere kaum technisch und wirtschaftlich realisierbar erschei- Metalle und/oder Halbmetalle entsprechend ihren chenen. mischen, physikalischen und thermodynamischen Eigen-

Schließlich blieb als Ausweg für die Gewinnung vieler schäften sowie ihren Preisen miteinander zu kombinie-

Metalle die schmelzelektrolytische Metallgewinnung. ren.

Die Nachteile die: zr Verfahren, die heute für die groß- 30 Bekanntlich werden chemische und physikalische Retechnische Gewinnung von Aluminium, Magnesium und aktionen beschleunigt wenn man die Reaktionspartner vielen anderen Metallen nahezu ausschließlich ange- — möglichst im status nascendi — in fein verteiltem wendet werden, liegen vor airem ^:-a der schlechten Zustand innig miteinander vermischt und durcheinander Raum-Zeit-Ausbeute, den aufwenoigen elektrischen wirbelt Infolgedessen ist es vorteilhaft, das Gemisch der Anlagen und dem Verbrauch großer Mengen elektri- 35 miteinander reagierenden Reduktionsreaktionspartner scher Energie. (Verbindung und Reduktionsmittel), d. h. das gasförmige

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, un- Gemisch während seiner Bildung, mit dem Absorptions-

ter Vermeidung der geschilderten Nachteile ein Verfah- metall energisch zu verwirbeln. Dadv/ch wird die Ab-

ren zur Abtrennung des Metalldampfes aus einem gas- sorption der Metalldämpfe beschleunigt und ein separa-

förmigen Gemisch (das bei der Reduktion einer Verbin- 40 ter Absorptionsraum eingespart

dung gebildet wird) zu schaffen, das einfach und wirt- Bei endothermen Reduktionsvorgängen kühlen sich

schaftlich durchführbar ist und insbesondere die Einspa- bekanntlich die Reaktionspartner und gegebenenfalls

rung von elektrischer Energie ermöglicht auch das Absorptionsmetall ab. wenn man in das System

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird keine Wärme einbringt Man kann ihm aber Wärme in daher dadurch gelöst daß man zur Abtrennung von 45 bekannter Weise, z. B. mittels elektrischer Energie oder Metalldämpfen aus gasförmigen Gemischen, die bei der durch Heizen mit Brennstoffen zuführen. Zwecks VerReduktion von Metallverbindungen gebildet werden, einfachung der Apparatur und Vermeidung von Werkdiese gasförmigen Gemische mit einem festen oder flüs- Stoffproblemen wird gemäß der Erfindung vorzugsweisigen Absorptionsmetall in Berührung bringt, dessen se jedoch so verfahren, daß man das Absorptionsmetall Temperatur mindestens so hoch ist wie die der gasför- 50 zunächst so hoch erhitzt, daß sein Wärmeinhalt zuminmigen Gemische bei ihrer Bildung. de:t teilweise zur Einhaltung der Reduktionstemperatur

Hierbei sind unter der Bezeichnung »Absorptionsme- beiträgt oder ausreicht und es dann in das Gemisch der

tall« die gemäß der Erfindung zur Absorption von Me- miteinander reagierenden Reduktionsreaktionspartner

talldämpfen verwendeten Metalle und Halbmetalle so- einführt.

wie alle daraus möglichen Mischungen, Lösungen, Le- 55 Dabei kommt man erfindungsgemäß sogar mit einer

gierungen und Verbindungen zu verstehen. Das Ab- kleineren Menge Absorptionsmetall aus, wenn man sei-

sorptionsmetall kann fest, z. B. in Form kleiner Kugeln, ne Verdampfungswärme ausnützt. Ein weiteres Erfin-

