DE438221C - Verfahren zur Herstellung von feinst zerteilten festen Stoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von feinst zerteilten festen Stoffen, In der chemischen Technik beruht die Verwendbarkeit vieler fester Stoffe darauf, daß sie in feiner Verteilung (und in dieser wieder in einer für den besonderen Verwendungszweck geeigneten Zerteilungsart) vorliegen.
• Solche feinteiligen Stoffe finden vielfach Anwendung als Kontaktsubstanzen für Gasreaktionen, als Adsorbentien bei der Klärung von Flüssigkeiten und bei der präparativen Niederschlagung gelöster Stoffe, als Mineralfarben und Trübungsmittel, als Medikamente usw. Ihre Darstellung kann auf verschiedene Weise erfolgen, und zwar ist ein und dasselbe chemische Individuum oft auf mehreren Wegen in feiner Zerteilung zu erhalten, z. B. entweder durch Fällung aus verdünnter Lösung oder durch Zersetzung fester Verbindungen von größerem Molekulargewicht in der Hitze oder auch durch pseudomorphe Umwandlung in Reaktionsflüssigkeiten usw.
• Der disperse Zustand ist aber bei ein und demselben Stoff, der aber nach verschiedenen Methoden hergestellt ist, auch wenn er im allgemeinen als »fein zerteilt zu bezeichnen ist, nicht immer von gleicher Art, sondern jedes Verfahren prägt dem Stoff durch das Ineinandergreifen der in ihm zusammentreffenden physikalischen und chemischen Faktoren eine besondere Form auf. Andrerseits verlangen die verschiedenen Verwendungszwecke einer feinteiligen Substanz auch eine verschiedene Beschaffenheit, die ihr erfahrungsgemäß nicht durch nachträgliche Behandlung, sondern nur durch den Bildungsvorgang selbst mitgeteilt werden kann. Die unmittelbar zu beobachtende Lockerheit entscheidet dabei nicht immer über die Verwendbarkeit, vielmehr sind meist tiefer, liegende Dispersitätsunterschiede dafür maßgebend.
• Gemäß vorliegender Erfindung kann man nun eine besondere Art der Dispersität fester Stoffe dadurch erzielen, daß man diese Stoffe zunächst als disperse Systeme mit gasförmigem Medium erzeugt und aus diesem unter möglichst er Konservierung ihrer ursprünglichen Teilchengröße verdichtet.
• Dies gelingt, indem man die Stoffe zunächst als Rauch entstehen läßt und letzteren auf elektrischem Wege, z. B. durch Spitzen- oder Koronaentladung, niederschlägt. Der Vorgang dieser Niederschlagung ist bekanntlich der, daß die festen Rauchteilchen beim Passieren eines Sprühfeldes Gasionen adsorbieren und als geladene Körperchen im elektrischen Kraftfelde nach einer geerdeten Sammelelektrode transportiert werden. Hierbei werden zwar die Rauchteilchen zum Teil zu größeren Partikeln zusammengefaßt, und eS wird das feste Material als Ganzes in dichterer und dadurch handlicherer Form abgeschieden, der primäre Dispersitätsgrad aber bleibt weitgehend in den sekundären Staubteilchen und damit in der pulverförmigen Niederschlagsmasse erhalten, so daß man feste Produkte von hochdisperser innerer Struktur vor sich hat.
• Das Verfahren ist grundsätzlich auf alle von sich aus verdampfbaren und im festen Zustande wieder kondensierbaren Stoffe anwendbar, es läßt sich aber besonders auch in der Weise ausführen, daß zunächst ein andersartiger Stoff als Dampf erzeugt und dieser dann chemisch zu dem eigentlichen Rauchmaterial verändert wird. So kann man z. B. elementare Stoffe oder Verbindungen unmittelbar verdampfen und als solche niederschlagen; man kann aber auch etwa ein Metall verdampfen und dieses gleichzeitig in Oxyd verwandeln, welches dann seinerseits den niederzuschlagenden Rauch bildet. Andere Körper, z. B. die Oxyde gewisser Schwermetalle, lassen sich dadurch am besten in hochdisperser Form erhalten, daß sie gleichzeitig mit anderen Oxyden als Rauch erzeugt werden, was durch Verblasen ihrer Verbindungen oder Legierungen mit Aluminium, Titan, Zinn, Silizium, Vanadium u. a. geschehen kann. Die Oxyde dieser Metalle dienen dann als Trägersubstanzen, wodurch hoch reaktionsfähige und besonders katalytisch wirksame Körper erhalten werden. Auf diese Weise werden z. B. Nickeloxyd oder Eisenoxyd in derartigen Mischungen mit Aluminiumoxyd, Siliziumoxyd, Titanoxyd usw. bei ungewöhnlich tiefen Temperaturen zu pyrophorischen Produkten reduziert.
