DE59240C - Apparat zur Gewinnung von Natrium und Aluminium - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 40: Hüttenwesen.

Die Fig. 1, 2 und 3 stellen einen Apparat für Natriumfabrikation dar. Er besteht aus einem verticalen Generator A, Fig. 1, der von der directen Einwirkung der Flamme durch einen aus geschweifstem Eisenblech hergestellten feuerfesten Cylinder geschützt ist. Das obere Ende des Generators trägt einen Kasten B aus Mit is-Eisen mit zwei angegossenen viertelkreisförmigen Röhren B¹ und B¹. An demselben Kasten sind noch hermetisch angeschraubt: ein geradliniges Rohr C mit zwei separaten Flantschen aus Mitis-Eisen und eine gufseiserne Schachtel K, Fig. 3 und 17, bestimmt zur Aufnahme vom Schieber n, während die Oeffnung ρ offen bleibt. Direct unter dem Schieber η sieht man den Rahmen m, Fig. i, 3 und 4, . der auf vier Bolzen α aufgehängt ist. Schieber η trägt auf seiner oberen Fläche den Asbestrahmen. Durch das Anschrauben oder Losmachen , der Schrauben a bezweckt man, den Schieber η luftdicht abzusperren oder ihn. freizumachen, um ihn ausziehen zu können. Direct über dem Schieber η der Oeffnung ρ ist die für die Aufnahme von Kokspulver bestimmte Pyramide M befestigt. Dieselbe ruht auf einer Platte r mit zwei OefF-nungen: einer verticalen und einer horizontalen. Die verticale Oeffnung stimmt mit der Oeffnung ρ überein; die horizontale ist für den Schieber g bestimmt. Im oberen Theil der Pyramide ist eine Füllungsöffnung angebracht, die sich hermetisch schliefst, und ein dünnes, mit einem Hahn versehenes Rohr, wie a, das mit Kohlenoxydreservoiren communicirt.

Die Seitenröhren B¹ und S¹ tragen ein jedes zu einem gufseisernen Füller D D, die für die provisorische, Aufnahme von geschmolzener Soda bestimmt.

In jedem Füller sieht man:

1. ein kreisförmiges Loch, das dem Seitenrohre B¹ entspricht und mittelst einer Klappe F hermetisch geschlossen wird;

2. eine obere rechteckige Oeffnung G,- die sich mit der Platte G¹ hermetisch schliefst;

3. Ein Röhrchen α (mit Hahn, der nicht eingezeichnet ist). Es dient zur Herstellung der Communication mit dem Kohlenoxydbehälter;

4. eine Asbeststopfbüchse, in welcher sich eine eiserne Stange/bewegt, die ein Schraubengewinde trägt und mit einem Rädchen in Bewegung gesetzt wird. (Diese Vorrichtung ist nicht eingezeichnet).

. Im Innern des Generators A sieht man eine Mischvorrichtung E, die mittelst zweier Stangen EE in Bewegung gesetzt wird. Die Stäbe E bewegen sich in zwei Asbeststopfbüchsen, die das Eindringen der Luft in den Generator verhindern. Fig. 5 stellt eine untere Ansicht der Mischvorrichtung dar.

Das oben erwähnte Abführungsrohr C ist mit seinem zweiten Ende mit einem Condensator verbunden (Fig. 6, 7 und 8), der ganz von Gufseisen gemacht ist und aus zwei hermetisch mit einander verbundenen Kästen besteht. Die Platte α theilt die obere Schachtel in zwei Theile: in den Paraffinbehälter F und in den eigentlichen Condensator G, der aus einem System von Kästen besteht. Die Kästen i, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, -10 und 11 sind oben geöffnet, communiciren also mit der Schachtel F und sind mit Paraffin gefüllt. Die Kästen 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und 20 sind unten geöffnet, stehen folglich mit der unteren Schachtel H in Verbindung. Die Schachtel H dient als Natriumsammler und b als Durchstofsstange für den Fall einer

Verstopfung des Rohres C. Das Rohr L ist für den Ausgang der Gase bestimmt. K ist ein Ablafsrohr von Natrium und dient zum Ausleeren der Schachtel H. Durch das Rohr A wird die Schachtel H mit Paraffin gefüllt, dessen Niveauregulirung mittelst Rohres / erfolgt. . Alle diese Röhren sind mit Hähnen ■ ausgerüstet, die auf der Zeichnung /der Deutlichkeit wegen nicht eingezeichnet sind.

