NO132078B - - Google Patents

Description

Ved fremstilling av metallhalogenider er det ofte ønske-, lig med en økning av fasegrensen for å øke reaksjonshastigheten resp. stoffutvekslingen. For fremstilling av en stor fasegrense og en fornyelse av overflaten er det kjent mange fremgangsmåtemuligheter.

Oppfinnelsen vedrører altså en fremgangsmåte ved fremstilling av ikke saltaktige metallhalogenider, fortrinnsvis aluminium-, tinn- og sinkhalogenider ved omsetning av metall i smeltet form i en halogengass i et reaksjonskar, idet fremgangsmåten er karakterisert ved at det for omsetningen benyttes et reaksjonskar som har en indre rotasjonssymmetrisk vegg og at rundt karets vertikale midtakse opprettholdes et elektrisk dreiefelt med en slik strømstyrke og med et slikt omløpståll at smeltet metall bringes til å rotere i form av et tynt metallsjikt på karets indre vegg.

Metallsmelteoverflaten som står under innvirkning av dreiefeltet utmerker seg ved at det på grunn av sekundærstrømninger stadig inntrer en fornyelse av overflaten. Disse blandingsprosesser innen smeiten er ikke bare av betydning for stofftransporten, men også for varmetransporten. Videre undersøkelser til forholdet av en elektrisk ledende metalIsme1te som er utsatt for virkningen av et dreiefelt har vist at med økende virkning av dreiefeltet, dvs. økende spolestrøm, kan overflaten av smeiten med hensyn til dens form dessuten endres ut over tilstanden av et rotasjonsparaboloid.

På tegningens figur la er det vist hvorledes det inn-stiller seg en væskeoverflate med meget små strømstyrker. I anord-ningen ifølge figur lb, ved høyere strømstyrker enn ved tilfellet ifølge figur la er overflaten endret til en tydelig utpreget rotasjonsparaboloid. Ved enne større strømstyrker enn i tilfellet ifølge figur lb lar det seg uten vanskeligheter oppnå den på figur lc viste anordning, hvor bunnen av det med metallsmelte inneholdte kar er helt fri for smelte og hvor smeiten fordeler seg i et praktisk talt jevnt tykt sjikt over karets vegger.

Fortrinnsvis bortføres den til den indre vegg avgitte reaksjonsvarme ved hjelp av luft- eller væskeavkjøling.

Hensiktsmessig tilføres metallsmelten på det gassformede halogen kontinuerlig til reaksjonskaret og herifra fjernes reaksjonsproduktet kontinuerlig.

Fortrinnsvis anvendes som nevnt som metall, aluminium, sink eller tinn og som halogen klor.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen unngås de ved eksoterme reaksjoner med høy reaksjonsentalpi opptredende vanskelighet som opptrer ved fremstilling av metallhalogenider i forskjellige til-feller på grunn av bortføring av reaksjonsvarme. Således er det derfor ikke mer nødvendig, f.eks. eventuelt å ta med på kjøpet små volumbelastninger eller gripe til tidligere nødvendige hjelpeforholds-regler, som f.eks. å anvende et flytesjikt eller å føre reaksjons-massen i kretsløp for å bortføre reaksjonsvarmen under de ønskede betingelser. For bortføring av reaksjonsvarme fra den reagerende metallsmelte som står under innvirkning av et elektrisk dreiefelt ble det funnet uventet gunstige betingelser. Således kan man ved meget store temperaturdifferenser mellom den reagerende metallsmelte og kjølemediet, referert til flateenheten bortføre betraktelige varmemengder. Derved kan det på grunn av den høye gjennomblanding innen væske ved tilstrekkelig høy reaksjonsentalpi arbeides med temperaturer for kjølemediet som ligger betraktelig under smeltepunktet, av metallsmelten, uten at den stivner på den avkjølte vegg. For gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen tjener fortrinnsvis en reaktor med et fortrinnsvis rotasjonssymetrisk utformet kar og rundt her anordnet elektrisk vikling, som - i det minste i tilfellet for kontinuerlig drift - med en uttredelsesåpning for det dannede metallhalogenid, hvor viklingene er anordnet etter typen av polviklingene av en dreie-strømsmotor stator, hvor det i karet rager inn et tilførselsrorrr for gassformet halogen.

Karet omgis fortrinnsvis av en kjølemantel.

Viklingene kan være utstyrt med kjølemantler.

Når tilførselsrøret har en høydeforstillbar munning, lar tilbudet av halogen som reagerer med metalIsmeIten seg endre.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningens figurer 2 til H.

Figur 2 og 3 viser reaktorer til fremstilling av metallhalogenider, idet den på figur 2 viste reaktor har en luftkjøling og den på figur 3 viste reaktor har en væskekjøler. Figur 4 viser en reaktor slik den er egnet til fremstilling av aluminiumklorid. Figurene 5 og 6 viser innretninger som fortrinnsvis kan anvendes til gjennomføring av metallurgiske prosesser.

