DE594259C - Herstellung von wasserfreiem Zinntetrachlorid - Google Patents

Herstellung von wasserfreiem Zinntetrachlorid

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DE594259C
DE594259C DEF67597D DEF0067597D DE594259C DE 594259 C DE594259 C DE 594259C DE F67597 D DEF67597 D DE F67597D DE F0067597 D DEF0067597 D DE F0067597D DE 594259 C DE594259 C DE 594259C
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G19/00Compounds of tin
    • C01G19/04Halides
    • C01G19/08Stannic chloride

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

  • Herstellung von wasserfreiem Zinntetrachlorid Es ist bereits bekannt, Metalle zu trennen und zu reinigen, indem man die Metallinischung mit Chlorgas behandelt.. Hierbei wurde bisher gewöhnlich das Chlor unter derart besonderen Bedingungen in die geschmolzene Metallmischung oder in eine über der Metallmischung angeordnete Chloridschmelze eingeleitet, daß die reaktionsfähigeren Metallbestandteile chloriert, die widerstandsfähigeren Nletallbestandteile dagegen nicht angegriffen wurden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Zinntetrachlorid. Die Herstellung von Zinntetrachlorid läßt sich nicht durch Einführung von Chlor in geschmolzenes reines Zinn erreichen, da hierbei ständig eine Reduktion des Zinntetrachlorids durch das noch nicht chlorierte Zinn zu Zinnchlorfir stattfindet. Gemäß der Erfindung werden nun zur Herstellung von wasserfreiem Zinntetrachlorid zinnhaltige Legierungen o. dgl. verwendet, die durch Einleiten von Chlor bei einer über ihrem Schmelzpunkt liegenden Temperatur so stark chloriert werden, daß die Metalle in die entsprechenden Metallchloride übergeführt werden, worauf man aus dem Chloridgemisch das Zinntetrachlorid durch fraktionierte Kondensation abtrennt. Die nebenbei gebildeten anderen Chloride bleiben auf der Oberfläche der Metallschmelze oder werden, falls sie sich auch verflüchtigen, durch die fraktionierte Kondensation vom Zinntetrachlorid getrennt.
  • Die Einführung des Chlors in das Metallbad kann bei gewöhnlichem oder bei erhöhtem Druck erfolgen.
  • Man kann dieses Verfahren kontinuierlich durchführen, wenn man fortlaufend zinnhaltige Legierungen in das Schmelzgefäß einführt und ständig Chlor einleitet.
  • Die Chlorierung der Metallegierungen findet bei einer über deren Schmelzpunkt liegenden Temperatur von bis zu goo° C statt. Als Ausgangsstoffe für dieses Verfahren können Legierungen von Zinn mit Kupfer, Blei, Antimon, Zink und anderen Metallen verwendet werden. Da die sich im Innern des Metallbades- bildenden Chloride ständig an die Oberfläche des Bades steigen, wird die Stelle, an der das Chlor mit dem Metall zusammenkommt, stets rein gehalten, so daß die Chlorierung ohne Unterbrechung vor sich gehen kann.
  • Die zur Ausführung des Verfahrens dienende Vorrichtung besitzt einen Schmelzbehälter zur Aufnahme des zu behandelnden zinnhaltigen Metalls. Dieser Behälter ist mit Öffnungen zum Einführen von Chlor versehen und mit Kühlapparaten zur Abkühlung und Gewinnung des entweichenden Zinntetrachlorids verbunden. In beiliegender Zeichnung ist die Vorrichtung beispielsweise veranschaulicht.
  • Abb. i ist eine schematische Gesamtansicht der Vorrichtung.
  • Abb.2 stellt einen Teil derselben in vergrößertem Maßstab und im `'ertikalschnitt dar. Abb. 3 ist ein Grundriß der Abb. 2.
  • Abb. 4 zeigt im Vertikalschnitt eine zweite Ausführungsform des in Abb. 2 dargestellten Teiles der Vorrichtung.
