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Im Halogenid-Reduktionsraum I wird bei einer Temperatur von 1 300K
flüssiges reines MgCl2 mit einem
Überschuß von flüssigem Ga zu Mg
reduziert und dieses im Entstehungszustand gleichzeitig vom überschüssigen Ga gelöst.
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MgCl2(l) + 2 Ga (l) = Mg (l) + 2GaCl(g).
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Es werden einerseits eine Ga-Mg-Schmelze (Lösung) und andererseits
GaCl-Dampf gebildet.
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Aus der Ga-Mg-Schmelze wird das Mg im Fraktionierraum II bei einer
Temperatur von 1 5000K im Vakuum ab destilliert, bei einer Temperatur von 9500K
zu flüssigem Mg kondensiert und dann ausgetragen.
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Das anfangs mit einer Pumpe erzeugte Vakuum (0,006 bar) erhält sich
infolge der Mg-Dampf-Kondensation weiterhin konstant.
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Das nahezu Mg-freie Ga kehrt in den Halogenid-Reduktionsraum I zurück.
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Im Oxidationsraum III wird das GaCl bei einer Temperatur von 9000K
durch Oxidation mit Luft zu einem Rauch aus Ga2O3-Staub und einem Cl2-N2-Gemisch
umgesetzt.
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2GaCl(g) + 1,5 O2(g) + 6 N2 (g) = Ga2O3 (s) + C12 (g) + 6 N2 (g).
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Der Ga203-Staub wird vom Cl2-N2-Gemisch getrennt, dieses in Chlor
und Stickstoff zerlegt, und die beiden Stoffe werden aus dem Prozeß entnommen.
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Im Oxid-Reduktionsraum IV wird der Ga2O3-Staub mit Kohlenstoff bei
einer Temperatur von 1 1000K zu Ga reduziert, wobei CO gebildet wird.
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Ga2O3(s) + 3 C (s) = 2 Ga (l) + 3 CO (g).
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Das flüssige Ga wird in den Reduktionsraum I zurückgefördert. das
mit Luft verbrannte CO liefert Wärme für das Verfahren.
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Selbstverständlich können gemäß der Erfindung auch Mischungen von
Alkali- und/oder Erdalkalimetallen durch gemeinsame Reduktion der entsprechenden
Halogenide erzeugt, und als Reduktions- und Lösungsmittel können auch Mischungen
von Ga, In und Tl verwendet werden. Derartige Mischungen haben den Vorteil, daß
das Lösungsvermögen für die Alkali- und Erdalkalimetalle erhöht wird.
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Zur Vereinfachung werden nachstehend Alkali- und Erdalkalimetalle
sowie deren Mischungen »Metall« und Ga, In und T1 sowie deren Mischungen »Reduktionsmetall«
genannt.
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Der chemische Umsatz im Halogenid-Reduktionsraum wird dadurch verbessert,
daß das Halogenid und der infolge beginnender Reduktion gebildete Dampf im Gegenstrom
zum Reduktionsmetall geführt werden.
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Der im Fraktionierraum abdestillierte Metalldampf kann entsprechend
der beabsichtigten Verwendung des Metalles durch Kühlung in einem mit dem Fraktionierraum
verbundenen Kondensator zum flüssigen oder festen Metall kondensiert und dabei der
geringe Dampfdruck des kondensierten Metalles ausgenützt werden, um das Abdestillieren
des Metalldampfes im Fraktionierraum für die Erzeugung eines niedrigen Druckes ohne
Energieaufwand zu ermöglichen.
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Da das bei der Reduktion entweichende Reduktionsmetall-Monohalogenid
einen Teil des gebildeten Metalles in Form von Metalldampf mitführen kann, wird
gemäß der Erfindung der den Halogenid-Reduktionsraum verlassende Dampf zunächst
so weit abgekühlt, daß sich darin enthaltenes gasförmiges Metall und ein
äquivalenter
Anteil Reduktionsmetall-Monohalogenid infolge Umkehrung der Reduktionsreaktion zum
ursprünglichen festen oder flüssigen Metall-Halogenid und flüssigen elementaren
Reduktionsmetall zurückbilden und der Rest des Reduktionsmetall-Monohalogenides
gasförmig bleibt; zum Beispiel erfolgt bei Abkühlung von einer Reduktionstemperatur
von 1400oK auf 5000K (Reaktionsdruck 0,14 bar) folgende Umsetzung: Mg (g) + 2 GaCI
(g) = MgCl2 (s) + 2 Ga (1).