Der für die Fabrikation von Aluminium zu verwendende Apparat ist analog dem soeben beschriebenen. Fig. 9 und 12 stellen den oberen Theil des Apparates dar, Fig. 10 und 11 den unteren Theil. Der Apparat besteht aus einem Generator A, dessen innere Höhe 2 m beträgt. Dieser Generator ist ebenfalls vor der Flamme durch einen feuerfesten Cylinder geschützt. Auf dem oberen Flantsch des Generators ist hermetisch der Kasten B angeschraubt. Kasten B besitzt zwei Seitenröhren B¹ und B\ die zwei gufseiserne Füller G G tragen. Das Rohr H führt in den Condensator, dessen Unterschied von dem schon beschriebenen nur darin besteht, dafs hier das gebogene Ende des Rohres /, Fig. 8, bis zum Niveau der Oeffnung K verlängert ist und in Paraffin taucht, das sich in einem besonderen Gefäfs befindet.

Dieses Paraffin hat dieselbe Temperatur

(4- 150⁰ 1- 200° C.) wie das Paraffin im

Condensator. Der obere Boden des Kastens B, Fig. 10 und 11, trägt eine Asbeststopf büchse, in welcher sich hei hermetischer Absperrung die eiserne Stange C bewegt, deren unteres Ende mit einem Absperrventil C¹ versehen ist, mit welchem die Einmündung des Rohres F in den Generator geschlossen oder geöffnet werden kann, je nachdem man die Stange C herunter- oder hinaufschiebt. Genau über der, Einmündung F ist ein Vertheiler D ange-" bracht. Um den Generator, ohne ihn aus dem Feuer herauszunehmen, ausleeren zu können, ist am unteren Theile desselben, da, Wo die Oeffnung in der Verticalwand sichtbar ist, ein konisches Rohr E angeschweifst, dessen Flantsch mit einem Ausleerungsapparat J hermetisch zusammengeschraubt ist. Die Absperrklappe 1 ist bestimmt, den Ausgang vom Generator hermetisch zu machen. Da es aber unmöglich ist, den heifsen, .gelbrothen Generator mit Hülfe einer einzigen Klappe hermetisch zu verschliefsen, so hat man dem Uebel auf folgende Weise abgeholfen. Am Konus E ist ein Cylinder / angeschraubt. Das andere Ende ■ des Cylinders bildet eine gufseiserne Halbkugel, die mit einer Asbeststopf-

. büchse versehen ist. In dieser Stopfbüchse bewegt sich eine rohrartige Stange 2¹, die die Hülfsklappe 2 in Bewegung setzt. Die Klappe 2 trägt auch eine Stopfbüchse, in welcher sich die Stange 1^J bewegt, die mit der Klappe 1 ein Ganzes bildet. Von der untersten Stelle des Cylinders / zweigt sich ein kreisförmiges Ablafsrohr K ab. Wenn die Lage der beiden Absperrklappen ι und 2 eine solche ist, wie die Zeichnung angiebt, so ist der Generator geschlossen und es bleibt nur noch übrig, durch das Rohr L das geschmolzene Salz einzuführen. Zum Entweichen der Luft kann noch in der Nähe von Rohr L ein besonderes Auslafsröhrchen vorgesehen werden.

