CH221309A - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines fein verteilten Oxydes derjenigen Elemente der Gruppe IVa des periodischen Systems, welche zur Bildung flüchtiger Chloride befähigt sind. - Google Patents

Description

  Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines fein verteilten     Oxydes     derjenigen Elemente der Gruppe     lYa    des     periodischen    Systems, welche     zur        Bildung          flüchtiger    Chloride befähigt sind.    Es ist bekannt,     Titanoxyd    herzustellen,       indem    man     Titanchlorid        mit    Sauerstoff ge  mischt in einen Raum auf erhitzte Ober  flächen bläst, die eine Temperatur von 800  bis<B>1000'</B> C aufweisen.

   Nach diesem Ver  fahren wird aber ein grobes     Titanoxyd    er  halten, das sich     in    Form von Krusten und       makroskopischen    Körnern absetzt. Es kann  für die Pigmentherstellung nicht ohne wei  teres verwendet werden und muss zu diesem  Zweck fein vermahlen und gesichtet werden.  



  Gegenstand der Erfindung ist     ein    Verfah  ren zur     Herstellung    eines fein verteilten       Oxydes    derjenigen Elemente der Gruppe     IVa     des periodischen Systems, welche zur Bil  dung flüchtiger Chloride befähigt     sind,    ins  besondere zum Beispiel von Titan oder     Zir-          kon,    durch Oxydation des entsprechenden  flüchtigen     Chlorides,    das dadurch gekenn  zeichnet ist, dass man ein sauerstoffhaltiges  Gas und das Chlorid in Dampfform getrennt  auf solche Temperaturen erhitzt,

   dass nach    der     Vereinigung    des Gases und des Dampfes  eine Mischtemperatur von     mindestens    800   C  erzielt wird, und     da.ss    man die Reaktion des       Gas-Dampf-Gemisches    so leitet, dass die Oxy  dation beendet ist, bevor das Gemisch gegen  feste Flächen trifft.  



  Dadurch, dass die Reaktion im freien Gas  raum stattfindet und im wesentlichen be  endet ist, bevor die Gase     bezw.    Dämpfe  gegen feste Flächen treffen, wird das An  fallen besonders fein verteilter     Oxydpartikel-          chen    bewirkt. Vorzugsweise kann man die  Gase     bezw.    Dämpfe durch mindestens zwei  koaxial ineinander angeordnete Rohre leiten,  derart, dass ihre     Vereinigung    nach dem Aus  treten aus den auf gleicher Höhe liegenden       Rohrmiindungen    erfolgt.

   Dieselben werden  in diesen     Rohren    auf die     gewünschten    Tem  peraturen erhitzt und darauf in eine Reak  tionskammer von grösseren     Abmessungen    ge  leitet.     Zweckmässigerweise    bildet man die Re  aktionskammer so gross aus, dass die     mittlere         Strömungsgeschwindigkeit in der Kammer  wenigstens etwa hundertmal so gering ist als  in den     Gaszuführungsrohren.    Der Sauerstoff  wird vorzugsweise in das äussere, und das  Titan- oder     Zirkonchlorid    in das innere der  beiden konzentrischen Rohre geleitet.

   Zweck  dienlich sind die     Rohrmündungen    so beschaf  fen, und lässt man die Gase mit so hoher Aus  trittsgeschwindigkeit aus ihnen austreten, dass  Krustenbildung, z. B. Bildung von Oxyd  krusten, verhindert wird. Nach einer beson  deren Ausführungsform der Erfindung kön  nen die     Chloriddämpfe        und,'oder    der Sauer  stoff mit     inerten    Gasen verdünnt werden.  Statt reinem Sauerstoff kann man auch Luft  als Oxydationsmittel anwenden. Zweckmässig  erhalten die Gase geringe Mengen von Was  serdampf.  



  Die     Vorrichtung    zur     Durchführung    des  Verfahrens ist gemäss der Erfindung dadurch  gekennzeichnet, dass dieselbe eine geräumige  Reaktionskammer aufweist, die mit minde  stens zwei heizbaren     Gaszuführungsrohren          -versehen        ist,    deren     Mündungen    an zen  traler Stelle der Stirnwand der Reaktions  kammer angeordnet sind, wobei der Quer  schnitt der     Reaktionskammer    senkrecht zur  Strömungsrichtung mindestens hundertmal  grösser ist, als der Querschnitt der Rohrmün  dungen, und dass die Reaktionskammer Or  gane zum Ableiten des Gasüberschusses und  zur Entnahme der Oxyde aufweist.  