• Zur Ausführung der Erfindung verfährt man z. B. in der Weise, daß man in einem Raucherzeugungsofen di Verdampfung unter Verblasen mit Luft oder Kohlendioxyd vornimmt.
• So werden z. B. Metalloxyde am besten durch Einschmelzen der Metalle oder ihrer Carbide im Lichtbogen erzeugt, während bei leichter flüchtigen Substanzen andere Heizungseinrichtungen Anwendung finden können. Aus dem Verdampfungsofen gelangt der Rauch zweckmäßig in eine größere Vorkammer, in welcher eine Homogenisierung durch Verwirbelung stattfindet, und von da aus in den elektrischenNiederschlagungsapparat, der in bekannter Weise ausgeführt werden kann.
• Ausführungsbeispiele.
• I. Zinndioxyd. Metallisches Zinn wurde im Lichtbogenofen eingeschmolzen und auf die regulinische Oberfläche ein konstanter Luftstrom geblasen. Das Metall oxydiert sich dabei in der Schmelze, und das gebildete Oxyd ging erst seinerseits in Dampf über, der sich alsbald zu einem starken Rauch verdichtete. Das mit einer Spannung von 15 bis 20 ooo Volt niedergeschlagene Material war vollständig rein, von schwach graugelbstichigem Weiß und äußerlich lockerer bis flockiger Beschaffenheit. Seine hochdisperse innere Struktur folgte daraus, daß es mit n/50 bis nlIoo Ammoniak- oder Salzsäurelösung augenblicklich eine gelbstichige kolloide Flüssigkeit gab; ebenso besaß es die Fähigkeit, in derselben Weise wie die kolloide Metazinnsäure Phosphorsäure aus salpetersaurer Lösung zu entfernen. Durch Erhitzen ging die lockere Masse auf ein kleines Volumen zusammen, ohne ihre hohe Dispersität zu verlieren. Das Produkt ist infolgedessen besonders geeignet, als Trübungsmittel für Glas (Emails) zu dienen.
• 2. Wismutoxyd. Metallisches Wismut verwandelte sich beim Erhitzen unter Aufblasen von Luft in einen kräftigen Rauch von Oxyd, der als leuchtend zitronengelbe, lockere Masse niedergeschlagen wurde. Das Produkt besaß alle Eigenschaften, die es unmittelbar für die Verwendungen des sonst auf andere Weise hergestellten Wismutockers in der Porzellanmalerei brauchbar macht.
• 3. Metalloxyde auf Trägersubstanzen. a) DurchVerblasen von elektrisch eingeschmolzenem Ferrotitan oder Ferrovanadin entstanden Produkte von wechselndem Eisengehalt, die bei mehr als 30 Prozent Eisen nach dem Reduzieren im Wasserstoffstrom pyrophorisch waren. Der disperse Zustand des Eisenoxyds in diesen Substanzen ergab sich außerdem daraus,. daß bereits mit Wasser eine kolloide Zerteilung eintrat. b) Legierungen von Nickel und Aluminium gaben, in gleicher Weise behandelt, Oxydgemenge, die bereits bei einem Nickelgehalt von nur etwa 20 Prozent unmittelbar als Kontaktsubstanzen (z. B. für die Hydrierung von Äthylen) brauchbar waren.
