SE435398B - Apparatus for production of alkali metals and earth alkali metals by reduction of their halogenides - Google Patents
Apparatus for production of alkali metals and earth alkali metals by reduction of their halogenidesInfo
- Publication number
- SE435398B SE435398B SE8305728A SE8305728A SE435398B SE 435398 B SE435398 B SE 435398B SE 8305728 A SE8305728 A SE 8305728A SE 8305728 A SE8305728 A SE 8305728A SE 435398 B SE435398 B SE 435398B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- reduction
- metal
- halide
- chamber
- vapor
- Prior art date
Links
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title claims abstract description 166
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 title abstract 4
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 title 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 93
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 92
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 16
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 10
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 54
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 41
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 26
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 claims description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 7
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 210000000941 bile Anatomy 0.000 claims description 3
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 36
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 abstract description 21
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 19
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 9
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 128
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 35
- XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M chlorogallium Chemical compound [Ga]Cl XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 20
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 13
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 12
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 12
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 10
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 9
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 8
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 8
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 8
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K gallium trichloride Chemical compound Cl[Ga](Cl)Cl UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 6
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Chemical compound [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 6
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910005267 GaCl3 Inorganic materials 0.000 description 5
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 5
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 5
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108010075348 Activated-Leukocyte Cell Adhesion Molecule Proteins 0.000 description 1
- 241000272814 Anser sp. Species 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005230 Ga2 O3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005260 GaCl2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021599 Gallium(II) chlorid Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000267722 Genidens Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000556720 Manga Species 0.000 description 1
- 229910021568 Manganese(II) bromide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical class OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003074 TiCl4 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 UJ4 Chemical compound 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007998 ZrF4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001615 alkaline earth metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- RJYMRRJVDRJMJW-UHFFFAOYSA-L dibromomanganese Chemical compound Br[Mn]Br RJYMRRJVDRJMJW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000539 dimer Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000007323 disproportionation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000010909 process residue Substances 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- WIDQNNDDTXUPAN-UHFFFAOYSA-I tungsten(v) chloride Chemical compound Cl[W](Cl)(Cl)(Cl)Cl WIDQNNDDTXUPAN-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- OMQSJNWFFJOIMO-UHFFFAOYSA-J zirconium tetrafluoride Chemical compound F[Zr](F)(F)F OMQSJNWFFJOIMO-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B26/00—Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
8305728-1 10 15 20 25 30 35 2 varigenom behovet av elektrisk energi kan undvikas, bortsett från en minimal mängd transportenergi. 8305728-1 10 15 20 25 30 35 2 whereby the need for electrical energy can be avoided, apart from a minimal amount of transport energy.
Man har nu funnit att man kan utvinna alkali- och jordalkalimetaller på ett mycket ekonomiskt och dessutom optimalt tekniskt sätt, när man utgår från deras halo- genider och som reduktions- och samtidigt lösningsmedel använder gallium, indium eller tallium, vilkas därvid bildade monohalogenider på kemisk väg lätt kan regene- reras till grundämnena.It has now been found that one can extract alkali and alkaline earth metals on a very economical and in addition optimal technical way, based on their halo- and as a reducing and at the same time solvent uses gallium, indium or thallium, which in doing so monohalides formed chemically can be easily regenerated to the elements.
I det följande beskrivs principen för förfarandet enligt uppfinningen med hjälp av exempel avseende ut- vinning av magnesium frän magnesiumklorid med gallium som reduktions- och lösningsmedel (fig 1). Härvid be- tyder enligt internationellt bruka Mg(l) ..... löst magnesium i den flytande fasen (sy ....... solid, fast (1) ....... vätskeformig, flytande (g) ....... gasformig; I halogenidreduktionsrummet I reduceras flytande rent MgCl2 med ett överskott av flytande Ga till Mg vid en temperatur av l300°K och bildat Mg löses samtidigt av överskott av Ga. ngc12(1)+2c:a(1) = Flšuwzsacng) Det bildas å enda sidan en Ga-Mg-smälta (lösning) och å andra sidan GaCl-ånga.The following describes the principle of the procedure according to the invention by means of examples relating to recovery of magnesium from magnesium chloride with gallium as reducing and dissolving agents (Fig. 1). In doing so, suggests according to international practice Mg (l) ..... dissolved magnesium in the liquid phase (sy ....... solid, fast (1) ....... liquid, liquid (g) ....... gaseous; In the halide reduction chamber I, liquid is reduced pure MgCl2 with an excess of liquid Ga to Mg at a temperature of 1300 ° K and the formed Mg is dissolved simultaneously of excess of Ga. ngc12 (1) + 2c: a (1) = Flšuwzsacng) On the one hand, a Ga-Mg melt (solution) is formed and on the other hand GaCl vapor.
Från Ga-Mg-smältan avdestilleras Mg i fraktionerings- rummet II vid en temperatur av l500°K i vakuum, konden- seras till flytande Mg vid en temperatur av 950°K och föres därefter vidare. Det ursprungligen med en pump alstrade vakuumet (0,006 bar) upprätthàlles konstant på grund av kondensationen av Mg-ångan.From the Ga-Mg melt, Mg is distilled off in fractionation. room II at a temperature of 1500 ° K in vacuo, condensate to liquid Mg at a temperature of 950 ° K and then passed on. It originally with a pump generated vacuum (0.006 bar) is maintained constant due to the condensation of the Mg vapor.
Det nästan Mg-fria Ga återföres till halogenid- I reduktionsrummet I. 1 oxidationsrummet III omsättes GaCl vid en tem- peratur av 900°K genom oxidation med luft till en rök 10 15 20 25 30 35 8305728-1 3 av Ga2O3-damm och en C12-NZ-blandning. 2GaCl(g)+l,5 O2(g)+6N2(g) = Ga203(s)+Cl2(g)+6N2(g).The almost Mg-free Ga is returned to the halide- In the reduction room I. In the oxidation chamber III, GaCl is reacted at a temperature temperature of 900 ° K by oxidation with air to a smoke 10 15 20 25 30 35 8305728-1 3 of Ga2O3 dust and a C12-NZ mixture. 2GaCl (g) + 1.5 O2 (g) + 6N2 (g) = Ga2 O3 (s) + Cl2 (g) + 6N2 (g).
Ga2O3-dammet skiljs från C12-N2-blandningen, som sönderdelas i klor och kväve, och de båda ämnena av" lägsnas från processen. I oxid-reduktionsrummet IV redu- ceras Ga203-dammet med kol vid en temperatur l100°K till Ga, varvid CO bildas.The Ga2O3 dust is separated from the C12-N2 mixture, which decomposed into chlorine and nitrogen, and the two substances of " removed from the process. In the oxide reduction chamber IV reduced the Ga 2 O 3 dust is charred with carbon at a temperature of 100 ° K to Ga, where CO is formed.