På figurene har de enkelte tall følgende betydning.

På figur 2 angir 1 en reaktor, 2 er viklinger, 3 en varmebeskyttelsesvegg, 4 er tilførselsrør, 5 og 6 hulrom og 12 metallsmelten som befinner seg i reaktoren. På figur 3 betyr 7 reaktoren, 8 et stativ, 9 en vannavkjølt elektrisk leder, 10 og 11 rørformede tilførsler og 12 den i reaktoren befinnende metallsmelte. På figur 4 betyr 11, 13 og 14 rørformede til- resp. bortføringer og 15 et kondensasjonskar. På figur 5 betyr 101 et reaksjonskar, 102 elektriske viklinger, 103 og 105 tilførselsrør, 104 en varmebeskyttelsesvegg, 106 en fordelerring, 107 en stuvering, 108 og 110 uttaksåpninger og 109 er apparathodet og på figur 6 er 201 en konisk reaksjonsbe-holder, 202 elektriske viklinger, 204 en varmebeskyttelsesvegg, 205, 210, 211 er tilførsels- resp. uttaksrør, 212 er et beskyttelsesskjold og 213 et væskesjikt.

På figur 12 er reaktoren 1 fremstillet av kvarts eller keramisk material, under visse forutsetninger kommer det også på tale tilsvarende utførte metalliske reaktorer med egnede beskyttelsessjikt. Dreiefeltet frembringes ved hjelp av en vikling 2, som i sitt prin-sipp tilsvarer viklingsoppbygningen av en dreiestrømsmotors stator. Således bestemmes spesielt dreiefeltets omløpstall av den elektriske strøms poltall og frekvens. Ved valg av en egnet frekvens fremkommer muligheten å forbedre cos. <j> som på grunn av betraktelig luftspalte i boringen er lav. Ved dreiefasevekselstrøm med en frekvens på 50 Hz ble det ved viklingens stjernekopling ved luftspaltene på ca. 30 mm målt verdier for cos. 4> = 0,3. Den anlagte spenning utgjorde derved f.eks. ca. 50 V. Spenningen varieres hensiktsmessig over en regu-leringstransformator eller lignende i størrelse og på denne måte be-virkes dannelsen av et jevnt tynt sjikt av metallsmelte under innvirkning av dreiefeltet.

Ved luftkjøling har det vist seg fordelaktig å unndra innretningens elektriske del ved hjelp av en strålingsbeskyttelse 3 for innflytelse av for stor varmeinnvirkning. Kjøleluften 4 oppdeles hensiktsmessig, nemlig på spalten 5 mellom reaktor og strålingsbeskyttelse, spalten 6 mellom strålingsbeskyttelse og vikling og på kjøling av den elektriske vikling. Ved en anordning ved vannavkjøl-ing slik den er vist på figur 4 innbygges reaktoren 7 i boringen av en standvikling 8, som også kan oppta en eventuell trykkpåkjenning. Reaksjonsvarmen bortføres ved hjelp av apparatets vannavkjølte elektriske ledere 9. På denne måten muliggjøres bortføring av betraktelige varmemengder.

Reaktorens beskikning med det ved reaksjonen flytende metall kan foregå i fast eller flytende form. Ifylling av faststoff, f.eks. metallgranuler er som tilførsel av metallsmelte mulig ovenifra. Dessuten kan smelte også pumpes i reaktoren nedenifra gjennom tilsvarende tilslutning 10. En åpning som befinner seg ved reaktorens bunn muliggjør også fjerning av residuet, f.eks. slagg. Slike for-urensninger har sin opprinnelse fremfor alt i ikke fullstendig renhet av reaksjonsdeltagerne. Selve apparaturen muliggjør ved tilsvarende bygningsmåte frembringelsen av meget rene stoffer, da på grunn av dens mindre dimensjoner sammenlignet med andre anordninger av tilsvarende ytelse kan unngås murverksfuger og lignende.

Tilførselen av gassformet halogen foregår gjennom et rør 11, som overveiende er anordnet sentrisk ovenifra og nedover. Dette tilførselsrør 11 anordnes hensiktsmessig forskyvbart langs aksen. På denne måte lar tilbudet av faktisk med væsken 12 reagerende gass seg endre. Det tilveiebringes også en mulighet uten tilførsel av gass på et ytterligere sted og utelukker f.eks. disproporsjonering og dermed frembringelse av uønskede forbindelser.

På figur 5 vises en utførelsesform som muliggjør avgassing av metaller i en enkelt oppbygget og kontinuerlig drevet apparatur. Metallsmelten 112 antar den under innvirkning av dreiefeltet frembragt av viklinger 102 den viste overflateform og muliggjør ved i forhold til kjente anordninger ekstremt avkortede diffusjonsveier, avgassings-reaksjoner resp. ved hjelp av over ledning 103 tilførte gasser også gjennomføring av metalliske raffineringsprosesser. Varmeisoleringen 104 nedsetter varmetap fra smeiten som tilføres tangentielt i apparatet over stussen 105. Derved lettes fordelingen ved hjelp av en fordelerring 106. Metallsmeltens midlere oppholdstid i apparatet innvirkes ved hjelp av ifyllingshastigheten, dreiefeltets feltfrem-bringelse og ved hjelp av i og for seg kjente stuveringer 107- Den behandlede væske løper ut ved stussen 108, men den i apparatets hode

109 anbragte åpning 110 muliggjør utgang av gass.

