DE2153671A1 - Verfahren zur herstellung von feinverteilten oxiden - Google Patents
Verfahren zur herstellung von feinverteilten oxidenInfo
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Description
DEUTSCHE GOLD-UND SILnER-SCHEIDEANSTALT VORMALS ROESSLER
Frankfurt/Main, Veissfrauonstr, 9·
Verfahren zur !!einstellung von feinverteilten Oxiden,
Die Erfindung betrifft ein Vorfahren zur Herstellung; fcinstrteiliger
Oxide von Metallen und/oder des Siliciunis durch, hydrolytische Umsetzung flüchtiger Metall- und/oder
Siliciumhalogenide in einer Flamme, indem die flüchtigen
Verbindungen im Gemisch mit unter Wasserbildnng verbrennenden
Gasen und Luft bzw. Sauerstoff der Flamme zugeführt werden, unter Vermeidung der Bildung ν cn Halogen,z.D
ChIOr1In den Abgasen, wobei solche Mengen an Sauerstoff
und brennbarem Gas eingesetzt v/erden, dass der Sauerstoffgehalt
dor Mischung zur vollständigen Verbrennung dos brennbaren Gases mindestens ausx-eicht und dass das dabei gebildete
Wasser zur Hydrolyse der flüchtigen Verbindungen mindestens
•ausreicht.
Nach bekannten Vorfahren werden durch hydrolytische Ver~
breiinung flüchtiger Metallhalogenid-Verbindungcm feinst»
teilige Oxide hergestellt, indem die flüchtigen Verbindungen
zusammen mit Wasserdampf bildenden Gasen und Luft bzw.
Sauerstoff getrennt oder bereits in Mischling einem Brenner zugeführt werden. Dabei werden Luft bzw. .Sauerstoff und
Wasserstoff in einem solchen'Mengenverhältnis vermischt, dass sowohl eine vollständige Verb.rennurig des Wasserstoffs
als auch eine Hydrolyse der Halogenid-Vorbindung gewährleistet
ist. Zur Herstellung besonders aktiver Produkte wird die Flammentemperatür durch Zugabe von üborstöchiometrischen
Lxift- bzw, Sauerstoffinongen odor von Inertgasen, wie z.B.
Stieles toff, gesteuert.
Die nach diesen bekannten Verfahren gevtfoimenen Produkte
fallen zusammen mit Halugonwasserstoffgas enthaltenden Abgasan,
welches in einem Abscheider von den Oxid teilchen abgetrennt «..'-.nt. 309820/0842
Bei Verwendung von Chloriden, z.B. Siliciumtetrachlorid» verläuft
die Hydrolyse bzw. Pyrolyse nicht vollständig nach der folgenden Reaktionsgleichung
SiCl^ + 2 H2 + O^ >
SiO2 + k HCl,
sondern das Brennerabgas nach dem Feststoffabscheider enthält
bei Prozessführung mit stöchioraeti-isch überschüssigem
Sauerstoff 6 G$ bis 1o G/j freies Chlor bezogen auf den
Chlorwasserstoffanteil.
Das zwangsläufig als Nebenprodukt anfallende Chlor muss durch
^^ zusätzlichen technischen Aufwand nach Absorption des Chicr-■
Wasserstoffs aus dem Betriebsabgas entfernt werden. Dies erfolgt nach bekannten Verfallen,
Infolge der Aufwendigkeit dieser Verfahren wurde auch,
schon versucht, die Bildung von Chlor während der pyrolytischen Umsetzung zu beeinflussen. So ist es aus der
deutschen Patentschrift Nr. 1 21ο 421 bekannt, die Bildung
von freiem Chlor dadurch zu vermeiden, dass die Pyrolyse nicht in Gegenwart von Sekundärluft, sondern von einem
Inertgas, z.B. Stickstoff, durchgeführt wird, da das Verfahren mit einer sogenannten autarken Flamme arbeitet,
! d.h. die Flamme bereits alle für die Reaktion notwendigen
™ Komponenten homogen gemischt enthält. Aus der deutschen
Patentschrift Nr. 1 ?.hk 125 ist welter bekannt, in Erweiterung
vorgenannten Verfahrens einen Teil des Reaktionsabgases nach der Feststoff-Abscheidung abzuzweigen-und
statt der sogenannten Sekundärluft dosiert; in einen abgeschlossenen
Brennraum einzuführen.