Die Fig. 13 und 14. veranschaulichen die Einrichtungen zum Schmelzen' von Natrium. Diese bestehen aus einem gewöhnlichen gufseisernen Ofen A, der mit einem Cylinder B aus Eisenblech zusammengeschraubt ist. Längs des ganzen Cylinders laufen eiserne gezogene Rauchröhren, deren Enden in beide Cylinderböden hermetisch eingelassen sind. Das obere Ende des Cylinders B ist mit einem Füller C versehen, der mit einem Deckel zugedeckt wird. Unmittelbar über dem Ausgange der Rauchröhren sieht man einen Schornstein, dessen Details in den Fig. 15 und 16 gezeigt sind. Von dem unteren Theil des Cylinders B geht ein Rohr F aus (Fig. 13), dessen anderes Ende in F, Fig. ίο, unter dem Generator A sichtbar ist. Das Rohr F ist an beiden Enden mit je einem Hahn versehen (nicht . eingezeichnet). Das in den Füller C eingeführte Natrium füllt den ganzen Cylinder B und einen Theil des Füllers C. Eine schwache Schicht von Paraffin schützt das Sodium gegen die Oxydation.

Bevor man zur Auffüllung des Generators schreitet, mufs man zuerst die Mischvorrichtung ganz bis auf den Boden des Generators herunterlassen. Man macht hermetisch alle die unteren Oeffnungen, wie F, ρ und F₇ wie auch die drei Hähne der oberen kleinen Röhren α und Schieber g zu; dann öffnet man die oberen Oeffnungen der Füller und der Pyramide. Letztere füllt man mit pulverisirfem Koks, die Füller D dagegen mit geschmolzener calcinirter Soda. Hierauf werden die oberen Oeffnungen geschlossen und drei Hähne der Röhren α geöffnet, um die Verbindung mit dem Kohlen oxydreservoir herzustellen, worauf man zuerst in den Generator Kokspulver hineinfallen läfst. Zu dem Zwecke öffnet man den Schieber n, dann den Schieber g. ■

Nachdem das ganze Kokspulver hineingefallen ist, macht man die beiden Schieber g und η möglichst schnell zu. Um die Soda in den Generator einzuführen, öffnet man die beiden Klappen FF, die Soda fliefst herunter, und sobald die beiden Füller D leer sind, macht man die Klappen F zu und läfst die Mischvorrichtung wirken. Dadurch, dafs der Inhalt des Generators gemischt wird, findet folgende Reaction statt: Na₂ CO₃ + 2 C = 2 Na 4- 3 CO. Die sich entwickelnden Dämpfe von Natrium und Gas CO steigen im Gene-

rator auf, begegnen den freien Durchgang durch das Rohr C, durchstreichen ihn und gelangen in den Kühler, wo sie ihren Weg durch die Kanäle 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und 20 weiter fortsetzen. Da die Wände dieser Kanäle beständig vom Paraffin kühl gehalten werden, so setzen sich auf ihnen die Dämpfe von Natrium ab, fliefsen nach und nach herunter und sammeln sich unter dem Paraffin. Was das Kohlenoxyd anbelangt, so setzt dasselbe seinen Weg weiter fort und gelangt durch das Rohr L aus dem Condensator. Dieses Gas wird in einem besonderen Reservoir gesammelt und bei jeder Einführung der Materialien in den Generator benutzt, wodurch die Möglichkeit des Eindringens der Luft in. den Generator ausgeschlossen wird. Wenn man die Mischvorrichtung mit der Hand anrührt, so fühlt man ganz genau den Moment, in welchem die Mischvorrichtung die flüssige Masse im Generator trifft. Dieses giebt uns ein einfaches Mittel, in jedem Moment zu schätzen, wieviel Material noch im Generator bleibt. Die Oekonomie des Brennmaterials empfiehlt, die Höhe der Masse im Generator auf Y₈ bis ²/g der Generatorhöhe zu halten.

