DE2207048C3

DE2207048C3 - Verfahren zur radialen Erweiterung und Stabilisierung der Plasmasäule in Plasmaofen zur Hochtemperaturbehandlung von durch die Plasmasäule hindurchgeführten Stoffen, und Plasmaofen zur Ausführung dieses Verfahren

Info

Publication number: DE2207048C3
Application number: DE2207048A
Authority: DE
Inventors: Jozef Kazimierz Stoneleigh Surrey Tylko (Grossbritannien)
Original assignee: TETRONICS RESEARCH AND DEVELOPMENT Co Ltd FARINGDON BERKSHIRE (GROSSBRITANNIEN)
Current assignee: TETRONICS RESEARCH AND DEVELOPMENT Co Ltd FARINGDON BERKSHIRE (GROSSBRITANNIEN)
Priority date: 1971-02-16
Filing date: 1972-02-15
Publication date: 1974-06-20
Also published as: US3783167A; JPS5515838B1; IT960660B; FR2125924A5; CA957733A; GB1390351A; DE2207048A1; DE2207048B2

Description

3. Plasmafrequenz, _{f) Der DurchmeS}ser der aus einem Kranz von

4. Dimensionslose Plasmakonslante .1 Wolframstäben bestehenden Kathode muß verhält-

5. Elektronen- und Gastemperatur. nismäßig klein sein, da sonst der austretende Licht-

40 bogen von Stab zu Stab springt. Die Länge der Kathodenstäbe muß genau gleich sein, da sonst nur vom

Ein Verfahren der eingangs dargelegten Art und längsten Stab ein Lichtbogen ausgeht. Die Herstel-

ein Ofen zu dessen Durchführung sind bereits aus lung von Ringelektroden aus Wolfram stößt auf tech-

dem Aufsatz »A rotating wall, d. c.-arc plasma fur- nische und wirtschaftliche Schwierigkeiten'. Wolfram-

nace« von D. W h y m a η in der Zeitschrift »Journal 45 kathoden sind außerdem empfindlich gegen Anbak-

of Scientific Instruments«, 1967. Bd. 44, S. 525 bis ken eingebrachter Stoffe.

530, bekannt. Bei dem dort beschriebenen Plasma- _g) Schließlich bereitet der rotierende Zylinder kon-

ofen ist zur radialen Erweiterung und Stabilisierung struktive Schwierigkeiten, da dieser wegen seiner ho-

der Plasmasäule durch Wirbelfeldwirkung ein die- hen Drehzahl schon bei einer verhältnismäßig klei-

eelbe koaxial umgebender, um seine Achse rotieren- 50 nen Unwucht zu pendeln beginnt,

der Zylinder vorgesehen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde.

Die obere, nicht drehbare Elektrode besteht bei eine Plasmasäule mit größerem Volumen, als es bisdiesem bekannten Ofen aus einem Kranz von Wolf- her erreichbar war, zu erzeugen und aufrechtzuerhalramstäben, der konzentrisch um das untere Ende ten, welche ohne nachteilige Beeinflussung ihrei eines Beschickungskanals herum angeordnet ist, 55 Eigenstabilität große Mengen von Beschickungsmadurch welchen pulverförmige Stoffe in die Plasma- terial aufnehmen kann und eine lange Verweilzeil säule einführbar sind. Die unter der oberen Elek- dieses Materials in der Plasmasäule sicherstellt,
trode angeordnete Ringelektrode ist trichterförmig Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein Verausgebildet und dient gleichzeitig zum Sammeln des fahren der eingangs dargelegten Art gemäß der ErErzeugnisses, welches durch die Trichteröffnung ab- 60 findung dadurch gekennzeichnet, daß das wirksame strömen'kann. Beide Elektroden und der um die Ende der oberen Elektrode längs einer geschlossenen Plasmasäule rotierende Zylinder sind wassergekühlt. Bahn bewegt wird, die zusammen mit der Ringelek-

Das aus dem genannten Aufsatz bekannte Verfah- trode einen Kegelstumpf oder Zylinder bildet, inner-

ren zur radialen Erweiterung und Stabilisierung der halb welchem sich die Plasmasäule aufbaut, wobei

Plasmasäule eines Plasmaofens bzw. der bekannte 65 die Geschwindigkeit dieser Bewegung so eingestelli

Plasmaofen selbst sind zwar labormäßig brauchbar, ist, daß die Plasmasäule in dieser Form erhalten

jedoch wegen der nachstehend beschriebenen Nach- bleibt,

teile nicht industriell verwertbar. Mittels des erfinduneseemäßen Verfahrens wird

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eine radial erweiterte, schnell rotierende Plasmasäule Ofen nur für Laborversuche geeignet ist, ermöglicht mit wesentlich größerem Volumen und größerer der erfindungsgemäße Plasmaofen die industrielle Länge, als es bisher möglich war, erzeugt und auf- Auswertung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
rechterhalten, innerhalb welcher die durch sie hin- Weiterhin tritt bei dem erfindungsgemäßen Piasdurchgeführten Stoffe eine spiralförmige Bahn be- 5 maofen nur ein äußerst geringer Verschleiß auf. Verschreiben, was erheblich zur Verlängerung der Ver- suche haben gezeigt, daß das wirksame Ende der weilzeit dieser Stoffe in der Plasmasäule beiträgt. In- oberen Elektrode nach hundert Betriebsslunden keinerhalb der Plasmasäule findet eine besonders wirk- nen sichtbaren Verschleiß aufweist, was der Drehung same Wärmeübertragung an die eingeführten Stoffe der Plasmasäule zuzuschreiben ist., welche die BiI-statt, was auf die starken Turbulenzen innerhalb der io dung heißer Stellen verhindert.
Plasmasäule zurückzuführen ist. In die nach dem er- Im Gegensatz zum bekannten Ofen, bei welchem findungsgemäßen Verfahren erzeugte Plasmasäule die Plasmasäule unmittelbar in der trichterförmigen, können verhältnismäßig große Mengen von Beschik- gleichzeitig das Erzeugnis sammelnden unteren Ringkungsmaterial eingeführt werden, ohne daß dadurch elektrode endigt, strömen bei dem erfindungsgemädie Stabilität der Plasmasäule nachteilig beeinflußt 15 Ben Ofen die von der oberen Elektrode ausgehenden wird. Es treten auch praktisch keine Elektronenaus- Plasmaströmungen durch die Ringelektrode hindurch spüleffekte auf, wie sie bei Anlegen zu großer Span- und endigen unterhalb derselben in einer charakterinune bei der bekannten Anordnung beobachtet wer- stischen Nachflamme, wodurch das Volumen der den. Dadurch kann bei dem erfindungsgemäßen Ver- Plasmasäule wesentlich vergrößert wird,
fahren zur Erzeugung der Plasmasäule eine wesent- ao Die obere Elektrode kann sowohl eine sich verlieh höhere Spannung als bei dem bekannten Verfah- brauchende als auch eine nicht abschmelzende Elekren verwendet und dadurch wiederum bei gegebener trode sein.