Ga2O3(s)+3C(S) = 2Ga(1)+3CO(g).Ga2O3 (s) + 3C (S) = 2Ga (1) + 3CO (g).
Det flytande Ga àterföres till reduktionsrummet I. Den med luft förbrända koloxiden levererar värme för förfarandet.The liquid Ga is returned to the reduction chamber I. The carbon monoxide burned by air supplies heat for the procedure.
Den från halogenid-reduktionsrummet I avlägsnande GaCl-ångan kan emellertid också genom tryckhöjning och/eller avkylning enligt principen för disproportio- nering av làgvärda metallföreningar reageras i dispro- portioneringsrummet V till elementärt Ga och GaCl3: 3 GaCl(g) = 2Ga(l) + GaCl3(g eller 1) Ga skiljs från GaCl3 och àterföres till haløgenid- -reduktionsrummet I. GaCl3 kan genom elektrolys sönder- delas i Ga och klor eller omsättas kemiskt i gallium och klorhaltiga produkter eller oxideras med luft eller andra syrehaltiga gaser i oxidationsrummet III till fritt klor och Ga203, som sedan reduceras med kol eller kolhaltigt material till elementärt gallium.The removal from the halide reduction chamber I However, the GaCl vapor can also be increased by pressure and / or cooling according to the principle of disproportion low value metal compounds are reacted in dispersions the portioning space V to elemental Ga and GaCl3: 3 GaCl (g) = 2Ga (1) + GaCl3 (g or 1) Ga is separated from GaCl3 and recycled to halogenated reduction space I. GaCl3 can be broken down by electrolysis. divided into Ga and chlorine or chemically converted to gallium and chlorinated products or oxidized with air or other oxygen-containing gases in the oxidation chamber III to free chlorine and Ga 2 O 3, which is then reduced with carbon or carbonaceous material to elemental gallium.
Naturligtvis kan man enligt uppfinningen även åstadkomma blandningar av alkali- och/eller jordalkali- metaller genom gemensam reduktion av de motsvarande halogeniderna, och som reduktions- och lösningsmedel kan också användas blandningar av Ga, In och Tl. Dylika blandningar har den fördelen att lösningsförmàgan för alkali- och jordalkalimetallerna ökas. 10 15 20 25 30 35 8305728-1 4 För enkelhets skull kallas i det följande alkali- och jordalkalimetaller samt deras blandningar för "metall" och Ga, In och Tl samt deras blandningar kallas "reduk- tionsmetall".Of course, according to the invention, one can also produce mixtures of alkali and / or alkaline earth metals by joint reduction of the corresponding the halides, and as reducing agents and solvents mixtures of Ga, In and Tl can also be used. Such mixtures have the advantage of solubility the alkali and alkaline earth metals are increased. 10 15 20 25 30 35 8305728-1 4 For the sake of simplicity, hereinafter referred to as alkali and alkaline earth metals and their mixtures for "metal" and Ga, In and Tl and their mixtures are called "reducing metal ".
Förfarandet-enligt uppfinningen kännetecknas därav, att ' a) minst en halogenid bringas till reaktion med gal- lium, indium, tallium eller blandningar därav som reduk- tionsmetall i ett reduktionsrum vid temperaturer under reduktionsmetallens kokpunkt och vid ett ångtryck i reduktionsrummet som är mindre än eller på sin höjd lika med reaktionstrycket, under bildning av elementar metall och monohalogenid av reduktionsmetallen, och att reduktionsmetallmängden avpassas så, att den räcker för reduktion av halogeniden och även för att lösa åt- minstone en del av den bildade metallmängden,' b) den vid reduktionen alstrade ångan avskiljes från metall-reduktionsmetal1-smältan och avlägsnas från reduktionsrummet, och att c) metallen avdestilleras från metall-reduktions- metall-smältan i ett fraktioneringsrum, uttages från processen och kondenseras till flytande eller fast metall. l ' I Härvid förbättras den kemiska omsättningen i halogenid-reduktionsrummet därigenom att halogeniden och den till följd av begynnande reduktion bildade ångan leds i motström till reduktionsmetallen.The method according to the invention is characterized by att ' a) at least one halide is reacted with bile lithium, indium, thallium or mixtures thereof as reducing metal in a reduction chamber at temperatures below the boiling point of the reduction metal and at a vapor pressure in the reduction space which is less than or at most equal to the reaction pressure, forming elements metal and monohalide of the reducing metal, and that the amount of reduction metal is adjusted so that it is sufficient for the reduction of the halide and also for the dissolution of at least part of the amount of metal formed, ' b) the steam generated by the reduction is separated from the metal-reducing metal1 melt and is removed from the reduction room, and that c) the metal is distilled off from the metal-reducing the metal melt in a fractionation chamber, taken from process and condensed to liquid or solid metal. l 'I This improves the chemical turnover in the halide reduction space by adding the halide and the vapor formed as a result of incipient reduction conducted in countercurrent to the reduction metal.
Den i fraktioneringsrummet avdestillerade metall- ångan kan i överensstämmelse med den avsedda använd- ningen av metallen genom kylning i en med fraktionerings- rummet förbunden kondensator kondenseras till flytande eller fast metall och därvid kan man utnyttja det låga ângtrycket hos den kondenserade metallen för att möjlig- göra avdestillering av metallångan i fraktionerings- rummet för erhållande av ett lågt tryck utan energiför- brukning.The metal distilled in the fractionation chamber the steam can, in accordance with the intended use the metal by cooling in a fractionation room the room connected capacitor is condensed to liquid or solid metal and you can use the low the vapor pressure of the condensed metal to enable distill off the metal vapor in the fractionation room for obtaining a low pressure without energy consumption use.
Eftersom den vid reduktionen avgående reduktione- metallmonohalogeniden kan medföra en del av den bildade 10 15 20 25 30 35 8305728-1 5 metallen i form av metallànga, kyles i enlighet med uppfinningen först ångan som lämnar halogenid-reduktions- rummet i sådan omfattning att 1 ångan befintlig gas- formig metall och en ekvivalent andel reduktionsmetall- -monohalogenid på grund av omvändning av reduktions- reaktionen àterbildas till den ursprungliga fasta eller flytande metallhalogeniden och den flytande elementära reduktionsmetallen och resten av reduktionsmetall-mono- halogeniden förblir gasformig. Så t ex sker vid avkyl- ning från en reduktionstemperatur av l400°K till 500°K (reaktionstryck 0,14 bar) följande reaktion: Mg(g)+2GaCl(9) = MgCl2(s)+2Ga(l).Since the reduction resulting from the reduction the metal monohalide may carry part of the formed 10 15 20 25 30 35 8305728-1 5 the metal in the form of metal vapor, is cooled in accordance with the invention first discloses the steam leaving the halide reduction the room to such an extent that 1 steam existing gas shaped metal and an equivalent proportion of reduction metal monohalide due to reversal of reduction the reaction is reconstituted to the original solid or the liquid metal halide and the liquid elemental the reduction metal and the rest of the reduction metal mono- the halide remains gaseous. This is the case, for example, with cooling from a reduction temperature of 140 ° K to 500 ° K (reaction pressure 0.14 bar) the following reaction: Mg (g) + 2GaCl (9) = MgCl2 (s) + 2Ga (1).
