NO151863B

NO151863B - PROCEDURE FOR AA Separates GAS SODIUM, POTASSIUM OR MAGNESIUM METAL FROM A GAS SHAPE FORM BY REDUCING A SODIUM, POTASSIUM OR MAGNESIUM COMPOUND

Info

Publication number: NO151863B
Application number: NO763234A
Authority: NO
Inventors: Rudolf Nowak; Gerhard Holland
Original assignee: Halomet Ag
Priority date: 1975-09-24
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1985-03-11
Also published as: DE2542595A1; IT1070836B; NL7610527A; AT365093B; JPS5240475A; AU500562B2; DD127424A5; ZA765460B; GB1532460A; AU1777076A; FR2325418A1; CA1091937A; NO763234L; IL50450A; FR2325418B1; DE2542595C2; CH611177A5; NO151863C; ATA684476A; JPS6055573B2

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til The present invention relates to another method

å skille gassformig natrium-, kalium- eller magnesium-metall fra en gassformig blanding dannet ved reduksjon av en natrium-, kalium- eller magnesium-forbindelse, ved at gassblandingen bringes i kontakt med et absorpsjonsmiddel i form av metall eller metall-legering. to separate gaseous sodium, potassium or magnesium metal from a gaseous mixture formed by the reduction of a sodium, potassium or magnesium compound, by bringing the gas mixture into contact with an absorbent in the form of a metal or metal alloy.

Slike gassformige blandinger oppstår ved forskjellige prosesser, f.eks. ved den termiske spaltning av hydrider, nitrider, sulfider og halogenider og ved reduksjon av oksyder med hydrogen, vanngass, generatorgass, jordgass og andre gassformige reduksjonsmidler, Such gaseous mixtures occur by various processes, e.g. by the thermal decomposition of hydrides, nitrides, sulphides and halides and by the reduction of oxides with hydrogen, water gas, generator gas, earth gas and other gaseous reducing agents,

men også med flytende eller faste reduksjonsmidler, så som brensel-olje, kull- og koksarter eller petrolkoks. but also with liquid or solid reducing agents, such as fuel oil, coal and coke species or petroleum coke.

I det følgende blir slike prosesser for enkelhets skyld betegnet "reduksjon", da det her alltid dannes natrium-, kalium-eller magnesium-damp, riktignok i blanding med andre gassformige stoffer. In the following, for the sake of simplicity, such processes are termed "reduction", as sodium, potassium or magnesium vapor is always formed here, albeit in a mixture with other gaseous substances.

Videre vil natrium, kalium og magnesium og blandinger Furthermore, sodium, potassium and magnesium and mixtures

derav i det følgende for enkelhets skyld bli betegnet "metall", hereinafter referred to for simplicity as "metal",

og de tilsvarende forbindelser eller blandinger av slike forbindelser betegnes "forbindelse". and the corresponding compounds or mixtures of such compounds are termed "compound".

De gassformige stoffer som er blandet med dampene av elementært metall, betegnes i det foreliggende for enkelhets skyld "gasser". Slike gassformige stoffer er eksempelvis CO, The gaseous substances mixed with the elemental metal vapors are referred to herein for simplicity as "gases". Such gaseous substances are, for example, CO,

CC>2, # 2°' S02' H2S' °2' N2' 9assf°rmig svovel, gassformige lav-verdige halogenider, oksyder og sulfider,.samt mettede gassfor- CC>2, # 2°' S02' H2S' °2' N2' 9ass°rmic sulphur, gaseous low-value halides, oxides and sulphides, as well as saturated gas forms

mige metallforbindelser. many metal compounds.

Man har hittil forgjeves forsøkt å utvinne metaller Up until now, attempts have been made to extract metals in vain

på økonomisk tilfredsstillende måte fra de metalldampholdige gassformige blandinger som eksempelvis erholdes ved reduksjon in an economically satisfactory manner from the gaseous mixtures containing metal vapour, which are obtained, for example, by reduction

av oksyder med faste, flytende eller gassformige karbon- og hydrogenholdige stoffer. Eksempelvis førte bråkjøling av en of oxides with solid, liquid or gaseous carbon- and hydrogen-containing substances. For example, rapid cooling of a

gassformig blanding av magnesiumdamp og CO bare til et økonomisk utilfredsstillende resultat, da en stor del av magnesiumdampen herunder reoksyderes av CO til magnesiumoksyd. Hvis man nemlig kjøler en eksempelvis ved reduksjon fremstilt gassformig blanding av metalldamp og andre reduksjonsprodukter så som CO, CC^ gaseous mixture of magnesium vapor and CO only to an economically unsatisfactory result, as a large part of the magnesium vapor is subsequently reoxidized by CO to magnesium oxide. Namely, if one cools a gaseous mixture of metal vapor and other reduction products such as CO, CC^ produced by reduction, for example

og 1^0, så vil den temperaturavhengige, termodynamisk betingede damp-gass-likeyekt forandres, slik at metalldamp - i mange tilfelle til og med under samtidig sotdannelse - reoksyderes til metalloksyd. Ved bråkjøling av slike gassformige blandinger erholdes derfor alltid metallpulver som er så sterkt forurenset med oksyd at en opparbeidelse ikke er lønnsom. Dette gjelder analogt også for alle andre reversible temperaturavhengige gass-metalldamp-likevekter. Disse fremgangsmåter har derfor av tekniske og økonomiske grunner ikke slått gjennom i praksis. and 1^0, then the temperature-dependent, thermodynamically conditioned vapor-gas equilibrium will change, so that metal vapor - in many cases even during simultaneous soot formation - is reoxidized to metal oxide. When quenching such gaseous mixtures, metal powder is therefore always obtained which is so heavily contaminated with oxide that a processing is not profitable. This also applies analogously to all other reversible temperature-dependent gas-metal vapor equilibria. These methods have therefore not been successful in practice for technical and economic reasons.