Leistung der in mancher Hinsicht nachteilige starke Zur Versorgung der Plasmasäule mit Materialien

Strom in kleineren Größenordnungen gehalten wer- ist die obere Elektrode vorzugsweise innen hohl,

den. Ferner weist die nach dem erfindungsgemäßen 25 Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er-

Verfahren erzeugte Plasmasäule eine geringe Strö- findung ist die obere Elektrode eine Plasmakanone,

mungsgeschwindigkeit der Plasmaströmung und wodurch ein noch besserer Wirkungsgrad erzielbar

keine starken Temperaturgefälle innerhalb der Pias- ist.

masäule auf. Dies wirkt sich sowohl auf die Verweil- Der erfindungsgemäße Plasmaofen kann etweder

zeit der zu behandelnden Stoffe in der Plasmasäule 30 an eine Gleichstromquelle oder an eine Wechsel-

als auch auf die erzielbare Wärmeleistung günstig stromquelle angeschlossen sein. Es kann auch eine

aus. Wechselstromquelle Anwendung finden, die zusätz-

Die Einstellung der Umlaufgeschwindigkeit des lieh eine Gleichstromkomponente liefert,

wirksamen Endes der oberen Elektrode derart, daß Soll der Plasmaofen mit Mehrphasen-Wechsel-

die Plasmasäule in der erfindungsgemäß festgelegten 35 strom betrieben werden, so besteht die Ringelektrode

Form erhalten bleibt, bietet dem Fachmann keine vorzugsweise aus einer Mehrzahl von Ringsegmen-

Schwierigkeiten und ergibt sich aus der selbstver- ten.

ständlichen Randbedingung, daß jeweils nach einem In Weiterbildung der Erfindung ist die dem Ofenin-Umlauf des Eltktrodenendes die erforderliche Ionen- neren zugewandte Wandung der Ringelektrode porös konzentration in dem von der Plasmasäule einzuneh- 40 oder mit kleinen Austrittsdüsen versehen. Dadurch menden Raum erhalten bleibt. können zur Erzeugung einer bestimmten Ofenatmo-

Die Erfindung beinhaltet außerdem einen Pias- Sphäre Substanzen durch die Ringelektrode in den maofen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Ver- Nachflammenbereich injiziert werden, beispielsweise fahrens, wobei von einem Ofen mit einer oberen Kohlenwasserstoffe oder öle, die gleichzeitig als Elektrode und einer in veränderlichem Abstand dar- 45 Kühlmittel zum Kühlen der Ringelektrode verwendunter angeordneten gekühlten Ringelektrode, mit bar sind.

einem in der Nähe des wirksamen Endes der oberen Die Ringelektrode kann in noch weiterer Ausbil-

Elektrode einmündenden Beschickungskanal und dung der Erfindung auch aus mehreren ringförmigen,

einer in der Nähe des unteren Ofenendes angeordne- mit gegenseitigen Abständen angeordneten Teilelek-

ten Sammelstelle für das Erzeugnis sowie mit einem 50 troden bestehen, die mit wachsender Entfernung von

angetriebenen umlaufenden Bauteil zur Erzielung der der oberen Elektrode an zunehmendes elektrisches

radialen Erweiterung der Plasmasäule und mit einer Potential gelegt sind. Dadurch läßt sich der Nach-

elektnschen Energiequelle zur Versorgung der Elek- flammenbereich verlängern,

troden ausgegangen wird. Gemäß einer bevorzugten Ausruhrungsform der

Ein solcher Plasmaofen ist gemäß der Ertmdung 55 Erfindung weist der Plasmaofen Mittel zur Aufprädadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode gung eines elektromagnetischen Wechselfelides auf längsverschieblich in einem das umlaufende Bauteil die Plasmasäule auf, wodurch der Plasmasäule zubildenden Lager gelagert und drehfest mit der oder sätzliche Energie zugeführt werden kann,
den sie versorgenden Leitungen verbunden ist und Das Ofenunterteil weist zweckmäßigerweise einen daß die Ringelektrode zwischen einem mit seinem 60 Abstichkanal auf.

oberen Ende das umlaufende Lager führenden Ofen- In abermaliger Weiterbildung des erfindungsgemäoberteil und einem tiegelförmigen, das Erzeugnis ßen Plasmaofens weist das Ofenunterteil zwei tiegelsammelnden Ofenunterteil angeordnet ist. förmige Behälter zum Sammeln der Erzeugnisse auf,

Im Gegensatz zur bekannten Anordnung ist der die durch einen Überlaufkanal miteinander verbun-

erfmdungsgemäße Plasmaofen kontinuierlich betreib- 65 den sind und von denen einer unter der Ringelek-

bar und ermöglicht eine Hochtemperaturbehandlung trode angeordnet ist Dadurch lassen sich verschie-

von durch die Plasmasäule hindurchgefühlten Stof- den schwere Erzeugnisse durch Schwerkraft trennen,

fen in großem Maßstab. Während also der bekannte indem die schwersten Erzeugnisse sich in dem unter

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der Ringelektrode angeordneten Behälter sammeln dem verhältnismäßig kleine Mengen geeigneter Sub-

mnd die leichteren Erzeugnisse durch den überlauf- stanzen in den oberen Bereich der Plasmasäule ein-

kanal in den anderen Behälter abfließen. geleitet werden.

