DE52555C - Verfahren und Apparat zur Ge. winnung von Alkalimetall - Google Patents

Description

Die Gewinnung von Alkalimetallen durch Reduction von alkalihaltigen Materialien wurde bisher in kleinen schmiedeisernen oder stählernen Retorten ausgeführt, welche in der Weise von aufsen geheizt wurden, dafs das Heizmaterial und die zur Verbrennung nöthige Luft nicht mit dem Inhalt der Retorten in Berührung kommen konnten, während die in denselben gebildeten metallischen Alkalidämpfe durch ein Rohr nach einem Condensator abgezogen wurden.

Man hielt die Flammen und die Heizgase deswegen von dem Retorteninhalt fern, weil dieselben immer Luft enthalten, die das gebildete Alkalimetall verbrennen und wieder in Oxyd zurückverwandeln würde.

Solche Retorten können wegen der Heizung von aufsen immer nur verhältnifsmäfsig klein sein und waren deshalb im Verhältnifs zur Productionsmenge theuer; aus diesem Grunde mufsten dieselben, um die Ausbeute einigermafsen im Verhältnifs zu den Anlagekosten etc. zu gestalten, mit möglichst reinen, gehaltreichen und somit auch kostspieligen Materialien beschickt werden, so dafs die Benutzung von Retorten bis jetzt ein Hindernifs für die grofsindustrielle Alkalimetallerzeugung bildete.

Diesen Uebelständen abzuhelfen, ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, nach welcher demgemäfs die Reduction von Alkalimetall— es mag Natrium in Folgendem als Beispiel gelten — ohne Anwendung von Retorten stattfinden soll. Zu diesem. Zweck wird nach vorliegender Erfindung Natriumcarbonat in einer geeigneten Form oder Aetznatron mit Kohle oder anderen Kohlenstoffmaterialien in einen Schacht- oder Flammofen eingebracht und so viel Luft eingeführt, ohne die Natriummetalldämpfe in Oxyd umzuwandeln. Hierbei wird also die zur Reduction der Natriummaterialien nöthige Wärme durch Verbrennung von Kohlenstoffmaterial in dem Reductionsraum erzeugt, so dafs Wärmezufuhr von einer äufseren Wärmequelle aus entbehrlich wird und aufserdem die durch Verbrennung des Kohlenstoffmaterials erzeugte Wärme direct und somit vollständig ohne grofse Verluste für die Reduction ausgenutzt wird.

Die Ausführung dieses den Gegenstand vorliegender Erfindung bildenden Verfahrens mag in folgendem an zwei Beispielen einmal unter Benutzung eines Schachtofens, das andere Mal unter Anwendung eines Flammofens, wie solche Oefen auf beiliegender Zeichnung durch Fig. ι bezw. 2 veranschaulicht sind, nähere Erläuterung finden.

Der durch Fig. 1 dargestellte Schachtofen besteht aus einem den Ofenraum bildenden eisernen cylindrischen Behälter a, welcher mit einem Mantel b aus Mauerwerk und an der Stelle, an welcher die Düsen d angeordnet sind, mit einer Wasserkühlung c umgeben ist. Durch diese Düsen wird Luft unter gewöhnlichem oder höherem Druck in den Ofenraum eingeführt, welche Luftzufuhr durch Regulirvorrichtungen m geregelt wird. Am unteren Theil des Ofenraumes ist eine Abstichvorrichtung e für die bei der Reduction gebildete Schlacke angeordnet, welche letztere in einen Schlackenwagen f abfliefsen kann. Der obere Theil des Ofens α ist mit Condensatoren g behufs Con-

densation der entwickelten Alkalimetalldämpfe und mit einem Chargirtrichter h ausgestattet.

Das in den Condensatoren verdichtete Alkalimetall fliefst in Auffangebehälter i. Der Trichter ist mit Deckelverschlufs / und Auslaufverschlufs k versehen.

Mit einem derartigen Reductionsschachtofen verfährt man nach vorliegender Erfindung etwa folgendermafsen.

Der Ofen wird zuerst bis zu etwa einem Drittel mit brennender Holzkohle gefüllt, dann wird etwas Aetzkali durch den Trichter h zugegeben, wobei dafür Sorge getragen werden mufs, dafs beide Verschlüsse / und k nicht gleichzeitig geöffnet sind.