Raschig-Ringe oder als Rohrbündel, flüssig oder gasför- dungsmerkmal ist daher, daß man das Gemisch der mit-

mig angewandt werden. einander reagierenden Reduktionsreaktionspartner mit

Bei der mit einem Absorptionsmetall erfolgenden Ab- 60 zumindest einem Teil eines Absorptionsmetalls, dessen

trennung eines Metalldampfes aus einem bereits er- Verdampfungspunkt oberhalb der Reduktionstempera-

zeugten gasförmigen Gemisch verkleinert sich der An- tür liegt, im gasförmigen Zustand in Berührung bringt,

teil Metalldampf im gasförmigen Gemisch. Infolgedes- wobei es kondensiert und Verdampfungs- sowie fühlba-

sen verkleinert sich (thermodynamisch bedingt) die Ter.- re Wärme abgibt.

denz zur Rückbildung der Verbindung, so daß die Tem- 65 Um das Absorptionsmetall zu erhitzen, bevor es zur

peratur des gasförmigen Gemisches und des Absorp- Trennung verwendet wird, kann ihm in bekannter Weise

tionsmetalls im Verlauf der Absorption entsprechend indirekt, d. h. durch eine Behälterwand, mit Rauch- und

abnehmen darf, ohne daß die Verbindung zurückgebil- Flammengasen von Brennern, durch Strahlung von

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elektrischen Widerstandsheizelementen, durch Induk- und Brennstoffen stammen, wie Eisen, Aluminium, Silizi-

tionsheizung oder durch direkte elektrische Wider- um, Alkali- und Erdalkalimetalle. Um — zumal bei Füh-

standsheizung oder in anderer Weise Wärme zugeführt rung des Absorptionsmetalls im Kreisprozeß — schädli-

werden. ehe Anreicherungen zu vermeiden, wird gemäß der Er-

Hinsichtlich der Wärmeübertragung und des appara- 5 findung das Absorptionsmetall von Zeit zu Zeit oder

oven Aufwandes ist es besonders vorteilhaft, wenn man kontinuierlich in bekannter Weise bis auf unschädliche

gemäß der Erfindung das Absorptionsmetall vor der Restgehalte von Verunreinigungen befreit Beispiels-

f_ Trennung nui Rauch- und Flammengasen in direkter weise werden Alkali- und Erdalkalimetalle durch Her-

% Berührung erhitzt und bei der Verbrennung das Brenn- ausdestillieren entfernt und Aluminium, Eisen und Silizi-

I stoff-Luft- oder -O₂-Verhältnis so einstellt, daß das Ab- to um durch Einwirkung von Halogenen oder Halogeniden

§ sorptionsmetali nicht oxidiert werden kann, oder wenn vergast

·.* man den Rauch- und Flammengasen den erforderlichen Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Aus-

f Anteil eines reduzierenden Gases zumischt z. B. H₂. fuhrungsbeispiele näher erläutert

Um das absorbierte Metall aus, dem gasförmigen Ge-

;. misch zu gewinnen, entfernt man es in einem separaten 15 B e i s ρ i e 1 1 'f' Raum aus dem Absorptionsmetall in bekannter Weise

3 — vorzugsweise durch Desorption mittels Druckver- Bei der Reduktion von Na₂O mit C bei 100O⁰C wird

j minderung oder/und Temperaturerhöhung oder Rekti- ein gasförmiges Gemisch gebildet das folgende Zusam-

I fikation — und kühlt den resultierenden Metalldampf so mensetzung hat:

i tief ab, daß man wahlweise flüssiges oder festes Metal! 20

I erhält 64,212 VoL-% Na-Dampf,

I Die meisten Abgase von Reduktionsvorgängen ent- 35,788 VoL-% CO. I halten große Anteile CO und H₂ mit einem hohen Heiz-

1 wert Infolgedessen wird gemäß der Erfindung die Wirt- De? Reduktionsdruck beträgt 3,5 at Dieses Gemisch

I schaftlichkeit des Verfahrens verbessert, wenn man 25 wird nach der Reduktion im Gegenstrom mit 1030⁰C

nach der Trennung zumindest einen Teil des nicht ab- heißem flüssigen Blei als Absorptionsmetall in Berüh-

sorbierten Abgases als Brennstoff für das Erhitzen oder rung gebracht Es absorbiert den Na-Dampf, während