Vorzugsweise enthält der erfindungsgemäße Pias- Indem in verschiedenen Ofenbereichen verschie-

maolen Einrichtungen, mittels welcher die Erzeug- 5 dene Bedingungen und Ofenatmosphären überwacht

nisse der Einwirkung von Strömungsmitteln oder und aufrechterhalten werden, wie si·: ;.ur Ausführung

Feststoffen oder Gemischen derselben ausgesetzt von Verfahrensschritten, wie Kalzinieren, Rösten,

werden können, und weist Einrichtungen zum konti- Schmelzen, Raffinieren usw., notwendig sind, lassen

muiei liehen oder stoßweisen Ablassen der Erzeug- sich mehrere solche Verfahrensschritte gleichzeitig in

misse aus den Behältern auf. io einem einzigen Plasmaofen nach der Erfindung aus-

Zum Absaugen der sich in der Nähe der Plasma- führen.

säule ansammelnden gasförmigen Erzeugnisse ist Einige bevorzugte Ausführungsformen des erfin-

vorzugsweise eine Absaugvorrichtung vorgesehen. dungsgemäßen Plasmaofens und des erfindungsge-

Die Erfindung umfaßt auch die Anwendung des mäßen Verfahrens werden nachstehend beispiels-

erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von 15 weise mit Bezug auf die Zeichnungen sowie an Hand

Metallen aus Materialien, wie vorzugsweise Minera- einiger Verfahrensbeispiele beschrieben. In den

lien, Erz, Konzentrat, Aufbereitungsschlamm oder Zeichnungen stellt dar

Schrott, mittels des erfindungsgemäßen Plasma- F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Plasmaofen

ofen», wobei die betreffenden Materialien in Teilchen- nach der Erfindung,

form mit oder ohne weitere Zusätze im die Plasma- so Fig.2 einen Einzelheiten der oberen Elektrode säule eingebracht werden, ferner in verschiedenen darstellenden Längsschnitt durch das Ofenoberteil Ofenbereichen eine geeignete Atmosphäre gebildet des in F i g. 1 dargestellten Ofens,
und aufrechterhalten wird, welche bei einem oder F i g. 3 eine gegenüber der in F i g. 1 gezeigten mehreren Bestandteilen der betreffenden Materialien Ausführungsform andere Ausführungsform des eine Zerlegung oder Neugruppierung, eine teilweise »5 Ofenunterteils des erfindungsgemäßen Plasmaofens,
oder vollständige Reduktion oder eine Kombination Fig.4 eine schematische Darstellung es von aus diesen Bestandteilen bewirken, und wobei diese einem in die Plasmasäule injizierten Teilchen zurück-Erzeugnisse durch weitere thermische und chemische gelegten Weges innerhalb der Plasmasäule i<-.d
Einwirkungen weiterbehandelt werden. Fi g. 5 eine aus drei Segmenten bestehendt Ring-Ferner umfaßt die Erfindung die Anwendung des 30 elektrode des erfindungsgemäßen Plasmaofens,
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schmelzen und Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Plasmaofen Raffinieren von Kupfer aus Kupferkathoden, weiter- nach der Erfindung weist im wesentlichen e Ofenhin die Anwendung des erfindungsgeniäßen Verfah- oberteil 11, ein Ofenunterteil 15, eine obei Elekrens zum Zerlegen chemisch gebundener Bestandteile trode 1 und eine darunter angeordnete Ringe trode \on Mineralien, Erzen oder ähnlichen Substanzen, 35 12 auf. Die obere Elektrode 1 ist hier als PIi iakainsbesondere zum Zerlegen von Zirkonsilikat in Zir- none gezeichnet, es, kann aber auch eine andei nicht Tonerde und Kieselerde, fernerhin die Anwendung abschmelzende oder sich verbrauchende EIe irode des Verfahrens zum Überziehen von Tonerdeteilchen Anwendung finden. Die obere Elektrode 1 isi mitmit einer Mullitschicht, indem die Tonerdeteilchen tels einer zylindrischen Lagerbüchse 2 in eine;« Rodurch die Plasmasäule hindurchgeschickt werden, 40 torkörper3 längsverschieblich gelagert, so daß der und schließlich die Anwendung des Verfahrens zur Abstand zwischen der oberen Elektrode und der Herstellung kügelchenförmiger Metallpulver aus Ringelektrode veränderbar ist. Der Rotorkörper 3 flockigem Ausgangsmaterial mittels des oben be- wird über einen Kettentrieb mit einer Antriebskette 5 schriebenen Plasmaofens nach der Erfindung. und einem an der Oberseite des Rotorkörpers befe-Der erfindungsgemäße Plasmaofen ist insbeson- 45 stigten Kettenrad 4 von einem Elektromotor 6 angedere auch zum Kalzinieren geeignet, was infolge der trieben. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, ist die obere sehr hohen Temperatur und der großen Turbulenz in Elektrode 1 an ihrem oberen Ende drehfest mit den der F'lasmasäule äußerst schnell vonstatten geht, wei- sie versorgenden Leitungen 22 verbunden. Die obere ter zum exothermischen und endothe rauschen Rö- Elektrode dreht sich also nicht um ihre eigene Achse, sten bzw. Verhütten von Oxyderzen, Sulfiderzen oder 50 sondern führt, da ihre Achse mit Bezug auf die Achse anderen Erzen, wobei beim Verhütten von Sulfid- des Rotorkörpers 3 geneigt ist, bei Drehung des Roerzea als besonderer Vorteil ein großer Teil des torkörpers eine Taumelbewegung aus, so daß das unSchwefels in seinem Elementarzustand aus der Re- tere Elektrodenende eine Kreisbahn beschreibt. Das aktionszone abgezogen und dadurch die sehr lästige Lager des Rotorkörpers 3 wird durch Streben 7 über Verunreinigung und das Entfernen des Schwefels in 55 der Mitte des Ofenoberteils 11 gehalten.
Form von Schwefeldioxyd vermieden werden kann Der untere Rotorteil 8 besteht aus feuerfestem Ma- und wobei auch feuerfeste Erze geschmolzen werden terial. Zum Einleiten von Beschickungsmaterial in können, die bislang nicht auf eine direkte Reduktion die obere Zone der Plasmasäule weist das Ofenober- durch Schmelzverfahren angesprochen haben, weiter- teil einen Beschickungsmaterial-Förderkanal 9 auf, hin mm Schmelzen und Raffinieren von Metallen, 60 der tangential in eine Umfangsnut des unteren Rowobei ein hoher Reinheitsgrad des Endprodukts ohne torteilsS ausmündet. Diese Ausführungsform ist je-Hinzufügen von schlackenbildenden Materialien er- doch nur als eine von vielen Möglichkeiten der zielt wird, sowie zum Schmelzen und Raffinieren von Materialzufuhr anzusehen. Das tangential eingehochüchmelzenden Metallen und von sehr reaktions- brachte Beschickungsmaterial verteilt sich in der fähigen Metallen. 65 Umfangsnut des Rotorteils 8, bevor es durch einen Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Pias- zwischen dem Rotorteil 8, der feuerfesten Ausklei- maofens ist darin zu sehen, daß die Ol'enatmosphäre dung des Ofenoberteils und einer unterhalb des Romit äußerster Genauigkeit gesteuert werden kann, in- torteils 8 im Ofenoberteil angeordneten Ringscheibe