  • Die in Abb. i dargestellte Vorrichtung besitzt einen geschlossenen Schmelzkessel A, der durch ein Winkelrohr B-C mit einem Kühlapparat D verbunden ist. Dieser Apparat steht durch ein Rohr E mit einem KühlturmF, und dieser mit einem zweiten Turm G in Verbindung, der schließlich in eine Kühlschlange H endigt.
  • Der Schmelzkessel A ist in Abb. 2 und 3 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Er besteht aus einem der Einwirkung von Chlor, Chloriden und geschmolzenen :Metallen widerstandsfähigem Material, wie z. B. Eisen, und ist mit einem fast auf den Boden reichenden Rohr a zum Einführen des zu behandelnden Gutes versehen. In der Seitenwand des Kessels sind Rohrstutzen. b angebracht, in denen dünne Röhren q stecken, die in das Innere des Kessels reichen und zum Einführen von Chlor bestimmt sind; die Röhren q sind daher aus einem dem Chlor und der Hitze widerstehenden Stoff, z. B. Quarz, hergestellt. Im oberen Teil des Kessels ist ein ringförmiger Raum e von trapezförmigem Querschnitt vorgesehen, dessen innere Seitenwand mit Löchern d versehen ist. Ein Ausflußrohr e ist in der Seitenwand des oberen Teiles des Kessels angebracht und reicht in den ringförmigen Raum c. Auf dem Kessel ist ein Deckelf angebracht, der finit einem Thermopy rometer g und einem Manometer lz versehen ist. Ferner ist im Innern des Deckels eine Stoßplatte i an Trägern k angebracht. Diese Stoßplatte befindet sich gegenüber der vom ringförmigen Raum c umgebenen Öffnung einerseits und der Öffnung Z des Deckels andererseits. Diese Öffnung Z ist mit dem zu den Kühlapparaten leitenden Rohr B' verbunden. Der untere Teil des Kessels A ist von einem Kühlmantel in umgeben, der finit einem Eintrittstutzen n und Austrittstutzen o für das Kühlmittel, z. B. Wasser, kalte Luft usw., versehen ist. Unter dem Kessel ist ein Gasbrenner p angeordnet. Der Kessel ist in ein Mauerwerk r eingebaut.
  • Um- mittels dieser Vorrichtung Zinntetrachlorid aus zinnhaltigen Metallen oder Zinnlegierungen zu gewinnen, bringt man das Metall bzw. die Legierung durch das Rohr a in den Kessel A und erhitzt es mittels des Gasbrenners p bis zur völligen Schmelzung. In die geschmolzene Masse wird nun durch die Röhren q Chlor eingeführt, das sich sofort finit dem Zinn unter Bildung von Tetrachlorid und gegebenenfalls mit anderen Metallen zu Chloriden verbindet. Diese Metallchloride steigen infolge ihres geringen spezifischen Gewichtes an die Oberfläche des Metallbandes s, wo sich bei einer unter goo° C liegenden Temperatur die flüssigen und festen Chloride, z. B. Bleichlorid und Kupferchlorid, ansammeln, während die gasförmigen Chloride durch das Rohr B in die I#,-ülilvorrichtungen D, F, G und H abziehen. Während ihres Emporsteigens durch das Metallbad reißen die Chloride Metallteilchen mit sich, die sich in dem ringförmigen Raum c niedersetzen und durch die Löcher d in das Metallband zurückfließen. Hat die Schicht der Chloride die Höhe t erreicht, so fließen sie selbständig durch das Rohre ab. Die Stoßplatte i verhütet, daß die gasförmigen Chloride flüssige und feste Chloride oder sonstige Verunreinigungen mitreißen, wenn sie dem Rohr B zuströmen. In den Kühlapparaten D, F und G. welche Körper enthalten können, uin etwa mitgerissenes Chlor zu binden, werden aus den Dämpfen j e nach ihrem Siedepunkt die Chloride von Eisen, Aluminium, Antimon usw. abgeschieden, bis zuletzt in der Kühlschlange H das am längsten gasförmig gebliebene