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Hierzu muß bemerkt werden, daß reiner GaCl-Dampf theoretisch nicht
existent ist; mit diesem im Gleichgewicht sind noch GaCl2, GaCl3 und die Dimeren
Ga2Cl2, Ga2Cl4. Da bei kleinen Drücken weit unterhalb von 1 bar - auch noch bei
einer Temperatur von 400"K - GaCl vorherrscht, wird zur Vereinfachung das gesamte
ungesättigte Gemisch als »Monochlorid«, allgemein als »Monohalogenid« bezeichnet;
das gilt analog auch für die ungesättigten Halogenidgemische des In und T1. Die
bei der Abkühlung derartiger ungesättigter Halogenidgemische gebildeten Mengen von
elementarem Reduktionsmetall sind bei kleinen Drücken entsprechend gering, und infolgedessen
werden sie vernachlässigt.
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Das flüssige oder feste Metall-Halogenid und das flüssige Reduktionsmetall
werden vom übrig bleibenden gasförmigen Reduktionsmetall-Monohalogenid getrennt
und in den Halogenid-Reduktionsraum zurückgeschickt; das gasförmige Reduktionsmetall-Monohalogenid
wird durch Kühlung in den flüssigen oder festen Zustand gebracht und aus dem Prozeß
entnommen. In die Reduktionszone müßte eine äquivalente Menge frisches elementares
Reduktionsmetall eingeleitet werden, wenn man so kontinuierlich verfahren wollte.
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Wirtschaftlich vorteilhafter ist aber das Verfahren gemäß der Erfindung,
wenn man den den Reduktionsraum verlassenden Dampf abkühlt und nach Abtrennung von
kondensiertem Reduktionsmetall und Ausgangshalogenid das gasförmig gebliebene Reduktionsmetall-Monohalogenid
mit Sauerstoff oder sauerstofihaltigen Gasen zu Halogen und festem Reduktionsmetalloxid
oxidiert, das Reduktionsmetalloxid abtrennt und mit Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigen
Stoffen zu Reduktionsmetall reduziert und dieses erneut dem Reduktionsraum zur Reduktion
der Halogenide zuführt.
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Bei der Reduktion der Metall-Halogenide stellt sich im Halogenid-Reduktionsraum
ein Reaktionsdruck ein.
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Wenn der Druck des aus dem Halogenid-Reduktionsraum abströmenden Dampfes
(z.B. Strömungswiderstände in der Apparatur) erhöht wird, kommt die Reduktionsreaktion
aus naturgesetzlichen Gründen zum Stillstand. Infolgedessen ist es bei der Durchfüh
rung des Verfahrens erforderlich, dafür zu sorgen, daß der Dampfdruck im Halogenid-Reduktionsraum
kleiner als der oder höchstens gleich ist dem Reaktionsdruck; er läßt sich aus bekannten
Daten leicht thermodynamisch berechnen und auch experimentell ermitteln. Der erforderliche
Dampfdruck im Halogenid-Reduktionsraum kann durch Ansaugen und Weiterdrücken des
Dampfes mittels Gebläsen, Pumpen und anderer Fördervorrichtungen erreicht werden.
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Da der Betrieb derartiger Vorrichtungen Energiekosten verursacht,
wird die bekannte Tatsache ausgenützt, daß der Dampfdruck kondensierter Stoffe um
so
kleiner, je niedriger ihre Temperatur ist. Die Dampfdrücke der festen und flüssigen
Halogenide sind bekannt; sie können aber auch leicht experimentell bestimmt werden.
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Erfindungsgemäß wird das abgezogene gasförmige Reduktionsmetall-Halogenid
in Kondensatoren, die mit dem Reduktionsraum verbunden sind, gekühlt und kondensiert,
so daß der Dampfdruck der flüssigen oder festen Kondensate höchstens gleich ist
dem sich im Reduktionsraum einstellenden Reaktionsdruck.