10 gebildeten Ringspalt nach unten gelangt. Auf die beiden Behälter 13 und 13 A herum sind v;ediese Weise rieselt das Beschickungsmaterial in Form derum Vorheizräume 14 bzw. 14 A angeordnet,
eines gleichmäßigen zylindrischen Vorhangs in den Soll der Plasmasäule oder ihrem Nachflammenbe-

oberen Teil der radial erweiterten Plasmasäule ein, reich ein hochfrequentes elektromagnetisches Wecliwodurch es gleichmäßig in der Plasmasäule verteilt 5 selfeld überlagert werden, wie es beispielsweise zum wird. Induktionsschmelzen verwendet wird, so kann in den

Am unteren Ende des Ofenoberteils 11 ist die Ring- Ofenwandungen eine nicht dargestellte Spule anelektrode 12 angeordnet. Die Ringelektrode 12 be- geordnet sein.

sitzt gemäß Fig. 1 einen kreisförmigen Querschnitt In Fig.4 ist schematisch durch gestrichelte Be-

und weist einen Ringkanal auf, durch welchen ein io grenzungslinien 25 eine Plasmasäule dargestellt Die geeignetes Kühlmittel hindurchgeleitet werden kann. Linie 26 deutet den spiralförmigen Abstiegsweg oines Die dem Ofeninneren zugewandte Wandung der Ring- von «oben eingebrachten Materialteilchens innerhalb elektrode 12 kann porös oder mit kleinen Austritts- der rotierenden Plasmasäule an.
düsen versehen sein, so daß ein Teil des Kühlmittels Fig. 5 zeigt eine in drei Segmente unterteilte Ring-

zur Bildung einer bestimmten Ofenatmosphäre in 15 elektrode, wie sie bei Anschluß des Ofens an Dreiden Nachflammenbereich der Plasmasäule injiziert phasen-Wechselstrom Anwendung finden kann Die werden kann. Segmente 12 Λ der Ringelektrode werden dabti je-

Das Ofenunterteil 15 weist unmittelbar unterhalb weils an eine Phase des Dreiphasen-Wechseist romder Ringelektrode 12 einen tiegelförmigen Behälter netzes angeschlossen, während die obere Elektrode 13 zum Sammeln des Erzeugnisses auf, der durch 20 in diesem Fall mit dem Mittelpunktsleiter des Dreieinen nicht dargestellten Kanal ventiliert und durch phasen-Wechselstromnetzes verbunden wird. Die einen Abstichkanal 16 am Boden des Ofenunterteils Segmente 12 A weisen jeweils einen Kühlkanal 24 angezapft werden kann. Zwischen den Seitenwan- und Laschen 23 für die elektrischen Anschlüsse auf. düngen des Behälters 13 und den diesen umgebenden An Hand der folgenden Beispiele soll eine Auswahl

feuerfesten Wandungen des Ofenunterteils 15 befin- as der zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten des erfindet sich ein ringförmiger Zwischenraum 14, der zum dungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemä-Vorwärmen des Behälters 13 zum Zweck der Ver- ßen Plasmaofens auf dem Gebiet der Hochtemperaringerung des Anfangswärmeschocks durch die sehr turtechnologie beispielsweise beschrieben werden,
hohen Temperaturen der Plasmasäule bei Inbetriebnahme des Ofens verwendet wird. 30 B e i s ρ i e 1 I: Behandlung von Kupfererzen

In F i g. 2 ist die Aufhängung der Plasmakanone 1

im einzelnen dargestellt. Das obere Ende der Pias- Hierbei handelt es sich um die Gewinnung von

makanonel ist über eine Verbindungsstange 21, die Kupfer aus Mineralien, Erzen und Konzentraten, woan ihren beiden Enden jeweils ein Kreuzgelenk 21 bei eine unmittelbare kontinuierliche Reduktion und aufweist, an einer horizontalen Halteplatte 20 gelen- 35 Abscheidung von Kupfer erfolgt und der abg*sonkig befestigt. Die Halteplatte 20 ist ihrerseits an der derte Schwefel sich im Elementarzustand befindet
vertikalen Kolbenstange 18 eines in einem Hydrau- Das Verfahren umfaßt hierzu folgende Verfah-

likzylinder 17 verschiebbaren Kolbens aufgehängt rensschritte: Einfuhren der Beschickungsmalerialien und wird durch zwei Stangen 19 vertikal geführt. in den oberen Bereich der im wesentlichen aus Stick-Mittels des Hydraulikzylinders 17 ist die Plasmaka- 40 stoff gebildeten Plasmasäule; Einleiten von Ri c'uknone 1 heb- und senkbar. Durch die flexiblen Leitun- tionsmitteln in die Ofenatmosphäre; Trenner der gen 22 wird die Plasmakanone mit elektrischem sich in dem unterhalb der Ringelektrode befindKhen Strom, Gas und Kühlmittel versorgt. Behälter ansammelnden Reaktionserzeugnisse durch