(Härvid måste påpekas att ren GaCl-ånga inte existerar teoretiskt. I jämvikt med denna finns dessutom GaCl2, GaCl3 och de dimera Ga2Cl2, Ga2Cl4. Eftersom GaCl över- väger vid låga tryck långt under l bar - även vid en temperatur av 400°K - betecknas för enkelhets skull hela den omättade blandningen som "monoklorid", allmänt som "monohalogenid“. Detta gäller analogt också för de omättade halogenidblandningarna av In och Tl. De vid avkylning av dylika omättade halogenidblandningar bildade mängderna av elementär reduktionsmetall är vid små tryck motsvarande små och till följd härav försum- mas de. Vill man däremot erhålla en större andel av elementär reduktionsmetall genom disproportionering av monohalogenid, så måste man förutom sänkning av tem- peraturen höja trycket).(It must be pointed out here that pure GaCl vapor does not exist theoretically. In equilibrium with this is also GaCl2, GaCl3 and the dimers Ga2Cl2, Ga2Cl4. Since GaCl weighs at low pressures well below 1 bar - even at a temperature of 400 ° K - designated for simplicity the whole unsaturated mixture as "monochloride", generally as "monohalide". This also applies analogously to the unsaturated halide mixtures of In and T1. The upon cooling such unsaturated halide mixtures formed amounts of elemental reduction metal are at small pressures corresponding to small and as a result more than. If, on the other hand, you want to receive a larger share of elemental reduction metal by disproportionation of monohalide, in addition to lowering the temperature temperature increase the pressure).
Den flytande eller fasta metallhalogeniden och den flytande reduktionsmetallen skiljs från kvarvarande gasformig reduktionsmetal1-monohalogenid och âterföres till halogenid-reduktionsrummet. Den gasformiga reduk- tionsmetall-monohalogeniden bringas genom kylning till flytande eller fast tillstånd och avlägsnas från pro- cessen.En ekvivalent mängd färsk elementär reduktions- metall måste inledas i reduktionszonen om man vill ar- beta kontinuerligt. Förfarandet enligt uppfinningen är 8305728-1 10 20 30 35 6 emellertid ekonomiskt fördelaktigt om man kyler ångan som lämnar reduktionsrummet och efter avskiljning av kondenserad reduktionsmetall och utgångshalogenid oxi- derar den i gasform kvarvarande reduktionsmetall-monohalo- geniden med syre eller syrehaltig gås till halogen och fast reduktionsmetalloxid, avskiljer reduktionsmetall- oxiden och reducerar den med kol eller kolhaltigt mate- rial till reduktionsmetall och âterför denna på nytt till reduktionsrummet för reduktion av halogenid.The liquid or solid metal halide and the liquid reducing metal is separated from the remaining gaseous reduction metal1 monohalide and recycled to the halide reduction chamber. The gaseous reduction the ionic metal monohalide is added by cooling liquid or solid state and removed from the An equivalent amount of fresh elemental reduction metal must be started in the reduction zone if you want to beta continuously. The method of the invention is 8305728-1 10 20 30 35 6 however, economically advantageous if one cools the steam leaving the reduction room and after separation of condensed reduction metal and starting halide oxidized the gaseous reduction metal monohalo- geniden with oxygen or oxygen-containing goose to halogen and solid reduction metal oxide, separates the reduction metal oxide and reduces it with carbon or carbonaceous material. rial to reduction metal and return it again to the reduction chamber for halide reduction.
' Vid reduktionen av metallhalogeniden inställes ett reaktionstryck i halogenid-reduktionsrummet. Om trycket hos den från halogenid-reduktionsrummet utström- mande ångan höjes (t ex genom strömningsmotstånd i appara- turen) avstannar reduktionsreaktionen av naturliga skäl.When the metal halide is reduced, it is set a reaction pressure in the halide reduction chamber. If the pressure of the effluent from the halide reduction chamber the vapor is raised (eg by flow resistance in the turn) stops the reduction reaction for natural reasons.
Till följd härav är det vid genomförande av förfarandet erforderligt att sörja för att ångtrycket i halogenid- -reduktionsrummet är lägre än eller på sin höjd lika med reaktionstrycket. Det kan lätt beräknas termodyna- miskt från kända data och även utrönas experimentellt.As a result, it is in the implementation of the procedure it is necessary to ensure that the vapor pressure in the halide the reduction space is lower than or at most equal with the reaction pressure. It can be easily calculated thermodynamically. from known data and also experimentally ascertained.
Det erforderliga ångtrycket i halogenid-reduktionsrummet kan åstadkommas genom att avsuga och pressa vidare ångan medelst fläktar, pumpar och andra transportanordningar.The required vapor pressure in the halide reduction chamber can be achieved by sucking and further pressing the steam by means of fans, pumps and other transport devices.
Eftersom driften av dylika anordningar förorsakar energikostnader, utnyttjas det kända faktum, att ång- trycket hos kondenserade ämnen är mindre ju lägre deras temperatur är. Ångtrycken hos fasta och flytande haloge- nider är kända, men de kan också lätt bestämmas experi- mentellt. ' Enligt uppfinningen kyles och kondenseras den avlägs- nande gasformiga reduktionsmetall-monohalogeniden i kondensatorer, som är förbundna med reduktionsrummet, så att ångtrycket hos det flytande eller fasta konden- satet högst är lika med det reaktionstryck som inställer sig reduktionsrummet.Because the operation of such devices causes energy costs, the known fact that steam the pressure of condensed substances is less the lower their temperature is. The vapor pressures of solid and liquid halogens are known, but they can also be easily determined experimentally. mentally. ' According to the invention, it is cooled and condensed. gaseous reduction metal monohalide in capacitors, which are connected to the reduction chamber, so that the vapor pressure of the liquid or solid condensate the rate at most is equal to the reaction pressure set the reduction room.