  In der beigefügten Zeichnung ist eine       Ausführungsform    der erfindungsgemässen  Vorrichtung beispielsweise     schematisch    dar  gestellt.  



  Durch das Rohr 1 wird das     chloriddampf-          haltige    Gas und durch das Rohr 2 das sauer  stoffhaltige Gas in das     koaxial    zu dem Rohr  1 angeordneten Rohr 3 geleitet. Beide Rohre  1 und 3 münden bei 4 in eine Reaktions  kammer 5.  



  Die Rohre 1 und 3 sind konzentrisch in  einander angeordnet, und werden durch eine  geeignete Heizeinrichtung 6 durch flüssige,       gasförmige,    feste Brennstoffe oder durch elek  trische Heizung ausserhalb der Reaktions  kammer erhitzt. Diese Kammer 5 ist so gross    ausgebildet, dass die Oxydation der vereinig  ten Gase vor Auftreffen derselben auf feste  Flächen beendet ist, wobei dieselbe einen  Querschnitt aufweist, der wenigstens hun  dertmal grösser ist als der der Rohre 1 und  3. Ihre Wandungen sind beträchtlich kühler  als die reagierenden Gase. Die Mündung der  Düse 4 befindet sich in der     Mitte    der Stirn  seite der Kammer 5, so dass die Gasströme  möglichst zentral eingeleitet werden.  



  In der Nähe der Hinterwand der Kammer  5 ist die Filtereinrichtung 7 angeordnet, die  aus     Glasgespinstgewebe    bestehen kann. Die  Kammer 5 ist mit der Austrittsöffnung 8  zum     Auslass    der überschüssigen Gase und mit  der     Ablassöffnung    9 für die Oxyde versehen.  



  Zur Herstellung von feinverteiltem Oxyd  wird in das innere Rohr 1 dampfförmiges  Chlorid, das durch bekannte Verfahren aus  Titan oder     Zirkon    gewonnen worden ist, ein  geleitet und das durch ein     inertes    Gas, wie  Stickstoff, Kohlendioxyd oder dergleichen,  verdünnt sein kann. In das äussere Rohr 3 wird  Sauerstoff oder Luft oder ein     anderes    sauerstoff  haltiges Gasgemisch im Überschuss eingelei  tet, wobei Strömungsgeschwindigkeit und  Konzentration der Reaktionsteilnehmer ein  ander angepasst werden.

   Hierbei wird     vorteil-          hafterweise    der Überschuss an sauerstoffhal  tigem Gas so gewählt, dass auf 1     Volumteil     Chlorid mindestens 3     Volumteile    Sauerstoff  kommen. Die beiden Gase     bezw.    Gasgemische  werden nun in der Heizeinrichtung 6 auf die  erforderlichen Temperaturen     vorerhitzt    und  dann mit hoher Geschwindigkeit durch die  Öffnung 4 in die Kammer 5 zentral so hin  eingeblasen, dass keine Stelle der Wandungen  oder andere feste Flächen mit dem Gas  gemisch vor Beendigung der Reaktion in Be  rührung kommen.

   Die Wandungen der Kam  mer sind wesentlich     kälter    als das reagierende  Gasgemisch und wirken abkühlend auf die  überschüssigen Gase und damit in gewissem  Sinne abschreckend auf den niederfallenden  Regen feinster     Oxydteilchen    ein, so dass sich  an diese keine weiteren Partikel ansetzen  können. Die Reaktion muss also im freien  Raum der Kammer beendet sein. Zu diesem      Zweck ist vorzugsweise ein Überschuss an  Sauerstoff zu verwenden, der gleichzeitig  auch die Feinheit des erhaltenen     Oxydes    er  höht. Beim Einblasen des Reaktionsgemisches  ist darauf zu achten, dass an den Rohrmün  dungen möglichst keine     Krustenbildung,    z. B.  Ansetzen von festem Oxyd, auftritt.