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des Weiterleiten der leichteren Bestandteile der Erzeug-Ofenunterteils 15 mit zwei tiegelförmigen Behältern 45 nisse in einen angrenzenden weiteren Behälter; konti-13 und 13/4 zum Sammeln verschieden schwerer Er- nuierliches Absaugen der sich in unmittelbarer Nähe Zeugnisse. Die beiden Behälter 13 und 13 A stehen des oberen Teils der Plasmasäule ansammelnden durch einen Überlaufkanal miteinander in Verbin- schwefelreichen Gase und Absondern des Schwefels dung. Beide Behälter weisen jeweils einen Abstichka- aus denselben; Einspritzen weiterer Reduktionsmittel nal 16 bzw. 16 A auf. Oberhalb des Behälters 13/1 50 durch die Wandung der Ringelektrode in den Nachist ein Abgaskanal 28 und seitlich des Behälters 13 A flammenbereich und Abziehen des sich am Boden ein weiterer Kanal 27 vorgesehen, welch letzterer in des unter der Ringelektrode befindlichen Behälters die obere Wandung des Behälters 13/4 ausmündet. ansammelnden Kupfers.

Bei dieser Ausführungsform können die sich in dem Zur Ausführung des Verfahrensbeispiels wurde ein

unterhalb der Ringelektrode 12 gelegenen Behälter 55 für Laborzwecke in verkleinertem Maßstab ausge-13 ansammelnden Erzeugnisse durch Schwerkraft ge- führter Plasmaofen nach der Erfindung mit cinei trennt werden, wobei die schwereren Erzeugnisse pe- Plasmakanone verwendet. Die Ringelektrode hatte riodisch oder kontinuierlich über den Abstichkanal dabei einen Durchmesser von 10 cm. Die der Plas-16 abgezapft werden, während die leichteren Erzeug- makanone zugeführte elektrische Leistung betrug nisse durch den Uberlaufkanal in den Behälter 13/4 60 5OkW, und der die Plasmakanone in eine Taumelbeabfließen, aus welchem sie durch den Abstichkanal wegung versetzende Rotor drehte sich mit 4OC 16/Ί abgezapft werden können. Dabei kann der aus U/min, wobei eine Plasmasäule mit einer Länge vor dem Behälter 13 durch den Überlaufkanal in den Be- 20 cm entstand. Das Plasma wurde aus einem Stickhälter 13 A abfließende Teil der Erzeugnisse in vor- stoff-Wasserstoff-Gemisch im Volumenverhältnii teilhafter Weise dem Einfluß eines Zusatzmittels aus- 65 4 : 1 und mit einem geringen Anteil von Argon gebilgesetzt werden, beispielsweise Gasströmen, die durch det. Der gesamte Gasvolumenstrom betrug wahrem den Kanal 27 oder durch noch weitere, nicht darge- des Anlaufs 2,3 m^s/h und wurde nach dem Zünder stellte Kanäle in den Ofen eingeleitet werden. Um eines Lichtbogens und der Ausbildung einer langge

zogenen und radial erweiterten Plasmasäule auf 1,3 m^:i/h verringert.

Eine 20-kg-Probe Bornit-Konzentrat mit Chalkoziteinschlüssen, die 48 °/o Cu, 18 % S, 8 % Fe und im übrigen Gangerz enthielt, wurde als unvollständig getrocknete Aufschlämmung hergestellt, dann zermahlen und durch ein 500-|im-Sieb gedrückt. Vor dem Einführen in den Ofen wurde das Konzentrat mit 10% pulverisiertem Koks vermischt. Anschließend wurde das Konzentrat in einem Propangasstrom mit einem Volumenstrom von 0,6 m³/h mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von etwa 10 g/s in den vorgeheizten Ofen eingeleitet. Nach dem Einleiten der gesamten Probe wurde die Plasmasäule noch 3 Minuten lang aufrechterhalten und danach der Sammelbehälter abgestochen. Daraufhin wurden dje Erzeugnisse untersucht und analysiert.

Die Produkte, die in dem in den oberen Bereich des Ofens einmündenden Kanal gesammelt wurden, wiesen verfestigte glasige Schwefelniederschläge mit Spuren von Kupfersulfid auf, welch letztere nur in dem unmittelbar an den Ofen angrenzenden Teil des Kanals vorhanden waren. Von den abgelassenen Produkten enthielt der im unteren Bereich des Sammelbehälters angesammelte Anteil Kupfer mit etwa 9.".,5 °/o Kupfergehalt, 0,3 % Schwefel und im übrigen Eisen, während der im oberen Bereich des Sammelbehälters angesammelte Anteil Eisen in einer Eisensulfidmatrix enthielt. Bezeichnenderweise wurden in diesem Anteil keine Silikate festgestellt. Ein großer Teil des ursprünglich vorhandenen Gangerzes (etwa 5 kg) hatte sich zusammen mit mehr als 45 ⁰O des ursprünglich vorhandenen Eisens verflüchtigt.

Beispiele II und III:
Gewinnung von Eisen und Titan

Die folgenden Beispielen und III beziehen sich auf die Gewinnung von Eisen und Titan aus titanhaltigen Erzen, die veränderliche Mengen von Eisenoxyden enthalten.

Während bekannte Schmelzverfahren bei Erzen dieser Art häufig nicht wirtschaftlich anwendbar sind, da sie einen zu hohen Prozentsatz von Eisen in der Titanschlacke belassen und umgekehrt das gewonnene Eisen einen zu hohen Prozentsatz von Titan enthält, ermöglicht das erfindungsgemäßc Verfahren die Umwandlung titanhaltiger Erze in Eisenmetall, das weniger als 1 ⁰Zn Titan enthält, und in einen titanreichen Anteil, der mehr als 90 ⁰O Titan enthält.