Vid reduktionen av reduktionsmetalloxiden kan för- oreningar från fasta kolhaltiga ämnen hamna i reduktions- metallen. Därför förflyktigas alla ämnen utom kol i form av halogenider från de för reduktionen använda, "“ gfg asosvzs-1 Ü; s 7 fasta, kolhaltiga ämnena, såsom petroleumkoks, sten- kolskoks, brunkolkoks och torvkoks eller träkol i förväg på känt sätt, t ex genom behandling med halogener, halo- genväten och koltetraklorid vid temperaturer över l000°K. 5 Om man använder rent kol eller ren jordgas för reduktionen av reduktionsmetalloxiden, så erhåller man förutom den flytande elementära reduktionsmetallen gaser med högt värmevärde, som är rika på kolmonoxid respek- tive kolmonoxid och väte. 10 Eftersom reduktionen av metallhalogeniden, avdestil- leringen av metallen från den därvid bildade lösningen och reduktionen av reduktionsmetalloxiden förbrukar värme och å andra sidan värme frigöres vid kondensa- tionen av ångan från metallhalogenidreduktionen, vid 15 kondensationen och oxidationen av reduktionsmetallhalo- geniden och vid kondensationen av den från metall-reduk- tionsmetallösningen avdestillerade metallångan och den vid oxid-reduktionen bildade gasen (CO, H2) har ett högt värmevärde, är det för en förbättring av ekonomin 20 hos förfarandet enligt uppfinningen av stor betydelse att man utnyttjar det vid kondensationen av ångan från metallhalogenidreduktionen, det vid kondensationen och oxidationen av reduktionsmetallhalogeniden, det vid kondensationen av den fràn lösningen avdestillerade 25 metallångan och det genom förbränning av gasen från oxid-redaktionen frigjorda värmet åtminstone delvis för täckning av värmebehovet vid reduktionen av metall- halogeniden, avdestilleringen av metallen från den där- vid bildade lösningen och reduktionen av reduktions- 30 metalloxiden.In the reduction of the reduction metal oxide, impurities from carbonaceous solids end up in reduction metals. Therefore, all substances except carbon are volatilized in in the form of halides from those used for the reduction, "" Gfg asosvzs-1 Ü; s 7 solids, such as petroleum coke, rock charcoal, lignite and peat or charcoal in advance in a known manner, for example by treatment with halogens, halogenated hydrogen and carbon tetrachloride at temperatures above 1000 ° K. 5 If you use clean coal or clean natural gas for the reduction of the reduction metal oxide, then one obtains in addition to the liquid elemental reducing metal gases with a high calorific value, which are rich in carbon monoxide or carbon monoxide and hydrogen. Since the reduction of the metal halide, the distillation the formation of the metal from the solution thus formed and the reduction of the reduction metal oxide consumes heat and on the other hand heat is released during condensation the steam from the metal halide reduction, at The condensation and oxidation of the reduction metal halide and in the condensation of it from metal-reducing the metal solution distilled off the metal vapor and it the gas (CO, H2) formed during the oxide reduction has a high calorific value, it is for the improvement of the economy Of the method according to the invention of great importance that it is used in the condensation of the steam from the metal halide reduction, that of the condensation and the oxidation of the reduction metal halide, that at the condensation of it from the solution distilled off The metal vapor and that by burning the gas from the oxide editorial team released the heat at least partially to cover the heat demand in the reduction of metal the halide, the distillation of the metal from the in the solution formed and the reduction of the reduction The metal oxide.
Ett ekonomiskt och tekniskt optimalt förfaringssätt enligt uppfinningen är kontinuerligt genomförande av reduktionen av metallhalogeniden och samtidig lösning av den bildade metallen i halogenid-reduktionsrummet 35 i motström i en sådan mängd reduktionsmetall, som är tillräcklig för reduktion av metallhalogeniden och lösning av all den bildade metallen, varigenom i halo- -10 15 20 25 30 35 8305728-1 8 genid-reduktionsrummet metallnalogeniden och till följd av be9Yhnande reduktion bildad ånga bringas i beröring i motström först med flytande reduktionsmetall från fraktioneringsrummet och därefter med flytande reduk- tionsmetall från oxid-reduktionsrummet, varvid metallen' - kontinuerligt avdestilleras i fraktioneringsrummet från den från halogenid-reduktionsrummet kontinuerligt av- lägsnande metall-reduktionsmetallösningen; kondenseras till flytande eller fast metall och avlägsnas från proces- sen, varjämte den nästan metallfria flytande reduktions- metallen kontinuerligt åter inledes i halogenidreduktions- rummet från fraktioneringsrummet, varvid den gasformiga reduktionsmetallhalcgeniden, som lämnar halogenidreduk- tionsrummet, kontinuerligt kyles, avskiljes i fast eller flytande form och i oxidationsrummet kontinuerligt om- sättes med luft till rök av fast reduktionsmetalloxid och gasformig halogenid-kväveblandning, varjämte reduk- tionsmetalloxiden kontinuerligt skiljs från halogen- -kväveblandningen, halogenet skiljs från kvävet och dessa avlägsnas från processen, reduktionsmetalloxiden omsättes kontinuerligt i oxidreduktionsrummet med rent kol till flytande elementär reduktionsmetall och kolmon- oxid, den flytande reduktionsmetallen skiljs från kol- monoxid och inleds åter kontinuerligt i halogenid-reduk- tionsrummet och det vid kondensationen av den avdestil- lerade metallàngan, det vid kondensationen och oxida- tionen av reduktionsmetallhalogeniden och det genom kontinuerlig förbränning av kolmonoxiden frigjorda vär- met används för att åtminstone delvis täcka förfarandets värmebehov. I Motströmsbehandlingen i halogenid-reduktionsrummet kan genomföras medelst sprutning, genom nedåtstrilning över förskjutna rörknippen samt andra förfaringstekniska åtgärder.An economically and technically optimal procedure according to the invention is the continuous implementation of the reduction of the metal halide and simultaneous solution of the metal formed in the halide reduction chamber In countercurrent in such an amount of reduction metal as is sufficient to reduce the metal halide and solution of all the metal formed, whereby in halo- -10 15 20 25 30 35 8305728-1 8 genid-reduction space the metal nalogenide and consequently vapor formed by beneficial reduction is brought into contact in countercurrent first with liquid reduction metal from fractionation chamber and then with liquid reduction metal from the oxide reduction chamber, the metal continuously distilled in the fractionation chamber from from the halide reduction chamber continuously removing the metal-reducing metal solution; condensed to liquid or solid metal and removed from the process and the almost metal-free liquid reducing agent. the metal is continuously re-introduced into the halide reduction the space from the fractionation chamber, the gaseous the reduction metal halide, which leaves the halide reduction the room, continuously cooled, separated in solid or liquid form and in the oxidation chamber continuously is added with air to smoke of solid reduction metal oxide and gaseous halide-nitrogen mixture, and reducing the metal oxide is continuously separated from the halogenated metal. the nitrogen mixture, the halogen is separated from the nitrogen and these are removed from the process, the reduction metal oxide is continuously reacted in the oxide reduction chamber with pure carbon to liquid elemental reducing metal and carbon monoxide oxide, the liquid reduction metal is separated from the carbon monoxide and is restarted continuously in halide reduction the condensing room and that during the condensation of the the metal vapor, the condensation and the oxidation the reduction metal halide and that by continuous combustion of carbon monoxide liberated is used to at least partially cover the procedure heat demand. IN The countercurrent treatment in the halide reduction chamber can be carried out by spraying, by downward spraying over offset bundles of pipes as well as other procedural techniques measures.