   Zu die  sem Zweck werden die Rohre 1 und 3 mit  Leitflächen ausgestattet, welche dazu dienen,  die Gasströme am Divergieren zu hindern;  auch können die Vorderkanten der Rohre 1  und 3 schmal oder     schneidenartig    ausgebildet  sein, wodurch Wirbelbildung     vermieden     wird. Leitflächen oder Rohrenden sollen ge  glättet sein, damit     Krustenansatz,    Wirbel  bildung vermieden werden und die Gasströme  sich möglichst axial bewegen. Die Reaktion       findet    im freien Innenraum der     Kammer   <B>5</B>  gewissermassen an der Grenzfläche der beiden       ineinanderliegenden    konzentrischen Gassäulen  statt.

   Es hat sich gezeigt, dass auf diese       Weise    ein Oxyd erhalten wird, dessen Teil  ehengrösse bei etwa 0,4 bis l     ,u    liegt, das also  ohne weiteres Mahlen oder Sichten sofort als  Pigment für Zwecke verwendet werden     kann,     bei denen besonders hohe Ansprüche an die  Deckfähigkeit und das Färbevermögen ge  stellt werden.    Die Austrittsgeschwindigkeit der Gase  aus der Öffnung 4 beträgt zweckmässiger  weise mehr als 10     m/sec.,    um den Anwuchs  von festem Oxyd an der Düse zu vermeiden.  Dadurch wird erreicht, dass die Reaktion erst  in einem gewissen Abstand von der Düse 4  in dem innern freien Raum der Kammer 5  stattfindet.

      Die Reaktion lässt sich fördern, wenn den  Gasen oder den     Gasgemischen        Spuren    oder  geringe Mengen von Wasserdampf zugesetzt  werden. Dadurch lässt es sich auch ermög  lichen, mit tieferer Reaktionstemperatur zu  arbeiten. Der     Wasserdampfzusatz    kann     in     geringen Spuren, jedoch auch bis zu einem  Gehalt von<B>70%</B> erfolgen.  



  Für die Durchführung des Verfahrens ge  mäss der Erfindung ist also von Bedeutung,  dass die Gase vor ihrer Vermischung bereits    auf solche Temperaturen     vorgewärmt    wer  den, dass nach ihrer Vermischung eine Tem  peratur von mindestens<B>800'</B> C     resultiert,     wodurch die Reaktion sehr schnell erfolgt,  und dass ein Überschuss von Sauerstoff vor  handen ist, der eine vollständige Umsetzung  des Titan- oder     Zirkonchlorides        herbeiführt,     bevor nicht umgesetztes     Chlorid    auf     feste     Wandflächen trifft.

   Die Gase     können    hier  bei entweder beide auf     mindestens    800   C  vorgewärmt werden oder     getrennt    auf ver  schiedene Temperaturen mit der     Massgabe,     dass nach     Durchmischung        eine    Mischtempera  tur von wenigstens<B>800'</B> C     resultiert.     



  Durch alle diese Massnahmen wird vermie  den, dass an die gebildeten     Oxydteilchen     später gebildetes Oxyd anwächst, wodurch  die     Teilchen    vergrössert werden würden.     Zur          Erhöhung    der Feinheit der     Teilchen        ist    es  zweckmässig, die Gase mit hoher Geschwin  digkeit     in    die Reaktionskammer zu blasen.  Durch die Verdünnung der reagierenden Gase  mit     inerten    Gasen wird die     Feinheit    weiter  erhöht.  



       Wenn    es darauf ankommt, Titan- oder       Zirkonoxydpigmente    von grösserem Weiss  gehalt zu erzielen, ist es zum Beispiel er  forderlich, nicht nur die Teilchengrösse mög  lichst herabzusetzen,     sondern    auch besonders  reines Chlorid, wie es beispielsweise nach  dem     britischen    Patent Nr. 487834 hergestellt  werden kann, zu     verwenden,    das frei von fär  benden Bestandteilen, insbesondere frei von  Eisenchlorid, ist.  