Det er også kjent fremgangsmåter og grunnlagsundersøk^-elser i følge hvilke gassformige metalldamp-holdige blandinger som erholdes ved karbotermisk reduksjon og som har høy temperatur, kjøles med blysmelte med vesentlig lavere temperatur, også med temperatur under kondensasjonspunktet for de metalldamper som skal fraskilles; metalldampene blir da først kondensert, kondensatet (f.eks. i form av en tåke bestående av små dråper) danner deretter flytende legeringer med de smeltede kjølemetaller, og en del av de metaller som skal utvinnes, omdannes igjen til de opprinnelige metalloksyder. Utbyttet av metall er ikke tilfredsstillende . There are also known methods and basic investigations according to which gaseous metal vapor-containing mixtures obtained by carbothermic reduction and which have a high temperature are cooled with lead melt of a significantly lower temperature, also with a temperature below the condensation point of the metal vapors to be separated; the metal vapors are then first condensed, the condensate (e.g. in the form of a mist consisting of small droplets) then forms liquid alloys with the molten cooling metals, and part of the metals to be extracted are converted back into the original metal oxides. The yield of metal is not satisfactory.

Det skal her påpekes at uttrykket "absorpsjon" ofte anvendes feilaktig i publikasjonene. I fysikken og kjemien betyr "absorpsjon" utelukkende opptak av gasser i væsker og faste stoffer, eksempelvis opptaket av CO2 i vann eller gassformig magnesium (magnesiumdamp) i smeltet tinn. I motsetning hertil er opptaket av en tåke bestående av små dråper, eller en aerosol, It should be pointed out here that the term "absorption" is often used incorrectly in the publications. In physics and chemistry, "absorption" means exclusively the absorption of gases in liquids and solids, for example the absorption of CO2 in water or gaseous magnesium (magnesium vapor) in molten tin. In contrast, the absorption of a mist consisting of small droplets, or an aerosol,

i en væske (smelte) ikke en absorpsjon, men en blande- eller oppløsn ings -prosess. in a liquid (melt) not an absorption but a mixing or dissolving process.

Videre er det kjent et forslag til adskillelse av karbonmonoksyd fra en gassformig blanding som inneholder magnesium-damp. Blandingen bringes i kontakt med metallkarbider, hvorved karbonmonoksydet oksyderer overflaten av karbidpartiklene til metalloksyder under utskillelse av karbon, hvoretter metalloksydene regenereres til karbider med det utskilte karbon. Dannelsen av oksyd-karbid-blandingerj et termodynamisk betinget restinnhold av CO i den utvunne magnesiumdamp, samt sterk overheting og underkjøling av de faste stoffer gjør at dette forslag neppe synes teknisk og økonomisk realiserbart. Furthermore, a proposal for separating carbon monoxide from a gaseous mixture containing magnesium vapor is known. The mixture is brought into contact with metal carbides, whereby the carbon monoxide oxidises the surface of the carbide particles into metal oxides during the excretion of carbon, after which the metal oxides are regenerated into carbides with the excreted carbon. The formation of oxide-carbide mixtures, a thermodynamically conditioned residual content of CO in the recovered magnesium vapor, as well as strong overheating and subcooling of the solids make this proposal unlikely to be technically and economically realizable.

For ca. 20 år siden ble det foreslått en fremgangsmåte til utvinning av sink fra sinkoksydholdige faste stoffer For approx. 20 years ago, a method was proposed for extracting zinc from zinc oxide-containing solids

(U.S. patent 3 094 411) hvor de faste stoffer under kraftig agitering og under oppvarmning i en beholder omsettes med karbon i smeltet kobber ved temperaturer mellom 1040 og 1200°C, hvorved sinkdamp og karborimonoksyd dannes. Sinkdampen absorberes fra det flytende kobber"under dannélse av en flytende Cu-Zn-legering, mens karbbnmonoksydet og eri liten andel av sinkdampen unnviker. Etter endt reduksjon oppvarmes Cu-Zn-legeringen i beholderen (U.S. patent 3,094,411) where the solids, under vigorous agitation and during heating in a container, are reacted with carbon in molten copper at temperatures between 1040 and 1200°C, whereby zinc vapor and carborimone oxide are formed. The zinc vapor is absorbed from the liquid copper, forming a liquid Cu-Zn alloy, while the carbon monoxide and a small proportion of the zinc vapor escape. After the reduction is complete, the Cu-Zn alloy is heated in the container

til temperaturer'mellom 1180 dg - 1760°C/ og den rene sinkdamp som avdestilleres, kondenseres til flytende sink ved kjøling. to temperatures 'between 1180 dg - 1760°C/ and the pure zinc vapor that is distilled off is condensed to liquid zinc on cooling.

De relativt høye anleggskostnader, kobberets høye smeltepunkt og den 'diskontinuerlige arbeidsmåte medfører meget høye kostnader regnet pr. tonn utvunnet sink. Prosessen ble ikke realisert industrielt, selv om reoksydasjon av den blandede sink-damp ved den foreslåtte 'prosess unngås riésten fullstendig. The relatively high construction costs, the copper's high melting point and the 'discontinuous working method' result in very high costs calculated per tonnes of mined zinc. The process was not realized industrially, although reoxidation of the mixed zinc vapor in the proposed process is almost completely avoided.

En analog anvendelse av deri foreslåtte prosess for utvinning av eksempelvis alkali- eller jordalkali-metaller er hittil ikke blitt foreslått. An analogous application of the process proposed therein for the extraction of, for example, alkali or alkaline earth metals has so far not been proposed.

Tilbake står for mange metallers vedkommende den ut-vei å'benytte smelteelektrolytisk utvinning. Ulempene ved denne fremgangsmåte, som i våre dager er nesten enerådende ved indu-striell fremstilling av natrium, kalium og magnesium, For many metals, the solution is to use smelting electrolytic extraction. The disadvantages of this method, which nowadays is almost exclusive in the industrial production of sodium, potassium and magnesium,

ligger først og fremst i det dårlige rom-tid-utbytte, lies primarily in the poor space-time yield,

de kostbare elektriske anlegg og forbruket av store mengder elektrisk energi. the expensive electrical installations and the consumption of large amounts of electrical energy.