Verdampfen des Absorptionsmetalls verwendet reines CO entweicht Man erhält ein- Schmelze mit der

Wenn ein Absorptionsmetall von den bei der Reduk- Zusammensetzung

tion neben dem Metalldampf gebildeten Gasen ehe- 30

misch angegriffen werden könnten, vermeidet man die- 83 Gew.-% Pb und

; sen Effekt erfindungsgemäß dadurch, daß man dem gas- 17 Gew.-°/o Na, I förmigen Gemisch vor dem Inberührungbringen mit

I dem Absorptionsmetall ein diesen chemischen Angriff die in einer Rektifizierkolonne bei 1050⁰C und einem

verhinderndes Gas in ausreichender Menge zumischt; 35 Druck von 0,1 at (76 Torr) desorbiert wird. Der aus der

z. B. H₂ bei Oxidationsgefahr durch CO₂. Rektifizierkolonne entweichende Na-Dampf wird kon-

I Im Standverfahren tragen die das Absorptionsmetall densiert, und die einen geringen Natriumrest enthalten-

A verlassenden nicht absorbierten Gase einen kleinen An- de Bleischmelze wird wieder als Absorptionsmetall für

I teil des abzutrennenden Metalls in Dampfform mit Das die Trennung des Na-Dampfes vom CO verwendet

J" läßt sich gemäß der Erfindung dadurch vermeiden, daß 40

'1 man das Gemisch der miteinander reagierenden Reduk- Beispiel 2 , tionsreaktionspartner und das resultierende gasförmige

§ Gemisch mit dem Absorptionsmetall im Gegenstrom in 50 t/h gebrannter Magnesit werden mit 33 000 NmVh

I Berührung bringt Das frische Absorptionsmetall absor- Erdgas (85 VoL-% CH4 und 15 VoL-% N₂) in einem aus

I biert im Gegenstrom die letzten Spuren des Metall- 45 mehreren Kammern bestehenden Turm bei 1650⁰C

I dampfes, reichert sich entlang des Absorptionsweges kontinuierlich reduziert

3 mit Metall aus dem gasförmigen Gemisch an jnd ver- Während das Gemisch von Magnesitstaub und den

I läßt die Apparatur gesättigt mit dem absorbierten Me- Spaltprodukten des Erdgases von unten nach oben

I tall. strömt entsteht ein gasförmiges Gemisch aus.

I Besonders vorteilhaft ist gemäß der Erfindung die 50 27 730 NmVh Magnesiumdampf, 27 640 NmVh Kohlen-

i? Kombination von Gegenstrom und Kreisprozeß. Das oxid, 55 350 NmVh Wasserstoff und 4950 NmVh Stick-

* Gemisch der miteinander reagierenden Reduktionsre- stoff. Im Gegenstrom — von oben nach unten — wer-

;- aktionspartner und das resultierende gasförmige Ge- den durch die Kammern kontinuierlich 330 mVh Ab-

s misch werden mit dem Absorptionsmetall kontimiier- sorptionsmetalbsit einer Temperatur vofi 1840⁰C gelei-

y Hch im Gegenstrom in Berührung gebracht in einem 55 tet das aus 42,8 Gew.-% Blei und 57,2 Gew.-°/o Zinn

separaten Raum aus dem Absorptionsmetal! das Metall besteht Ein v/eiterer Teil Absorptionsmetall wird in

kontinuierlich herausdestilliert das Absorptionsmetall Form von 106 700 NmVh heißem Bleidampf — verteilt

p p

kontinuierlich im Gegenstrom zu den Rauchgasen er- auf die einzelnen Kammern — mit einer Temperatur

hitzt und dann kontinuierlich für die Absorption wieder von 184(PC zugeführt

verwendet 60 Der Reduktionsdruck der Reduktion von MgO mit Wenn für die Reduktion als Reduktionsmittel oder/ Erdgas beträgt bei 165O⁰C rd. 0,5 at Infolge der Zufuhr und für das direkte Erhitzen des Absorptionsmetalls als von Bleidampf wird ein Betriebsdruck von rd. 1 at erBrennstoffe z. B. Koks oder Kohle verwendet werden, reicht.