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Nach diesem bekannten Verfahren kann zwar die Bildung von freiem Chlor weitgehend verhindert werden, jedoch lässt
sich die Umsetzung nur durch das Abbrennen der Flamme
innerhalb einer Inertgas-Atmosphäre bzw. in einer geschlossenen Brennkammer durchführen.
Die Erfindung ging von der Aufgabenstellung aus, ein Verfahren anzugeben zur Herstellung feinstteiliger Oxide von
Metallen und/oder des Siliciums durch hydrolytische Umsetzung flüchtiger Metall- und/oder Siliciumhalogenide, ζ .B. Chloride,
einer Flamme, indem die flüchtigen Verbindungen im Gemisch mit unter Wasserbildung verbrennenden Gasen und Luft bzw.
Sauerstoff einer aus einer Düse in einem Flammrohr abbrennenden Floinme zugeführt werden unter Vermeidung der Bildung von Halogen,
z.B.Chlor,in den Abgasen, wobei solche Mengen an Sauerstoff
und brennbarem Gas eingesetzt v/erden, dass der Sauerstoffgehalt der Mischung zur vollständigen Verbrennung des brennbaren
Gases mindestens ausreicht urfi dass das dabei gebildete Wasser zur Il3rdrolyse der flüchtigen Verbindungen mindestens
ausreicht, mittels welchem Verfahren die Bildung von Ilalogen, /z.B. Chlor
im Flammenmantel bzw. in der Flamme direkt verhindert wird.
Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, dass man die Flamme in einer Umgebung aus zusätzlichen Wasserdampf
enthaltenden Gasen brennen lässt. Am besten umgibt man dde Flamme mit einem Mantel aus Wasserdampf enthaltenden
Gasen.
Nach einer zweckinässigen Ausführungsform des erfindungsgemässen
Verfahrens umgibt man die Flamme mit einem Mantel aus überhitzten Wasserdampf enthaltonden Gasen. Dazu
apeist man überhitzten Wasserdampf z.B. direkt über einen im oberen Teil des Flammrohres angeordneten Düsenring aus
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f , Edelmetall, insbesondere Silber, ein. 15in schützender
AgCl-FiIm verhindert Korrosion der Düse und somit zusätzliche
f ψ Verunreinigungeji im Oxid-Aerosol. Die benötigte )!nnge Wasserdampf
wird kurz vor der Verdüsung auf ca. 25° C erhitzt.
Es ist nicht unbedingt erfordci'lich, den zusätzlichen
dampf, in dem die Heaktions flamme brennen soll i von. atissen
zuzuführen. Vielmehr* hat sich gezeigt, dass man den Wasserdampf
auch durch Verbrennung von zusätzlichem Wasserstoff
mit Sekundäx*luft erzeugen kann. Unter* Sekundärluft wird
dabei im wesentlichen solche Luft verstanden, welche an zwischen Brennermtvndung und unterem Flammteil· gelegenen
Stellen parallel, senkrecht oder im Winkel zui" Strönmngsrichtung
der Flamme zugesetzt wird oder infolge der Konstruktion der Umsetzungsvorrichtung von aussen zuströmt.
Letzterer Fall ti'itt dann ein, wenn eine Vorrichtung verwendet wird, bei der Urenneriniindimg und Flarnnirohreintx'itt
im Abstand stehen, die vom Brenner emittierte gasförmige
Reaktionsmischung also vor Eintritt in das Flammrohr einen freien Luftraum passiert. Das Einströmen der Sekundäi"-Iuft
in das Flammrohr kann durch den Sog der Flammgase und/oder durch Anlegen von Unterdruck in das Flammrohr
bewirkt bzw, geföx'dert werden.
