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Verfahren zur Herstellung von Alkoholaten der Alkalien, Erdalkalien
und des Aluminiums
Niletallalkoholate der Alkalien, Erdalkalien und des Aluminiums
bilden sich bei der Einwirkung wasserfreier Alkohole auf die vorgenannten Metalle
in elementarem Zustande, wobei in manchen Fällen eine Aktivierung der Metalle durch
Quecksilberchlorid, Jod oder Zinntetrachlorid vorausgehen muß.
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Bei diesen Reaktionen tritt eine hohe Wärmetönung auf, die die ungestörte
Durchführung vor allem bei Umsatz größerer Mengen sehr erschwert.
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Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, die Reaktion in Gegenwart
von hochsiedenden Verdünnungsmitteln, wie Xylol usw., durchzuführen. Trotzdem ist
die zur Beherrschung der Reaktion abzuführende Wärmemenge noch so groß, daß beim
Arbeiten am Rückflußkühler die Kühlflächen außerordentlich groß dimensioniert werden
müssen. Es wurde daher auch schon vorgeschlagen, die Reaktion dadurch zu beherrschen,
daß man die auf einmal zusammengegebenen Reaktionskomponenten unter Rühren nicht
am Rückflußkühler, sondern in einem Umlaufkühlersystem durchführt. Aber auch bei
einer solchen Anordnung ist mit plötzlicher sehr starker Verdampfung des zur Reaktion
kommenden Alkohols zu rechnen, so daß auch in diesem Falle die Kühlfläche des Umlaufkühlersystems
für ungewöhnlich große Spitzenbelastung, zumal wenn die Anlage die Herstellung größerer
Mengen
Alkoholate ermöglichen soll, ausgelegt sein muß. Bei der Herstellung der Alkoholate
aus höheren Homologen des Äthylalkohols ist häufig eine besonders hohe Erwärmung
erforderlich. um die Auflösung des Metalls bzw. die Herstellung des Alkoholats zu
sichern. Ferner ist die Löslichkeit vieler Alkoholate im überschüssigen Alkohol
oder in den zugesetzten Verdünnungsmitteln gering, so daß die Anwendung höherer
Temperaturen zwecks Vermeidung unlöslicher Reaktionsprodukte erwiinscht ist. Außerdem
ist eine hohe Reaktionstemperatur insbesondere in solchen Fällen erforderlich, bei
denen die Umsetzung nicht mit den reinen Metallen, sondern mit deren Legierungen
durchgeführt werden soll. Diese Forderung der Anwendung hoher Temperaturen steht
im Gegensatz zu dem bei hekannten Arbeitsweisen angewendeten Prinzip möglichster
Temperatursenkung des Systems.
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Es wurde nun gefunden, daß man die Reaktion in zuverlässiger Weise
trotz Einhaltung beliebig hoher Temperatur regeln kann, wenn man die Umsetzung in
folgender Weise vornimmt: Für die Reaktion des Metalls mit dem Alkohol wird ein
Umsetzungsgefäß angewandt, das mit einem Ausweichgefäß für den umzusetzenden Alkohol
bzw. für die Alkoholatlösung komrnunizierend verbunden ist, so daß die Flüssigkeit
durch den entstehenden Wasserstoffdruck in das Ausweichgefäß zurückgedrängt wird,
sohald die Wasserstoffentwicklung das gewünschte Maß über- -schreitet. Der entweichende
Wasserstoff wird durch einen Rückflußkühler von dem mitgeführten Alkoholdampf befreit.
Das zulässige Maß der Wasserstoffentwicklung wird durch ein hinter dem Kühler angeordnetes
Regulierventil in der Wasserstoffleitung gesteuert. Anschließend wird das dem Regulierventil
des Reaktionsgefäßes entströmende Wasserstoffgas durch das Ausweichgefäß geleitet
und hinter letzterem unter heliebig einstellbarem Druck abgezogen.
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Auf diese Weise kann die Reaktion auch bei erhöhten Drucken durchgeführt
werden, bei denen die Siedetemperatur des Alkohols und dadurch die Reaktionstemperatur
der Umsetzung entsprechend gesteigert wird, ohne daß die hohe Temperatur eine übermäßige
Heftigkeit der Umsetzung nach sich zieht.
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Der Alkohol läßt sich hierdurch mit der äquivalenten Menge Metall
restlos umsetzen, ohne daß eine nachträgliche Abtrennung von überschüssigem Alkohol
oder verdünnendem Lösungsmittel nötig ist. Das gebildete Alkoholat wird unmittelbar
in konzentrierter Form gewonnen und enthält nur die Legierungsbestandteile der angewandten
Metalle, von denen die Alkoholate durch Zentrifugieren, Filtration oder Destillation
gesäubert werden können.