Den enligt sättet för uppfinningen utvunna gasfor- miga metallen kan exempelvis kylas, kondenseras och 'gjutas i flytande form i kylda kokiller. Man kan emeller- 10 15 20 30 35 8305728-1 9 tid även reagera den till hydroxider, karbonater, väte- sulfiter, fosfater och andra föreningar. Man erhåller överraskande hög ekonomi vid användning av metallen i gasformigt, flytande eller fast tillstånd för reduk- tion av metallhalogenider (t ex TiCl4, MnBr2, ZrF4, UJ4, WCl5 och AlCl3) till metaller (t ex Ti, Mn, Zr, U, W och Al), varigenom regenerering av den därvid bildade alkali- och jordalkalimetallhalogeniden till elementär alkali- och jordalkalimetall enligt uppfin- ningen och dess återanvändning sker i ett kretslopp.The gas form obtained according to the method of the invention The metal can, for example, be cooled, condensed and 'poured in liquid form into chilled molds. One can, however- 10 15 20 30 35 8305728-1 9 time it also reacts to hydroxides, carbonates, hydrogen sulfites, phosphates and other compounds. You receive surprisingly high economy when using the metal in gaseous, liquid or solid state for reduction metal halides (eg TiCl4, MnBr2, ZrF4, UJ4, WCl5 and AlCl3) to metals (eg Ti, Mn, Zr, U, W and Al), thereby regenerating it thereby formed the alkali and alkaline earth metal halide to elemental alkali and alkaline earth metals according to the invention and its reuse takes place in a cycle.
EXEMPEL l I fig 2 visas schematiskt förloppet av förfarandet för utvinning av flytande magnesium genom reduktion av magnesiumklorid med gallium. Gallium har en smält- punkt av 3o3°r< (3o°c) een en kekpunkt ev 247s°x (2zos°c) .EXAMPLE 1 Fig. 2 schematically shows the course of the process for the recovery of liquid magnesium by reduction of magnesium chloride with gallium. Gallium has a molten point av 3o3 ° r <(3o ° c) een and kekpunkt ev 247s ° x (2zos ° c).
Förfarandet genomförs kontinuerligt. De efterföljande uppgifterna hänför till materialflödet per sekund.The procedure is carried out continuously. The following the data relates to the material flow per second.
I processen tillföres 10,3 kg fast MgCl2. Detta MgCl2 inleds tillsammans med 15,1 kg Ga från oxid- reduktionsrummet VI och med 0,2 kg Ga samt 0,1 kg fast MgCl2 från kondensatorn II i den främre delen av halo- genid-reduktionsrummet I. Från den ur fraktionerings- rummet v11 avlägsnande galliummangaen på 132,2 kg bringee 52,7 kg Ga i den främre delen av halogenid-reduktions- rummet I till reaktion med det där införda MgCl2 och resten på 9,5 kg Ga inleds i den bakre delen av halo- genid-reduktionsrummet I, så att det rör sig i motström mot MgCl2 och den erhållna ångan. Tillsammans bringas alltså en mängd av 77,5 kg Ga och en mängd av 10,4 kg MgCl2 att reagera med varandra.In the process, 10.3 kg of solid MgCl2 are added. This MgCl2 is started together with 15.1 kg Ga from the oxide reduction room VI and with 0.2 kg Ga and 0.1 kg solid MgCl2 from capacitor II in the front of the halo genide reduction chamber I. From the fractionation chamber room v11 removal gallium manga of 132.2 kg bringee 52.7 kg Ga in the anterior part of the halide reduction room I in reaction with the MgCl2 introduced therein and the remainder of 9.5 kg Ga begins in the rear of the halo- the genid reduction chamber I, so that it moves in countercurrent against MgCl2 and the steam obtained. Bring together thus an amount of 77.5 kg Ga and an amount of 10.4 kg MgCl2 to react with each other.
Reduktionstemperaturen uppgår till 900°K och reak- tionstrvcket till 0,02 Torr. I halogenid-reduktionsrum- met I äger tvâ förlopp samtidigt rum: reduktionen av MgCl2 med en ekvivalent andel gallium och lösningen av magnesiumet, medan det bildas, i resten av galliummäng- den. 10 15 20 25 30 35 8305728-1 10 Redaktion: 10,4 kg MgCl2(s) + 15,3 kg Ga(l) = 23,0 kg GaCl(g) + 2,7 kg Mg (atomärt).The reduction temperature is 900 ° K and the reaction temperature tion pressure to 0.02 Torr. In the halide reduction chamber The two processes take place simultaneously: the reduction of MgCl2 with an equivalent proportion of gallium and the solution of magnesium, while formed, in the rest of the gallium the. 10 15 20 25 30 35 8305728-1 10 Editors: 10.4 kg MgCl 2 (s) + 15.3 kg Ga (l) = 23.0 kg GaCl (g) + 2.7 kg Mg (atomic).
Lösning: 2,7 kg Mg (afvmärt) + 62,2 kg Ga(l) = [62,2 kg Ga(l) + 2.6 kg Wu] + 0.1 kg Mgm.Solution: 2.7 kg Mg (measured) + 62.2 kg Ga (l) = [62.2 kg Ga (l) + 2.6 kg Wu] + 0.1 kg Mgm.
När Ga-mängden inte räcker till för att lösa hela den bildade Mg-mängden bär GaCl-ångan med sig en del av magnesiumet (0,1 kg) i form av Mg-ånga från halo- genid-reduktionsrummet I.When the amount of Ga is not enough to solve the whole the amount of Mg formed carries the GaCl vapor with it of the magnesium (0.1 kg) in the form of Mg steam from halogen the genide reduction space I.
Summan av reduktion och lösning ger således föl- jande förlopp i halogenid-reduktionsrummet I: 10,4 kg Mgcizm + 77,5 kg Ga(l) = [62,2 kg Ga(l) + 2.6 kg 'fiš<1>]+ [zm kg Ggßug) + 0.1 kg Mg].The sum of reduction and solution thus gives process in the halide reduction chamber I: 10.4 kg Mgcizm + 77.5 kg Ga (l) = [62.2 kg Ga (l) + 2.6 kg 'fi š <1>] + [zm kg Ggßug) + 0.1 kg Mg].