Das Aetzalkali schmilzt, sobald es mit der heifsen Holzkohle in Berührung kommt, und tröpfelt auf der glühenden Holzkohle herab; hierbei wird es zersetzt, die Alkalimetalldämpfe steigen in die Höhe und verlassen den Ofen durch die einzigen Oeffnungen desselben, nämlich durch die nach den drei Condensatoren g führenden Oeffnungen, von wo alsdann das condensirte Alkalimetall in die Behälter i abtriefst. Einige Zeit nach der Aetzkalizuführung läfst man vermittelst des Trichters h wieder Holzkohle und danach wieder Aetzalkali zu u. s. f.

Die nothwendige Reductionshitze wird in dem Apparat durch Verbrennung der Holzkohle erzeugt, wozu die erforderliche Luft durch die Düsen d in den Ofen eingeführt wird.

Die Menge dieser zuzuführenden Luft mufs sorgfältigst derart regulirt werden, dafs nur die zur Verbrennung von Holzkohle nothwendige Luft eintritt und ein jeder darüber hinausgehende Ueberschufs vermieden wird, welcher nur dazu dienen würde, Alkalimetalldämpfe in Oxyd zu verwandeln.

Die Beurtheilung, ob durch die Düsen die richtige bezw. geeignete Luftmenge in den Ofen eingelassen ist, läfst sich mit Sicherheit ermöglichen, indem man bei zu geringem Luftzutritt ein Sinken der Temperatur und eine beträchtliche Abnahme bezw. ein gänzliches Aufhören der Reduction (der Alkalimetallerzeugung) bemerken wird; bei einem Ueberschufs von Luft wird sich gleichfalls eine Abnahme bezw. ein Aufhören der Alkalimetallproduction bemerkbar machen, da alsdann bereits gebildetes Alkalimetall im oberen Theil des Ofenschachtes verbrennen wird. Demgemäfs hat die Regelung der Luft- und Brennmaterialzufuhr derart stattzufinden, dafs man vor den Formen lichte Gelbhitze erhält und oberhalb der Düsen angeordneten Probelöchern aus letzteren Kohlenoxyd ausströmt, was an der bekannten Kohlenoxydgasflamme leicht zu erkennen ist.

Hierbei wird nun nicht sä'mmtliches Aetzalkali zersetzt, vielmehr wird die bei der Verbrennung der Holzkohle sich bildende Kohlensäure mit einem Theil des Aetzalkalis zu Alkalicarbonat sich vereinigen. Letzteres verlangt zu seiner Zersetzung eine höhere Temperatur als das kaustische Natron; die unzersetzte Menge sammelt sich im Sumpf des Ofens,, aus welchem es von Zeit zu Zeit durch die Abstichöffnung e abgelassen wird. und dann gewünschtenfalls auf kaustische oder krystallisirte Soda verarbeitet werden kann.

An Stelle der Holzkohle, welche allerdings sehr geeignet ist, kann man auch andere Brennmaterialien verwenden. So ist Koks ganz wirksam, da derselbe aber aschenreicher ist, so wird die entstehende Alkalischlacke reicher an Alkalisilicat werden, dessen Alkaligehalt für die Metallgewinnung als verloren anzusehen ist. Besser geeignet ist Gaskohle; da dieselbe aber zu ihrer Verbrennung etwas Gebläseluft bedarf, so mufs der Ofen höher hergestellt werden.

Auch läfst sich an Stelle von Aetzalkali Carbonat anwenden, welches allerdings zu seiner Reduction höherer Hitze bedarf und vor seiner Benutzung durch Schmelzen wasserfrei gemacht werden mufs.