Nach einer Variante der erfindungsgemässen Verfahrens führung
setzt man bei Verwendung eines von der Brennermündung im Abstand stehenden offenen Flammrohres den Wasserdampf
bzw, den zusätzlichen Wasserstoff innerhalb dieses Abstandes zu. Man kann aber auch den Wasserdampf bzw. den zusätzlichen
Wasserstoff innerhalb des Flammrohres zusetzen. Letztores hat sich für einen störungsfreien Betrieb als empfehlenswert
erwiesen. In diesem Fall speist man zweckmässig don
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Wasserdampf* bzw. den zusätzlichen Wasserstoff mittels im
oberen -Teil des Flammrohres angeordneter Düsen ein. Als
Düsenanordnung kann man sowohl einen mit Düsen bzw. beliebig geformten Gasaustrittsöffnungen versehenen Ring oder einen
ringförmigen Spalt verwenden.
Eine weitere Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgomassen
Verfahrens liegt darin, dass man den zusätzlichen Wasserstoff über die zur Freihaltung des Drennoxmiundcs
vorgesehene Hingdüse zusetzt«
Die Menge an Sekundärluft' kann durch an sich bekannte
Mittel zur Beeinflussimg des Durchtrittsquerschnittes von Gasströiiien geregelt v/erden. Im vorliegenden Zusammenhang
hat sich die Verwendung eines an seinem oberen Ende durch Lochblenden o.ä» verengerbax^en-Flammrohres als günstige
Lösung erwiesen. Eine Voränderung der Flammentemperatur
kann dadurch bewirkt werden, dass man in an sich bekannter
Weise zu einem Gemisch aus flüchtigen Metall- und/oder
/z.B. Chloriden/
Silicimnhalogeniden, unter Wasserbildung verbrennenden Gasen und Luft bzw. Sauerstoff ein Inertgas, vorzxigsweise Stickstoff, zusetzt. ■ ·. "
Silicimnhalogeniden, unter Wasserbildung verbrennenden Gasen und Luft bzw. Sauerstoff ein Inertgas, vorzxigsweise Stickstoff, zusetzt. ■ ·. "
Die Erzeugung des die Flamme umgebenden wasserdampfhaltigen
Mediums geht aus den beiliegenden Fig. 1-3 hervor. Diese zeigen einen Brenner 1 mit einer Ringdüso 2 im
Bereich dos Brennermundes für· den einzuspeisenden Mantelwasserstoff
zur Fi*eihaltung dos Brennermundes sowie ein gegenüber dem Bremiermund im Abstand stehendes Flammrohr 3»
Die Fig. 1 und 2 zeigen ferner einen Düsenring h aus Silber,
in welchen Wasserdampf bzw. Wasserstoff eingeleitet v;ird. Xn Fig. 1 ist zur Veranschaulichung zusätzlich cüo DlOIj ~
ivual-1 gas-Flamme {Aerosol-Flamme) 5 sowie der Wasserdru ·ρΓ-inuiiifi'J
6 gezeigt.
3 0 9 B
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Die Erfindung wirrl anhand der folgenden Ausführungsboispiele
in Verbindung mit den erwähnten Zeichnungen weiter erläutert:
Gemfiss Fig« 1 wurde der Düsenring h in die Öffnung des Flammrohreinganges
3 so installiert, dass die Öffnung des
Flammrohres ca. 1o - 15 "im über der Ringeboiie liegt, Die
Düsenöffnungen sind so. angebracht, dass der austretende Dampf die Aerosolf lamme mantelfürmig (zylinderf örtnig) umhüllt.
Als" Material für den Düsenring hat sieb Silber be-
^^ währt. Ein schützender AgCl-FiIm verhindert Korrosion der
- Düse und somit zusätzliche Verunreinigung im Oxid-Aerosol.
