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Herstellung von Alkalisuperoxyd Die bekannteste Methode zur Erzeugung
von Natriumperoxyd ist die Oxydation von Natrium mit Luft in großen Tunnelöfen nach
dem Gegenstromprinzip (s. U 1 1 m a n n , Band 8, Enzyklopädie der technischen Chemie,
S.467 Enzyklopädie Dieses Verhalten hat erhebliche Nachteile. Es erfordert große
Oberflächenentwicklung durch Ausbreitung der Reaktionsmasse in dünnen Schichten,
denn die Reaktion verläuft langsam, da sich bald schützende Oxvdkrusten bilden.
Die Apparaturen sind infolgedessen ausgedehnt und teuer. Die Bedienung ist aus dem
gleichen Grunde umständlich und kostspielig. Das Entleeren und Beschicken der zahlreichen
Aluminiumschalen bringt viel Handarbeit mit sich, zumal der Prozeß zwischendurch
zwecks Zerkleinerung des Reaktionsgutes unterbrochen wird.
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Die übrigen bekannten Verfahren unterscheiden sich meistens nur unwesentlich
von der oben beschriebenen Darstellungsweise. So soll nach der deutschen Patentschrift
95 o63 eine Art Ringofen Verwendung finden. Nach der Patentschrift 22d.480 wird
die Reaktion in zwei Etappen, zwischen denen umgekrückt wird, in einem Retortenofen
ausgeführt. Einen wesentlichen Fortschritt erstreben die Patente mit mechanisch
bewegtem und durchmischtem Reaktionsgut. In der Patentschrift 273 666 wird eine
eigens für diesen Zweck entworfene Apparatur vorgeschlagen. Dieser überaus komplizierte
Apparat hat sich aber - besonders wegen der später erwähnten Schwierigkeiten - in
die Technik noch weniger einführen können und stellt somit tatsächlich keine Vereinfachung
dar (s. auch Fußnote in B r ä u e r - D 'Ans , Fortschritte in der anorganisch-chemischen
Industrie 1877 bis 19i7, I. Teil, I. Band, 1921). Andere Verfahren arbeiten in zwei
Stufen unter Anwendung einer mit überschüssigem Natriumoxyd als Verdünnungsmittel
gefüllten Umsetzungstrommel. So wird nach der Patentschrift 453 751 Natriummetall
in kleinen Portionen in eine Umwälztrommel eingetragen, in der sich mindestens die
zehnfache Gewichtsmenge Natriumoxyd befindet und dieses Gemisch zu Natriumoxyd oxydiert.
Die Oxydation zu Natriumsuperoxyd wird dann in einer zweiten Phase ausgeführt. Der
Durchsatz je Apparateeinheit ist dabei sehr gering, da nur io °/o an frischem Ausgangsmaterial
eingetragen werden und die übrigen 9o °f" der Füllung lediglich Verdünnungsmittel
sind.
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Es wurde gefunden, daß man die Überführung des Alkalirnetalls in Superoxyd
ohne komplizierte Apparatur und ohne Vorlage eines Verdünnungsmittels in einem einzigen
ununterbrochenen Arbeitsgange unter Erzeugung eines hochprozentigen Produktes erreicht,
wenn man die Oxydation des Alkalimetalls meiner Misch- und Knetmaschine vornimmt.
Bei Verwendung dieser Maschine tritt das in der Technik so gefürchtete Stadium des
Verbackens und des V erklumpens bei den Zwischenoxydationsstufen nicht auf.
Nachdem
dieses Verbacken bisher trotz Anwendung, der verschiedenartigsten Vorrichtungen,
die das Reaktionsgut in Bewegung halten, nicht verhindert werden konnte, ist es
überraschend, daß bei der ganz bestimmten Art der Durchmischung, wie sie eine Knetmaschine
bewirkt, diese Erscheinung des Verbackens nicht auftritt.
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Man läßt auf das in einer Misch- und Knetmaschine eingebrachte geschmolzene
und dauernd bewegte Alkalimetall einen von Kohlendioxyd und Wasser befreiten Luftstrom
einwirken. Das Metall entzündet sich nach kurzer Zeit an einigen Stellen und reagiert
bald an seiner ganzen Oberfläche unter Feuererscheinung. Die an der Oberfläche befindlichen
Stellen heftigster Reaktion werden durch das ständig wiederholte Mischen der weiteren
Einwirkung des Sauerstoffs zunächst wieder entzogen. Dadurch tritt eine Milderung
und eine gleichmäßige Verteilung der Umsetzung innerhalb der ganzen Masse ein. Allmählich
wird die flüssige Schmelze immer zäher, bis schließlich bei einem Oxydationsgrad,
der bei Natrium einem Verhältnis von etwa 3 Na auf i O entspricht, das Maximum an
Zähigkeit erreicht ist, ohne daß es jedoch zur Bildung von Krusten, die noch unangegriffenes
Natrium umgeben, kommt. Wenn dieser Oxydationsgrad erreicht ist, ist es nach den
Arbeitsweisen der obenerwähnten älteren Verfahren mit großen Schwierigkeiten verknüpft,
weiteren Sauerstoff auf die zähen Reaktionsprodukte einwirken zu lassen. Bei Anwendung
einer Knetmaschine geht die weitere Oxydation auch in diesem pastenartigen Zustand
glatt vor sich, und bald verwandelt sich das Reaktionsgut in eine bröckelige, später
fast pulverige '.Masse. die zur Hauptsache aus Oxyd besteht.
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Äußere Heizung ist dabei nicht nötig. Es kann sogar zweckmäßig sein,
durch Rundführen und Kühlen der bereits gebrauchten Reaktionsluft Wärme abzuführen.
Die Oxydation verläuft gegen Ende unter geringerer Wärmeabgabe und wird zuletzt
noch durch Heizung und Anwendung höheren Sauerstoffpartialdrucks, z. B. durch Verwendung
des Abgases aus der Natriumelektrolyse, unterstützt.
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Das erhaltene Peroxyd ist 97- bis 98%ig bei 95 % Ausbeute,
gegenüber 9o °o Peroxydgehalt der Handelsware. Nach dem vorliegenden Verfahren gelingt
es, in einer einfachen, wenig Raum und wenig Bedienung beanspruchenden Apparatur
in kurzer Zeit ein hochprozentiges Natriumperoxyd in guter Ausbeute zu erhalten.
Beispiel Man trägt in eine Knetmaschine von 300 bis q.oo 1 Rauminhalt etwa ioo kg
geschmolzenes Natrium ein und läßt einen Luftstrom von ungefähr 5o cbm/Std. bei
Temperaturen bis 35o° im Mittel in der Reaktionsmasse darauf einwirken. Nach etwa
5 Stunden ist der Oxydationsgrad von etwa 3 .Na auf i O erreicht. Die Stufe Na20
ist nach etwa i o Stunden überschritten, und der gesamte Prozeß ist in ungefähr
20 Stunden beendet. Ausbeute an Natriumperoxyd 95,5 °lo; Gehalt des Reaktionsproduktes
an Natriumperoxyd 97,5 %.