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Bei der Reduktion des Reduktionsmetall-Oxides können aus festen Kohlenstoff-haltigen
Stoffen Verunreinigungen in das Reduktionsmetall gelangen.
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Daher werden aus für die Reduktion verwendeten festen Kohlenstoff-haltigen
Stoffen wie Petrolkoks, Steinkohlen-, Braunkohlen- und Torfkoks oder Holzkohle vorher
in bekannter Weise - z.B. durch Behandlung mit Halogenen, Halogenwasserstoffen und
Tetrachlorkohlenstoff bei Temperaturen oberhalb 10000K - alle Elemente außer Kohlenstoff
in Form von Halogeniden verflüchtigt.
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Werden reiner Kohlenstoff oder reines Erdgas für die Reduktion des
Reduktionsmetall-Oxides verwendet, so erhält man außer dem flüssigen elementaren
Reduktionsmetall Gase mit hohem Heizwert, die reich sind an Kohlenmonoxid bzw. Kohlenmonoxid
und Wasserstoff.
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Da die Reduktion des Metall-Halogenides, das Abdestillieren des Metalls
aus der dabei gebildeten Lösung und die Reduktion des Reduktionsmetall-Oxides Wärme
verbrauchen und andererseits Wärme bei der Kondensation des Dampfes aus der Metall-Halogenid-Reduktion,
bei der Kondensation und Oxidation des Reduktionsmetall-Halogenides und bei der
Kondensation des aus der Metall-Reduktionsmetall-Lösung abdestillierten Metalldampfes
frei wird und die bei der Oxid-Reduktion gebildeten Gase (CO, H2) einen hohen Helzwert
haben, ist es für eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens
von großer Bedeutung, wenn man die bei der Kondensation des Dampfes aus der Metall-Halogenid-Reduktion,
die bei der Kondensation und Oxidation des Reduktionsmetall-Halogenides, die bei
der Kondensation des aus der Lösung abdestillierten Metalldampfes und die durch
Verbrennen der Gase aus der Oxid-Reduktion frei werdende Wärme zumindest zur teilweisen
Deckung des Wärmebedarfs der Reduktion des Metall-Halogenides, des Abdestillierens
des Metalles aus der dabei gebildeten Lösung und der Reduktion des Reduktionsmetall-Oxides
benützt.
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Eine wirtschaftlich und technisch optimale Verfahrensweise gemäß
der Erfindung ist die kontinuierliche Durchführung der Reduktion des Metall-Halogenides
und des gleichzeitigen Lösens des gebildeten Metalls im Halogenid-Reduktionsraum
im Gegenstrom zu einer solchen Menge Reduktionsmetall, die zur Reduktion des Metall-Halogenides
und zum Lösen des gesamten gebildeten Metalles ausreicht, wobei im Halogenid-Reduktionsraum
das Metall-Halogenid und infolge beginnender Reduktion gebildeter Dampf zuerst mit
flüssigem Reduktionsmetall aus dem Fraktionierraum und anschließend mit flüssigem
Reduktionsmetall aus dem Oxid-Reduktionsraum im Gegenstrom in Berührung gebracht
werden, aus der aus dem Halogenid-Reduktionsraum kontinuierlich ausgetragenen Metall-Reduktionsmetall-Lösung
das Metall im Fraktionierraum kontinuierlich ab destilliert, zu flüssigem oder festem
Metall kondensiert und aus dem Prozeß
entnommen wird, das nahezu Metall-freie flüssige
Reduktionsmetall aus dem Fraktionierraum wieder kontinuierlich in den Halogenid-Reduktionsraum
eingeleitet wird, das den Halogenid-Reduktionsraum verlassende gasförmige Reduktionsmetall-Halogenid
kontinuierlich gekühlt, in fester oder flüssiger Form abgeschieden und im Oxidationsraum
kontinuierlich mit Luft zu Rauch aus festem Reduktionsmetall-Oxid und gasförmigem
Halogenid-Stickstoff-Gemisch umgesetzt wird, das Reduktionsmetall-Oxid kontinuierlich
vom Halogen-Stickstoff-Gemisch getrennt wird, das Halogen vom Stickstoff getrennt
und diese aus dem Prozeß entnommen werden, das Reduktionsmetall-Oxid kontinuierlich
im Oxid-Reduktionsraum mit reinem Kohlenstoff zum flüssigen elementaren Reduktionsmetall
und Kohlenmonoxid umgesetzt wird, das flüssige Reduktionsmetall vom Kohlenmonoxid
getrennt und wieder kontinuierlich in den Halogenid-Reduktionsraum eingeleitet wird
und die bei der Kondensation des abdestillierten Metalldampfes, die bei der Kondensation
und Oxidation des Reduktionsmetall-Halogenides und die durch kontinuierliches Verbrennen
des Kohlenmonoxides frei werdende Wärme zumindest zur teilweisen Deckung des Wärmebedarfs
des Verfahrens verwendet wird.