Chlorid, z. B. Zinnchlorid, sich abscheidet. Da die Reaktion zwischen dem Chlor und den geschmolzenen -Metallen eine sehr heftige ist und große Wärme entwickelt, braucht nach Beginn der Reaktion dem Metallbad keine Wärme mehr zugeführt zu werden. Es kann im Gegenteil sogar nötig werden, die Hitzeentwicklung zu mäßigen, was durch Inbetriebsetzen des Kühlmantels m bewerkstelligt werden kann. Die Chlorierung kann je nach Bedarf bei der Schmelzpunkttemperatur der Legierung oder auch bei einer höheren Temperatur stattfinden. Um einen kontinuierlichen Betrieb aufrechtzuerhalten, wird dem '.%-Ietallbad durch das Rohr a stets frisches Material zugeführt. Die flüssigen und festen Chloride fließen fortwährend durch c ab, sobald ihre Schicht die Höhe t erreicht. Je nachdem man das Ausflußrohr e, das ein sogenannter Schwanenhals kein kann, einstellt, kann man die Höhe der Schicht der Chloride regeln. Durch die in dem Metallbad emporsteigenden Chloride werden auch allfällige Verunreinigungen mitgerissen, so daß die Stelle des Metalls, wo das Chlor zutritt, stets rein bleibt und nichts die Wirkung des Chlors verhindert. Die Zuführungsröhren q für das Chlor können fest oder beweglich angebracht sein.
  • Der Schmelzkessel kann auch eine andere als in Abb. i gezeigte Gestalt besitzen. So ist z. $. in Abb. 4 eine weitere Ausführungsform des Kessels dargestellt.
  • In dieser Ausführungsform ist der Reaktionsraum durch einen Zylindermantel lt abgegrenzt. Das. Chlor wird durch die Röhren v in das Metallbad eingeführt. zu ist der Heizraum, in dem zwei Gasbrenner x und y angeordnet sind.
  • Je nach Bedarf können beider Vorrichtung nach Abb. i die Türme F und G wegfallen, oder es können andere Kondensations- oder Sublimierungsapparate vorgesehen werden.
  • Beispiele i. Die bei 2o6° C schmelzende Legierung Zinn 6o %, Antimon 12 °/o, Blei 28 % wird in den Schmelzkessel A (Abb. i bis 3) gebracht und geschmolzen. Die Schmelze wird auf ungefähr 25o° C, also reichlich über den Siedepunkt des Antimonchlorids, erhitzt. Dann wird durch die Röhren q in möglichst heftiger Weise Chlorgas aus einer Stahlflasche bekannter Art, wo es unter etwa 16 kg Druck steht, in das geschmolzene Metall eingeführt.
  • Auf diese Weise werden die Metalle, anstatt nur, teilweise chloriert zü werden, vollständig und augenblicklich im Chlor verbrannt. Die Temperatur wird genügend hoch gehalten, damit jede Chlormenge, die in den Chlorierungsapparat gelangt, durch die Verbrennung absorbiert wird.
  • Vom Beginn der Reaktion an beobachtet man, daß das Blei sich zuerst mit dem Chlor verbindet, wobei sich eine ziemlich große Menge Bleichlorid bildet, das sich auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls ansammelt und diese ganz bedeckt. Nach einer gewissen Zeit bildet sich Zinntetrachlorid, das sich bei der im Schmelzkessel herrschenden Hitze verflüchtigt und sich erst im letzten Kühler verdichtet.
  • Das Antimon wird zuletzt vom Chlor angegriffen, und seine Verbrennung in diesem Gas erzeugt eine sehr starke Temperaturerhöhung. Der Schmelzkessel muß dann energisch abgekühlt werden.
  • Die Chlorierung des Bleies zuerst, dann des Zinns und zuletzt des Antimons findet natürlich in genau getrennten Phasen statt. Man beobachtet wohl drei Phasen und daß in jeder Phase das eine Metall sich leichter chloriert als die beiden anderen, aber das hauptsächlich sich bildende Chlorid in jeder Phase ist von den beiden anderen in geringerer Menge begleitet.