Til grunn for oppfinnelsen ligger således den oppgave The invention is thus based on that task

å tilveiebringe en fremgangsmåte til separering av en gassformig blanding (som dannes ved reduksjon av en forbindelse, og som inneholder damp av elementært metall) ved at to provide a method for separating a gaseous mixture (which is formed by the reduction of a compound, and which contains vapor of an elemental metal) by

blandingen bringes i kontakt med et absorpsjonsmidde1 (metaller the mixture is brought into contact with an absorption medium1 (metals

i flytende form), hvor de ovenfor beskrevne ulemper unngås, hvilken fremgangsmåte kan utføres på en enkel og økonomisk tilfredsstillende måte og spesielt gjør det mulig å spare elektrisk energi. in liquid form), where the disadvantages described above are avoided, which method can be carried out in a simple and economically satisfactory manner and in particular makes it possible to save electrical energy.

Denne oppgave løses i henhold til oppfinnelsen ved at den gassformige likevektsblanding bringes i kontakt med et absorps jonsmiddel i form av en metallsmelte som er i stand til å absorbere metall-dampen, under termodynamiske betingelser ved hvilke absorpsjonsmidlet absorberer metall-dampen direkte fra gassfasen. Det vises til krav 1 hvor fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er angitt. This task is solved according to the invention by bringing the gaseous equilibrium mixture into contact with an absorption agent in the form of a metal melt which is able to absorb the metal vapor, under thermodynamic conditions in which the absorption agent absorbs the metal vapor directly from the gas phase. Reference is made to claim 1 where the method according to the invention is stated.

Det ble nemlig funnet at dampen av elementært metall for en stor del eller fullstendig - alt etter hvordan Namely, it was found that the vapor of elemental metal for a large part or completely - depending on how

man går fram i praksis -> absorberes i absorps jonsmidlet (metaller one proceeds in practice -> absorbed in the absorption agent (metals

i flytende form), derimot ikke de øvrige gassformige bestanddeler. in liquid form), but not the other gaseous components.

Som følge herav må metalldampen i den gassformige blanding ved utførelsen av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen forbli gassformig på veien til absorpsjonsmidlet og under absorpsjonen. I regelen vil en gassformig blanding ved den foreliggende fremgangsmåte komme til absorpsjon i den termodynamiske tilstand som har innstilt seg under dannelsen. Ved eventuelle endringer i temperatur eller trykk må de termodynamiske betingelser tas i betraktning, idet trykket og/é Iler temperaturen eller den gassformige blandings sammensetning endres på en slik måte at gassfasen beholdes. De nødvendige kvantitative temperatur-trykk-forhold kan med de for tiden kjente midler beregnes termodynamisk eller bestemmes eksperimentelt for enhver reversibel likevekt og gassformig blanding- As a result, the metal vapor in the gaseous mixture must remain gaseous on the way to the absorbent and during the absorption when carrying out the method according to the invention. As a rule, a gaseous mixture will be absorbed by the present method in the thermodynamic state that has set in during its formation. In case of any changes in temperature or pressure, the thermodynamic conditions must be taken into account, as the pressure and/or the temperature or the composition of the gaseous mixture is changed in such a way that the gas phase is retained. The necessary quantitative temperature-pressure relations can be calculated thermodynamically with the currently known means or determined experimentally for any reversible equilibrium and gaseous mixture.

I motsetning til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kondenseres ved de kjente bråkjølingsprosesser den sterkt opphetede metalldamp som skal fraskilles, ved eller i nærheten av overflaten av det vesentlig mindre sterkt opphetede metall (f.eks. i bobler eller ved dråper) med hvilket den gassformige blanding bringes i kontakt, hvorved flytende eller fast metall erholdes. Ved disse fremgangsmåter er absorpsjonen av den metalldamp som skal fraskilles fra gassfasen, direkte inn i metallet umulig etter naturlovene, da metalldampen som følge av kjølingen langt under det gassformige metallets kokepunkt eller under smeltepunktet alltid først må overgå til flytende eller fast fase før den ville kunne absorberes i metallet, rent bortsett fra rekombinasjonen av i det minste en del av metall-dampen til den opprinnelige forbindelse. In contrast to the method according to the invention, in the known quenching processes, the strongly heated metal vapor that is to be separated is condensed at or near the surface of the significantly less strongly heated metal (e.g. in bubbles or by drops) with which the gaseous mixture is brought into contact, whereby liquid or solid metal is obtained. With these methods, the absorption of the metal vapor that is to be separated from the gas phase directly into the metal is impossible according to the laws of nature, as the metal vapor, as a result of the cooling far below the boiling point of the gaseous metal or below the melting point, must always first change to a liquid or solid phase before it could is absorbed into the metal, apart from the recombination of at least part of the metal vapor into the original compound.

Det smeltede absorpsjonsmiddel som anvendes i henhold til oppfinnelsen, skal ha størst mulig "absorpsjonsevne" (legerings-affinitet, kjemisk affinitet) for det metall som skal absorberes, videre skal det ha lavest mulig damptrykk ved de anvendte drifts-temperaturer, videre skal det The molten absorbent used according to the invention must have the greatest possible "absorption capacity" (alloy affinity, chemical affinity) for the metal to be absorbed, it must also have the lowest possible vapor pressure at the operating temperatures used, it must also

av tekniske grunner ha et lavest mulig smeltepunkt, og enn videre skal det - når det dessuten anvendes for transport av varme for endoterme reduks jonsrea.ks joner T.;ha en størst mulig varmekapa- for technical reasons have the lowest possible melting point, and furthermore it must - when it is also used for the transport of heat for endothermic reduction ion reactions T.; have the greatest possible heat capacity

sitet og/eller fordampningsentalpi, og endelig skal det av økonomiske grunner kunne anskaffes til lavest mulig pris. Det følger herav at det i mange tilfelle blir■påkrevet å kombinere flere metaller under hensyntagen til deres kjemiske, fysikalske og termodynamiske egenskaper, såvel som pris. site and/or enthalpy of evaporation, and finally, for economic reasons, it must be possible to acquire it at the lowest possible price. It follows from this that in many cases it becomes ■required to combine several metals taking into account their chemical, physical and thermodynamic properties, as well as price.