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Die Gegenstrom-Behandlung im Halogenid-Reduktionsraum kann mittels
Versprühen, durch Herabrieseln über versetzte Rohrbündel und andere verfahrenstechnische
Maßnahmen durchgeführt werden.
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Die nach dem Verfahren der Erfindung gewonnenen gasförmigen Metalle
können beispielsweise abgekühlt, kondensiert und in flüssiger Form in gekühlte Kokillen
gegossen werden. Man kann sie aber auch zu Hydroxiden, Karbonaten, Hydrogensulfiten,
Phosphaten und anderen Verbindungen umsetzen. Uberraschend hoch wirtschaftlich ist
die Verwendung der Metalle-im gasförmigen, flüssigen oder festen Zustand zur Reduktion
von Metallhalogeniden (z. B. TiCl4, MnBr2, ZrF4, UJ4, WC15 und AIC13) zu Metallen
(z. B. Ti, Mn, Zr, U, W und Al), Regenerierung der dabei gebildeten Alkali-und Erdalkalimetall-Halogenide
zu den elementaren Alkali- und Erdalkalimetallen gemäß der Erfindung und deren Wiederverwendung
in einem Kreisprozeß.
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Beispiel 1 In B i 1 d 2 ist der Ablauf des Verfahrens zur Gewinnung
von flüssigem Magnesium durch Reduktion von Magnesiumchlorid mit Gallium schematisch
dargestellt. Gallium hat einen Schmelzpunkt von 3030K (300C) und einen Siedepunkt
von 24780K(22050C). Das Verfahren wird kontinuierlich durchgeführt; die nachstehenden
Angaben beziehen sich auf den Stoffdurchsatz pro Sekunde.
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In den Prozeß werden 10,3 kg festes MgCl2 zugeführt.
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Das MgC12 wird zusammen mit 15,1 kg Ga aus dem Oxid-Reduktionsraum
VI und mit 0,2 kg Ga sowie 0,1 kg festem MgCl2 aus dem Kondensator II in den vorderen
Teil des Halogenid-Reduktionsraumes I eingeleitet. Von der aus dem Fraktionierraum
VII ausgetragenen Galliummenge von 62,2 kg werden 52,7 kg Ga im vorderen Teil des
Halogenid-Reduktionsraumes 1 mit dem dort eingetragenen MgCl2 zur Reaktion gebracht
und der Rest von 9,5 kg Ga wird in den hinteren Teil des Halogenid-Reduktionsraumes
I eingeleitet, so daß er sich im Gegenstrom zum MgCl2 und dem resultierenden Dampfbewegt.
Insgesamt werden demnach eine Menge von 77,5 kg Ga und eine
Menge
von 10,4 kg MgCl2 miteinander zur Reaktion gebracht.
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Die Reduktionstemperatur beträgt 9000K und der Reaktionsdruck 0,02
Torr. Im Halogenid-ReduktionsraumI finden zwei Vorgänge gleichzeitig statt: die
Reduktion des MgCl2 mit einem äquivalenten Anteil des Galliums und das Lösen des
Magnesiums, während es gebildet wird, in der restlichen Galliummenge.
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Reduktion: 10,4 kg MgCl2 (s) + 15,3 kg Ga (1) = 23,0 kg GaCl (g)
+ 2,7 kg Mg (atomar).