nimmt das Absorptionsmetall aus dem vom gasförrr.i- Der Bleidampt und die Pb-Sn-Schmelze kühlen sich

gen Gemisch mitgetragenen Flugstaub oder bei Beruh- 65 auf die Reduktionstemperatur ab, wobei der Bleidampf

rung mit den Reduktioaspartnem oder/und Rauchgasen zu flüssigem Blei kondensiert Die Verdampfungswärme

in geringen Mengen Metalle auf, die aus den minerali- des Bleidampfes sowie die fühlbare Wärme des Blei-

schen Bestandteilen der festen Reduktionsmittel oder/ dampfes und der Pb-Sn-Schmelze decken den Wärme-

bedarf der Reduktion, wobei die gesamte Pb-Sn-Schmelze den Magnesiumdampf unmittelbar aus dem gasförmigen Gemisch, während es gebildet wird, absorbiert; CO, H₂ und N₂ verlassen den Turm im obersten Teil.

Aus dem unteren Ende des Turmes fließen kontinuierlich 450 m³/h Schmelze ab, die aus 4,4 Vol.-% Mg, 48,5 Vol.-% Sn und 47,1 Vol.-% Pb besteht. Während der Dampfdruck in den Kammern des Turmes bei der Reduktion und Absorption rd. 1 at beträgt, wird die Schmelze nun bei einem Druck von nur 10 Torr in einer Rektifizierkolonne desorbiert, wobei 30 t/h Mg-Dampf kontinuierlich aus der Schmelze entweichen. Der Mg-Dampf wird auf 72O°C gekühlt, wobei er sich verflüssigt.

In der Schmelze bleibt bei der Desorption ein Rest von rd. 0,01 Gew.-% Mg, der im Kreisprozeß dauernd mitgeführt wird. Die Schmelze wird wieder kontinuierlich auf 1840⁰C erhitzt, wobei 106 700 Nm³Zh Blei wie der verdampft Bleidampf und Restschmelze werden wieder, wie bereits beschrieben, in den Turm eingeleitet Zum Erhitzen der Schmelze und Verdampfen des Bleies werden die bei der Trennung des gasförmigen Gemisches kontinuierlich entweichenden 87 940 Nm³/h (CO+ H₂+N₂) sowie zusätzlich 19 000 NmVh Erdgas mit Luft in Gasbrennern verbrannt Die Luft wird von der Verbrennung mittels des 1900⁰C heißen Rauchgases der Gasbrenner in einem Strahlungsrekuperator erhitzt.

In der im Kreisprozeß (Erhitzen — Absorption — Desorption — Erhitzen) geführten Pb-Sn-Schmelze reichern sich aus dem gebrannten Magnesit stammende Verunreinigungen, wie Eisen, Aluminium, Silizium, Kalzium, Natrium und Kalium an. Die Schmelze wird nach Bedarf von Zeit zu Zeit auf 1000° C abgekühlt und mit Luft behandelt, wobei Mischoxide aus Fe3O.», A1₂O3, SiO₂. CaO, MgO, K₂O und Na₂O gebildet werden. Sie schwimmen als Krusten auf der flüssigen Pb-Sn-Schmelze und werden abgetrennt

Wenn man aber aus einem bei der Reduktion von reinem MgO mit Erdgas gebildeten gasförmigen Gemisch gemäß der Erfindung das Magnesium abtrennt, ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß sich im Absorptionsmetall praktisch keine Verunreinigungen anreichern, so daß die im Beispiel 2 bedingte Reinigung des Absorptionsmetalls wegfällt

Reines MgO wird beispielsweise bei der Reduktion von reinem Aluminiumchlorid und anschließendem Verbrennen des gebildeten MgCl₂ oder bei der Reduktion von reinem Al₂Oj mit Mg zu reinem Aluminium erhalten. Derartige Verfahren gewinnen nun eine hervorragende Bedeutung, da das erfindungsgemäße Verfahren in einem Kreisprozeß, z. B.