I det følgende kalles de-metaller, herunder også sprø metaller .(tidligere kalt halvmetallér) og alle mulige blandinger, løsninger, legeringer og forbindelser derav som anvendes ifølge oppfinnelsen til-absorpsjon av metalldamper,'forenklet "absorp-sjonsmidler": Absorpsjonsmidlet anvendes i flytende tilstand. In the following, de-metals, including also brittle metals (formerly called semi-metals) and all possible mixtures, solutions, alloys and compounds thereof which are used according to the invention for the absorption of metal vapors, are simply called "absorption agents": The absorption agent is used in liquid state.

Ved separasjon av en metalldamp fra en allerede frem- When separating a metal vapor from an already produced

stilt gassformig blanding ved hjelp av et absorpsjonsmiddel i motstrøm blir andelen av metalldamp i 'deri gassformige" blanding redusert. Som følge herav nedsettes tendensen til returdanriélse av forbindelsen, slik at temperaturen kan tillates å avta under forløpet av absorpsjonen eller langs absorpsjonsveien, uten at forbindelsen returdannes. Det' er derfor ikke ubetinget påkrevet at den samlede separasjon av den gassformige blanding stadig utføres ved reduksjonstempératur. Enhver returdannelse av forbindelsen i den gassformige blanding vil imidlertid med sikker- placed gaseous mixture by means of an absorption agent in countercurrent, the proportion of metal vapor in the "thereby gaseous" mixture is reduced. As a result, the tendency for the compound to return to normal is reduced, so that the temperature can be allowed to decrease during the course of the absorption or along the absorption path, without the compound return is formed. It is therefore not absolutely required that the overall separation of the gaseous mixture is constantly carried out at a reducing temperature. However, any return formation of the compound in the gaseous mixture will certainly

het unngås nar temperaturen av absorpsjonsmidlet når dette bringes i kontakt med den gassformige likevektsblanding, er minst så høy som temperaturen av den gassformige likevektsblanding ved dennes dannelse. heat is avoided when the temperature of the absorbent when it is brought into contact with the gaseous equilibrium mixture is at least as high as the temperature of the gaseous equilibrium mixture at its formation.

For å oppvarme absorpsjonsmidlet før det anvendes for separasjonen kan man tilføre varme på kjent måte enten indirekte, dvs. gjennom en beholdervegg, ved hjelp av røk- og flammegasser fra brennere, ved stråling fra elektriske motstandselementer, To heat the absorbent before it is used for the separation, heat can be supplied in a known manner either indirectly, i.e. through a container wall, by means of smoke and flame gases from burners, by radiation from electrical resistance elements,

ved induksjonsoppvarmning, eller ved direkte elektrisk motstands-oppvarmning eller på annen måte. by induction heating, or by direct electrical resistance heating or otherwise.

Av hensyn til varraetilførselen og apparatkostnadene er det særlig fordelaktig i henhold til oppfinnelsen at absorpsjonsmidlet før separasjonen oppvarmes med røk- og flammegasser ved direkte kontakt, idet brennstoff/luft- eller 02-forholdet ved forbrenningen innstilles slik at absorpsjonsmidlet ikke kan oksyderes,, eller at det til røk- og flammegassene tilblandes den nødvendige andel av reduserende gass. In view of the supply of raw materials and the costs of the apparatus, it is particularly advantageous according to the invention that the absorbent before separation is heated with flue and flame gases by direct contact, the fuel/air or 02 ratio during combustion being adjusted so that the absorbent cannot be oxidized, or that the required proportion of reducing gas is mixed with the smoke and flame gases.

Vil man utvinne det absorberte metall fra den gassformige blanding, så fjerner man det fra absorpsjonsmidlet på kjent måte, fortrinnsvis ved desorpsjon ved hjelp av trykknéd-settelse og/eller temperaturforhøyelse eller rektifikasjon, og kjøler den resulterende metalldamp, slik at man etter ønske er-holder flytende eller fast metall. If you want to recover the absorbed metal from the gaseous mixture, then you remove it from the absorbent in a known manner, preferably by desorption using pressure reduction and/or temperature increase or rectification, and cool the resulting metal vapor, so that if desired, holds liquid or solid metal.

De fleste avgasser fra reduksjonsomsetninger inneholder store mengder CO og H2. Som følge derav blir det i henhold til oppfinnelsen oppnådd forbedret økonomi for prosessen ved at man etter separasjonen anvender i det minste en del av den ikke-absorberte avgass som brennstoff for oppvarmning av absorpsjonsmidlet. Most exhaust gases from reduction processes contain large amounts of CO and H2. As a result, according to the invention, improved economy is achieved for the process by using, after separation, at least part of the non-absorbed exhaust gas as fuel for heating the absorbent.

Ved diskontinuerlig (satsvis) utførelse av fremgang-måten fører de gasser som forlater absorpsjonsmidlet, en liten del av det absorberte metall med seg i dampform. Dette kan i henhold til oppfinnelsen unngås ved at den gassformige blanding under sin dannelse ved reduksjonen og/eller reduksjonen bringes i kontakt med absorpsjonsmidlet i motstrøm. Det friske absorpsjonsmiddel absorberer herunder de siste spor av metalldamper, anrikes langs absorpsjonsveien på metall fra den gassformige blanding og forlater apparaturen mettet med det absorberte metall. In discontinuous (batch) execution of the process, the gases leaving the absorbent carry a small part of the absorbed metal with them in vapor form. According to the invention, this can be avoided by the gaseous mixture during its formation during the reduction and/or the reduction being brought into contact with the absorbent in countercurrent. The fresh absorbent absorbs the last traces of metal vapor, is enriched along the absorption path with metal from the gaseous mixture and leaves the apparatus saturated with the absorbed metal.