Um Kondensation und damit überhöhton Dampfverbrauch zu ver» ■
melden, wurde der Dampf vor Eintritt iri den Düsenring; mit
einem Kalorifer aiif ca, 25o° C überhitzt. Die Öffnung dee
Flammrohres wurde durch eine zusätzliche Lochblende verkleinert, um die eingesaugte Sekundärluftmenge so goring
wie möglich zu halten.
Zur Herstellung von foinverteiltem SiO„ wurden stündlich
h36 Mol SiGIr mit 25 Niir/h Wasserstoff (1125 Mol/h) und
mit ; 6ö Nitr/h Luft (5 6b Mol/h Sauerstoff) in den Brenner
eingeführt. Als Mantelgas wurde o,7 Nm /h Wasserstoff in-.dia
/Hingdüse 2 gegeben. Dei" Düseni^ing wurde nach Entsr-ünden und Belasten des
Brenners mit ca. 2o kg/h Wasserdampf beaufschlagt. Die
Flamme brannte bei einer Temperatur von etwa 12c α C and
erzeugte pro Stunde 26,5 kg SiO mit einer nach BIST be-
stimmten Oberfläche von etwa 2°o m /g. Bis Kor;zentrai;io::
an freiem Chlor boi.rug im Abgas nach dem Λsi-o^rLIabseheidsr
weniger al;.; o,1 G''' bezogen auf dc?n Chi on/assers fcof f an fco 11 v^ährend
bei. due horkömm L Lehen ' Fahr1.·;eis3 6 bis "Io O^ ^ΛΛ
Abgaij mich cieni For, tr; to ff abs chnide r zu finden s^l'-.d ~
■] ο y ι; .i ο / υ α α :i
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Beispiel 2:
Bei dieser Variante (Fig. 3) kann auf den Düsenring verzichtet
werden. Es wii-d nur die bisherige Menge ati "Mantel-"
Wasserstoff* erhöht. Hierbei wird durch Verbrenmmg des
Wasserstoffs mit der eingesaugten sogenanten Sekundärluft
der Wasserdampfmantel um die Flamme erzeugt, der erforderlich ist, um die Bildung.an freiem Chlor in der Flamme zu verhindern.
Auch bei dieser Verfahrensweise wii'd die Öffnung
des Flammrohres durch eine zusätzliche Lochblende so klein wie eben möglich gehalten. Hierbei wurde die folgende .
Einstellung gewählt: Ό6 Mol/h SiCl^ wurden mit 25 Nm3/h
(112p Mol/h) Wasserstoff und 6o Km3/h Luft (56b Mol/h
Sauerstoff) dem Brenner zugeführt. Dio bisher benötigte
Menge an Mantel\\rasscrstoff von 0,7 Nm /h wird auf 3»5 Nur/h
erhöht. Diese 3»5 Nnr /h Wasserstoff worden zusätzlich mit
ca. 1,5 Nm /h Inertgas verdünnt, so dass in den durch das '
/die Ringdüse Mantelrohr Gebildeten Ringraum um den Brenner ins^üsuiiit ~~
5 Nm /h wasserdanipfbilclendes Gas geschickt wird. Um die
gleiche Temperat\ir bzw. die gleiche Oberfläche wie in
dem obengenannten Beispiel von ?.oo m /g zu erhalten, muss zusätzlich 1o N'ir /h (hh6 Mol/h) Np in den Brenner eingespeist
werden. Es fällt'auf, dass das nach dieser Verfahrensweise hergestellte Produkt eine um etwa 2o $ höhere
VerdickungBwirkurig als das.üblicherweise hergestellte Oxid
mit einer spezifischen Oberfläche von 2oo m"/g hat.
Durch Zugabe von Inertgas in das Reaktionsgasgemisch anstelle des Luftüberschusses können variierte Oxid-Typen hergestellt
werden.
Die analytisch ermittelte Konzentration an Sauerstoff im Brennerabßas lag bei allen Versuchen zwischen 5 bis 7 Vol. $.