Wenn die benutzte Soda und der Koks ganz rein wären, so blieben keine Rückstände im Generator, da solches aber in der Praxis nie vorkommt, so erscheint es nothwendig, an dem Generator A eine Vorrichtung (wie.Fig. 10 und 11 zeigen) anzubringen, mittelst welcher der Generator, ohne aus dem Ofen gezogen zu werden, von Zeit zu Zeit gereinigt werden kann. Was die Temperatur der Paraffine anbelangt, so soll sie zwischen -f- 150⁰ — + 2oo° C. variiren. Unter diesen Umständen wird Natrium immer flüssig sein und sich folglich auch leicht abführen lassen.- -

Statt calcinirte Soda kann man auch Aetznatrori verwenden, nur mufs dann der Generator A mit einem Leerapparat, wie in Fig. 10 und 11 gezeigt, versehen werden.

Bei der Aluminiumfabrikation mufs man vor ' allem dafür sorgen, dafs. die Klappen 1 und 2 gut geschlossen sind, der Konus E mit geschmolzenem Salze gefüllt ist, dafs die Hähne des Rohres L und des zur Entweichung der Luft dienenden zugemacht sind und dafs die Einmündung des Rohres F in den Generator mit dem Ventil C¹ abgesperrt ist. Dann verfährt man ganz analog wie bei der Natriumfabrikation.

Man füllt den Generator A bis zur Hälfte mit Kryolith, das vorher in einem Flammofen geschmolzen worden, ist. Wenn man die Hähne des Rohres F und das Ventil C¹ öffnet, so dringt das im Apparat (Fig. 13) geschmolze'ne Natrium unter dem Drucke seiner eigenen Schwere in den unteren Theil des Generators und verdampft in Gegenwart des geschmolzenen Kryoliths, steigt dann empor und vertheilt sich in mehrere Ströme dermafsen, dafs die ganze Masse von Kryolith gleichmäfsig von den Natriumdämpfen durchströmt wird. Der chemische Procefs fängt jetzt an und setzt sich mit grofser Energie fort. Die Natriumdämpfe, die keine Zeit hatten, in die chemische Verbindung einzutreten, erheben sich aus der Masse des geschmolzenen Kryoliths und strömen ' theilweise infolge der eigenen Spannung, theilweise unter dem Einflufs des Paraffins in dem verlängerten Rohre I in den Condensator über, wo sie sich unter dem Paraffin ansammeln. Jeder Verlust an Natrium wird dadurch unmöglich.

W^Tenn die Dämpfe des Natriums die Kryolithcolonne genügend lange durchströmen, so scheiden sie beinahe alles Aluminium aus. Es ist offenbar, dafs man durch dieses Verfahren das Minimum des Natriums verbraucht, um das Maximum von Aluminium zu bekommen.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Apparat, zur Gewinnung von Natrium oder Aluminium, dadurch gekennzeichnet, dafs die in einem Flammofen geschmolzene Soda mit der Kohle in einem Generator mittelst eines Rührwerkes E E so lange zusammengemischt wird, bis die Soda zerlegt ist, wobei die Füller G D in Verbindung mit dem Schacht M ein Nachfüllen des Generators ohne Unterbrechung des Processes ermöglichen, während ein Kohlenoxydreservoir das Findringen der Luft in den Generator verhindert, wodurch jeder Verlust an Metall vermieden wird (Fig. 1 und 9).

2. Bei dem unter 1. gekennzeichneten Apparat behufs Extrahirung von Aluminium aus dem in einem Flammofen geschmolzenen Kryolith mittelst Natrium dämpfe die Anordnung eines Vertheilers D (Fig. 10 und 11), eines Leerwerkes / und eines Condensators H in solcher Weise, dafs die Natriumdämpfe durch den Vertheiler zur gleichmäfsigen Durchströmung des Kryoliths gezwungen werden und, soweit sie nicht gebunden sind, sich in dem Condensator ansammeln, während ein Leerapparat /, Fig. 10 und 11, mit Klappen 1 und 2 ein Entleeren des Generators gestattet, ohne denselben aus dem Feuer herauszuziehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen