DE1944601C3 - Verfahren zum dosierten Fördern von Alkalimetallen bei der Hydridherstellung - Google Patents

Description

nen Menge geschmolzenen Alkalimetalls pro Zeitein- 4.5 200 C i 1 nennenswertem Ausmaß mit Wassi rstoff

licit jedoch beträchtliche Schwierigkeiten. Werden dazu beispielsweise Zahnrad- oder Kreiselpumpen benutzt, so treten an den Stopfbuchsen wegen der tlort meist vorhandenen Undichtigkeiten geringe Mengen des geschmolzenen Alkalimetall ans. die in Anbetracht der hohen Temperaturen oftmals tue Ursache von Bränden sind.

Benutzt man statt dessen stoplbuchslose Menibranpumpen, so ist diese Gefahr zwar beseitigt.

reagiert und daß man geschmolzenes Natrium unter einer Wasserstoffalmosphärc von geringem absolutem Druck durch einen Filier drücken kann. Diese Tatsachen gaben jedoch der Fachwelt keinen Hinv.eis. wie man bei der Dosierung von geschmolienem Natrium bei der I lydridherstellung unter den icla'.iv hohen erforderlichen Drücken verfahren sollte. Wasserstoff als Schutzgas schien unter diesen Bcdngun- ncn die Gefahr einer erheblichen, sich c\o herm

doch kommt es dabei häufig zu Ventilverstopfungen 55 steigernden llscliitlbildun;: schon im Dosiemnusbcinfolge unvermeidbarer kleinster oxydischcr Verun- halter zu verursachen und wurde nicht in Bet'acht reiiiigungen im geschmolzenen Metall, so daß auch gezogen.

hier eine einwandfreie Förderung nicht gewährleistet Wie sich in Jer Praxis gezeigt hat, kommt ts bei

ist. Da sich diese geschmolzenen Metalle wegen ihrer der Verwendung von Wasserstoff als Druck·nittel hohen Oberflächenspannung nicht drucklos, d.h. 60 entgegen den Erwartungen jedoch nur zu einer 5 ο geohne Anwendung von Pumpen, durch geeignete FiI- ringen Hydridbildung im Dosienmgsbehälter u id in ter drücken lassen, scheidet auch ein Abtrennen der den VerbindurgsIciUingen, daß dadurch die einoxydischen Verunreinigungen durch Filtern aus. wandfreie Funktion der Anlage nicht beeinträchtigt

Hinzu kommt bei diesen Fördcrmcthodcn als wei- wird. Die Bildung feinster Hydridhäutchen kann lcrc Schwierigkeit, daß die Mengenmessung oftmals 65 noch dadurch »veiter herabgesetzt werden, deß die nicht mit der erforderlichen Genauigkeit durchfuhr- Temperatur de, geschmolzenen Metalls ijerad: nur bar ist. Die Ursache dafür sind auch hier kleinste so hoch gewähl wird, wie es für dessen aüsicicicnde oxydische Verunreinigungen, die den Schwimmer in Fließfähigkeit unbedingt erforderlich ist, bei ipiels-

weise 120 bis 150° C bei Natrium, 75 bis 100⁰C bei Kalium und 190 bis 215° C bei Lithium. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß jegliche Verunreinigung der Anlage mit inerten Stoffen vermieden wird, also weder der Reaktionsablauf noch das Reaktionsprodukt irgendwie ungünstig beeinflußt wird. Es ist dabei völlig belanglos, ob der Fördervorgang sofort abgebrochen wird, nachdem das letzte geschmolzene Metall in das Reaktionsgefäß hinübergedrückt worden ist oder nicht, da im letzteren Falle nur weiterer Wasserstoff zu dem bereits vorhandenen in das Reaktionsgefäß hineinströmt, und zwar so lange, bis auf Grund der sich einstellenden Druckverhältnisse die Wasserstoffzufuhr von selbst aufhört.

Als weiterer Vorteil kommt dabei noch hinzu, daß für die Hydridherstellung nicht mehr zwei verschiedene Gase erforderlich sind, sondern nur noch ein einziges Gas benötigt wird, nämlich das Reaktionsgas, wodurch sich das ganze Verfahren unter Umstanden erheblich wirtschaftlicher durch?.ihren läßt.

Gegenstand der Erfindung ist daher das anspruchsgemäße Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als Druckmittel Wasserstoff verwendet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Anlage noch näher erläutert.

Der Behälter 1 dient zum Aufschmelzen des Alkalimetails unter einer Schutzgasatmosphäre. Als Schutzgas kann beispielsweise trockener Stickstoff oder auch Wasserstoff verwendet werden, mit dem der Behälter 1 — wie durch die Pfeile A, B am Dekkel angedeutet — ständig durchspült wird. Bei entsprechend niedriger Temperatur der Schmelze, beispielsweise 120 bis 150° C bei Natrium, 75 bis 100⁰C bei Kalium und 190 bis 215⁰C bei Lithium, kann aber in vorteilhafter Weise auch trockene Luft verwendet werden. In Abhängigkeit von der Temperatur der Schmelze wird der Behälter 1 in bekannter Weise beispielsweise mit entsprechend heißem Öl oder auch elektrisch beheizt. Die Heizeinrichtung ist liier durch den Mantel 2 angedeutet, der den Behälter ΐ umgibt. Statt dessen kann natürlich auch vorgesehen werden, die Heizeinrichtung im Behälterinneren anzuordnen.

Der Behälter 1 ist mit dem darunter angeordneten Dosicrungsbchälteri über die bis nahe zum Boden des Dosicrungsbehäl.erS reichende Leitung 4 mit Absperi ventil 5 verbunden. Am Baden des Dosierungsbehälters 3 ist für Reinigungszwecke das Entleeruncsvcntil 6 vorgesehen. An die Leitung 4 ist /wiichcn dem Dosierungsbehälter 3 und dem Absperrventil 5 die zum Reaktionsgefäß 7 führende Leitung 8 nebst Absperrventil 9 angeschlossen. Unmittelbar an den Dosierungsbehälter 3 angeschlossen ist die Lcitiini» 10. die unter Zwischenschaltung des Durchflußmcßgcrätcs 11 und des Regelventils 12 mit einer nicht gezeigten Druckgasquclle für Wasserstoff verbunden ist.

In der Leitung 10 ist außerdem oberhalb des Behälters 1 das Ausglcichsvcntil 13 angeordnet, mit dem cl'c Verbindung zur umgebenden Atmosphäre, gegebenenfalls in Gestalt eines Rückschlagventils, einer Tauchglocke od. dgl. zur Vermeidung des Eindringens von Luft in die Leitung 10. hergestellt werden kann.

Bcor das geschmolzene Metall über die Leitung 4 in den Dosierungsbehälter 3 abgelassen wird, werden sowonl dieser als auch die Leitungen 4,8 und XO mit Wasserstoff gespült. Anschließend daran wird das Absperrventil 9 geschlossen und das Absperrventil 5 sowie das Ausgleichsventil 13 geöffnet, so daß das geschmolzene Metall in den Dosierungsbehälter 3 hineinlaufen und diesen sowie die Verbindungsleitungen ausfüllen kann, bis der Niveauausgleich zwischen dem geschmolzenen Metall im Behälter 1 und

ίο dem in der Leitung 10 erreicht ist. Daran anschließend wird das Ausgleichsventil 13, durch welches das vom geschmolzenen Metall verdrängte Gas entwichen ist, sowie das Absperrventil 5 geschlossen und das Regelventil 12 so eingestellt, daß in der Leitung 10 der für die gewünschte Fördermenge erforderliche Wasserstoffdruck herrscht. Wird dann das Absperrventil 9 geöffnet, so wird das geschmolzene Metall dem Reaktionsgefäß 7 in der gewünschten von Null stufenlos einzustellenden Menge zugeführt.

ao Der Inhalt des DosierungMjehälters 3 wird unter Berücksichtigung des anfänglich in den Leitungen vorhandenen geschmolzenen Metalls zwfckmäßigerweise gerade so groß gewählt, daß er einer Charge, des Metallhydrids entspricht, so daß der Dosierungs-

a5 behälter 3 im gleichen Rhythmus wieder aufgefüllt werden muß wie das Reaktionsgefäß 7 entleert wird. Der Inhalt des Behälters 1 wird dagegen etwas größer gewählt, als es einer Charge entspricht, so daß nach Auffüllen des Dosierungsbehälters 3 und der Leitungen noch eine ausreichende Menge des geschmolzenen Metalls im Behälter 1 verbleibt, um den Wärmeübergang beim Aufschmelzen des festen Metalls der nächsten Charge zu verbessern.

Ist die Fördermenge mittels des Regelventils 12 einmal eingestellt worden, so kann die gesamte Anlage in vorteilhafter Weise sich sclb.st überlassen werden, braucht also nicht mehr vom Bedienungspersonal überwacht zu werden, da sie sich nach Beendigung des Fördervorganges — wie vorstehend bereits erläutert — praktisch selbsttätig abstellt.

Um /u verhindern, daß sich das geschmolzene Metall im Dosierungsbehälter 3 sowie in den Leitungen und Ventilen zu weit abkühlt und dabei eventuell sogar erstarrt, sind auch diese Teile der Anlage — soweit sie mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommen — mit einer Heizeinrichtung versehen, die hier als Mantel 14, 15 angedeutet ist. Um einen möglichst günstigen Reaktionsablauf zu erreichen, ist es unter Umständen zweckmäßig, das geschmolzene Mclall bereits vor Eintritt in das Reaktionsgefäß 7, das mit einer nicht gezeigten Heizeinrichtung ebenfalls aufgeheizt wird, auf die Rcaktionstempeiatur zu erwärmen.

Die Höhe der Reaktionsternperatur hängt ebenso wie el ic Höhe des Reaktionsdriickcs von den Bedingungen des Hinzellalies ab. Allizemcin kann gesagt werden, daß die Bildung der Hydride der Alkalimetalle prinzipiell vom Schmelzpunkt dieser Metalle bis zur thermischen Zersetzung ihrer Hydride möglich ist und daß die untere Grenze für den Wasserstoffdruck im Rcaktionscefäß und Dosiergefäß durch den Wasscrstoffpartialdnick des jeweiligen Hydrids gegeben ist, während die obere Grenze vom apparativen Aufwand für die Anlage abhängt. Bei der Herstellung von Natriumhydrid hat es sich beispielsweise als zweckmäßig erwiesen, eine Temperatur von etwa 290 bis 300'C und einen Druck von etwa 4 at zu wählen,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. dem üblicherweise zur Mengenmessung verwendeten Durchflußmeßgerät, einem sogenannten Rotameter, in seiner freien Beweglichkeit behindern, so daß die magnetisch angezeigte Stellung des Schwimmers im

   metallen bei der Herstellung deren pulverförmi- 5 Durchflußmeßgerät nicht mehr exakt der durchströmenden Menge entspricht.

   Zur Venneidung der vorstehend erläuterten Nachteile ist nun bereits versuchsweise vorgesehen worden, die geschmolzenen Alkalimetalle mittels Paraf-

   finö'l als Druckmittel aus einem Düsierungsbehälter entsprechender Größe in das Reaktionsgefäß hinüberzudriicken. Dabei zeigte sich jedoch, daß sich das Paraffinöl und das Alkalimetall in einem gewissen Übergangsbereich miteinander vermischen, so

   daß dieses Gemisch im Dosierungsbehälter zurückgehalten werden muß, um durch das Paraffinöl bedingte Verunreinigungen im ReaktionseefäS zu vermeiden. Abgesehen davon, daß es entsprechend auf- :;ndiger Maßnahmen bedarf, um aus diesem Ge

   Patentanspruch:
   Verfahren zum dosierten Fördern von Alkaliger Hydride durch unmittelbare Umsetzung des Metalls mit Wasserstoff, bei dem das geschmolzene Metall mittels eines gasförmigen Druckmittels aus einem Dosierungsbehälter in ein Reaktionsgefäß verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel Wasserstoff verwendet wird.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dosierten Fördern von Alkalimetallen bei der Hersteilung deren pulverförmiger Hydride durch unmittelbare Umsetzung des Metalls mit Wasserstoff, bei dem das geschmolzene Metall mittels eines gasförmigen Druckmittels aus einem Dosierungsbehälter in ein Reaktionsgefäß verdrängt wird.

   misch wieder das Alkalimetall in der erforderlichen Reinheit abzutrennen, besteht überdies die Gefahr, daß bei nicht rechtzeitiger Unterbrechung des Fördervorganges sogar reines Paraffinöl in das Reaktionseefäß gelangt und dort nicht nur den Reaktions-

   Es ist bekannt, pulveTförmige /Alkalimetallhydride 35 Vorgang ungünstig beeinflußt, sondern auch das durch direkte Umsetzung von Wasserstoff mit dem Reaktionsprodukt selbst verunreinigt. Unter diesen jeweiligen geschmolzenen Alkalimetall herzusteilen.
   Dazu wird das flüssige Alkalimetall zweckmäßigerweise in einem Ileaktionsgefäß mittels eines pulverförmigen, kömigen od. dgl. inerten Trägermittels in 30 mieden, wenn man gemäß der USA.-Patentschrift möglichst feinei Verteilung gehalten und ständig 2 S98 184 das geschmolzene Alkalimetall mittels gasdurch Rühren bewegt, so ciaß eil ; möglichst große i'örmigem Stickstoff in das Reaktionsgefäß drüc't. Metallmenge pro Zeiteinheit zu dem entsprechenden Bei diesem Verfahren wird jedoch die Wasserstoff-Hydrid umgesetzt wird. Besonders günstige Verhält- phase im Real· tion^gefäß beeinträchtigt, wenn versenisse ergeben sich dabei, wenn — wie bereits vorge- 35 hentlich Stickstoff in das Reaktionsgefäß strömen schlagen — als Trägermittel pulverförmiges Alkali- sollte, nachdem die gesamte Charge der Alkalime-

   Umständen kann aber auch diese Lösung nicht zufriedenstellen.

   Die vorstehend erläuterten Nachteile werden ver

   mctallhydrid verwendet wird und die Menge des in das Reaktionsgefäß kontinuierlich eingeführten geschmolzenen Altalimetalls gerade so bemessen wird, daß sich die.fes vollständig mit dem ebenfalls kontinuierlich zugeführlcn Wasserstoff umsetzt und sich kein geschmolzenes Alkalimetall am Boden des Reaklionsgefäßes ansammelt.

   Dabei bereitet das Fördern einer exakt bemessetalle vom Dosierungsbehält^r in ^tS Reaktionsgefaß hinübergedrückt worden ist, was eine entsprechende Verlangsamuni; der Hydridbildung zur Folge hat.

   Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Druckmittel beim Fördern geschmolzener Alkalimetalle zu finden, das alle erläuterten Nachteile vermeidet, t.s war nun zwar seit langem bekannt, daß flüssiges Natrium erst oberhalb von