Spesielt fordelaktig er det i henhold til oppfinnelsen It is particularly advantageous according to the invention

å kombinere motstrøm og sirkulasjonsprosess. Den gassformige blanding blir under sin dannelse ved reduksjonen og/eller etter reduksjonen kontinuerlig brakt i motstrømskontakt med absorpsjonsmidlet; absorpsjonsmidlet blir desorbert kontinuerlig for metall, eventuelt også kontinuerlig oppvarmet direkte eller indirekte imotstrøm og kontinuerlig igjen anvendt for absorpsjon. to combine counterflow and circulation process. During its formation during the reduction and/or after the reduction, the gaseous mixture is continuously brought into countercurrent contact with the absorbent; the absorbent is continuously desorbed for metal, possibly also continuously heated directly or indirectly countercurrently and continuously used again for absorption.

Ved endoterme reduksjonsomsetninger kjøles som kjent reaktantene og eventuelt også absorpsjonsmidlet når systemet ikke får varmé tilført. Varme kan tilføres på kjent måte, f.eks. ved elektrisk oppvarmning eller ved bruk av brennstoffer. For å forenkle apparaturen og unngå materialproblemer går man i følge oppfinnelsen fortrinnsvis fram på den måte at man bringer den gassformige blanding under dennes dannelse ved' reduksjon i kontakt med absorpsjonsmidlet med et varmeinnhold som iallfall delvis tjener til å opprettholde reduksjonstemperaturen. In endothermic reduction reactions, as is known, the reactants and possibly also the absorbent are cooled when the system is not supplied with heat. Heat can be supplied in a known manner, e.g. by electric heating or by using fuels. In order to simplify the apparatus and avoid material problems, the invention preferably proceeds in such a way that the gaseous mixture during its formation by reduction is brought into contact with the absorbent with a heat content which at least partly serves to maintain the reduction temperature.

Herved kommer man i følge oppfinnelsen til og med ut med en mindre mengde absorpsjonsmiddel når dettes fordampningsvarme utnyttes. Det er derfor et ytterligere trekk ved oppfinnelsen at man bringer den gassformige blanding under dennes dannelse ved reduksjonen i kontakt med i det minste en del av absorpsjonsmidlet i den gassformige tilstand og lar dette kondenseres. In this way, according to the invention, you even end up with a smaller amount of absorbent when its heat of evaporation is utilized. It is therefore a further feature of the invention that the gaseous mixture during its formation during the reduction is brought into contact with at least part of the absorbent in the gaseous state and allowed to condense.

De følgende utførelseseksempler vil ytterligere belyse oppfinnelsen. The following examples will further illustrate the invention.

EKSEMPEL 1 EXAMPLE 1

Ved reduksjon av Na20 med C ved 1 000°C dannes en gassformig blanding med den følgende sammensetning: When Na2O is reduced with C at 1,000°C, a gaseous mixture with the following composition is formed:

64,212 volum-% Na-damp 64.212 vol% Na vapor

35,788 volum-% CO. 35.788% CO by volume.

Reaksjonstrykket er 3,5 atmosfærer. Denne blanding blir etter reduksjonen brakt i motstrømskontakt med flytende bly med en temperatur på 1 030°C som absorpsjonsmiddel. Dette absorberer natriumdampen, mens rent CO unnviker. Det erholdes en smelte med sammensetningen The reaction pressure is 3.5 atmospheres. After the reduction, this mixture is brought into countercurrent contact with liquid lead at a temperature of 1,030°C as an absorbent. This absorbs the sodium vapor, while pure CO escapes. A melt is obtained with the composition

83 vekt-% Pb og 83 wt% Pb and

17 vekt-% Na, 17 wt% Na,

som desorberes i en rektifikasjonskolonne ved 1 050°C og et trykk-på 0,1 atmosfære (76 Torr). Natriumdampen fra kolonnen kondenseres, og blysmelten inneholdende en liten natriumrest anvendes igjen som absorpsjonsmiddel for separasjon av natriumdampen fra which is desorbed in a rectification column at 1,050°C and a pressure of 0.1 atmosphere (76 Torr). The sodium vapor from the column is condensed, and the lead melt containing a small sodium residue is again used as an absorbent for separating the sodium vapor from

CO. CO.

EKSEMPEL 2 EXAMPLE 2

50 t/time brent magnesitt reduseres i en kontinuerlig prosess med 33 000 Nm^/time jordgass (85 volum-% CH^ og 15 volum-% N2) i et tårn bestående av flere kammere ved 1 650°C. 50 t/hour of burnt magnesite is reduced in a continuous process with 33,000 Nm^/hour of natural gas (85 volume-% CH^ and 15 volume-% N2) in a tower consisting of several chambers at 1,650°C.

Idet blandingen av magnesitt-støv og spaltningspro-duktene av jordgassen strømmer nedenfra og oppover, oppstår en gassformig blanding av 27 630 Nm 3/time magnesiumdamp, 27 640 As the mixture of magnesite dust and the decomposition products of the natural gas flows from below upwards, a gaseous mixture of 27,630 Nm 3/hour magnesium vapour, 27,640

Nm /time karbonmonoksyd, 55 350 Nm /time hydrogen og 4 950 Nm /time nitrogen. I motstrøm - ovenfra og nedover - ledes kontinuerlig 330 m /time absorpsjonsmiddel med en temperatur på 1 840 C gjennom kammerene, hvilket består av 42,8 vekt-% bly og 57,2 vekt-% tinn. En ytterligere del absorpsjonsmiddel tilføres i form av 106 700 Nm<3>/time opphetet blydamp - fordelt på de enkelte kammere Nm/hour carbon monoxide, 55,350 Nm/hour hydrogen and 4,950 Nm/hour nitrogen. In counterflow - from above downwards - 330 m/hour of absorbent with a temperature of 1,840 C is continuously led through the chambers, which consists of 42.8% by weight lead and 57.2% by weight tin. A further portion of absorbent is supplied in the form of 106,700 Nm<3>/hour of heated lead vapor - distributed among the individual chambers

- med en temperatur på 1 840°C. - with a temperature of 1,840°C.

Reaksjonstrykket ved reduksjonen av MgO med jordgass The reaction pressure in the reduction of MgO with soil gas

er ved 1 650°C ca. 0,5 atmosfære.. Som følge av tilførselen av blydamp oppnås et driftstrykk på ca. 1 atmosfære. is at 1,650°C approx. 0.5 atmosphere. As a result of the supply of lead vapor, an operating pressure of approx. 1 atmosphere.

Blydampen og Pb-Sn-smelten får kjølne til reduksjonstemperaturen, hvorved blydampen kondenseres til flytende bly. Blydampens fordampningsvarme og den følbare varme av blydamp og Pb-Sn-smelte dekker varmebehovet ved reduksjonen, hvor den The lead vapor and the Pb-Sn melt are allowed to cool to the reduction temperature, whereby the lead vapor is condensed into liquid lead. The vaporization heat of the lead vapor and the sensible heat of lead vapor and Pb-Sn melt cover the heat demand during the reduction, where the

samlede Pb-Sn-smelte absorberer magnesiumdampen umiddelbart fra den gassformige blanding mens den dannes; CO, 0<3 N2 f°rlater tårnet oventil. aggregate Pb-Sn melts absorb the magnesium vapor immediately from the gaseous mixture as it forms; CO, 0<3 N2 leaves the tower above.

Fra tårnets nedre ende strømmer kontinuerlig 450 m 3/time smelte, som består av 4,4 volum-% Mg,'48,5 volum%'Snog 47,1 volum-% Pb. Mens damptrykket i tårnets kammere under reduksjonen og absorpsjonen er ca.'i atmosfære, desorberes nå smeiten ved et trykk på bare 10 Torr i eri rektifikasjonskolonne, hvorunder 30 t/time magnesiumdamp unnviker kontinuerlig fra smeiten. Magnesiumdampen kjøles til 720°C, hvorved den kondenseres. From the lower end of the tower flows continuously 450 m 3 /hour of melt, which consists of 4.4 volume-% Mg,'48.5 volume-%'Snog 47.1 volume-% Pb. While the steam pressure in the tower's chambers during the reduction and absorption is approximately one atmosphere, the smelt is now desorbed at a pressure of only 10 Torr in the rectification column, during which 30 t/h of magnesium steam escapes continuously from the smelt. The magnesium vapor is cooled to 720°C, whereby it is condensed.

I smeiten blir det ved desorpsjonen tilbake en rest Desorption leaves a residue in the smelter

på ca. 0,01 vekt—% Mg, og denne rest sirkulerer i prosessen. Smeiten blir igjen kontinuerlig opphetet til 1 840°C, hvorunder 106 700 Nm 3'/time bly igjen fordamper. Blydamp og restsmelte ledes igjen inn r tårnet, som allerede beskrevet. For oppheting" av smeiten og fordampningen av blyet brennes i gassbrennere 87 940 Nm^/time (C0+H_+N ), som kontinuerlig unnviker ved separasjonen av den gassformige blanding, og dessuten 19 000 Nm 3/time jordgass, idet luft tilføres. Før forbrenningen oppvarmes luften ved hjelp av den 1 900°C hete røkgass fra gassbrenneren i en strålingsrekuperator. of approx. 0.01 wt.% Mg, and this residue circulates in the process. The smelter is again continuously heated to 1,840°C, below which 106,700 Nm 3'/hour of lead evaporates again. Lead vapor and residual melt are led back into the tower, as already described. For heating the smelting and vaporizing the lead, 87,940 Nm^/hour (C0+H_+N ) are burned in gas burners, which continuously escape during the separation of the gaseous mixture, and in addition 19,000 Nm 3/hour natural gas, as air is supplied. Before combustion, the air is heated using the 1,900°C hot flue gas from the gas burner in a radiation recuperator.

I Pb-Sn-smelten som føres i kretsløp (oppheting-absorpsjon-desorpsjon-oppheting), anrikes forurensninger som stammer fra den brente magnesitt, så som jern, aluminium, silicium, kalsium, natrium og kalium. Smeiten blir etter behov fra tid til annen avkjølt til 1 000°C og behandlet med luft, hvorved det dannes blandingsoksyder av Fe^, Al^, Si02, CaO, MgO, In the Pb-Sn melt which is cycled (heating-absorption-desorption-heating), impurities originating from the burnt magnesite, such as iron, aluminium, silicon, calcium, sodium and potassium, are enriched. As required, the smelting is cooled from time to time to 1,000°C and treated with air, whereby mixed oxides of Fe^, Al^, SiO2, CaO, MgO,

K20 og Na20. Disse flyter opp og danner en kruste på den flytende Pb-Sn-smelte og fjernes. K 2 O and Na 2 O. These float up and form a crust on the liquid Pb-Sn melt and are removed.

Selvsagt kan også en gassformig blanding dannet ved reduksjon av rent MgO med jordgass separeres i henhold til oppfinnelsen, hvorved det ytterligere oppnås den fordel at det ikke anrikes noen forurensninger i absorpsjonsmidlet, slik at den i eksempel 2 betingede rensning av absorpsjonsmidlet faller bort. Of course, a gaseous mixture formed by the reduction of pure MgO with natural gas can also be separated according to the invention, whereby the advantage is further achieved that no impurities are enriched in the absorbent, so that the conditional cleaning of the absorbent in Example 2 is omitted.