• Es sind bereits Verfahren bekannt, bei denen Metalloxyde in feiner Verteilung in der Weise gewonnen werden, daß man einen Gas- oder Luftstrom über ein Metallbad leitet oder daß man in dünnem Strahl austretendes Metall zerstäubt und die von dem Luft- oder Gasstrom mitgeführten Teilchen in Absetzkammern zur Abscheidung bringt. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um ein mechanisches Mitreißen von Metall- oder Metalloxydteilchen, wobei die Überführung des festen Rohstoffes in den Dampfzustand unter Verdünnung des Dampfes durch Auflösung in einem großen Gasvolumen und anschließende Verdichtung zu Rauch fehlt, wovon die Gewinnung des Materials in hochdisperser Form abhängt. Eine Niederschlagung dieses hochdispersen Materials in Absetzkammern ist nicht möglich. Hierfür muß die elektrische Niederschlagungsmethode angewendet werden. Ohne dieses Hilfsmittel wäre es nicht möglich, das nach dem vorliegenden Verfahren gewonnene hochdisperse Material überhaupt zu erfassen. Bei der Anwendung dieser Methode wird die bisher nicht gekannte Eigentümlichkeit derselben ausgenutzt,. den Dispersitätsgrad, den der Stoff im Rauchzustand hat, auch bei der Zusammenfassung zu größeren Körnern und Flocken und dichten Ablagerungen aufrechtzuerhalten.
• Die völlige Hindurchführung des Rohstoffes durch den Dampfzustand ist freilich für sich ebenfalls nicht neu. Man hat nämlich bereits fein zerteiltes Metall oder auch ebensolches Metalloxyd in der Weise gewonnen, daß man flüssiges Metall in eine hocherhitzte Retorte hinein zerstäubte und den Dampf in eine Abscheidekammer übertreten ließ, so daß er sich dort zu Rauch verdichten und niederschlagen konnte. Hier fehlte aber die Verdünnung des Dampfes in einem Gasmedium. Eine solche wurde bei diesem vorbekannten Verfahren auch dann nicht in hinreichendem Maße erreicht, wenn man behufs Gewinnung von Metalloxyd in die Retorte heiße Luft einblies, da die Luftmenge hierbei durch den Zweck der Oxydation des Metalls und auch durch den engen Retortenraum beschränkt war, so daß eine Verdünnung des Dampfes, wie sie notwendig ist, um bei Kondensation zu Rauch größere, feste Zusammenballungen zu vermeiden, nicht eintreten konnte. Daß hierbei der nach dem Verfahren der Erfindung erreichbare Grad der Verteilung tatsächlich nicht erreicht wurde, geht auch daraus hervor, daß das Material durch Absetzenlassen gewonnen wird, was, wie bereits erwähnt, bei hochdispersem Material nicht der Fall ist, da dieses in praktischem Betriebe nur durch elektrische Niederschlagung gewonnen werden kann.
• Nun ist freilich die elektrische Niederschlagungsmethode für sich ebenfalls nicht neu, sondern in vielen Industriezweigen durchaus üblich und wird im besonderen vielfach zur Abgasreinigung und damit zur Gewinnung von in Abgasen enthaltenen wertvollen Bestandteilen benutzt. So verwendet man sie in Hüttenbetrieben zur Niederschlagung von Zinkoxyd- und Arsenikrauch sowie zur Abscheidung von Alkalisalzen aus dem Abrauch von Zementöfen. Bei allen diesen Verfahren handelt es sich aber nicht um Veredelungsverfahren, bei denen eine größere Modifikation eines Stoffes in eine hochdisperse Form übergeführt werden soll, sondern es handelt sich um eine Nebenproduktgewinnung oder um die Isolierung eines Bestandteils eines Ausgangsstoffes in unveränderter oder auch in chemisch veränderter Form. Der Sinn des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vielmehr der, einen in grober Form vorliegenden festen Stoff, z. B. festes oder geschmolzenes Metall oder Metalloxyd, in hochdisperse Form überzuführen, wie es zwar bei einigen der vorerwähnten Verfahren beabsichtigt ist, aber nur höchst unvollkommen erreicht wurde.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung vn feinst zerteilten festen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu zerteilenden festen Ausgangsstoffe in Dampfform überführt und dabei den Dampf durch Auflösung in einem großen Gasvolumen verdünnt, das Dampfgasgemisch in einen Rauch verwandelt und daraus die Stoffteilchen elektrisch niederschlägt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch. gekennzeichnet, daß die Umwandlung des Ausgangsstoffes in das Rauchmaterial unter chemischer Veränderung erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemenge von Stoffen in den Rauchzustand versetzt und dann elektrisch niederschlägt, derart, daß indifferente Bestandteile des Gemenges bei der Niederschlagung als Träger anderer Bestandteile dienen.