Ga-Mg-lösningen transporteras från den främre delen av halogenid-reduktionsrummet I till fraktionerings- rummet VII, där den upphettas till en temperatur av l500°K. Den från lösningen avgående Mg-ångan (2,6 kg) leds till kondensatorn VIII, kyls där till en tempera- tur av 940°K och kondenseras till flvtande Mg. Vid 940°K har det flvtande magnesiumet ett ångtryck av endast 3,68 Torr, så att i fraktioneringsrummet VII nästan allt magnesiumet avdestilleras från den till l500°K upphettade lösningen och det vid processens början med A hjälp av en vakuumpump alstrade låga trvcket därefter 5 bibehålles varaktigt på grund av Mg-kondensationen i systemet VII-VIII. Mängden om 2,6 kg flytande Mg avtap- pas från kondensatorn VIII och gjuts till tackor. Det praktiskt taget Mg-fria galliumet (62,2 kg) àterföres till halogenid-reduktionsrummet I, såsom beskrivits tidigare. I Den från halogenid-reduktionsrummet I avgående ångan innehåller 23,0 kg GaCl och 0,1 kg Mg. Den kvls i kondensatorn II till 700°K, varigenom nu på grund av omvändning av reduktionsreaktionen en del av GaCl:et reduceras av Mg till Ga: 0,1 kg Mg(g) + 0,3 kg GaCl(9å = 0,2 kg MgCl2(s) + 0,2 kg Ga(l); 10 15 20 25 30 35 8305728-1 ll i enlighet härmed blir det vid detta förlopp kvar en rest av 22,7 kg GaCl-ånga. Ångtrycket hos MgCl2(s) och Ga(l) är praktiskt taget non vid 7oo°x. De o,2 kg Mgclzæ) och 0,2 kg cam återföres från kondensatorn (II) till den främre delen av halogenid-reduktionsrummet I, medan den kvarvarande mängden om 22,7 kg GaCl-ånga strömmar till kondensatorn III, där den genom kylning till 400°K kondenseras till fast GaCl. Eftersom ångtrycket hos fast gallium-mono- kioria via 4oo°1< endast uppgår till 0,002 Torr och eftersom detta tryck upprätthålles varaktigt på grund av GaCl- kondensationen, kan reduktionsreaktionen äga rum ohindrad i halogenid-reduktionsrummet I med ett reaktionstryck av 0,02 Torr.The Ga-Mg solution is transported from the front part of the halide reduction chamber I to the fractionation room VII, where it is heated to a temperature of 1500 ° K. The Mg vapor leaving the solution (2.6 kg) led to condenser VIII, cooled there to a temperature turn of 940 ° K and condensed to a liquid Mg. At 940 ° K the liquid magnesium has a vapor pressure of only 3.68 Dry, so that in the fractionation room VII almost all the magnesium is distilled off from it to 1500 ° K heated the solution and that at the beginning of the process with A using a vacuum pump generated low pressure thereafter 5 maintained permanently due to the Mg condensation in system VII-VIII. The amount of 2.6 kg of liquid Mg drained pass from capacitor VIII and cast into ingots. The practically the Mg-free gallium (62.2 kg) is returned to the halide reduction chamber I, as described earlier. IN The one leaving the halide reduction chamber I the steam contains 23.0 kg GaCl and 0.1 kg Mg. The kvls in the capacitor II to 700 ° K, whereby now due by reversing the reduction reaction a portion of the GaCl reduced by Mg to Ga: 0.1 kg Mg (g) + 0.3 kg GaCl (9å = 0.2 kg MgCl2 (s) + 0.2 kg Ga (l); 10 15 20 25 30 35 8305728-1 ll accordingly, there will be one left in this process residue of 22.7 kg of GaCl steam. The vapor pressure of MgCl2 (s) and Ga (1) is practically non at 70 ° x. The 0.2 kg Mgclzæ) and 0.2 kg cam returned from the capacitor (II) to the front part of the halide reduction chamber I, while the remaining one the amount of 22.7 kg of GaCl steam flows to the condenser III, where it is condensed to 400 ° K by cooling fast GaCl. Since the vapor pressure of solid gallium mono- kioria via 4oo ° 1 <only amounts to 0.002 Torr and because this pressure is maintained permanently due to of the GaCl condensation, the reduction reaction may possess room unobstructed in the halide reduction room I with one reaction pressure of 0.02 Torr.
Det fasta GaCl (22,7 kg) upphettas 1 en sluten behållare (framgår ej figuren) till 800°K, varigenom det smälter och ett ångtryck av 2,37 bar erhålles.The solid GaCl (22.7 kg) is heated in a closed vessel container (not shown in the figure) to 800 ° K, whereby it melts and a vapor pressure of 2.37 bar is obtained.
Smältan förbrännes med luft i brännkammaren IV vid en temperatur 930°K, liksom brännolja med en oljebrännare.The melt is combusted with air in the combustion chamber IV at a temperature 930 ° K, as well as fuel oil with an oil burner.
Den erhållna röken, som består av fast Ga203, C12 och N2, kommer till skiljeanläggningen V.The resulting smoke, which consists of solid Ga 2 O 3, C12 and N2, comes to the arbitration facility V.
I skiljeanläggningen V befrias gasen från Ga 0 -damm, kloren skiljs från kvävet och används som i 2 3 biprodukt, medan kvävet utsläppea.In the separation plant V, the gas is released from Ga 0 dust, the chlorine is separated from the nitrogen and used as in 2 3 by-product, while the nitrogen is released.
Ga2O3-dammet reduceras vid en temperatur av ll50°K i oxid-reduktionsrummet VI med jordgas till gallium, var- vid det bildas en högvärdig bränngas, som består av CO, H2 och en liten andel C02 och H20. Galliumet (15,l kg) âterföres till den främre delen av halogenid-reduktions- rummet I.The Ga2O3 dust is reduced at a temperature of 115 ° K in the oxide reduction chamber VI with natural gas to gallium, each it produces a high-quality fuel gas, which consists of CO, H2 and a small proportion of CO2 and H2O. Gallium (15.1 kg) returned to the front of the halide reduction room I.
För kylning av materialet i kondensatorerna II, III och VIII liksom i brännkammaren IV används luft som kvl- medel, som därvid upphettas och tjänar som förbrännings- luft för förbränning av den från oxidreduktionen erhållna gasen. Det vid förbränningen utvunna värmet används för att täcka värmebehovet i halogenid-reduktionsrummet I, för smältning av fast GaCl som erhållits från kondensatorn III, i oxid-reduktionsrummet VI och i fraktionsrummet VII. f» lO 15 20 25 30 35 8305728-1 12 EXEMPEL 2 Fig 3 visar schematiskt den kontinuerliga utvin- ningen av magnesium, varvid så mycket gallium används att galliummängden räcker såväl för reduktionen av MgCl2 som för lösning av hela den bildade Mg-mängden. Till följd härav består den från halogenid-reduktionsrummet I bortgàende ångan endast av ren galliummonoklorid.For cooling the material in capacitors II, III and VIII, as in combustion chamber IV, air is used as the agents, which are thereby heated and serve as combustion air for combustion of that obtained from the oxide reduction gases. The heat obtained during combustion is used for to cover the heat demand in the halide reduction chamber I, for melting of solid GaCl obtained from capacitor III, in the oxide reduction chamber VI and in the fraction chamber VII. f » lO 15 20 25 30 35 8305728-1 12 EXAMPLE 2 Fig. 3 schematically shows the continuous recovery magnesium, using so much gallium that the amount of gallium is sufficient for the reduction of MgCl2 as for dissolving the entire amount of Mg formed. To as a result, it consists of the halide reduction chamber In the passing vapor only of pure gallium monochloride.