Man kann nach vorliegender Erfindung die Reduction auch in einem Flammofen ausführen. Ein solcher ist auf beiliegender Zeichnung durch Fig. 2 dargestellt. Die Sohle z¹ des Flammofenherdes α¹ ist aus Gufseisen gefertigt. In dem oberen Theil des Herdraumes ist ein Alkalischmelzgefäfs b¹ mit einem durch Ventil c¹ regulirbaren Auslauf für das geschmolzene Alkali nach dem Herdraum angeordnet, während Reductionskohle vermittelst eines Trichters d^l ebenfalls in den Herdraum eingelassen werden kann. Der Feuerraum h¹ ist. mit Rost e¹ ausgestattet, während in dem Herdraum α^l die luftdicht verschliefsbare Arbeitsöffnung P führt.. Die Herdsohle V- enthält die Abstichöffnung g¹ zum Ablassen der bei dem Reductionsprocefs entstehenden Schlacke. Die aus dem Herdraum mit den in den Feuerraum erzeugten Heizgasen entweichenden Alkalimetalldämpfe gelangen durch den Kanal w^l in einen für diesen Zweck geeigneten Condensator oder Schornstein, welcher mit schräg gestellten Condensationsplatten m¹ ausgestattet ist, auf welchen die flüssigen Condensationsproducte (flüssiges Alkalimetall) durch die Oeffnungen o¹ in die Auffangetaschen p¹ fliefsen, wo das flüssige Metall gleichzeitig die Oeffnungen o¹ gewissermafsen hydraulisch verschliefst; ebenso ist am Boden dieses Condensators oder Schornsteins eine derartig eingerichtete Abflufsvorrichtung i¹ angeordnet, dafs das abfliefsende, noch flüssige Metall einen Abschlufs des Condensatorinnern gegen die Aufsenluft bildet. Aus dieser Abflufsvorrichtung und den Auffangetaschen fliefst das Metall in den Sammel-

behälter s¹. Der Zug kann durch einen in dem oberen Theil des Condensators angeordneten Regulator r¹ geregelt oder völlig abgestellt werden.

Das Auffangen bezw. Ansammeln des Alkalimetalls ist mit Hülfe dieses Apparates ohne Steinöl sehr wohl möglich, denn dasselbe hat nur bei langsamer Production, bei welcher das Metall leicht zu brennen anfängt, unter OeI stattzufinden. Bei schneller, gleichmäfsiger Entwickelung und geeigneter Kühlung entzündet sich das Metall nicht an der Luft. Die sich auf der Oberfläche bildende Oxydhaut schützt eben das darunter befindliche Metall. Die Bildung einer solchen Oxydhaut ist natürlich Veranlassung zu Verlusten beim Umschmelzen des Metalls; dieselben sind aber geringer als die durch das Umschmelzen des durch OeI verunreinigten Alkalimetalle etwa verursachten Verluste.

Nachdem nun der Ofen angewärmt ist, wird durch den Trichter.d¹ Kohle und dar,auf durch Oeffnung c¹ aus dem Schmelzgefäfs b¹ geschmolzenes Aetzalkali oder Alkalicarbonat in den Herdraum eingelassen.

Die zur Reduction nöthige Hitze wird in dem Feuerungsraum h' in der Weise erzeugt, dafs das Feuerungsmaterial auf dem Rost e¹ so hoch liegt und der Zug vermittelst des Regulators r¹ derart gestellt ist, dafs kein freier Sauerstoff in den Herdraum gelangen kann. Die auf solche Weise möglichst säurestoffgasfreien Heizgase erhitzen nun die Reductionskohle und die Alkalimasse in dem Herdraum behufs Reduction der letzteren, wobei sich unter Bildung einer Alkalicarbonat enthaltenden Schmelze Alkalimetalldämpfe entwickeln, welche von den Heizgasen durch den Kanal w¹ nach dem Schornstein oder Condensator k¹ geführt werden. Hier findet in beschriebener Weise durch Vermittelung der Condensationsplatten m^l die Verflüssigung des Alkalimetalldampfes statt; das flüssige Alkalimetall sammelt sich zuerst in den Auffangetaschen p¹ p^l in dem tragsähnlichen Ablauf f¹ und dann in dem Sammelbehälter s¹. Einige Zeit nach der Einführung von Alkalimasse wird wieder frische Reductionskohle nachgegeben, jedoch derart, dafs keine Luft mit in den Apparat eindringen kann, zu welchem Zweck der Trichter d^l mit zwei Schiebern a" b" ausgestattet ist, von denen der eine während des Oeffnens des anderen geschlossen ist. Nachdem diese Reductionskohle wieder genügende Temperatur erlangt hat, giebt man von neuem Aetzalkali oder Alkalicarbonat zu. Dieses kann man in Stücken oder in geschmolzenem Zustande in den Herdraum eingeben , wobei natürlich ebenfalls dafür zu sorgen ist, dafs keine Luft mit in den Apparat gelangt.