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Lösen: 2,7 kg Mg (atomar) + 62,2 kg Ga (1) = [62,2 kg Ga (1) + 2,6
kg Mg (l)j + 0,1 kg Mg (g).
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Da die Ga-Menge zum Lösen der gesamten gebildeten Mg-Menge nicht
ausreicht, trägt der GaC1-Dampf einen Teil des Mg (0,1 kg) in Form von Mg-Dampf
aus dem Halogenid-Reduktionsraum I mit aus.
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Die Summe von Reduktion und Lösen ergibt sonach im Halogenid-Reduktionsraum
I folgenden Vorgang: 10,4 kg MgCl2 (s) + 77,5 kg Ga (1) = [62,2 kg Ga (1) + 2,6
kg Mg (1)] + [23,0 kg GaCI (g) + 0,1 kg Mg (g)].
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Die Ga-Mg-Lösung wird aus dem vorderen Teil des Halogenid-Reduktionsraumes
I in den Fraktionierraum VII gefördert, wo sie auf eine Temperatur von 15000K erhitzt
wird. Der aus der Lösung entweichende Mg-Dampf (2,6 kg) wird in den Kondensator
VIII geleitet, dort auf eine Temperatur von 9400K abgekühlt und zu flüssigem Mg
kondensiert. Bei 9400K hat das flüssige Magnesium einen Dampfdruck von nur 3,68
Torr, so daß im Fraktionierraum VII aus der auf 15000K erhitzten Lösung nahezu das
gesamte Magnesium abdestilliert und der bei Beginn des Prozesses mittels einer Vakuumpumpe
erzeugte niedrige Druck dann infolge der Mg-Kondensation in dem System VII-VIII
dauernd erhalten bleibt. Die Menge von 2,6 kg flüssiges Mg wird aus dem Kondensator
VIII abgelassen und zu Masseln vergossen. Das praktisch Mg-freie Gallium (62,2 kg)
wird in den Halogenid-Reduktionsraum I zurückgefördert, wie eingangs beschrieben.
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Der aus dem Halogenid-Reduktionsraum I entweichende Dampf enthält
23,0 kg GaCl und 0,1 kg Mg.
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Er wird im Kondensator II auf 7000K abgekühlt, wobei jetzt infolge
Umkehrung der Reduktionsreaktion ein Teil des GaCl vom Mg zu Ga reduziert wird:
0,1 kg Mg (g) + 0,3 kg GaCl (g) = 0,2 kg MgCl2 (s) + 0,2 kg Ga (1); demnach bleibt
bei diesem Vorgang ein Rest von 22,7 kg GaCl-Dampf übrig.
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Der Dampfdruck von MgCl2 (s) und Ga(l) beträgt bei 7000K praktisch
Null. Die 0,2 kg MgCl2 (s) und 0,2 kg Ga(l) werden aus dem Kondensator II in den
vorderen Teil des Halogenid-Reduktionsraumes I zurückgefördert, während die restliche
Menge von 22,7 kg GaCl-Dampf in den Kondensator III strömt, wo er durch Kühlung
auf 4000K zu festem GaCI kondensiert. Da der Dampfdruck von festem Galliummonochlorid
bei 4000K nur 0,002 Torr beträgt und dieser Druck infolge der GaCl-Kondensation
dauernd erhalten bleibt, kann die Reduktionsreaktion im Halo-
genid-Reduktionsraum
I mit einem Reaktionsdruck von 0,02 Torr ungehindert stattfinden.
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Das feste GaCl (22,7 kg) wird in einem geschlossenen Behälter (im
Bild nicht ersichtlich) auf 8000K erhitzt, wobei es schmilzt und einen Dampfdruck
von 2,37 bar erzeugt. Die Schmelze wird in der Brennkammer IV bei einer Temperatur
von 9300K mit Luft verbrannt, ähnlich wie Heizöl mit einem Ölbrenner. Der resultierende
Rauch, bestehend aus festem Ga203, Cl2 und N2, gelangt in die Trennanlage V.