Liksom i exempel l inleds åter 10,3 kg MgCl2, fast i smält tillstànd, i den främre delen av halogenid- -reduktionsrummet I. MgCl2(l) kommer från en sluten behållare, i vilken aluminiumklorid (AlCl3) kontinuer- ligt reduceras med Mg(l) vid en temperatur av lO00°K till flytande aluminium. Det nästan Mg-fria gallium (62,2 kg) som lämnar fraktioneringsrummet VI inleds i den mellersta delen och det fullständigt Mg-fria gal- lium (l5,l kg) som lämnar oxid-reduktionsrummet V inleds i den bakre delen av halogenid-reduktionsrummet I.As in Example 1, 10.3 kg of MgCl2 are solidified again, solid in the molten state, in the front part of the halide -reduction space I. MgCl2 (1) comes from a closed container in which aluminum chloride (AlCl3) is continuously is reduced by Mg (1) at a temperature of 100 ° K to liquid aluminum. The almost Mg-free gallium (62.2 kg) leaving the fractionation room VI begins in the middle part and the completely Mg-free bile lium (1.5, 1 kg) leaving the oxide reduction chamber V is initiated in the rear of the halide reduction chamber I.
Vid en reduktionstemperatur av ISOOOK bildas å ena sidan en flytande lösning av 2,6 kg Mg i 62,2 kg gallium och à andra sidan 22,7 kg ren GaCl-ånga. Från Ga-Mg-lösningen avdestilleras Mg (2,6 kg) i fraktione- ringsrummet VI vid l500°K, kondenseras till flytande Ng i kondensatorn VII vid 950°K och detta används åter i kretsloppet för reduktion av eluminiumkloria' till flytande aluminium.At a reduction temperature of ISOOOK, å is formed on the one hand a liquid solution of 2.6 kg Mg in 62.2 kg gallium and on the other hand 22.7 kg of pure GaCl steam. From The Ga-Mg solution is distilled off Mg (2.6 kg) in fractional annulus VI at 1500 ° K, condensed to liquid Ng in capacitor VII at 950 ° K and this is used again in the cycle for reduction of aluminum chloride ' to liquid aluminum.
Det reaktionstryck som alstras i halogenid-reduk- tionsrummet I vid en temperatur av l500°K uppgår till 0,383 bar. Detta tryck motsvarar ângtrycket hos flytande seci via 694%. Tin följd därav kenaenserae aen bert- gående GaCl-ångan från halogenid-reduktionsrummet I i kondensatorn II vid en temperatur av 690oK till flytande GaCl, som har ett ángtryck av 0,360 bar vid denna tem- peratur. Det förbrännes i brännkammaren_III vid en tem- peratur av 900°K med luft till en rök, som består av Ga203(s), C12 och N2, som kommer till skiljeanläggningen IV. Där befrias gasen från Ga203-damm, kloret skiljes från kvävet och används som biprodukt, medan kvävet bortskaffas. 10 15 20 25 30 35 8305728-1 13 Ga2O3-dammet reduceras vid en temperatur av ll00°K i oxid-reduktionsrummet V med renad petroleumkoks till gallium (l5,l kg), varvid bildas en högvärdig bränngas, som består av 99,8 vol% CO och 0,2 vol% C02. Galliumet àterföres till den bakre delen av halogenid-reduktions- rummet I.The reaction pressure generated in the halide reduction the room I at a temperature of 1500 ° K amounts to 0.383 bar. This pressure corresponds to the vapor pressure of liquid seci via 694%. Tin consequence kenaenserae aen bert- the GaCl vapor leaving the halide reduction chamber I i capacitor II at a temperature of 690oK to liquid GaCl, which has a vapor pressure of 0.360 bar at this temperature peratur. It is burned in the combustion chamber_III at a temperature temperature of 900 ° K with air to a smoke, consisting of Ga203 (s), C12 and N2, which come to the separation plant IV. There the gas is released from Ga203 dust, the chlorine is separated from the nitrogen and used as a by-product, while the nitrogen disposed of. 10 15 20 25 30 35 8305728-1 13 The Ga2O3 dust is reduced at a temperature of 1200 ° K in the oxide reduction room V with purified petroleum coke to gallium (1.5, 1 kg), thereby forming a high quality fuel gas, consisting of 99.8 vol% CO and 0.2 vol% CO 2. Galliumet returned to the rear of the halide reduction room I.
Den som kylmedel använda luften från kondensatorerna Il och VII samt brännkammaren III förbrännes med gasen från oxid-reduktíonsrummet V och det därvid erhållna värmet (högt upphettad rökgas) tillföres halogenid- -reduktionsrummet I, oxid-reduktionsrummet V och frak- tioneringsrummet VI.It uses the air from the condensers as coolant II and VII and the combustion chamber III are burned with the gas from the oxide reduction space V and the resulting product the heat (highly heated flue gas) is added to the halide reduction chamber I, oxide reduction chamber V and fraction tion room VI.
EXEMPEL 3 Analogt med exempel 2 utvinnes natrium från natrium- bromid med flytande indium som reduktionsmetall och lösningsmedel vid en temperatur av l600°K. Indium har en smältpunkt av 430°K (l57°C) och en kokpunkt av 2346OK (2o73°c).EXAMPLE 3 In analogy to Example 2, sodium is recovered from sodium bromide with liquid indium as reduction metal and solvent at a temperature of l600 ° K. Indium has a melting point of 430 ° K (157 ° C) and a boiling point of 2346OK (2073 ° C).
Enligt reaktionsjämvikten NaBr(1) + 1n(1) = Hâ(1) + xnßr(g) reduceras natriumbromiden av flvtande indium till natri- um och löses samtidigt i överskfiutande indium. Reaktions- trycket i halogenid-reduktionsrummet uppgår till 0,3 bar.According to the reaction equilibrium NaBr (1) + 1n (1) = Hâ (1) + xnßr (g) the sodium bromide of liquid indium is reduced to sodium um and dissolved simultaneously in excess indium. Reactional the pressure in the halide reduction chamber amounts to 0.3 bar.
Den erhållna In-Na-lösningen innehåller 0,41 vikt% Na.The resulting In-Na solution contains 0.41% by weight of Na.
Halogenid-reduktionsrummet kyls till en temperatur av l2G0°K, till att börja med med en vakuumpump som uppnår ett tryck av 10-6 Torr, sedan avdestilleras natriumet och den bortqäcnde Na-ångan kondenseras till flvtando natrium vid en temperatur av 373°K. Efter avslutad destil- lation innehåller indiumet nu endast spektralanalytiskt påvisbara spår av natrium.The halide reduction chamber is cooled to a temperature of l2G0 ° K, to begin with a vacuum pump that achieves a pressure of 10-6 Torr, then the sodium is distilled off and the removed Na vapor is condensed to a liquid sodium at a temperature of 373 ° K. After completion of the distillation lation, the indium now contains only spectral analytical detectable traces of sodium.