1. Al2O₃-ReduktionmitMg(zuAlundMgO)

2. MgO-ReduktJon mit Erdgas (zu Mg-Dampf und CO)

3. Mg-CO-Trennung gemäß der Erfindung (Rückgewinnung des Mg)

4. Al₂O3-Reduktion mit Mg

ermöglicht, schwer reduzierbare Metallverbindungen wie die des Mn, Cr, AL Ti und Zr, überraschend wirtschaftlich zu gewinnen.

Würde man gemäß Beispiel 2 zur endothermen Reduktion des MgO die erforderliche Wärme in konventioneller Weise zuführen und für die Trennung des gasförmigen Gemisches (Mg-Dampf + H₂ + CO + N₂) reines Blei verwenden, so wären 1200 m³/h Pb-Schmelze für die Absorption der 30 t/h Mg-Dampf erforderlich.

Bei der Verwendung von reinem Zinn müßte man nur 300 mVh Sn-Schmelze zuführen, da Zinn bei dem vorhandenen Mg-Partialdruck wesentlich mehr Magnesium zu absorbieren vermag als Blei. Wollte man die erforderliche Wärme nur mittels einer Schmelze von Ab sorptionsmetall zuführen, so wären sogar 8580 mVh Blei (1730⁰C) oder 3150 m³/h Zinn (1840⁰C) erforderlich (der Siedepunkt von Blei beträgt 1753° C). Verwendet man aber — wie im Beispiel 2 — konden sierenden Bleidampf als Heizmittel für die MgO-Reduk tion und zusätzlich geschmolzenes Zinn als hauptsächliches Absorbens, so bildet sich eine Pb-Sn-Schmelze als Absorptionsmetall; technologisch gesehen ist dabei das Problem der Wärmezufuhr für die stark endotherme MgO-Reduktion auf elegante Weise gelöst Wird dann nach der Trennung das Magnesium aus der Schmelze entfernt und die Schmelze wieder auf 184O⁰C erhitzt, so wird wieder Bleidanipf gebildet; wohej eb?·¹ ·π Abhängigkeit von den herrschenden Temperatur-, Druck- und Aktivitätsverhältnissen ein Anteil Blei in der Schmelze zurückbleibt, der dauernd gemeinsam mit dem Zinn im Kreisprozeß geführt wird. Daraus ergibt sich der optimale Eintrag von 33OmVh Pb-Sn-Schmelze mit 42,8 Gew.-% Pb und 57,2 Gew.-% Sn als flüssiges Absorp tionsmetall und 106 70ONmVh kondensierter Blei dampf als Wärmespender und zusätzlicher Anteil Absorptionsn? !tall bei Fortfall einer separaten Beheizung der Reduktionsapparatur.

Beispiel 3

Bei der Reduktion von Zinkoxid mit Kohlenstoff bei 1000° C entsteht ein gasförmiges Gemisch von

5037 Vol.-% Zn-Dampf, 48,89 Vol.-% CO und 0,74 Vol.-% CO₂.

Dieses Gemisch wird in einem Absorptionsraum mit Körpern aus Stahl (als Absorptionsmetall) bei 1000⁰C in Berührung gebracht. Der Stahl absorbiert den Zinkdampf, während das aus CO und CO₂ bestehende, zinkfreie Abgas den Absorptionsraum verläßt In der Oberfläche der Stahlkörper wird das Zink bis zu einem Gehalt von 70 Gew.-% absorbiert, der in einer Oberflä chenschicht von 1 mm Dicke nach innen hin gegen 0% Zn abnimmt