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Beispiel In einem mit einem Kühl- oder Heizmantel versehenen Reaktionsgefäß
A befindet sich auf einem Siebboden das umzusetzende Metall. Das Gefäß Ä ist durch
die Leitung B mit dem Ausweichgefäß C verbunden, das genügend groß gehalten ist,
um die gesamte Alkoholmenge bzw. das gebildete Alkoholat aufzunehmen. Der bei der
Reaktion entstehende Wasserstoff entweicht aus dem Reaktionsgefäß A durch die Leitung
D und durchläuft den Rückflußkühler E, in welchem mitgefiihrter Alkoholdampf kondensiert
und durch den Syphon F- in das Reaktionsgefäß A zurückgeführt wird. Hinter dem Rückflußkühler
E wird die Wasserstoftentwicklung mittels des Regulierventils G so eingestellt,
daß aus dem Kühler E der Wasserstoff nicht mehr warm austritt. Falls die Wasserstoffentwicklung
im Umsetzungsgefäß größer ist als dieser Wasserstoffentnahme am Regulierventil anspricht,
dient der Uberschuß des Wasserstoffs dazu, den Alkohol im Reaktionsgefäß von dem
umzusetzenden Metall nach dem Ausweichgefäß C zurückzudrängen. Von dem Regulierventil
G wird das Wasserstoffgas in das Ausweichgefäß C geleitet und aus diesem über ein
einstellbares Reduzierventil H entnommen. Je nach Einstellung des Reduzierventils
herrscht in dem gesamten System ein mehr oder weniger hoher Druck, durch den die
Umsetzungstemperatur im Reaktionsgefäß A gesteuert werden kann.
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Bei Anwendung einer solchen Anordnung lassen sich beispielsweise
100 kg Aluminiumspäne nach Aktivierung mit 30 g Quecksilberchlorid mit I000 kg Isopropylalkohol
innerhalb 2 Stunden umsetzen. Der Druck wird dabei durch vollständige Öffnung des
Reduzierventils H normal gehalten.
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Die Entwicklung der dabei entstehenden I35 m3 Wasserstoff verteilt
sich annähernd gleichmäßig auf die Reaktionszeit von 2 Stunden, so daß der Kühler
E nur für eine Leistung ausgelegt zu werden braucht, die für die Kühlung von 1 m3
Wasserstoff je Minute von So auf 200 unter gleichzeitiger Kondensation der darin
enthaltenen Alkoholdämpfe ausreicht.
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In der gleichen Anordnung lassen sich hochlegierte Aluminiumspäne,
beispielsweise eine Aluminium-Kupfer-Silicium-Legierung, ebenfalls Zt; Aluminiumalkoholat
aufarbeiten, wenn der Druck in dem System auf 5 Atmosphären eingestellt wird, wodurch
die Umsetzung bei I300 erfolgen kann.
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Dabei scheiden sich die übrigen Legierungsbestandteile der Aluminium-Kupfer-Silicium-Legierung
in elementarer Form am Grunde des Reaktionsgefäßes A ab und können von dort durch
den Ablaßhahn J entfernt werden.
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Ergänzungsbeispiele In der oben beschriebenen Apparatur werden 23
kg Natrium bei geöffnetemVentil HunterAtmosphärendruck bei einer Temperatur von
9S bis I00° mit So kg/sec Butylalkohol zur Umsetzung gebracht. Durch Regelung der
Wasserstoffentnahme aus dem Umsetzungsgefäß mittels des Ventils H wird der Reaktionsverlauf
so geregelt, daß eine zwar lebhafte, aber keineswegs stürmische Umsetzung erfolgt.
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Soll die Umsetzung schneller verlaufen so wird durch Drosselung des
Wasserstoffaustritts aus dem Ausgleichgefäß mit lt i lfe des ÜberdruckventilsH im
gesamten Umsetzungssystem ein Druck von 5 atü eingestellt. I-lierdurch ist eine
ausreichende Regelung der lQeaktionsgeschrindigkeit vr,esvährleistet, andererseits
vermag die bei der exothermen Reaktion frei werdende \Värme keine Überhitzungen
und dadurch einen explosiven Verlauf der Reaktion hervorzurufen, da die Reaktionsgeschwindigkeit
durch entsprechende Einstellung des Ventils H automatisch geregelt wird. Dem eingestellten
Druck von 5 atü entsprechend, verläuft die Umsetzung ohne äußere Energiezufuhr liei
einer Temperatur von 120 PATENTANSenUCH: Verfahren zur Herstellung von Alkoholaten
der Alkalien, Erdalkalien und des Aluminiums durch Umsetzung dieser Metalle oder
ihrer Legierungen mit Alkoholen in Gegenwart von Alitivierungsmitteln unter Verwendung
eines Umlaufkühlers und Rückführung der von den Wasserstoffgasen mitgerissenen,
nicht umgesetzten Alkoholanteile, dadurch gekennzeichnet. daß die Reaktion in einem
Umsetzungsge fäß durchgeführt wird, das mit einem Ausweichgefäß kommunizierend verbunden
ist, so daß der Alkohol durch den entstehenden Wasserstoffdruck in das Ausweichgefäß
zurückgedrängt wird, sobald die Wasserstoffentwicklung das durch ein Ventil einstellbare
Maß übersteigt, während der bei der Umsetzung entstehende Wasserstoff nach Durchlaufen
des Umlaufkühlers in den oberen Teil des Ausgleidigefäßes geführt und durch Regelung
des Wasserstoffabganges aus dem Ausgleichgefäß, z. 13. durch ein Überdruckventil,
im gesamten Umsctzuiigssystem gegebenenfalls ein Druck eingestellt wird, der den
Dampfdruck des verwendeten Alkohols hei der Umsetzungstemperatur ül)erschreitet.