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Verfahren zur Kondensation von Metalldämpfen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Kondensation von reinen oder durch Gas verdiüfinten metallischen
Dämpfen.
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In der Regel wendet man bisher die Ab-
kühlung der Wände einer
Kondensationskammer an, um aus Metalldämpfen die diesen zwecks Verflüssigung zu-entziehenden
Kalorien abzuführen. Hierbei ist die erzielbare Ausbeute an flüssigem Metall dadurch
begrenzt, claß die Kondensation aufhört, wenn die aus den Dämpfen gewonnene Menge
verflüssigten Metalls den Wert erreicht hat, hei dem die noch vorhandenen Metalldämpfe
ein bei der Temperatur der kühlenden Wand gesättigtes Gemisch darstellen, und das
Streben nach möglichst weitgehender Kondensation führt zur Bildung von Metallstaub,
dessen Überführung in homogenes Metall schwierig und kostspielig ist.
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Praktisch die gleichen--Verhältnisse liegen vor, wenn man, wie schon
vorgeschlagen, das dampfförmige Metall in zahlreichen dünnen Strahlen durch ein
schmelzflüssiges Bad von dem gleichen Metall hindurchleitet und die Badtemperatur
gleichzeitig auf einem nur möglichst wenig über dem Erstarrungspunkt der Schmelze
liegenden Wert hält, da bei diesem Verfahren die kühlende Kondensationskammer gewissermaßen
durch das flüssige Metall des Schmelzbades ersetzt ist, mit dem die Metalldämpfe
infolge ihrer Aufteilung in Strahlen auf einer großen Oberfläche in wärmeentziehende
Berührung gebracht werden. Dabei ist zur Verhinderung eines vorzeitigen Entweichens
der Dampfstrahlen aus dem Schmelzbad auch noch das Bedecken der Badoberfläche durch
eine Schutzschicht aus nicht oxydierendem oder neutralem pulverigem oder flüssigem
Stoff notwendig.
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Nach der Erfindung wird nun zur Kondensation von reinen oder durch
Gas verdünnten Metalldämpfen das Prinzip des Inberührungbringens
dieser
Dämpfe mit einer Metallschmelze in der Weise durchgeführt, daß man für die Schmelze
ein von dem zu k6ndensierenden Metall verschiedenes und für die-
| ses ein Lösungsvermögen aufweisendes 1\@I |
| tall oder eine Metallegierung von gleiclW |
| Eigenschaften verwendet und das Inberü%: |
rungbringen von Schmelze und Metalldämpfen bei einer dem Taupunkt dieser Dämpfe
möglichst gleichen Temperatur bewirkt.
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Dieses Verfahren geht davon aus, daG die Dampfspannung p eines aufgelösten
Körpers nach dem Gesetz von Raoult und Henry bei einer gegebenen Temperatur t einen
Bruchteil der Dampfspannung P des gleichen Körpers in reinem Zustand gemäß der Gleichung
p=kP, worin k ein Koeffizient kleiner als i ist, beträgt und weiterhin die Absorption
der Dämpfe von Metallen durch ein auf diese lösend wirkendes Metall oder eine in
diesem Sinn wirksame Legierung erst aufhört, wenn das Gleichgewicht zwischen dem
Dampfdruck p' des kondensierten und aufgelösten Metalls in der Legierung oder dem
lösenden Metall und dem Dampfdruck P' der Metalldämpfe beider in Betracht kommenden
Temperatur t' nach der Gleichung - P, , eingetreten ist. Wenn nun die Temperatur
und die Zusammensetzung des lösend wirkenden Metalls oder der entsprechenden Legierung
in jedem Punkt des Kondensationsraumes gleichbleibend gehalten wird, wird
t' - t und p' = p, woraus sich ergibt P' = k P oder P' C
P, da k < i, Dies bedeutet, daß erfindungsgemäß das zu kondensierende
Metall sich vom dampfförinigen in den flüssigen Zustand umwandelt, ohne daß es durch
den Taupunkt des Dampfes hindurchzugehen braucht, wie dies bei der Verwendung einer
Kühlwand-zur Ableitung der Kalorien notwendig ist.
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Das Verfahren nach der Erfindung weist gegenüber der üblichen, mittels
kühlender Wandung durchgeführten Kondensation von Metalldämpfen den großen Vorteil
auf, da:ß praktisch die Gesamtheit des zu behandelnden Metalls im flüssigen Zustand
kondensiert werden kann, da kein Metall in Staubform anfällt, wie es der unvermeidliche
Regelfall bei der Kondensation mit Kühlwand ist, wenn man die Gesamtheit des vorhandenen
Metalls zu kondensieren sucht. Bekanntlich verursacht Metall in Staubform Verluste
bei der Kondensation, und es tritt um so mehr Metallstaub beim Kondensieren mit
Kühlwand auf, je ärmer an Metall die metallischen Dämpfe sind. Ein weiterer Vorzug
der Arbeitsweise nach der Erfindung besteht darin, daß man auch Dämpfe oder Gase
mit geingem Metallgehalt, z. B. mit nur i o bis @'-.°J° Metall mit günstigem Erfolg
l:ondensieren kann.
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Im Einzelnen kann das Verfahren nach der Erfindung beispielsweise
bei der Kondensierung von Zinkdämpfen unter Verwendung von geschmolzenem Blei ausgeführt
werden, das ein Lösungsmittel für Zink unter bestimmten Temperaturbedingungen ist.