Prinzipiell beruht die Trennung der Bestandteile voneinander darauf, daß das Konzentrat mit den zugesetzten Reduktionsmitteln der Plasmasäule unter reduzierenden Bedingungen ausgesetzt wird, die zur Gewinnung im wesentlichen reinen Eisens ausreichen, und daß die in dem unter der Ringelektrode angeordneten Sammelbehälter entstehenden Schlakken über eine Reverberierstufe in einen benachbarten Sammelbehälter gebracht werden. Die den unter der Ringelektrode angeordneten Sammelbehälter verlassende Schlacke wird einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt, was eine Entfernung des restlichen Eisens und der Aluminiumsilikatc aus dem Gangerz bei gleichzeitiger Reoxydation des Titanoxyds zu Dioxyd führt.

In den Beispielen II und III wurde dieses Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Titan mit zwei verschiedenen titanhaltigen Konzentraten getestet, die folgende Zusammensetzung hatten:

	Konzentrat 1 %	Konzentrat 2 °/o
TiO,	54 17,5	30,1
Fe₉O.,	24	39,6
FeO	0,03	8,9
Al₁₁O,	0,15 1,5	0,01 0,01
V₁O,	0,5 0,15	8,3
MnO	0,2 0,01	5,5 1,8
SiO₁
Nb.ro,
MgO ....
CaO

Beispiel II

20 kg des Konzentrats 1, das auf eine Teilchengröße von weniger als 500 μΐη gemahlen wurde, wurden mit 10⁰/opulverisiertem Koksund 2^e/oNatriumkarbonat vermischt in einen Plasmaofen mit den im Beispiel I erwähnten Daten eingegeben. Zusätzlich wurde jedoch ein oxydierender Druckluftstrahl auf der Seite des angrenzenden Sammelbehälters in Gegenstromrichtung zu der sich durch den Überlaufkanal zwischen den beiden Sammelbehältern hindurchbewegenden Schlacke eingeblasen. Dem Konzentratgemisch wurde in gleicher Weise Propangas zugesetzt, welches mit einem Volumenstrom von 0,6 m³/h zugeführt wurde. Das Konzentrat wurde mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 9 g/s in den vorgeheizten Ofen eingegeben. Während einer Injektionszeit«.panne von etwa 42 Minuten wurde der unter der Ringelektrode befindliche Sammelbehälter zweimal angezapft, nämlich nach 20 Minuten und am Ende der Injektionszeitspanne. Der erste Abstich erfolgte nur während einiger Sekunden, während beim zweiten Abstich die gesamten flüssigen Produkte abgelassen wurden. Nach Beendigung der Konzentratzufuhr wurden die Plasmasäule und der Druckluftstrom noch 1 Minute lang aufrechterhalten und dann der angrenzende Sammelbehälter abgestochen.

Das aus dem unter der Ringelektrode befindlicher Sammelbehälter mit dem ersten Abstich abgelassene Produkt enthielt 98,4° 0 Fe und 0,2⁰O Ti, der zweite Abstich dieses Sammelbehälters erbrachte Eisen und Schlacke, wobei das Eisen 97,9 ° 0 Fe und 0,25 % Ti enthielt, während die oben schwimmende Schlacke 90,1 °,« Titanoxyde, wie beispielsweise TiO₂, und insgesamt 3,1 °/o Fe in Form von Eisenoxyden enthielt Die aus dem anderen Sammelbehälter abgeleitete Schlacke, die dem oxydierenden Luftstrom ausgesetzt war, ergab 94,6% TiO₂ (Ti,O_s wurde niehl festgestellt) und insgesamt 1,4 °7o Fe.

Beispiel III

20 kg des Konzentrats 2 wurden wiederum mil 10 ⁰Zo pulverisiertem Koks und 2% Natriumkarbonat vermischt und wie beim Beispiel II in den Ofen eingebracht, wobei lediglich die Konzentratzufuhrgeschwindigkeit auf 7,5 g/s vermindert wurde.

Die Ergebnisse waren beträchtlich schlechter als beim Beispiel II, denn das aus dem ersten Sammelbehälter abgezapfte Eisen enthielt 95,2 °/o Fe und 0,7 ⁰A Ti, während die dem Luftstrom ausgesetzte Schlacke nach dem Ablassen aus dem anderen Sammelbehälter 82 ^o'n Titanoxyde und insgesamt 6,7 «/0 Fe enthielt.

Bei einer Wiederholung des Versuchs wurden dem Konzentrat 1,5% MnO hinzugesetzt und die Konzentratzufuhrgeschwmdigkeit auf 6,8 g/s weiter verringert. Die Ergebnisse waren trotz der sehr minderwertigen Qualität des Konzentrats besser, denn das aus dem ersten Sammelbehälter abgelassene Eisen enthielt 96,8% Fe und 3% Ti, während die dem Luftstrom ausgesetzte Schlacke, die aus dem anderen Sammelbehälter abgelassen wurde, 90,3 % TiO₂ enthielt. Beispiel IV:

Gewinnung von Eisen aus Magnetit

Bei diesem Beispiel wurden 25 kg Magnetitkonzentrat, das durch ein 500^m-Sieb gedrückt wurde und 71,8 % Fe enthielt, mit 4 kg pulverisiertem Koks und 1 kg Kalziumkarbonat vermischt und anschließend in einem Propangasstrom mit einem Volumenstrom von 0,7 m^s/h in den oberen Bereich der Plasmasäule eingeleitet. Die Zufuhrgeschwindigkeit des Konzentrats betrug 12,5 g/s. Die plasmabildenden Gase waren Stickstoff und Methan in einem Volumenverhältnis von 2:1; der gesamte Gasvolumenstrom betrug 1 m^s/h. Dei Rotor drehte sich mit 500 U/min; die Länge der Plasmasäule betrug 23 cm, as und die der Plasmakanone zugeführte Leistung betrug 60 kW.