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- ft ~
Eine eventuell überstöchiometrisch auftretende Menge an
Wasserstoff im Reakti onsgemisch wird folglich noch im
Flammrohr verbrannt und gelangt nicht in nachgeschaltete Apparate-Einheiten,
Demgegenüber ergibt sich ben dor bisherigen Betriebsweise
folgende Einstellung: H36 Mol/h SiCl^, 25 Nm3/h (1 12o Mol/h)
Wasserstoff und 62 Nm^/h Luft (579 Mol/h Sauerstoff), um ein
lioclidispersoti Oxid mit einer Oberfläche von ca. 2oo m'"/g
zu erhalten. Als Mantolgas wird ca. 0.7 Nm /h V/asserstoff
hinzugegeben. Hierbei befinden sich 6 C;l>
bis 1o G% Chlor
im Abgas nach dein Aerosilabscheider,
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Claims (1)
- Patentansprüche1.) Verfahren zur Herstellung feinstteiliger Oxide von Metallen und/oder des Silicium.«5, durch hydrolytische Umsetzung1 j j ZiTJt 5klorflüchtiger Metall- und/oder Siliciumhalogenide in einer Flamme, indem die flüchtigen Verbindungen im Gemisch mit tint er Was r.erbil dung verbrennenden Gasen und Luft bzw, Sauerstoff einer aus einem . ·■-:. von einer Ringdüse, in welche Wasserstoff zur Freihaltung des IJreniiernmndos von Pes tstof f ausätzen eingeleitet wird, umgebenen Brenner in einem Flammrohr abbrennenden Flamme zugeführt werden unter Vermeidung der Bildung von Halogen z.B. Chlor in den Abgasen, wobei solche Mengen an Sauerstoff und brennbarein Gas eingesetzt werden, das fs der Sauerstoffgehalt der Mischung 'zur vollständigen Verbrennung des brennbarem Gases mindestens ausreicht und dass das dabei gebildete Wasser zur Hydrolyse dar flüchtigen Verbindungen mindestens ausreicht, dadurch gekennzeichnet, dass man die Flamme in einer Umgebung aus zusätzlichen' Wasserdampf enthaltenden Gasen brennen lasst,2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flamme mit einem Mantel aus Wasserdampf enthaltenden Gasen umgeben wird.3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Flamme uit einem Mantel aus überhitzten Wasserdampf enthaltenden Gasen umgibt.h.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3» dadurch gekennzeichnet, dass man den Wasserdampf durch Verbrennung von zusätzlichem Wasserstoff mit Sekundärluft erzeugt,309 8 20/084 2BAD ORIGINAL— Ji ~5·) Verfahren nach dan Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass man bei Verwendung eines von der Brennermundun/; im Abstand stehenden offenen Flammrohres den Wasserdampf bzw. den zusätzlichen Wasserstoff innerhalb dieses Abstandos ztisetzt.6.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch ^ekonnzeicliant, dass man den Wasserdampf bzw. den zusätzlichen- Wasserstoff innerhalb des Flammrohres zusetzt.7.) Verfahren nach Anspruch 6, dadui^ch gekennzeichnet, dass man den Wasserdampf bs-.v/. den zusätzlichen Wasserstoff mittels im oberen Teil des Flammr'ohx'es angeordneter Düsen einspeist·.8.) Verfahren nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, dass maneinen mit Düsen versehenen Hing oder einen"ringförmigen. · - Spalt verwendet.9») Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, dass man den zusatzlichen Wasserstoff über die zur Freihaltung des Drennermuncles vorgesehene Ringdüse zusetzt,1o.) Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Verwendung eines an seinein oberen Ende durch Lochblenden o.a. verengerbaren Flammrohres zur Beeinflussung der Sekundärluftmengo«11.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 1o, dadttreh. gekennzeichnet dass man die Flainiuentemperatur durcli Zusatz von Inertgas, vorzugsweise Stickstoff zu dem Gemisch aus flüchtigen Metall- und/oder SiIiciumhalogeniden, unter Wasserbildung verbrennenden Gasen und Luft bzw. Sauerstoff, regelt.309820/0842BAD ORIGINAL
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