Nimmt man an, daß das Raoultsche Gesetz, gemäß welchem der Dampfdruck einer jeden
Komponente einer Lösung gleich dem mit dem Verhältnis der Molekülzahlen der Komponente
und der ganzen Lösung multiplizierten Dampfdruck der im reinen Zustand befindlichen
Komponente ist, ohne Berichtigung anwendbar ist, so weist eine Blei-Zink-Legierung
mit 5 Grammolekülen Zink und 95 Grammolekülen Blei, d. h. mit
Gewichtsprozenten Zink eine Zinkdampfspannung auf, die für jede Temperatur nur
Prozent der Dampfspannung von reinem Zink bei der gleichen Temperatur beträgt.
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Es sei nun beispielsweise angenommen, daß das Zink aus einem von einer
beliebigen Vorrichtung kommenden Gemisch von 5o°J° Zinkdämpfen und 5o°/° Kohlenoxyd
mit iooo° C kondensiert werden soll. Wenn diese Kondensation des Zinks durch Berührung
mit einer kalten Wand, die man auf einer gleichbleibenden Temperatur von z. B. 8oo°
C hält, durchgeführt wird, kann man den Prozentsatz des Zinks, der in dem kondensierten
Dampf enthalten ist, berechnen. Die Kondensation hört auf, wenn der gasförmigen
Phase eine solche Menge Zink entzogen ist, daß das zurückbleibende Gemenge von Kohlenoxyd
und Zinkdampf ein gesättigtes Gemisch mit 800° C ist.
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Der Dampfdruck des reinen Zinks bei 8oo° C beträgt 175 mm Hg, d. h.
i kg CO
enthält bei dieser Temperatur
während das Ausgangsgemisch, in welchem der Teildruck des Zinkdampfes 7 6o min Hg
war, auf r kg C O
enthalten hat. Demnach hat sich kondensiert
Bewirkt man jetzt die Kondensation des Zinks statt durch Berührung mit einer kühlenden
Wand dadurch, daß man die Zinkdämpfe nach der Erfindung in Berührung mit einer geschmolzenen
Blei-Zink-Legierung bringt, die auf der gleichen Temperatur von 80o° C gehalten
wird und deren Zusammensetzung man durch eine passende Vorrichtung ebenfalls konstant
erhält, so wird die Kondensation aufhören, wenn der Dampfdruck des zurückbleibenden
Gemisches von Kohlenoxyd und Zinkdampf gleich dem Dampfdruck des Zinks in der Legierung
ist. Dieser letztere ist bei 80o° C 0,05 # 175 mm Hg = 8,75 mm Hg, und das zurückbleibende
gasförmige Gemisch enthält dabei auf i kg C O nur mehr
Demnach hat sich kondensiert
Der Taupunkt eines Gemisches von C O und Zinkdampf, das 0,027 kg Zink auf
i kg C O enthält, ist bei einer Temperatur von 6o6° C erreicht. Das ganze kondensierte
Zink zwischen 70°o und 98,84°/o ist somit notwendigerweise unterhalb des Taupunktes
des Gemisches von C O und Zinkdampf gewesen.
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Zur praktischen Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung kann
man jede eine innige Berührung zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas oder Dampf
herbeiführende Vorrichtung benutzen, die eine periodische oder dauernde Erneu,rung
der Flüssigkeit gestattet und die Betriebstemperaturen, wenn nötig, nach entsprechender
Abänderung, aushält. Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise die Ausführung
einer solchen Vorrichtung, die z. B. zur Kondensation von Zinkdämpfen mit Hilfe
von geschmolzenem Blei geeignet ist.
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Gemäß der Zeichnung tritt das geschmolzene Blei durch das Rohr i in
die auf einer Temperatur von etwa 80o° C gehaltene Kondensationskammer und fließt
in das in dieser angeordnete ringförmige Gefäß z, von dem es über ein Überlaufrohr
3 nach einem darunter befindlichen zweiten ringförmigen Gefäß 4 gelangt, um dieses
durch ein Überlaufrohr 5 zu verlassen, das nach einem weiteren, tiefer liegenden
ringförmigen Gefäß führt. Auf diese Weise durchströmt das geschmolzene Blei eine
Reihe von mit Abstand übereinander in der Kondensationskammer angeordneten ringförmigen
Gefäßen, die durch Überlaufrohre miteinander in Verbindung stehen und deren unterstes
an den die Kondensationskammer unten abschließenden Behälter 7 über ein weiteres
überlaufrohr 6 angeschlossen ist. Aus dem Behälter 7 wird die sich bildende Blei-Zink-Legierung
durch das Rohr 8 entleert.
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Das Gemisch von C O und Zinkdampf tritt unterhalb des unterstzn ringförmigen
Gefäßes durch das Rohr 9 in die Kondensationskammer. Da das von diesem Ringgefäß
ausgehende Überlauf rohr 6 in die im Behälter 7 befindliche Metallmasse hineinragt,
ist das Gemisch von C O und Zinkdampf gezwungen, seinen Weg nach oben über den Rand
der kegeligen Kappe i o zu nehmen; welche in das im untersten Ringgefäß befindliche
geschmolzene Metall bis auf eine unter dem oberen Rand des Überlaufrohres 6 liegende
Stelle taucht. Nach dem Durchgang des C O-Zinkdampf-Gemisches durch das geschmolzene
Metall des untersten Ringgefäßes wiederholt sich der gleiche Vorgang von einem zum
anderen der übereinander angeordneten Ringgefäße, in die alle je eine kegelige Kappe
taucht, die in gleicher Weise wie die Kappe i o wirkt.
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Auf diesem Weg trifft das Kohlenoxyd-Zinkdampf-Gemisch, das bei jeder
Berührung mit geschmolzenem Metall ärmer an Zink wird, auf Blei, das immer weniger
reich an Zink und immer kälter ist, was für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens
günstig ist. Das vollständig frei gewordene Kohlenoxyd entweicht durch das vom oberen
Ende der Kondensationskammer ausgehende Rohr i i.