Das Schmelzgefäfs b^l kann man mit einem Aufsatz ausstatten, der mittelst eines Schiebers von dem Schmelzgefäfs getrennt ist; dieser Aufsatz dient zur Aufnahme der Alkalimasse, die durch Oeffnen des Schiebers in das Schmelzgefäfs hinabgelassen und dort zum Schmelzen gebracht werden kann. Sobald es nöthig ist, die Feuerungsthür oder die Arbeitsthür f^l zu öffnen, mufs man, um den Luftzutritt zu verhindern, den Regulator r¹ schliefsen. Hat sich auf dem Herd eine beträchtliche Menge Schlacke angesammelt, so läfst man dieselbe durch Oeffnung g¹ ab. Bei einer derartigen, an obigen beiden Beispielen erläuterten Ausführung des vorliegenden Verfahrens ist es möglich, eine grofsindustrielle Alkalimetallgewinnung zu betreiben und gleichzeitig an Stelle von reinem Aetzalkali oder Alkalicarbonat unreine Producte, als rohe Soda oder bei dem Verfahren selbst erzeugte Schlacke, zu verwenden.

Die Vortheile des vorliegenden Verfahrens der Alkalimetallgewinnung in Oefen vor derjenigen in Retorten bestehen im wesentlichen in der Vermeidung der. grofsen Kosten für die Retorten; in der Möglichkeit, verhältnifsmäfsig alkaliarme Stoffe verwenden zu können, da die Oefen im Gegensatz zu den Retorten in ihrer Gröfse nicht beschränkt sind, da die Retorten wegen ihrer Kleinheit reines Rohmaterial verlangen, um die Ausbeute einigermafsen mit den Kosten in Verhältnifs zu bringen; in der daraus folgenden Möglichkeit, eine fabrikmäfsige Alkalimetallgewinnung betreiben zu können, etwa in ähnlicher Weise wie für Blei, Kupfer oder Eisen.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur industriellen Gewinnung von Alkalimetellen aus Aetzalkalien, Alkalicarbonat oder eine oder mehrere dieser Verbindungen enthaltenden Massen, darin bestehend , dafs man. in einem Ofen auf die zu reducirende Alkalimasse erhitzte Kohle oder Kohlenstoffmaterialien unter Einleiten von Luft in der Weise einwirken läfst, dafs die Menge der eingeleiteten Luft für die zur Erzeugung der Reductionstemperatur nothwendige Verbrennung hinreicht, aber nur so grofs ist, dafs möglichst kein freier Sauerstoff entwickelte Alkalimetalldämpfe in Oxyd zurückverwandeln kann.

2. Für das in Anspruch i. gekennzeichnete Verfahren die Anwendung von Schachtofen, welche zweckmäfsig in ihrem Innern eiserne Oberflächen haben, an ihrem unteren Theil mit einer Abflufsvorrichtung für die beim Reductionsprocefs erzeugte flüssige Schlacke, ferner mit regulirbaren Lufteinla'ssen doppelt verschliefsbarer Chargirvor-

richtung und endlich mit Condensation zur Condensirung der gebildeten Alkalimetalldämpfe ausgestattet sind.
Für das in Anspruch i. gekennzeichnete Verfahren die Anwendung von Flammofen, deren mit einer derartig eingerichteten Abstichöffnung für. die beim Procefs gebildete Schlacke, das letztere einen flüssigen Abschlufs des Ofeninnern gegen die Aufsenluft bildet, während das Herdgewölbe mit einer doppelt verschliefsbaren Chargirvorrichtung für die Reductionskohle und mit einer in ihrem Auslauf regulirbaren Chargirvorrichtung für die zu reducirende Alkalimasse ausgestattet ist, und mit einem oder mehreren Con-densatoren für die Alkalimetalldämpfe in Verbindung steht, welche Flammofen ferner von einer Feuerung aus geheizt werden, deren Beschickung und Zug derart regulirt wird bezw. werden kann, dafs möglichst kein freier Sauerstoff in den Herdraum gelangt.

Für das in Anspruch i. gekennzeichnete Verfahren die Condensation der gebildeten Alkalimetalldämpfe durch in dem Schornstein oder in besonderen Cöndensatoren, welcher bezw. welche einen am tiefsten Theil angeordneten Abflufs für condensirtes flüssiges und diese Abflufsvorrichtung selbst schliefsendes Alkalimetall besitzt bezw. besitzen, angeordnete, derart schräg gestellte Condensationsplatten (nt¹), dafs das condensirte flüssige Alkalimetall durch in der Seitenwand freigelassene Oeffhungen in daselbst angeordnete Auffangetaschen oder -Behälter fliefst und gleichzeitig einen Abschlufs des Innenraumes nach aufsen hin bildet, aus welchen Auffangebehältern das Metall in Sammelbehälter frei abfliefsen oder abgelassen werden kann.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.