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In der Trennanlage V werden die Gase vom Ga2O3-Staub befreit, das
Chlor vom Stickstoff getrennt und als Nebenprodukt verwertet, während der N2 über
Dach gestoßen wird.
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Der Ga2O3-Staub wird bei einer Temperatur von 1150"K im Oxid-Reduktionsraum
VI mit Erdgas zu Gallium reduziert, wobei ein hochwertiges Brenngas, bestehend aus
CO, H2 und geringen Anteilen von C92 und H2O, gebildet wird. Das Gallium (15,1 kg)
wird in den vorderen Teil des Halogenid-Reduktionsraumes I zurückgefördert.
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Zur Kühlung der Stoffe in den Kondensatoren II, III und VIII sowie
in der Brennkammer IV wird als Kühlmittel Luft verwendet, die sich dabei erhitzt
und als Verbrennungsluft zur Verbrennung des aus der Oxid-Reduktion stammenden Gases
dient. Die bei der Verbrennung gewonnene Wärme wird zur Deckung des Wärmebedarfs
im Halogenid-Reduktionsraum I, zum Schmelzen des aus dem Kondensator III ausgetragenen
festen GaCl, im Oxid-Reduktionsraum VI und im Fraktionierraum VII verwendet.
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Beispiel 2 Bild 3 zeigt schematisch die kontinuierliche Gewinnung
von Magnesium, wobei so viel Gallium verwendet wird, daß die Galliummenge sowohl
für die Reduktion des MgCl2 wie auch zum Lösen der gesamten gebildeten Mg-Menge
ausreicht. Infolgedessen besteht der aus dem Halogenid-Reduktionsraum I entweichende
Dampf nur aus reinem Galliummonochlorid.
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Wie in Beispiel 1 werden wieder- 10,3 kg MgCl2, jedoch in geschmolzenem
Zustand, in den vorderen Teil des Halogenidreduktionsraumes I eingeleitet. Das MgCi
(1) stammt aus einem geschlossenen Behälter, in dem Aluminiumchlorid (AlCl3) mit
Mg(l) bei einer Temperatur von 10000K zu flüssigem Aluminium kontinuierlich reduziert
wird. Das den Fraktionierraum VI verlassende nahezu Mg-freie Gallium (62,2 kg) wird
im mittleren Teil und das den Oxid-Reduktionsraum V verlassende vollkommen Mg-freie
Gallium (15,1 kg) wird in den hinteren Teil des Halogenid-Reduktionsraumes I eingeleitet.
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Bei einer Reduktionstemperatur von 15000K werden einerseits eine
flüssige Lösung von 2,6 kg Mg in 62,2 kg Gallium und andererseits 22,7 kg reiner
GaCl-Dampf gebildet. Aus der - Ga-Mg-Lösung wird im FraktionierraumVI bei 15000K
das Mg (2,6 kg) abdestilliert, im Kondensator VII bei 9500K zu flüssigem Mg kondensiert
und dieses wieder im Kreisprozeß zur Reduktion von Aluminiumchlorid (AlCl3) zu flüssigem
Aluminium verwendet.
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Der sich im Halogenid-Reduktionsraum I bei einer Temperatur von 15000K
bildende Reaktionsdruck beträgt 0,383 bar. Diesem Druck entspricht der Dampfdruck
von flüssigem GaCl bei 6940K Infolgedessen wird der aus dem Halogenid-Reduktionsraum
I entweichende GaCl-Dampf im Kondensator II bei einer
Temperatur
von 6900K zu flüssigem GaCl kondensiert, das bei dieser Temperatur einen Dampfdruck
von 0,360 bar besitzt. Es wird in der Brennkammer III bei einer Temperatur von 9000Kmit
Luft zu einem Rauch -bestehend aus Ga203 (s), C12 und N2 - verbrannt, der in die
Trennanlage W gelangt. Dort werden die Gase vom Ga203-Staub befreit, das Chlor vom
Stickstoff getrennt und als Nebenprodukt verwertet, während der Stickstoff über
Dach gestoßen wird.
