DE3100357C2

DE3100357C2 - Verfahren zum Auffangen und gefahrlosen Beseitigen von gasförmigem Natrium oder Kalium

Info

Publication number: DE3100357C2
Application number: DE3100357A
Authority: DE
Inventors: Hans-Guenter Dipl.-Ing. Dr. Domazer; Ulrich Dr. 4300 Essen Holtschmidt
Original assignee: TH Goldschmidt AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1980-02-26
Filing date: 1981-01-08
Publication date: 1982-10-07
Also published as: DE3100357A1

Description

Uie trfindung betrifft ein Verfahren zum Auffangen und gefahrlosen Beseitigen von gasförmigem Natrium oder Kalium, welches bei meiallothermischen Reaktionen freigesetzt worden ist.

Es sind z. B. in der anorganischen Chemie Reaktionen bekannt, bei denen Natrium oder Kalium freigesetzt wird. Dies geschieht insbesondere bei mctallothermischen Reaktionen.

Metallolhermische Reaktionen werden zwar in der Regel mit metallischem Calcium, Magnesium oder Aluminium als Reduktionsmittel für das Oxid eines gegenüber diesen Metallen edleren Metalles eingesetzt. ■\m bekanntesten ist die aluminothermisi. he Reduktion von Eisenoxiden, insbesondere in Gegenwart anderer Metalloxide und/oder Metallpulver, zu Eisen und seinen Legierungen. In der DE-PS 23 03 697 wird ein Verfahren zur Herstellung von Legierungspulvern aus seltenen Erdmetallen und Kobf.lt mittels Calciothermic beschrieben. Bekannt ist ferner die Herstellung von metallischem Chrom.Titan. Zirkon und Vanadin aus den Oxiden mittels Calcium oder Aluminium.

In vielen Fällen reicht aber die durch die Oxidation des reduzierenden Metalles freiwerdende Reaktionswärme nicht aus, daß die Reaktion quantitativ, schnell und mit Überschreitung des Schmelzpunktes des zu reduzierenden Metalles abläuft. Zur Erhöhung der Wärmetönung der Reaktion kann man Verbindungen zugeben, welche leicht Sauerstoff abgeben. Beispiele derartiger Boostersubstanzen sind Natriumperoxid, Natriumchlorat, Kaliumperoxid, Kaliumchlorat, KaIiumperchlorai und Calciumperoxid.

Bei der Reduktion dieser Boosterverbindungen entsteht gasförmiges Natrium, Kalium oder Calcium. Das Calcium, sofern es nicht im Überschuß vorhanden ist, wird durch den Reduktionsprozeß verbraucht; überschüssiges Calcium kondensiert, ist aber relativ kondensationsträge. Das entstehende gasförmige Natrium oder Kalium verursacht jedoch bei der Durchführung der Reaktion insbesondere dadurch Schwierigkeiten, daß es sich in feinverteilter Form an den kalten Stellen des Reaktionsgefäßes und bei Anwendung von Vakuum insbesondere in den Vakuumleitungen feinteilig niederschlagt. Heim Offnen des Reaktionsgefäßes b/w. bei Zutritt von Luft zu den Vakuumleitungen verbrennen die Alkalimetalle und insbesondere das metallische Kalium spontan oder explosionsartig unter erheblicher Freisetzung von Wärme. Hierdurch werden das Bedienungspersonal und die Apparaturen gefährdet.

Außerdem werden die Gefäße und Leitungen durch das

gebildete Alkalioxid und die daraus in Folgereaktionen entstehenden Hydroxide oder Carbonate verunreinigt

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, das es gestattet, gasförmiges Natrium oder Kalium in einfacher und gefahrloser Weise aufzufangen und zu beseitigen.

ίο Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein

Verfahren zu finden, das es gestattet, gasförmiges Natrium oder Kalium in einfacher und gefahrloser Weise aufzufangen und zu beseitigen. Überraschenderweise gelingt erfindungsgemäß die

is Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß man das gasförmige Natrium oder Kalium in ein zur vollständigen Aufnahme ausreichendes Schüttbett von Kieselsäurexerogel einleitet.
Als Kieselsäurexerogel kann man dzs im Handel erhältliche Silicagel verwenden. Der Dampf des Natriums oder Kaliums wird durch ein ausreichend großes Schüttbett des Xerogels geleitet, wo es von diesem aufgenommen wird.

Es hat sich gezeigt, daß man zum Auffangen und

Binden des gasförmigen Natriums oder Kaliums etwa die doppelte Gewichtsmenge Kieselsäurexerogel bezogen auf Alkalimetall benötigt. Im allgemeinen ist es sinnvoll, einen Überschuß an Kieselsäurexerogel zu verwenden. Die überschüssige Menge kann ohne weiteres wieder verwendet werden. Das unverbrauchte Kieselsäurexerogel läßt sich von dem beladenen Kieselsäurexerogel unschwer trennen, da die mit Natrium oder Kalium beladene Schicht des Kieselsäurexerogels sich grau verfärbt, während die ursprüngliehe Farbe des unverbrauchten Kiesclsäurexerogels erhalten bleibt. Verwendet man als Kieselsäurexerogel das im Handel unter der Bezeichnung »Blaugel« erhältliche Silicagel, ist der verbrauchte, mit Alkalimetall beladene Anteil des Silicagels durch die Entfärbung zu erkennen.