Beispiel 4

Bei der Reduktion von MnO mit schwefelarmen Petrolkoks bei 1750⁰C wird ein gasförmiges Gemisch gebildet, das aus 50 VoL-% Mangandampf und 50 Vol.-% CO besteht Da der Reaktionsdruck nur 03 at beträgt, müßte man diesen oder einen kleineren Druck als Betriebsdruck durch Absaugen erzeugen. Technisch einfacher ist es, Stickstoff hinzuzufügen, um einen Betriebsdruck von 1 at zu erreichen. Das gasförmige Gemisch besteht dann aus

15Vo!.-%CO,

15 VoL-% Mn-Dampf und

70VoL-%N₂.

Der Stickstoff wird aus einem Teil des Rauchgases eines Brenners gewonnen, indem es mittels einer Druck-Wasserwäsche von CO2, SO2 und Wasserdampf befreit wird; anschließend wird er in einem Gegenstrom-Wär-

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metauscher mittels des heißen Rauchgases auf 165O⁰C tion von schwer reduzierbaren Metalloxiden oder -haloerhitzt und dem CO-Mangandampf-Gemisch während geniden mittels der Metalle der ersten und zweiten dessen Bildung aus dem MnO-Petrolkoks-Gemenge zu- Gruppe des Periodensystems, gesetzt.

Das gasförmige Gemisch wird durch eine 1700° C hei- s ße Schmelze geleitet, die aus 82 Gew.-o/o Sb und 18 G*jV.-% Al besteht. Während das Antimon ein besonders hohes Lösungsvermögen für Mangan besitzt, verhindert der Aluminiumzusatz das Absieden des Antimons, dessen normaler Siedepunkt 1633'C beträgt.

Das gasförmige Gemisch wird in der Sb-Al-Schmelze getrennt. Man erhält einerseits ein Gas aus CO und N₂, das Spuren von SO₂ enthält, und andererseits eine Sb-Al-Schmelze mit einem Mangangehalt von 40 Gew.-°/o. In einer Rektifizierkolonne wird das Mangan aus der Sb-Al-Schmelze entfernt.

Bei5pie! 5

Durch Erhitzen von Bi₂S₃ auf 900°C wird beim Hindurchleiten von Argon infolge thermischer Zersetzung ein gasförmiges Gemisch gebildet, das außer Argon je

57,1 Vol.-% Bi-Dampf und

42,9Vol.-%S₂-Dampf

enthält Es wird in 930° C heißes geschmolzenes Tellur geleitet, wobei die technisch wichtige intermetallische Verbindung Bi₂Te₃ (Schmelzpunkt 585° C) gebildet wird; der vom Bi-Dampf getrennte Schwefeldampf entweicht

Je nach den thermodynamischen Eigenschaften der Reduktionspartner und in Abhängigkeit von der Reduktionstemperatur stellt sich ein Reaktionsdruck ein, der kleiner oder größer als 1 at oder gleich 1 at ist Da die Trennung von gasförmigen Gemischen gemäß der Erfindung technisch einfacher durchgeführt werden kann, wenn der Betriebsdruck nicht wesentlich kleiner ist als 1 at, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dem gasförmigen Gemisch während seiner Bildung bei der Reduktion oder/und nach der Reduktion einen das Metalldampf-Gas-Gleichgewicht nicht allzu ungünstig beeinflussenden gasförmigen Stoff in solcher Menge zuzumischen, daß der gewünschte Betriebsdruck erreicht wird.

Im Beispiel 2 wurde darauf hingewiesen, daß der Reaktionsdruck des gasförmigen Gemisches Mg-Dampf + CO + H₂ + N₂ rd. 0,5 at beträgt und daß dieser Druck infolge der Bleidampfzufuhr auf rd. 1 at Betriebsdruck erhöht wird. Würde man nicht Bleidampf zumischen und wollte man die Trennung des gasförmigen Gemisches bei einem Betriebsdruck von beispielsweise 1 at durchführen, so müßte man je Nm³ gasförmiges Gemisch 1 Nm³ von z. B. Wasserstoff, Argon oder Zinkdampf zumischen.