Rent MgO erholdes eksempelvis ved reduksjon av rent aluminiumklorid og påfølgende forbrenning av det dannede MgCl2 eller ved reduksjon av rent Al203 med magnesium til rent aluminium. Slike fremgangsmåter får nå en stor betydning, da oppfinnelsen gjør det mulig å fremstille verdifulle metaller, Pure MgO is obtained, for example, by reduction of pure aluminum chloride and subsequent combustion of the formed MgCl2 or by reduction of pure Al2O3 with magnesium to pure aluminium. Such methods are now gaining great importance, as the invention makes it possible to produce valuable metals,

så som Mn, Cr, Al, Ti og Zr, fra tungt reduserbare oksyder eller halogenider på en overraskende enkel og billig måte i en krets-løpsprosess, f.eks. such as Mn, Cr, Al, Ti and Zr, from hard-to-reduce oxides or halides in a surprisingly simple and cheap way in a circuit process, e.g.

1) Al203-reduksjon med Mg (til Al og MgO) 1) Al2O3 reduction with Mg (to Al and MgO)

2) MgO-reduksjon med jordgass (til Mg-damp og CO) 2) MgO reduction with soil gas (to Mg vapor and CO)

3) Mg-CO-separasjon i henhold til oppfinnelsen 3) Mg-CO separation according to the invention

1) A^O^-reduksjon med Mg. 1) A^O^ reduction with Mg.

Hvis man i henhold til eksempel 2 for endoterm reduksjon av MgO skulle tilføre den nødvendige varme på konvensjonell måte og anvende rent bly for separasjonen av den gassformige blanding (magnesiumdamp + H2 + CO + N2), måtte man anvende 1 200 m<3>/time blysmelte for absorpsjonen av 30 t/time magnesium-damp. Ved anvendelse av rent tinn måtte man tilføre bare 300 m /time tinnsmelte, da tinn ved det herskende Mg-partial-trykk kan absorbere vesentlig mer magnesium enn hva bly kan. Hvis man ville tilføre den nødvendige varme ved hjelp av en smelte av absorpsjonsmiddel, så ville det til og med være nød-vendig med 8 580 m<3>/time bly (1 730°C) eller 3 150 m<3>/time tinn (1 840°C) (kokepunktet for bly er 1 753°C) . If, according to example 2 for the endothermic reduction of MgO, the necessary heat were to be supplied in a conventional way and pure lead was to be used for the separation of the gaseous mixture (magnesium vapor + H2 + CO + N2), one would have to use 1,200 m<3>/ hour of lead smelting for the absorption of 30 t/hour of magnesium steam. When using pure tin, only 300 m/hour of tin melt had to be added, as tin at the prevailing Mg partial pressure can absorb significantly more magnesium than lead can. If one wanted to supply the necessary heat by means of a melt of absorbent, then 8,580 m<3>/hour of lead (1,730°C) or 3,150 m<3>/hour would even be necessary tin (1,840°C) (the boiling point of lead is 1,753°C) .

Hvis man imidlertid anvender - som i eksempel 2 - kondenserende blydamp som hetemiddel for MgO-reduksjonen og der-til smeltet tinn som hoved-absorbens, så dannes en Pb-Sn-smelte som absorpsjonsmiddel%; teknologisk sett er problemet med varme-tilførselen for den endoterme MgO-reduksjon dermed løst på ele-gant måte. Blir magnesiumet fjernet etter separasjonen fra smeiten og smeiten igjen opphetet til 1 840°C, så dannes på ny blydamp, hvor imidlertid en andel bly blir tilbake i smeiten i avhengighet av de herskende temperatur-, trykk- og aktivitets-forhold, hvilken andel varig eller stadig føres i kretsløpet sammen med tinn. Herav følger den optimale tilførsel 330 m 3/time Pb-Sn-smelte med 42,8 vekt-% Pb- og 57,2 vekt-% Sn som flytende absorpsjonsmiddel og 106 700 Nm 3/time kondensert blydamp som ytterligere andel absorpsjonsmiddel og varmebærer, idet en sepa-rat oppheting av reduksjonsapparaturen da faller bort. If, however, one uses - as in example 2 - condensing lead vapor as a heating agent for the MgO reduction and in addition molten tin as the main absorbent, then a Pb-Sn melt is formed as absorbent; technologically speaking, the problem of the heat supply for the endothermic MgO reduction is thus solved in an elegant way. If the magnesium is removed after separation from the smelting and the smelting is reheated to 1,840°C, then new lead vapor is formed, where, however, a proportion of lead remains in the smelting depending on the prevailing temperature, pressure and activity conditions, which proportion lasts or constantly fed into the circuit together with tin. From this follows the optimal supply of 330 m 3/hour Pb-Sn melt with 42.8 wt% Pb and 57.2 wt% Sn as liquid absorbent and 106,700 Nm 3/hour condensed lead vapor as additional absorbent and heat carrier , as a separate heating of the reduction equipment is then omitted.

I eksempel 2 ble det nevnt at reaks jonstrykkét- til den gassformige blanding Mg-damp + CO + H2 ■+ N^ er ca.-0,5 atmosfære, og at dette trykk.som følge av blydamptilførselen forhøyes til ca. 1 atmosfæres driftstrykk. Hvis man ikke ville tilblande blydamp, .og hvis man ville utføre separasjonen av den gassformige blanding ved et driftstrykk,på eksempelvis 1 atmosfære, så måtte In example 2, it was mentioned that the reaction ionic pressure of the gaseous mixture Mg steam + CO + H2 ■+ N^ is approx. 1 atmosphere operating pressure. If you did not want to mix in lead vapor, and if you wanted to carry out the separation of the gaseous mixture at an operating pressure of, for example, 1 atmosphere, then

3 3 3 3

man pr. Nm gassformig blanding tilføre 1 Nm av f.eks: hydrogen, argon eller sinkdamp. Monday per Nm gaseous mixture add 1 Nm of e.g.: hydrogen, argon or zinc vapor.