Den fràn halogenid-reduktionsrummet bortgående, Na-fria 1nBr_ångan förvätskas vid 9oo°K och förbrännas med syre i en dubbelväggig brännkammare av kopparplåt, som är kyld med vatten, till en rök av In203 och C12: 10 15 20 25 30 8305728-'1 14 2InBr(l) + 1,5 02(g) = In203(s) + Br2(g) Den från brännkammaren utkommande röken separeras medelst ett filter av porös lera i Brz-ånga och In2O3- damm och bromàngan kondenseras till flytande brom genom_ kylning till en temperatur 266°K.The one leaving the halide reduction chamber, The Na-free 1nBr vapor is pre-liquefied at 90 ° K and incinerated with oxygen in a double-walled combustion chamber of copper sheet, cooled with water, to a smoke of In203 and C12: 10 15 20 25 30 8305728-'1 14 2InBr (1) + 1.5 02 (g) = In 2 O 3 (s) + Br 2 (g) The smoke coming out of the combustion chamber is separated by means of a filter of porous clay in Brz steam and In2O3- dust and bromine vapor are condensed to liquid bromine by_ cooling to a temperature of 266 ° K.
In203-ångan blandas med rent sot, blandningen pressas till tabletter och upphettas till en temperatur av l020°K. Medan en gas av 99,7 vol% CO och 0,3 vol% CO bortgår, kvarblir rent flytande indium: 2 1n2o3(s) + 3c(s) = 21n(1) + 3co(g).The In203 steam is mixed with pure soot, the mixture compressed into tablets and heated to a temperature of l020 ° K. While a gas of 99.7 vol% CO and 0.3 vol% CO disappears, pure liquid indium remains: 2 1n2o3 (s) + 3c (s) = 21n (1) + 3co (g).
EXEMPEL 4 Från kaliumjodid utvinnes kalium med flytande tallium som reduktions- och lösningsmedel vid en temperatur av l600°K. Talliüm har en smältpunkt av s17°x (3o4°c) Och en kokpunkt av 174s°x <1413°c>.EXAMPLE 4 Potassium iodide extracts potassium with liquid thallium as a reducing and solvent in a temperature of l600 ° K. Talliüm has a melting point of s17 ° x (3o4 ° c) And a boiling point of 174s ° x <1413 ° c>.
Enligt reaktionsjämvikten xJ(1) + T1(1) = ï(1) + T1J(q) reduceras kaliumjodiden av flytande tallium till kalium och detta löses samtidigt i överskjutande tallium.According to the reaction equilibrium xJ (1) + T1 (1) = ï (1) + T1J (q) potassium iodide is reduced by liquid thallium to potassium and this is dissolved simultaneously in excess thallium.
Reaktionstrycket i halogenid-reduktionsrummet uppgår till 0,14 bar. Den erhållna Tl-K-lösningen innehåller 0,3 vikt% K. Från lösningen avdestilleras kaliumet vid 1400°K och ett tryck av 10-4 Torr, varvid den mot- svarande kondensationstemperaturen för K-ångan är 400°K.The reaction pressure in the halide reduction chamber increases to 0.14 bar. The resulting T1-K solution contains 0.3% by weight of K. The potassium is distilled off from the solution at 1400 ° K and a pressure of 10-4 Torr, whereby the the corresponding condensation temperature for the K-steam is 400 ° K.
Den TlJ-ånga som lämnar halogenid-reduktionsrummet konaenseras vid 74s°K till flytande T1J.The TlJ vapor leaving the halide reduction chamber conesensed at 74s ° K to liquid T1J.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE8305728A SE435398B (en) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | Apparatus for production of alkali metals and earth alkali metals by reduction of their halogenides |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE8305728A SE435398B (en) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | Apparatus for production of alkali metals and earth alkali metals by reduction of their halogenides |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE8305728D0 SE8305728D0 (en) | 1983-10-19 |
| SE435398B true SE435398B (en) | 1984-09-24 |
Family
ID=20352945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE8305728A SE435398B (en) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | Apparatus for production of alkali metals and earth alkali metals by reduction of their halogenides |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SE (1) | SE435398B (en) |
-
1983
- 1983-10-19 SE SE8305728A patent/SE435398B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE8305728D0 (en) | 1983-10-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4128624A (en) | Method for introducing carbon into evacuated or pressurized reaction vessels and reaction products therefrom | |
| US6565733B1 (en) | Method and apparatus for the production of aluminium | |
| US3794482A (en) | Carbothermic reduction method for converting metal oxides to metal form | |
| US4351819A (en) | Recovery of chlorine values in integrated process for oxychlorination and combustion of chlorinated hydrocarbons | |
| US4533387A (en) | Chemical process for producing alkali and alkaline earth metals | |
| SE435398B (en) | Apparatus for production of alkali metals and earth alkali metals by reduction of their halogenides | |
| JP2003211140A (en) | Method and device for decomposing waste tire | |
| US4036776A (en) | Recovery of chlorine values from a melt oxidation gas | |
| US4346069A (en) | Recovery of chlorine values in integrated process for oxychlorination and combustion of chlorinated hydrocarbons | |
| US3784671A (en) | Process for the recovery of antimony pentachloride from catalyst solutions | |
| US4153452A (en) | Recovery of metals from bimetallic salt complexes | |
| EP1141425B1 (en) | Method for the production of aluminium from alumina by aluminium sulfide process | |
| US4428771A (en) | Process for the separation of metals from a gaseous mixture formed during reduction | |
| US4153669A (en) | Removal of metals from waste materials that contain bimetallic salt complexes | |
| NO159454B (en) | PROCEDURE FOR THE MANUFACTURE OF ALKALI AND EARTH ALKI METALS. | |
| US3403495A (en) | Tetraalkyllead recovery process | |
| US3179490A (en) | Preparation of magnesium aluminum hydride | |
| NO135665B (en) | ||
| KR100321063B1 (en) | Method for improving collecting efficiency of sulfur generated from oxidizing furnace for manufacturing liquid sulfur | |
| US1897921A (en) | Production of sulphur from sulphides | |
| JPH11124585A (en) | Process for cooling contaminated gas | |
| US3759703A (en) | Use of thermal regenerator pair in sodium recovery process | |
| NO783972L (en) | PROCEDURE AND APPARATUS FOR MANUFACTURE OF MG FROM MGO AD CHEMICAL-THERMAL ROAD | |
| NO146535B (en) | APPLICATION FOR DESUBLIMATION OF GAS-ALUMINUM CHLORIDE TO SOLID FORM | |
| JPS63291819A (en) | Recovery of gallium |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 8305728-1 Effective date: 19930510 Format of ref document f/p: F |