Nach dem Ablassen des Produkts ergab sich ein Eisenblock mit einem Gewicht von 17,8 kg, der 98,3% Fe, 1,3% C und 0,3% Si enthielt. Gleiche Ergebnisse wurden erzielt, als das feste Reduktionsmittel durch gasförmige Kohlenwasserstoffe ersetzt wurde.

Beispiel V:

Gewinnung von Aluminium aus Tonerde

Dieses Beispiel zeigt einen völlig neuen Weg zur Gewinnung von Aluminium aus Tonerde. Im Gegensalz zu bekannten elektrothermischen Verfahren, mittels welcher sich entweder nur Aluminiumlegierungen mit einem beträchtlichen Gehalt an Silizium und geringeren Anteilen von Eisen und Titan oder Kupfer-Aluminium-Legierungen herstellen lassen, führt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von im wesentlichen reinem Aluminium. Dies wird dadurch erreicht, daß zunächst pulverisierte Tonerde in einer wasserstoffreichen Plasmasäule verdampft, anschließend mit Methan im Nachflammenbereich reduziert und unter minimaler Bildung von Oxydkarbiden schnell abgeschreckt wird.

Bei einem Versuch wurden 10 kg Tonerde mit einem Reinheitsgrad von 98,5 % und einer Teilchengröße von 125μΐη in der Beschickungsvorrichtung des Ofens auf etwa 850° C vorgewärmt und anschließend mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 5,5 g/s in den oberen Bereich der Plasmasäule injiziert. Für das Plasma wurde Argon verwendet, das mit einem Volumenstrom von 1 m^s/h zugeführt wurde. Die Betriebsspannung betrug 600VoIt, und die Plasmasäule hatte die Form eines Kegelstumpfes. Die der Plasmasäule'zugeführte Leistung betrug etwa 100 kW und die Länge der Plasmasäule etwa 36 cm. Der Rotor drehte sich mit 500 U³min. Der Nachflammenbereich war von einer HF-Spule umgeben, die eine zusätzliche Leistung von 10 kW lieferte. In den Bereich unmittelbar unterhalb der Ringelektrode, jedoch oberhalb der HF-Spule, wurde Propan mit einem Volumenstrofh von 0,4 m^s/h injiziert. Die Produkte fielen infolge ihres Gewichts durch einen Bereich rnit steilem Temperaturgefälle hindurch in einen Tiegel, dessen Temperatur auf einem Wert unter 1500° C gehalten wurde. Ein flüssiger oberer Anteil des im Tiegel angesammelten Erzeugnisses, das in zwei Intervallen in einem Abstand von 5 Minuten abgelassen wurde, ergab Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 93,5% beim ersten Abstich und 96,8 % beim zweiten Abstich.

Beispiel VI: Zerlegung von Zirkonsilikat

20 kg von industriellem Zirkonsand, im wesentlichen Zirkonsilikat mit einer Teilchengröße von 355 μΐη. wurden bei gleichen Betriebstemperaturen wie im Beispiel IV mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 13 g/s in den oberen Bereich der Plasmasäule eingeleitet. Abweichend vom Beispiel IV bestand die Plasmasäule in diesem Fall im wesentlichen aus Stickstoff mit geringen Argonzusätzen, welcher der Plasmakanone mit einem Volumenstrom von 0,8 m^s/h zugeführt wurde, und zur Einleitung des Ziri:onsandes in die Plasmasäule wurden 0,4 m³/h Luft verwendet. Außerdem wurde eine geringe Menge von feinem Natriumcarbonatstaub mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 5 g/min in den unteren Teil der Plasmasäule eingeleitet.

Die Reaktionsprodukte konnten durch Schwerkraft und unter der Einwirkung einer geringen Saugwirkung durch einen Schacht in einen verhältnismäßig kühlen Sammelbehälter fallen, aus welchem sie mittels Wasserstrahlen abgeführt wurden. Die geringen Mengen von Natriumsilikat, die gebildet wurden, verbesserten die anschließende Trennung des reinen Zirkons von der Kieselsäure durch Auslaugen beträchtlich.

Beispiel VII:

Überziehen von Tonerdeteilchen
mit einer Mullitschicht

Es ist bekannt, daß die Warmfestigkeit und andere Eigenschaften von feuerfesten Materialien aus hochreiner Tonerde durch das Hinzumischen einer geringen Menge Kieselerde, welche zur Bildung einer feinen Mullit-Matrix führt, verbessert werden kann. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf sämtlichen Kornoberflächen eine sehr gleichmäßige und äußerst dünne Muilit-Schicht gebildet.

Bei einem diesbezüglichen Versuch wurden 50 kg hochreiner, wenig poröser Tonerde in Form von kugelförmigen Teilchen mit einem Durchmesser von jeweils etwa 2 cm in den oberen Bereich der Plasmasäule injiziert, die in einem engen zylindrischen Rohr aus reinem Quarzglas erzeugt worden war. Der den Rotor schützende Teil aus feuerfestem Material bestand ebenfalls aus Quarzglas. Für das Plasma wurde Argon rnit einem Volumenstrom von 0,71 m³/h verwendet. Die der Plasmakanone zugeführte Leistung betrug 12OkW, und die Plasmasäule hatte eine Länge von 33 cm. Der Rotor drehte sich mit 600 U/ min, und die Plasmasäule wies eine kegelstumpfförsnige Form auf.

Die Tonerdekugeln wurden in einem feuerfesten ICasten vorgewärmt und in den oberen Bereich des Ofens eingebracht, indem sie unter der Wirkung der

Schwerkraft durch zwei tangential zum Umfang des Ofens geneigte und einander diametral gegenüberliegend angeordnete Quarzrohre hindurchrollten. Die Zufuhrgeschwindigkeit betrug 2 Kugeln/s, was etwa 23 g/s entspricht. Die Kugeln fielen dann in einen mit Kiessand gefüllten Sammelbehälter hinein.

