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Herstellung feinverteilter Oxyde, Sulfide u. dgl., insbesondere Metalloxyde
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung feinverteilter Oxyde,
Sulfide u. dgl., insbesondere Metalloxyde, durch Umsetzung mit Gasen, bei dem die
umzusetzenden Ausgangsstoffe in Dampf- bzw. Gasform mit einem Trägergas innig vermischt
durch einen Reaktionsraum und einen Abscheidungsraum für die entstandenen Oxyde,
Sulfide usw. geführt werden.
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Es ist bereits .bekannt, Reaktionen zwischen feinverteilten festen
Stoffen und Gasen in einer vom Reaktionsraum bis zum Abscheidungsraum gasdicht geschlossenen
Anlage unter Kreislaufführung der Gase durchzuführen und hierbei das verbrauchte
Gas zu ersetzen. Bei dem vorliegenden Gegenstand handelt es sich weniger um Fortschritte
der Kreislaufführung, wie etwa Vereinfachung und damit Verbilligung der Vorrichtung,
Verbesserung der Wärmeausnutzung und .der Materialausbeute, sondern vielmehr darum,
daß das Verfahren für die Herstellung von Oxyden eigenartige und überraschende Fortschritte
bringt.
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Das neue Verfahren löst nämlich die Aufgabe, feinverteilte Oxyde,
Sulfide und ähnliche Verbindungen, besonders aber sehr feine und reine Metalloxyde,
in großtechnischen Mengen herzustellen und danach von den übrigen Reaktionsteilnehmern
auf einfache Weise abzutrennen. Zur Durchführung dieses Verfahrens eignen sich besonders
solche elektrische
Ofen, die nur einen geringfügigen oder gar keinen
Schmelzraum enthalten, dagegen aber einen V erdampfungsraum angemessener Größe.
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Die Erfindung besteht darin, daß das Reaktions-und Gasgemisch ständig
durch den Reaktionsraum zum zweckmäßig selektiv arbeitenden Niederschlags- öder
Sammelraum und wieder zurück zum Reaktionsraum umgewälzt wird und daß die während
des Umlaufs verbrauchten abgeschiedenen Teile des Umsetzungsgemisches laufend an
bestimmten Stellen des Umlaufs in praktisch reiner Form nachgespeist werden.
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Ein besonderer Vorteil des neuen Verfahrens ist, daß zur Aufrechterhaltung
des Umlaufs die Strömungsenergie der in die Anlage nachgespeisten Stoffe dient und
daß deren Umlauf und gegebenenfalls auch die Abtrennung der hergestellten feinverteilten
Stoffe (Oxyde, Sulfide u. dgl.) durch mechanische 'Mittel, wie Gebläse, geregelt
werden kann, zweckmäßig wird dabei in der Kreislaufführung ein Auslaß zum Druckausgleich
vorgesehen, der gleichzeitig zur Abfuhr reaktionsfremder oder im Überschuß eingeführter
Stoffe dienen kann.
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Mit Hilfe des neuen Verfahrens gelingt es, im Abscheidungsraum Metalloxyde
usw. von wählbaren und zum Teil durchaus neuartigen Strukturen zu gewinnen, die
bei morphologischen Untersuchungen charakteristische Merkmale aufweisen. Mit den
in der Erfindung vorgeschlagenen Mitteln werden besonders in bezug auf ihre Struktur
durchaus neuartige Erzeugnisse erhalten. Erzielbar sind beispielsweise äußerst locker
gepackte Sekundärteilchen, die aus Kugelschalen sehr locker aus Primärteilchen gepackt
sind, d. h. um es in der üblichen Weise auszudrücken, blasenförmige Flocken, oder
Tertiärteilchen, die aus etwas dichteren und etwas lockeren gepackten Sekundärteilchen
bestehen, oder mehrschichtige Teilchen, z. B. solche, deren Keim aus einem reinen
Metall besteht, während der Mantel eine Oxydhaut od. dgl. ist. Alles dies läßt sich
mit den vorgeschlagenen Mitteln wahlweise regeln. Außerdem wird der Wärmebedarf
des Verfahrens auf einen geringen Bruchteil des bei bekannten Verfahren gesenkt.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens ist in der
Zeichnung schematisch dargestellt. Aus einer Düse i tritt in den gasdicht geschlossenen
Kreislauf 2 ein inniges, vorzugsweise vorerhitztes Gemisch, bestehend aus Trägergasen
und den Ausgangsstoffen. Dieses Gemisch strömt wirbelnd durch die Gasleitung z.
Bei 3 ist eine elektrische Induktionsheizung vorgesehen. Die entstehenden Umsetzungsprodukte
werden von einem Schaufelrost 4 in den Sammelbehälter 5 geleitet. Die Schnecke io
dient zum Austrag der gewonnenen feinverteilten Oxyde, Sulfide usw. aus der Anlage
nach Durchschleusung durch den gasdichten Verschluß 6. Durch die Leitung ? können
weitere Stoffe in den Kreislauf nachgespeist werden. Das durch die Düse 7 eintretende
Gas kann auch zur Aufrechterhaltung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit dienen.
Die Hilfsheizung g gleicht Wärmeverluste aus. Das entsprechend abgedichtete Ventil
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spricht auf kleinere Druckschwankungen des Kreislaufs an.