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Der Ga2O3-Staub wird bei einer Temperatur von 1 1000K im Oxid-Reduktionsraum
V mit gereinigtem Petrolkoks zu Gallium (15,1 kg) reduziert, wobei ein hochwertiges
Brenngas - bestehend aus 99,8 Vol.-% und 0,2 Vol.-% CO2 - gebildet wird. Das Gallium
wird in den hinteren Teil des Halogenid-Reduktionsraumes I zurückgefördert.
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Die als Kühlmittel verwendete Luft aus den Kondensatoren II und VII
sowie aus der Brennkammer III wird mit dem aus dem Oxid-Reduktionsraum V entnommenen
Gas verbrannt und die dabei gewonnene Wärme (hoch erhitztes Rauchgas) dem Halogenid-Reduktionsraum
I, dem Oxid-Reduktionsraum Vund dem Fraktionierraum VI zugeführt.
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Beispiel 3 Analog dem Beispiel 2 wird aus Natriumbromid mit flüssigem
Indium als Reduktionsmetall und Lösungsmittel bei einer Temperatur von 16000K Natrium
gewonnen. Indium hat einen Schmelzpunkt von 4300K (1570C) und einen Siedepunkt von
23460K (20730C).
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Gemäß der Reaktionsgleichung NaBr (1) + In (1) = Na (1) + InBr (g)
wird das Natriumbromid vom flüssigen Indium zu Natrium reduziert und dieses gleichzeitig
in überschüssigem Indium gelöst. Der Reduktionsdruck im Halogenid-Reduktionsraum
beträgt 0,3 bar. Die resultierende In-Na-Lösung enthält 0,41 Gew.-% Na. Der Halogenid-Reduktionsraum
wird auf eine Temperatur von 12000K abgekühlt, anfangs mit einer Vakuumpumpe ein
Druck von 10-6 Torr erzeugt, dann das Natrium abdestilliert und der entweichende
Na-Dampf bei einer Temperatur von 3730K zu flüssigem Natrium kondensiert. Nach beendeter
Destillation enthält das Indium nur noch
spektralanalytisch nachweisbare Spuren Natrium.
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Der aus dem Halogenid-Reduktionsraum entweichende Na-freie InBr-Dampf
wird bei 9000Kverflüssigt und mit Sauerstoff in einer aus Kupferblech bestehend
den doppelwandigen mit Wasser gekühlten Brennkammer zu einem Rauch aus Ins03 und
Cl2 verbrannt: 2 InBr (1) + 1,5 O2 (g) = In2O3 (s) + Br2 (g).
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Der aus der Brennkammer austretende Rauch wird mittels eines Filters
aus poröser Tonerde in Br2-Dampf und In2O3-Staub getrennt und der Bromdampf durch
Kühlung auf eine Temperatur von 2660K zu flüssigem Brom kondensiert.
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Der In203-Staub wird mit reinem Ruß vermischt, das Gemisch zu Tabletten
gepreßt und auf eine Temperatur von 10200K erhitzt. Während ein Gas aus 99,7 Vol-%
CO und 0,3 Vol.-% CO2 entweicht, bleibt reines flüssiges Indium zurück: In2O3(s)
+ 3 C (s) =2In(l) +3CO(g).
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Beispiel 4 Aus Kaliumjodid wird mit flüssigem Thallium als Reduktions-
und Lösungsmittel bei einer Temperatur von 16000K Kalium gewonnen. Thallium hat
einen Schmelzpunkt von 5770K (3040C) und einen Siedepunkt von 17460K (14730C).
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Gemäß der Reaktionsgleichung Kr (1) + T1 (1) = K(1) + T1J(g) wird
das Kaliumjodid vom flüssigen Thallium zu Kalium reduziert und dieses gleichzeitig
in überschüssigem Thallium gelöst. Der Reaktionsdruck im Halogenid-Reduktionsraum
beträgt 0,14 bar. Die resultierende Tl-K-Lösung enthält 0,3 Gew.-% K; aus der Lösung
wird das Kalium bei 14000K und einem Druck von 10~4Torr ab destilliert, wobei die
entsprechende Kondensationstemperatur für den K-Dampf 4000K beträgt.
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Der den Halogenid-Reduktionsraum verlassende T1J-Dampf wird bei 7450K
zu flüssigem T1J kondensiert.