En annen anordning viser figur 6. Her er reaksjonsbe-holderen 201 utformet konisk. Metallet tilføres i fritt fall ovenifra gjennom rør 205 og fordeler seg i form av et tynt sjikt 213 under innvirkning av dreiefeltet frembragt av viklingene 202 på beholder-veggen. Ved tilstrekkelig strømstyrke løper det ferdigbehandlede metall ut over stussen 211 mens de avgitte gasser fjernes over stussen 210. Et beskyttelsesskjold 212 hindrer smeiten i å stige opp. På figur 5 og 6 er apparatet anordnet vertikalt, denne oppbygning viser seg foretrukket. Målinger har imidlertid påvist slike høye omløps-tider for væsken at tyngdekraftens innvirkning i forhold til sentri-fugalkreftene trer tilbake så sterkt at også en ønskelig skråanord-ning helt til horisontal oppbygning muliggjøres.

Fremgangsmåten er anvendbar på mange prosesser, spesielt på slike hvor det består spesielle blandingsproblemer, som f.eks. ved heterogene reaksjoner. Spesielt egnet er fremgangsmåten for omsetning av metallsmelter med gasser, f.eks. for fremstilling av metallhalogenider. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan det på spesielt enkel måte fremstilles ikke saltholdige halogenider av metaller og halvmetaller, som f.eks. klorider og bromider av aluminium, tinn og sink.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av eksempler.

Eksempel 1.

Til fremstilling av aluminiumklorid (AlCl-j) ble som vist på figur 4, reaktoren 1, som har et volum på 920 ml, fylt med 200 g aluminiumgranuler, som ble foroppvarmet med varmt nitrogen av 250°C. Derved ble det innstillet en klorstrøm på 1200 Nl/time og ført over ledning 11 inn i reaktoren. Metallet smeltet hurtig, det antar under innvirkning av dreiefeltet en form som har overflaten av en rotasjonsparaboloid. Reaksjonen mellom aluminium og klor forløper meget intenst under sterk lysforeteelse.

Reaksjonsvarmen ble bortført ved hjelp av kjøleluft,

idet gjennomblanding av metallinnholdet foregikk ved hjelp av dreiefeltet. Ved den intense gjennomblanding ble det hindret at aluminium stivnet på reaktorveggen. Tilsvarende forbruket av aluminium ble friske granuler ifylt over ledning 13- Klorinnføringsrøret 11 ble innstilt således i sin høyde at en del av kloret ikke ble omsatt, således at det regelmessig fremkom et "kloroverskudd" på ca. 5% •, På

denne måte ble det unngått dannelsen av aluminiumsubhalogenid (A1C1). Reaksjonsproduktet ble bortført gjennom ledning 14. I kondensatoren 15 ble fast AlCl^ utskilt som hvitt salt. På den som stjerne koplede vikling til frembringelse av dreiefeltet ble det anlagt en spenning på 62 V. Derved fremkom et strømopptak på 16 A. Cos. <f> ble målt til 0,294. Det elektriske dreiefelt sirkulerte med 3000 omdr./min. Eksempel 2.

Por fremstilling av tinntetraklorid (SnCl^) ble det anvendt den i eksempel 1 anvendte innretning. Reaktoren ble fylt med tinngranuler og satt i drift på den omtalte måte etter foropp-varmning av metallet. Det ble arbeidet med en klorstrøm på 800 NI/ time. De uttredende reaksjonsprodukter ble kondensert i en kondensa-sjonsapparatur, som i forhold til den på fig. 4 viste innretning var utformet i flere trinn, således at den uttredende restgass ble best mulig befridd for tinntetrakloriddamper. Det dannede tinntetraklorid ble oppnådd som klar væske når apparaturen ble beskyttet mot tilgang av luft resp. luftfuktighet (innmatning av friske metallgranuler over sluser som drives med nitrogen som beskyttelsesgass).

Claims (1)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av ikke saltaktige metallhalogenider, fortrinnsvis aluminium-, tinn- og sinkhalogenider, ved omsetning av metall i smeltet form med en halogengass i et reaksjonskar, karakterisert ved at det for omsetningen benyttes et reaksjonskar som har en indre rotasjonssymmetrisk vegg, og at rundt karets vertikale midtakse opprettholdes et elektrisk dreiefelt med en slik strømstyrke og med et slikt omløpstall at smeltet metall bringes til å rotere i form av et tynt metallsjikt på karets indre vegg.