Die Kosten des Verfahrens gemäß der Erfindung sind überraschend niedrig und der Bedarf an elektrischer Energie ist minimal; er b· rifft ausschließlich die Förderkosten des Verfahrens, wenn man das Absorptionsmetall und endotherm reagierende Reduktionsgemische nicht zum Teil oder ganz mittels elektrischer Energie erhitzt Infolgedessen besteht ein wichtiges wirtschaftliches Merkmal der Erfindung darin, das abgetrennte Metall entweder direkt als Dampf nach der Desorption oder Rektifikation oder gekühlt und zu einer Schmelze verflüssigt oder in fester Form für Verfahren zu verwenden, die zur Zeit noch sehr kostspielig sind oder sich aus Gründen schlechter Wirtschaftlichkeit bislang nicht durchsetzen konnten. Ein akutes Beispiel ist die Reduk-

Claims (10)

ί 2 ner und das resultierende gasförmige Gemisch mit Patentansprüche: dem Absorptionsmetall kontinuierlich im Gegenstrom in Berührung bringt, in einem separaten Raum

1. Verfahren zur Abtrennung von Metalldämpfen aus dem Absorptionsmetall das Metall kontmuieraus gasförmigen Gemischen, die bei der Reduktion 5 lieh herausdestilliert, das Absorptionsmetall kontivon Metallverbindungen gebildet werden, durch In- nuierlich im Gegenstrom zu den Rauchgasen erhitzt berührungbringen mit einem Absorptionsteil, da- und dann kontinuierlich für die Absorption wieder durch gekennzeichnet, daß die Temperatur verwendet

des festen oder flüssigen Absorptionsmetalis beim 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

Inberfihnmgbringen mit dem gasförmigen Gemisch io dadurch gekennzeichnet, daß man dem gasförmigen

mindestens so hoch ist wie die des gasförmigen Ge- Gemisch während seiner Bildung bei der Reduktion

misches bei dessen Bildung. oder/und nach der Reduktion so viel eines das Me-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- talldampi-Gas-Gleichgewicht nicht aBzu ungünstig zeichnet, daß das Gemisch der miteinander reagie- beeinflussenden gasförmigen Stoffes zumischt, daß renden Reduktionsreaktionspartner mit dem Ab- is ein gewünschter Betriebsdruck erreicht wird, sorptionsmetall energisch verwirbelt wird

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn-

zeichnet, daß man das Absorptionsmetall zunächst

so hoch erhitzt, daß sein Wärmeinhalt zumindest

teilweise zur Einhaltung der Reduktionstemperatur 20 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung

beiträgt oder ausreicht und es dann in das Gemisch von Metalldämpfen aus gasförmigen Gemischen, die die

der miteinander reagierenden Reduktionsreaktions- Dämpfe von Metallen und/oder Halbmetallen enthal-

partner einführt ten. Derartige gasförmige Gemische entstehen bei ver-

4. Verfahren nach Anspruch ?, dadurch gekenn- schiedenen Prozessen, z. B. bei der thermischen Zersetzeichnet, daß man das Gemisch der miteinander rea- 25 zung von Hydriden, Nitriden, Sulfiden und Halogeniden gierenden Reduktionsreaktionspartner mit zumin- sowie bei der Reduktion von Oxiden und Halogeniden dest einem Teil eines Absorptionsmetalls, dessen mit Wasserstoff, Wassergas. Generatorgas, Erdgas und Verdampfungspunkt oberhalb der Reduktionstem- anderen gasförmigen, aber auch mit flüssigen oder feperatur liegt im gasförmigen Zustand in Berührung sten Reduktionsmitteln wie Heizöl, Kohle- und Koksarbringt 3» ten oder Petrolkoks.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- Nachstehend werden solche Prozesse zur Vereinfazeichnet, daß man das AbsorptionsmetaSl vor der chung des Textes global »Reduktion« genannt da dabei Trennung mit Rauch- und Flammengasen in direkter immer elementarer Metall- oder Halbmetalldampf geBerührung erhitzt und bei der Verbrennung das bildet wird, der allerdings mit anderen gasförmigen Brennstoff-Luft- oder -O2-Verhältnis so einstellt 35 Stoffen mechanisch vermischt ist