  • Ausbeute: Zinnchlorid 981/" Antimonchlorid 98 °/o, Bleichlorid 99 %.
  • 2. Zu behandeln mit Chlor ist eine Legierung, die folgendermaßen zusammengesetzt ist: Zinn 15 0/0, Zink 6 0/0, Blei 1g °%. Diese Legierung schmilzt bei 23o° C. Die Behandlung kann auf zwei Arten stattfinden, nämlich a) bei verhältnismäßig niedriger Temperatur (25o bis 300° C) oder b) bei sehr hoher Temperatur (75o bis 8oo° C).
  • a. Verwendung von niedriger Temperatur Die Vorrichtung zur Ausführung dieser Variante besteht aus dem Chlorierungsgefäß und zwei daran angeschlossenen Kühlern. Die Legierung wird im Chlorierungsgefäß geschmolzen und auf 25o bis 300° C erhitzt. In das geschmolzene Metall wird Chlorgas mit seiner ganzen Expansionskraft eingetrieben. Die -Verbrennung der Metalle beginnt sofort in dem oder den Chloreinleitungsröhren, die in das Metallbad eintauchen: Das Zink chloriert sich augenblicklich und gleichzeitig mit dem Blei, und beide Chloride bilden eine flüssige Schicht auf der Oberfläche des Metallbades. Das Zinntetrachlorid, das sich ebenfalls bildet, verflüchtigt sich bei der herrschenden Temperatur und wird in den beiden Kühlern verdichtet.
  • Nach Beendigung der Reaktion lind vollständigem Verschwinden des Metalls wird das . flüssige Gemisch von Chlorzink und Chlorblei in einen besonderen Destillationsapparat gebracht, in dem das Chlorzink bei 700° C abdestilliert wird. Das Bleichlorid bleibt im Apparat zurück.
  • b. Verwendung von hoher Temperatur Die Chlorierung der geschmolzenen Legierung findet bei einer Temperatur von 75o bis 8oo° C statt. Das gebildete Bleichlorid bleibt im Schmelzkessel zurück, das Zinkchlorid gelangt in einen ersten Kühler, der von der Hitze des Reaktionsgefäßes noch überhitzt ist, und das Zinkchlorid verdichtet sich in den beiden letzten Kühlern der Einrichtung.. Diese Variante des Verfahrens ist weniger vorteilhaft als diejenige, bei der mit verhältnismäßig niedriger Temperatur gearbeitet wird, denn das auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls gebildete Bleichlorid gibt nach dem bekannten Massengesetz dem Zink und Zinn der Legierung Chlor ab und bildet so beständig kleine Mengen Zinkchlorid und Zinnchlorür, die sich bei der herrschenden Temperatur verflüchtigen und stets neu bilden.
  • Man erhält demnach zuletzt im ersten Kühler Zinkchlorid, im zweiten Kühler etwas Zinnchlorür und in den beiden letzten Kühlern Zinnchlorid.
  • Ausbeute: Zinnchlorid 97 °/o, Zinkchlorid 96 °/a, Bleichlorid 99 o/a.
  • 3. Zu behandelnde Legierung: Zinn 54'/o, Blei 24'/o, Kupfer io o/o, Antimon 12 0/0. Diese Legierung schmilzt bei 22o° C. Die-Chlorierung findet auch hier bei einer über dem Siedepunkt des Antimonchlorids befindlichen Temperatur statt, und zwar vorzugsweise bei ungefähr 3oo° C. Das Chlorgas wird mit aller Kraft aus der Stahlflasche in das geschmolzene Metall eingeführt, und sofort findet die Verbrennung des Metalls statt. Das Blei und Kupfer bilden zwei Chloride, die miteinander vermischt bleiben und auf dem Metallbade schwimmen. Das Zinntetrachlorid verdichtet sich in den zwei letzten Kühlern, die sorgfältig abgekühlt werden, und das Antimonchlorid, das sich, wie immer, vorzugsweise zuletzt bildet, verdichtet sich in einem auf izo bis i3o° C gehaltenen Kühler.