Alt etter reduksjonsreaktantenes termodynamiske egenskaper og i avhengighet av reduksjonstemperaturen innstiller det seg et reaksjonstrykk som er lavere .eller høyere enn , 1 atmosfære eller lik 1 atmosfære. Da separasjonen av gassformige blandinger i henhold til oppfinnelsen kan utføres på teknisk enklere måte når driftstrykket ikke ér vesentlig lavere enn 1 atmosfære, er det i følge oppfinnelsen fordelaktig å tilblande til den gassformige blanding under dennes dannelse ved reduksjonen og/eller etter reduksjonen et gassformig stoff som ikke altfor ugunstig påvirker metalldamp-gass-likevekten, i en slik mengde at det ønskede' driftstrykk oppnås. Depending on the thermodynamic properties of the reduction reactants and depending on the reduction temperature, a reaction pressure is established which is lower or higher than 1 atmosphere or equal to 1 atmosphere. As the separation of gaseous mixtures according to the invention can be carried out in a technically simpler way when the operating pressure is not significantly lower than 1 atmosphere, according to the invention it is advantageous to add a gaseous substance to the gaseous mixture during its formation during the reduction and/or after the reduction which does not unfavorably affect the metal vapor-gas equilibrium, in such an amount that the desired operating pressure is achieved.

For mest mulig å gjenvinne den varme som fjernes To recover the heat that is removed as much as possible

fra avgassen i kjøleren, og varmeinnholdet i røkgassene fra brenneren, hvilke oppheter absorpsjonsmidlet, samt den varme som frigjøres ved kondensasjonen av det metall som damper av ved desorpsjonen - til sammen "avvarme" blir i henhold til opp-finnelsen den luft og/eller det brennstoff som tilføres brenneren, og/eller reduksjonsmidlet og/eller den forbindelse som skal reduseres, på kjent måte (f.eks. i motstrøms-varmevekslere) oppvarmet ved hjelp av "avvarmen" før de forbrennes henholdsvis reduseres. På denne måte kan tilsetningen av ytterligere brennstoff redu-seres til et minimum, dvs. man oppnår en maksimal varme-økonomi ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. from the exhaust gas in the cooler, and the heat content of the flue gases from the burner, which heats up the absorbent, as well as the heat released by the condensation of the metal that evaporates during the desorption - together "deheat" becomes, according to the invention, the air and/or the fuel supplied to the burner, and/or the reducing agent and/or the compound to be reduced, in a known manner (e.g. in counter-flow heat exchangers) heated by means of the "deheat" before they are burned or reduced. In this way, the addition of additional fuel can be reduced to a minimum, i.e. a maximum heat economy is achieved with the method according to the invention.

Kostnadene ved fremgangsmåten i følge oppfinnelsen er overraskende lave, og behovet for elektrisk energi er minimalt, The costs of the method according to the invention are surprisingly low, and the need for electrical energy is minimal,

idet dette bare gjelder transportkostnader ved fremgangsmåten når absorpsjonsmidlet og endotermt reagerende reduksjonsblandinger ikke helt eller delvis oppvarmes ved hjelp av elektrisk energi. in that this only applies to transport costs in the method when the absorbent and endothermically reacting reduction mixtures are not fully or partially heated by means of electrical energy.

Som følge herav består en økonomisk sett viktig fordel ved oppfinnelsen i at det fraskilte metall, enten direkte som damp etter desorpsjonen eller rektifikasjonen, eller kjølt og kondensert til smelte, eller i fast form anvendes for fremgangsmåter som ,for tiden er meget kostbare, eller som på grunn av store kost- As a result, an economically important advantage of the invention is that the separated metal, either directly as vapor after desorption or rectification, or cooled and condensed to melt, or in solid form is used for methods which are currently very expensive, or which due to large costs

nader hittil ikke har funnet praktisk anvendelse. Et akutt eksempel er reduksjonen av tungt redusertbare metalloksyder eller - halogenider ved hjelp av natrium, kalium og magnesium. nader has not yet found practical application. An acute example is the reduction of hard-to-reduce metal oxides or halides using sodium, potassium and magnesium.

Claims

1. Process for separating gaseous sodium, potassium or magnesium metal from a gaseous mixture formed by the reduction of a sodium, potassium or magnesium compound, in that the gas mixture is brought into contact with an absorbent in the form of a metal or metal alloy. characterized in that the gaseous equilibrium mixture is brought into contact with an absorbent in the form of a metal melt capable of absorbing the metal vapor, under thermodynamic conditions in which the absorbent absorbs the metal vapor directly from the gas phase.

2. Method according to claim 1, characterized in that the temperature of the absorbent during the contact treatment with the gaseous equilibrium mixture is kept at least as high as the temperature of the gaseous equilibrium mixture upon its formation.

3. Method according to claims 1 and 2, characterized in that the absorbent is heated before absorption in direct contact with smoke and flame gases from burners, and that the fuel/air or fuel/O^ ratio during combustion is adjusted so that the absorbent cannot be oxidized, or that the required proportion of a reducing gas is mixed with the smoke and flame gases.

4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that, after the separation step, at least part of the non-absorbed exhaust gas is used as fuel for heating the absorbent.

5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the gaseous mixture is brought during its formation during the reduction and/or after the reduction into countercurrent contact with the absorbent.

6. Method according to one of the claims 1-4, characterized in that one brings the gaseous mixture during its formation during the reduction and/or after the reduction in continuous countercurrent contact with the absorbent, then continuously desorbs metal from the absorbent, continuously heats the absorbent and again uses it continuously for the absorption.

7. Method according to claim 6, characterized by bringing the gaseous mixture during its formation into contact with an absorbent with a heat content which at least partially serves to maintain the reduction temperature.

8. Method according to claims 6 and 7, characterized in that the gaseous mixture during its formation during the reduction is brought into contact with at least part of the absorbent in a gaseous state and allowed to condense.

9. Method according to one of the preceding claims, characterized in that to the gaseous mixture during its formation during the reduction or after the reduction, so much of a gaseous material which does not affect the metal vapor-gas equilibrium conditions is mixed that a desired operating pressure. is achieved.