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Das neue Verfahren benutzt also einen statisch gleichförmigen Kreislauf,
der in immer der gleichen Weise unregelmäßig ist. Kurz nach der Düse i wird regelmäßig
ein Überschuß an Ausgangsstoffen herrschen, in der Nähe der Düse 7 dagegen stets
ein Überschuß an zugespeisten Stoffen. Dies kann durchaus zu Teilchen mit Schichten
verschiedenen Umsetzungsgrades führen. Die Zusammensetzung des Kreisgases ist aber
bereits deshalb in den verschiedenen Zonen unterschiedlich zusammengesetzt, weil
dauernd Bestandteile durch die Düsen i und 7 eingebracht und durch den Rost d. ausgetragen
werden. Das Umsetzungsgemisch wird von der Stelle i über die Stelle 3 zur Stelle
d. immer reicher an Oxyden, Sulfiden u. dgl. und auf dem Weg von 7 über i reicher
an Zusatzstoffen.
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Das neue Verfahren bietet zahlreiche Vorteile, von denen nur einige
besonders angeführt seien: Alle Aufwendungen zur innigen Mischung der Ausgangsstoffe
in den Trägergasen, die sich in Druck-oder Strömungsenergie umsetzen, kommen der
Gaskreislaufbewegung in der Anlage zugute. Eine wirbelnde Strömung mit großer Reynoldsscher
Zahl, die an sich bei heißen Gasen zu erwarten ist, wirkt sich desto vorteilhafter
aus, je stärker sie zu einer Wirbelung führt. Das Leitungsnetz, in dem sich der
Kreislauf und die Umsetzung vollziehen, kann in der einfachsten Weise mit allenthalben
glatten Wänden und ohne nennenswerte Einbauten ausgebildet werden, derart, daß allenthalben
eine statisch gleichförmige Strömung herrscht und unr gemein hoheTemperaturen ohne
die Gefahr örtlicher Überhitzung aufrechterhalten werden können. Gleich energiesparend
arbeitet das neue Verfahren, indem es zahlreichen Gewinnungsanlagen der erforderlichen
Ausgangsstoffe unmittelbar nachgeschaltet werden kann, in denen, in Gas- oder Dampfform,
als Pulver oder Tröpfchen von hohen Temperaturen die Ausgangsstoffe, z. B. aus Erzen,
gewonnen werden. Ebenso können die Trägerstoffe, wenn sie in irgendeinem anderen
Verfahren in heißem Zustand anfallen, unter Ausnutzung ihres Wärmeinhalts unmittelbar
in den Kreislauf eingeführt werden. Der Verbrauch an zusätzlicher Energie für das
Verfahren ist dann ungemein gering. Das gleiche gilt für den Bedarf an Schutzgasen,
die in so begrenzter Menge erforderlich sind, daß selbst Edelgase benutzt werden
können, wenn die umzusetzenden Stoffe dies erfordern. Gewünschte Temperatur- und
Strömungsgeschwindigkeit können bei dem neuen Verfahren ungewöhnlich genau innegehalten
werden. Infolgedessen spielen sich die Teilumsetzungen des Gesamtverfahrens, wie
sich bei der praktischen Durchführung zeigte, immer an denselben Stellen des Kreislaufes
ab. Wenn z. B. Metalle mehrere Oxyde oder Sulfide bilden, kann man zwecks Abscheidung
der jeweils gewünschten Oxyde oder Sulfide in reiner Form den Kreislauf am Ende
derjenigen Stellen abzapfen, an denen diese Verbindungen erfahrungsgemäß entstehen.
Weiterhin ist ein bedeutender Vorteil des neuen Verfahrens, daß
die
gewonnenen Umsetzungserzeugnisse in einem weiten Bereich von Teilchengrößen abgeschieden
werden können. Äußerst feine Erzeugnisse erhält man bei einem nur einmaligen Umlauf.
Läßt man dagegen die Oxyde, Sulfide od. dgl. den Kreislauf mehrmals durchströmen
und setzt sie dabei entsprechenden Temperaturbeeinflussungen aus, so entstehen nach
Wahl Sekundär- oder Tertiärteilchen in lockerer oder dichter Packung bis zu Granulaten
ansehnlicher Korngröße. überdies bietet das neue Verfahren auf einfache Weise die
praktisch wertvolle Möglichkeit, mehrschichtige Umsetzungsprodukte zu gewinnen,
z. B. niedrigere Oxyde mit einer Außenhaut aus einem hohen Oxyd, Oxydteilchen mit
einer tellurierten oder selenierten Außenhaut. Schließlich bedarf es keiner besonderen
Erläuterung, daß die Strömungsgeschwindigkeit und die Anreicherung der Ausgangsstoffe
in den Trägergasen in der praktischen Anwendung einen weiten Spielraum lassen, mehr
lockere oder dichtere Packungen von Teilchen herzustellen, und dabei durch Temperaturbeeinflussung
näher an eine Kon, densation heranrücken, die kugelförmige Teilchen ergibt, oder
mehr an eine Sublimation mit Teilchen, deren Kristallite gut ausgewaschen sind.
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Ein besonderer und sehr ins Gewicht fallender Vorteil ist weiter,
daß in dem neuen Verfahren die sonst üblichen Entstaubungsanlagen vermieden bzw.
auf ein Geringstmaß beschränkt werden, während sie bisher bei den bekannten Verfahren
ein Vielfaches des Raums der elektrischen Ofen einnahmen.
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Infolgedessen wird nach der Erfindung die Arbeitsgeschwindigkeit ausschließlich
von der Ofenseite her bestimmt, während bis jetzt diese Bestimmung überwiegend von
der Seite der Entstaubungsanlage her erfolgte.