daß das Absorptionsmetall nicht oxidiert werden Weiterhin werden Metalle, einschließlich der Metalle

kann, oder daß man den Rauch- und Flammengasen der ersten und zweiten Gruppe des Periodensystems,

den erforderlichen Anteil eines reduzierenden Gases und Halbmetalle sowie ihre Mischungen zur Vereinfa-

zumischt chung als »Metall« und ihre entsprechenden Verbindun-

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 40 gen und Mischungen solcher Verbindungen als »Verbindadurch gekennzeichnet daß man nach der Tren- dung« bezeichnet

nung in einem separaten Raum aus dem Absorp- Die mit den Dämpfen von elementarem Metall ver-

tionsmetall das absorbierte Metall durch Desorption mischten gasförmigen Stoffe werden zur Vereinfachung

oder Rektifikation entfernt und den resultierenden im Rahmen dieser Patentschrift »Gase« genannt Solche

Metalldampf zu flüssigem oder festem Metall kon- 45 gasförmigen Stoffe sind beispielsweise CO, CO₂, H₂O,

densiert. SO2, H₂S, O₂, N₂. Schwefeldampf, gasförmige nieder-

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch wertige Halogenide, Oxide und Sulfide sowie gasförmigekennzeichnet, daß man nach der Trennung zumin- ge Metall- und Halbmetallverbindungrn.

dest einen Teil des nicht absorbierten Abgases als Man hat bislang vergeblich versucht, z. B. aus den bei

Brennstoff für das Erhitzen oder Verdampfen des 50 de- Reduktion von Oxiden mit festen, flüssigen oder

Absorptionsmetalls verwendet gasförmigen kohlenstoff- und wasserstoffhaltigen Stof-

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- fen resultierenden gasförmigen Gemischen den darin zeichnet daß man zur Vermeidung eines eventuellen enthaltenen Metalldampf wirtschaftlich abzutrennen, chemischen Angriffs des bei der Reduktion neben um Metalle zu gewinnen. Beispielsweise führte das Abdem Metalldampf gebildeten Gases auf das Absorp- 55 schrecken eines gasförmigen Gemisches von Mgtionsmetall dem gasförmigen Gemisch vor dem In- Dampf und CO nur zu einem unwirtschaftlichen Teilerberührungbringen mit dem Absorptionsmetall ein folg, denn ein großer Teil Mg-Dampf wird dabei durch diesen Angriff verhinderndes Gas in einer ausrei- CO zu Magnesiumoxid reoxidiert Kühlt man nämlich chenden Menge zumischt, ein beispielsweise durch Reduktion gebildetes gasförmi-

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, eo ges Gemisch aus Metalldampf und anderen Reduktionsdadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch der produkten wie CO, CO₂ und H₂O ab, so stellt sich das miteinander reagierenden Reduktionsreaktionspart- temperaturabhängige, thermodynamisch bedingte ner und das resultierende gasförmige Gemisch mit Dampf-Gas-Gleichgewicht um, wobei Metalldampf — dem Absorptionsmetall im Gegenstrom in Beruh- in vielen Fällen sogar bei gleichzeitiger Rußbildung — rung bringt. 65 zum Metalloxid reoxidiert wird. Beim Abschrecken sol-

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, eher gasförmigen Gemische erhielt man daher stets Medadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch der tallpulver, die mit einem unwirtschaftlich großen Anteil miteinander reagierenden Reduktionsreaktionspart- von Oxid verunreinigt waren. Das gilt analog auch für