  Bei der Herstellung von fein     verteiltem          Zirkonoxyd    nach dem     erfindungsgemässen     Verfahren, sind im allgemeinen etwa 200' C  höhere Reaktionstemperaturen     anzuwenden,     als bei der Herstellung von     Titanoxyd.    Bei       Verwendung        wasserdampffreier    Gase muss  die Mischtemperatur des Reaktionsgemisches       mindestens   <B>1000'</B> C betragen, um vollstän  digen Umsatz des     Zirkonchlorides        ins    Oxyd  zu bekommen,

   während sich bei Anwendung  von     wasserdampfhaltigen    Gasgemischen auch  hierbei einer Temperatur von<B>800'</B> C arbei  ten lässt.

Claims (1)

1. PATENTAN SPRUCFI 1: Verfahren zur Herstellung eines fein ver teilten Oxydes derjenigen Elemente der Gruppe IVa des periodischen Systems, wel che zur Bildung flüchtiger Chloride befähigt sind, durch Oxydation eines derartigen Chlo ride,, dadurch gekennzeichnet, da.ss man ein sauerstoffhaltiges Gas und das Chlorid in Dampfform getrennt auf solche Temperaturen erhitzt, da.ss nach der Vereinigung des Gases und des Dampfes eine Mischtemperatur von mindestens 800 C erzielt wird, -und dass man die Reaktion des Gas-Dampf-Gemisches so leitet, dass die Oxydation beendet ist, bevor das Gemisch gegen feste Flächen trifft.

   UNTERAN SPRtrCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man als sauer stoffhaltiges Gas reinen Sauerstoff verwen det. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man als sauer stoffhaltiges Gas Luft verwendet. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man reinen Chlo- riddampf verwendet. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man zu min destens einem der Gase bezw. Dämpfe ein inertes Gas zumischt.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man vor dem Er hitzen zu mindestens einem der Gase bezw. Dämpfe Wasserdampf zumischt. 6. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man die Gase und Dämpfe vor ihrer Vereinigung durch minde stens zwei koaxial ineinander angeordnete Rohre leitet, derart, da.ss ihre Vereinigung nach dem Austreten aus den auf gleicher Höhe liegenden Rohrmündungen erfolgt. 7. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die chloridhaltigen Gase durch die innern, die sauerstoffhaltigen Gase durch die äussern Rohre leitet. B.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man die Gase mit einer Austrittsgeschwindigkeit von minde stens 10 m;'sec. unter Vermeidung von Kru stenbildung aus den Rohrmündungen aus treten lässt. 9. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man das sauer stoffhaltige Gas in t,\berschuss verwendet, derart, dass auf 1 Volumteil Chlorid minde stens 3 Volumteile Sauerstoff kommen. 10.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man die Gase bezw. Dämpfe getrennt auf verschiedene Temperaturen erhitzt, mit der Massgabe, da.ss nach ihrer Vereinigung eine Mischtemperatur von mindestens 800 C erzielt wird. 11. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass Chloride verwen det werden, die frei von färbenden Bestand teilen sind. 12. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eisenchloridfreie Chloride verwendet werden.

   PATENTANSPRUCH II: Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I. dadurch ge kennzeichnet, dass dieselbe eine geräumige Reaktionskammer aufweist, die mit minde stens zwei heizbaren Gaszuführungsrohren versehen ist, deren Mündungen an zentraler Stelle der Stirnwand der Reaktionskammer angeordnet sind, wobei der Querschnitt der Reaktionskammer senkrecht zur Strömungs richtung mindestens hundertmal grösser ist als der Querschnitt der Rohrmündungen, und dass die Reaktionskammer Organe zum Ab leiten des Gasüberschusses und zur Ent nahme der Oxyde aufweist. UNTERANSPRt"CHE 13.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Ga.szufüh- rungsrohre getrennt. heizbar sind. 14. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufüh- rungsrohre gemeinsam heizbar sind. 15. Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei koaxial verlaufende Gaszuführungsrohre vor handen sind. 16.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II Unteranspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen der koaxialen Gaszufüh- rungsrohre zum Zwecke der Vermeidung von Krustenbildung geglättet und derart ausge- bildet sind. dass Wirbelbildung vermieden wird. 17.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung der Gaszuführungsrohre ausserhalb der Reak- tionskammer liegt, und dass die Reaktions kammer eine tiefere Temperatur aufweist als 800 C.