Das Kieselsäurexerogel soll dabei eine Teilchengröße von etwa I bis 5 mm aufweisen.

Das Alkalimetall liegt im Kieselsäurexerogel teils als feinvertciltcs Metall, teils gebunden in Form von SiO-Metallgruppen vor. Das Verhältnis von freiem und gebundenem Metall richtet sich nach dem Trocknungsgrad und der Reaktivität, d. h. der Anzahl der reaktiven Gruppen bezogen auf die Oberfläche, des Xerogels. Der Gehalt an freiem Alkalimetall im beladenen Kieselsäurexerogel liegt zwischen 25 und 75%, der restliche Anteil liegt in gebundener Form vor.

Das beladene Xerogel kann trocken gelagert werden. Bringt man es in Kontakt mit Wasser, entwickelt sich durch ReakPon des Alkalimetals mit Wasser Wasserstoff. Es findet sich jedoch keine heftige Reaktion statt.

Beim Nachlassen der Gasentwicklung kann eine weitere Umsetzung des noch verbliebenen Alkalimetalles mit Wasser durch Erhitzen der Dispersion erreicht werden. Vorzugsweise verwendet man als Kieselsäurexerogel

eine feinteilige, kleinstückige Form mit einer mittleren Teilchengröße von etwa I bis 5 mm.

Metallothermische Reaktionen, die unter Zusatz eines Doosters verlaufen, werden üblicherweise in geschlossenen Reaktionsgefäßen durchgeführt, welche vor der Umsetzung häufig mit einem Inertgas ausgespült und dann evakuiert werden. Zur Evakuierung weist das Reaktionsgefäß in seinem Deckel einen Stutzen auf, der mit der Saugleitung einer Vakuumeinrichtung vcrbun-

den ist. In dieser Leitung kann nun eine Auffangvorrichtung für das Alkalimetall angeordnet werden. Am einfachsten wird in die Leitung ein Siebdeckel eingebaut, auf den das Kieselsäurexerogel in einer Menge geschüttet wird, die zum Auffangen der bei der Reaktion freiwerdenden errechneten Natrium- oder Kaliummenge ausreicht

Es hat sich bei der praktischen Durchführung derartiger Reaktionen gezeigt, daß man bei einer Bodenfläche von 500 cm² mit einer Schüttung von etwa 2 kg Kieselgel etwa 800 bis 900 g Kalium binden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele noch näher erläutert

Beispiel 1

Zur Herstellung einer Samarium-Kobalt-Legierung werden 20,1 kg Samariumoxid, 32,75 kg Kobaltmetallpulver, 2,771 kg Kaliumperchlorat und 13,95 kg Calcium innig vermischt und zu Grünlingen verpreßt Die Grünlinge werden in eine beheizbare und verschließbare Reaktionskammer gefüllt Die Reaktionskamnxr wird über eine V Jcuumleitung bis zu einem Druck von 133 - 1O^-2 !Tsbar evakuiert !n der Vakuumleitung befindet sich ein Einsatz, der mit 5 kg Silicagel einer mittleren Teilchengröße von 2 bis 5 mm gefüllt ist. Die Reaktionskammer wird nun erhitzt und während 2 Stunden bei einer Temperatur von etwa 1300⁰C gehalten. Bei der Reaktion bilden sich aus dem Kaliumperchlorat etwa 780 g Kalium, welche quantitativ vom Silicagel aufgenommen werden.

Nach Druckentlastung und öffnen des Reaktionsgefäßes kann das das Kalium enthaltende Silicagel entnommen werden. Durch Einrühren des Silicagels in 201 Wasser kann das Kaliummetall gefahrlos beseitigt

ίο werden.

Beispiel 2

Zur Herstellung einer pulverförmigen Titanlegierung werden 11,53 kg Titandioxid, 0,932 kg Aluminiumoxid, 0,55 kg Vanadinpentoxid, ö,988 kg Calciumoxid, 2,74 kg Kaliumperchlorat und 273 kg Calciummetall innig vermischt und in die in Beispiel 1 beschriebene Reaktionskammer eingeführt Die Reduktion erfolgt 8 Stunden bei 1200° C. Das freigesetzte gasförmige Kalium wird in einer Falle, welche 6 kg Silicagel enthält, aufgenommen. Das Silicagel hat eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 3 mm. Nach dem öffnen der Reaktionskatniner kann das zum Teil beladene Silicagel entnommen und wie in Beispiel 1 aufgearbeitet werden.

Claims

Patentansprüche:

J. Verfahren zum Auffangen und gefahrlosen Beseitigen von gasförmigem Natrium oder Kalium, welches bei metallolhermischen Reaktionen freigesetzt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß man das gasförmige Natrium oder Kalium in ein zur vollständigen Aufnahme ausreichendes Schüttbett von Kieselsäurexerogel einleitet
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das gasförmige Natrium oder Kalium in die, bezogen auf das Gewicht des Natriums oder Kaliums, etwa doppelte Gewichtsmenge Kieselsäurexerogel einleiteL
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das gasförmige Natrium oder Kalium in Kieselsäurexerogel einer Teilchengröße von etwa 1 bis 5 mm einleitet.