  • Das Chlor wird so lange eingeführt, bis alles Metall verbrannt ist. Die Ausbeute ergibt 98 0'0 Zinntetrachlorid, 96 1,1, Antimonchlorid und 99 010 Bleichlorid.
  • q.. Zu behandelnde Legierung: Zinn 46 11, Blei 30 0/0, Antimon io 010, Kupfer 8 0/0, Zink q. '1o, Eisen 2 0/0.
  • Diese Legierung schmilzt bei 228° C. Die geschmolzene Masse wird auf 3oo bis q.oo° C erhitzt, worauf Chlorgas mit seiner ganzen Expansionskraft hineingeleitet wird. Die Verbrennung des Metalls findet, wie stets, sofort im Einführungsrohr an der Stelle, wo das Chlor mit dem Metall in Berührung kommt, statt. Blei und Zink verbrennen zuerst, und ihre Chloride bedecken das geschmolzene Metall; Zinn, Eisen und Kupfer verbrennen ebenfalls, und das gebildete Zinntetrachlorid wird verflüchtigt und verdichtet sich in den letzten Kühlern, während das Fer richlorid im ersten Kühler sublimiert.
  • Etwa in der Mitte der Reaktion verbrennt auch das Antimon unter Entwicklung großer Hitze, die ein Abkühlen des Reaktionsgefäßes und des Metallbades notwendig macht.
  • Das Antimonchlorid verdichtet sich im ersten Kühler mit dem Ferrichlorid und wird nach Beendigung der Reaktion durch einfaches Erhitzen in einen zweiten Kühler abdestilliert und vom Ferrichlorid getrennt, das im ersten Kühler zurückbleibt.
  • Nach Verbrennen des gesamten Metalls durch das Chlor verbleibt im Schmelzgefäß nur noch Bleichlorid, Kupferchlorid und Zinkchlorid, die auf bekannte Weise leicht voneinander getrennt werden können.
  • Ausbeute: Zinnchlorid 97 01o, Eisenchlorid 6o 0/0, Antimonchlorid 98 %, Zink-, Kupfer-und Bleichlorid zusammen 99 0j0.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Zinntetrachlorid durch Behandlung von geschmolzenen Zinnlegierungen mit Chlorgas, dadurch gekennzeichnet, daß das Chlor in solcher Menge und bei solcher Temperatur in die geschmolzene Legierung eingeführt wird, daß die gesamten Metalle unmittelbar in Chloride umgewandelt werden, worauf aus dem Chloridgemisch das Zinntetrachlorid durch fraktionierte Kondensation abgetrennt wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Aufnahme des Schmelzgutes dienender Behälter, in dessen Seifenwänden bis in das Innere des Behälters hineinreichende Quarzröhren zur Chloreinführung und in dem seitlich in ihn eintretende, bis fast auf seinen Boden reichende Einfüllröhren zur Metallzuführung angeordnet sind, durch ein Winkelrohr mit Kühlvorrichtungen zur fraktionierten Kondensation der flüchtigen Metallchloride in Verbindung steht.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schmelzbehälter über der von der geschmolzenen Metallmischung erreichbaren Höhe ein ringförmiger Raum vorgesehen ist, dessen innere Seitenwand Löcher aufweist, durch die das von den flüchtigen Metallchloriden mitgerissene Metall nach Absetzen wieder in das im Behälter befindliche Metallbad zurückfließen kann. q.. Vorrichtung nach Anspruch :2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schmelzbehälter vor der Austrittsöffnung für die gasförmigen Metallchloride eine Stoßplatte angeordnet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1039240B (de) * 1954-06-03 1958-09-18 Goldschmidt Ag Th Verfahren zur Entzinnung von Weissblechabfaellen, gebrauchten Konservendosen und zinnhaltigen Eisenlegierungen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1039240B (de) * 1954-06-03 1958-09-18 Goldschmidt Ag Th Verfahren zur Entzinnung von Weissblechabfaellen, gebrauchten Konservendosen und zinnhaltigen Eisenlegierungen

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