-
Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung von Zinkoxyd :Ulan hat bereits
Zinkoxyd in der Weise hergestellt, daß man Zink in einer Muffel auf höhere Temperaturen
erhitzte und den austretenden Zinkdampf in einem durch Ventilator' angesogenen Luftstrom
abkühlte (vgl. M u s f r a t t, Theoret., prakt. und analyt. Chemie, 2. Aufl., 5.
Bd., S. 1426 und 1q.27).
-
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Darstellung von Zinkoxyd besonders hohen Feinheitsgrades.
-
Um ein solches Zinkoxyd darzustellen, wird es im Augenblick seiner
Entstehung so rasch und so stark abgekühlt, daß das Wachsen der bei der Oxydation
des Zinks entstehenden Teilchen behindert ist. Diese Abkühlung wird gemäß der Erfindung
dadurch erzielt, daß man metallisches Zink verflüchtigt und den durch Überhitzung,
zweckmäßig auf über 2ooo°, unter Druck gesetzten Zinkdampf durch eine Düsenöffnung
in Form eines Strahls in eine oxydierende Atmosphäre, zweckmäßig in bewegte Luft,
einbläst, deren Wärmeaufnahmefähigkeit genügt, um die Wärme des verbrennenden Zinkdampfs
und seiner Verbrennungsprodukte schnellstens aufzunehmen und abzuführen. Die Wärmeableitung
geschieht dabei so rasch, daß der Zinkdampf mit einer spratzenden und knallenden
Flamme verbrennt.
-
Zum Abtreiben des Zinks wird mit besonders gutem Erfolge elektrische
Energie verwendet. Eine solche Anlage ist als Beispiel auf der Zeichnung in senkrechtem
Schnitt schematisch dargestellt.
-
Der Graphittiegel io faßt eine erhebliche Menge metallischen Zinks
i i. Sein Verschluß besteht aus einem ebenen Deckel i2 und einem gewölbten Deckel
13, zwischen denen ein schlechter Wärmeleiter 1q. angeordnet ist. Die Deckel 12
und 13 und die Schicht 14 sind so fest in dem Tiegel gelagert, daß sie den innerhalb
des Tiegels auftretenden Druck leicht aushalten. Durch die Abdeckung 12, 13, 14
führt die Düse 15, deren Öffnung so bemessen ist, daß der Zinkdampf mit der gewünschten
Geschwindigkeit in die Verbrennungszone austritt. Die Düse 15 bildet die eine Elektrode
zur Erhitzung und Ableitung des Zinkdampfs. Durch ein Beschickungsrohr 16 kann geschmolzenes
Zink eingetragen werden. Dieses Rohr reicht in das Zinkbad hinein und bildet die
andere Elektrode. Die Stromquelle 17 kann Gleich-oder Wechselstrom liefern, die
Stromstärke wird durch einen Widerstand 18 geregelt. Der Tiegel io steht in einem
Ofen ig mit Kohlenfeuerung. Ein Vorschmelztiegel 20, der im Wege der Abgase hinter
dem Tiegel io angeordnet ist, dient zum Niederschmelzen des Zinks, das dann durch
das Beschickungsrohr 16 in den Tiegel io eingebracht wird. Es wird in dem Schmelztiegel
2o zweckmäßig auf Siedetemperatur erhitzt und die
hierfür erforderliche
Wärme den Abgasen der Feuerung entnommen, während die Entwicklung und Erhitzung
des Zinkdampfs im Tiegel io durch den elektrischen Strom '!,)ewirkt werden.
-
Über dem Tiegel io ist ein Abzugsrohr 22 angeordnet, dessen unteres
Ende 23 erweitert ist und etwa 30 cm oberhalb der Düsenöffnung endigt. Ein
Gebläse 24 saugt in an sich bekannter Weise große Luftmengen durch das Rohr 22.
An dieses ist ein Sammelraum für das gebildete Zinkoxyd angeschlossen. Das siedende
Zink wird dem Tiegel io durch das Beschickungsrohr 16 zugeführt, der Raum zwischen
dem Zinkbad und der Decke 13 füllt sich mit Zinkdampf und dieser wird durch
den zwischen der Elektrode 15 und dem Zinkbad übergehenden Strom hoch, z. B. über
2ooo°, erhitzt.
-
Beim Austritt aus der Düse 15 beginnt der heiße Zinkdampf sich mit
dem Sauerstoff der Luft zu verbinden, wobei die Verbrennungstemperatur und die Temperatur
des sich bildenden Zinkoxyds so hoch ansteigen, daß aller Wahrscheinlichkeit nach
ein erheblicher Teil des Zinkoxyds bei seiner Bildung in Gasform auftritt, dessen
Verdichtung zu festem Zinkoxyd aber dank der geschilderten Anordnung nahezu unmittelbar
erfolgt. Diese plötzliche Verdichtung von Gasen, begleitet von einem Einwärtsströmen
von Luft, auf das wieder eine neue Expansion und Verdichtung in dem Maße folgt,
wie neuer Zinkdampf einstörmt, bewirkt vermutlich die Entstehung der spratzenden
und knallenden Flamme, die für das neue Verfahren charakteristisch ist. Durch Regelung
der Kühlluftmenge kann man die Teilchengröße beeinflussen.
-
Das nach dem neuen Verfahren erhaltene Zinkoxyd ist von solcher Feinheit,
daß das Mittel der zwei größten Durchmesser der einzelnen Teilchen unter o,25 Mikron
liegt, gemessen nach der von H e n r y G r e e n im »Journal of the Franklin Institute«,
angegebenen Methode.
-
Die Wirkung, die die Verminderung der Teilchengröße von Zinkoxyd selbst
nur um 11.a Mikrön ausübt, läßt sich daraus ermessen, daß i g Zinkoxyd bei einer
durchschnittlichen Teilchengröße von
0,7 Mikron o;96 Billionen Teilchen,
dagegen bei einer Teilchengröße von o,6 Mikron i,84 Billionen Teilchen enthält.
Sobald man unter
0,3 Mikron für die durchschnittliche Teilchengröße hinuntergeht,
wird die Wirkung einer kleinen Verringerung des Durchmessers des einzelnen Teilchens
außerordentlich groß. So enthält i g Zinkoxyd mit Teilchen von 0,3 Mikron im Durchmesser
ungefähr 12 Billionen Teilchen; eine weitere Verminderung des Durchmessers um %o
Mikron erhöht die Zahl der Teilchen schon auf 41 Billionen. Die nachstehende Tabelle
veranschaulicht die Bedeutung der Erfindung in dieser Beziehung:
| Teilchen- Anzahl der Teilchen |
| durchmesser _ per Gramm |
| in Miltron in Billionen |
| 0,7 o,96 |
| o,6 1,54 |
| 0,5 2,64 |
| 0,4 5i7 |
| 0,3 12,24 |
| 0,2 41,40 |
| O, i 331,20 |
Das .gemäß der Erfindung erhaltene Zinkoxyd erhöht die Reibfestigkeit von Gummi,
dem es zugesetzt ist, in außerordentlichem Maße. Wenngleich die Mehrwirkung in Bezug
auf die Erhöhung der Reibfestigkeit bei Gummi wohl in erster Linie der feineren
Verteilung bzw. der Verringerung der Teilchengröße zuzuschreiben ist, so stehen
die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Zink in seiner Wirkung auf Gummi
offenbar in einer so engen Wechselwirkung, daß die Verminderung der Teilchengröße
an sich vielleicht nicht die einzige Ursache der Mehrwirkung ist. Die Bedeutung
der Erfindung ist im übrigen nicht in ihrer Anwendung auf Gummi beschränkt.