Nach dem Abkühlen zeigte eine Langzeitbelichtung mit niedrigem Einfallswinkel eines Röntgenstrahlbeugungsmusters im wesentlichen das gleiche Beugungsmuster wie eine reine Mullit-Probe in einer 21 -cm-Debye-Sherrer-Pulverkamera.

Beispiel VIII:
Herstellung kügelchenförmiger Metallpulver

Dieses Beispiel zeigt eine wichtige industrielle Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstillung kügelchenförmiger Metallpulver. Während das bisher übliche Verfahren, zur Herstellung kügelchenförmiger Nickelpulver und Eisenpulver im 5^m-Bereich auf das umständliche und teuere Karbonylverfahren beschränkt ist, können kügelchenför-

mige Eisen- und Nickelpulver im Bereich von 5um mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einem billigen Ausgangsstoff hergestellt werden, nämlich aus Eisen- und Nickelflocken.

20 kg von gelocktem Eisen mit großer spezifischer Oberfläche wurden in einem Argonstrom mit einem Volumenstrom von 0,28 m^:)/h mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 9 g/s in den oberen Bereich der Plasmasäule eingeleitet. Für das Plasma wurde Ar-

gon verwendet, das mit einem Volumenstrom von 0,71 m^:1/h zugeführt wurde. Die der Plasmakanone zugeführte Lc ,tung betrug 60 kW, und die Plasmasäule hatte eine Länge von 30 cm. Der innendurchmesser der F i ngelektrode betrug 8 cm.

Die kügelchenförmigen Erzeugnisse wurden beim Abwärtsfallen abgekühlt und in einem wassergekühlten Kupfe .-zyklon gesammelt. Das Endprodukt bei'sind irri wesentlichen aus vollständig kügelchenförmigen TeL'chen mit einem mittleren Durchmesser

von etwa 4,8 μπι. Nur sehr selten wurdp «"ine »Zapfenbildung«, d. h. ein Zusammenwac' ^en — einzelnen Teilchen untereinander beobacf ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

, Patentansprüche:

1. Verfahren zur radialen Erweiterung und Stabilisierung der Plasmasäule in Plasmaofen zur Hochtemperaturbehandlung von durch die Plasmasäule hindurchgeführten Stoffen, wobei die Plasmasäule zwischen einer oberen und einer mit veränderlichem Abstand darunter angeordneten Ringelektrode gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das wirksame Ende der oberen Elektrode längs einer geschlossenen Bahn bewegt wird, die zusammen mit der Ringelektrode einen Kegelstumpf oder Zylinder bildet, innerhalb welchem sich die Plasmasäule aufbaut, wobei die Geschwindigkeit dieser Bewegung so eingestellt ist, daß die Plasmasäule in dieser Form erhalten bleibt.

2. Plasmaofen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer oberen Elektrode und einer in veränderlichem Abstand darunter angeordneten gekühlten Ringelektrode, mit einem in der Nähe des wirksamen Endes der oberen Elektrode einmündenden Beschickungskanal und einer in der Nähe des unteren Ofenendes angeordneten Sammelstelle für das Erzeugnis sowie mit einem angetrieben umlaufenden Bauteil zur Erzielung der radialen Erweiterung der Piasmasäule und mit einer elektrischen Energiequelle zur Versorgung der Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (1) längsverschieblich in einem das umlaufende Bauteil bildenden Lager (2, 3) gelagert und drehfest (21) mit der oder den sie versorgenden Leitungen (22) verbunden ist und daß die Ringelektrode (12) zwischen einem mit seinem oberen Ende das umlaufende Lager führenden Ofenoberteil (11) und einem tiegelförmigen, das Erzeugnis sammelnden Ofenunterteil (13) angeordnet ist.

3. Plasmaofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (1) eine sich verbrauchende oder eine nicht abschmelzende Elektrode ist.

4. Plasmaofen nach Anspruch .'$, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (1) zum Versorgen der Plasmasäule mit Materialien innen hohl ist.

5. Plasmaofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (1) eine Plasmakanone ist.

6. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist.

7. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist.

8. Plasmaofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromquelle zusätzlich eine Gleichstromkomponente liefert.

9. Plasmaofen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelektrode (12) aus einer Mehrzahl von Ringsegmenten (21) besteht (F i g. 3).

10. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ofeninneren zugewandte Wandung der Ringelek

trode (12) porös oder mit kleinen Austrittsdüsen versehen ist.

11. Plasmaofen nach Anspruch 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelektrode (12) aus mehreren ringförmigen, mit gegenseitigen Abständen angeordneten Teilelektroden besteht, die mit wachsender Entfernung von der oberen Elektrode (1) an zunehmendes elektrisches Potential gelegt sind.

12. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 11, gekennzeichnet durch Mittel zum Aufprägen eines elektromagnetischen Wechselfeldes auf die Plasmasäule.

13. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ofenunterteil (13) einen Abstichkanal (16) aufweist.

14. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ofenunterteil (13) zwei tiegelförmige Behälter zum Sammeln der Erzeugnisse aufweist, die durch einen Überlaufkanal miteinander verbunden sind und von denen einer unter der Ringelektrode angeordnet ist (Fig. 3).

15. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 14, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mittels welcher die Erzeugnisse der Einwirkung von Strömungsmitteln oder Feststoffen oder Gemischen derselben ausgesetzt werden können, und durch Einrichtungen (16, 16 A) zum kontinuierlichen oder stoßweisen Ablassen der Erzeugnisse aus dem Ofenunterteil (13).

16. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 15, gekennzeichnet durch eine Absaugvorrichtung (18) für sich in der Nähe der Plasmasäule ansammelnde gasförmige Erzeugnisse.

17. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Gewinnung von Metallen aus Materialien, wie vorzugsweise Mineralien, Erze, Konzentrat, Aufbereitungsschlamm oder Schrott, mittels eines Plasmaofens nach einem der Ansprüche 2 bis 16, wobei die betreffenden Materialien in Teilchenform mit oder ohne weitere Zusätze in die Plasmasäule eingebracht werden, ferner in verschiedenen Ofenbereichen eine geeignete Atmosphäre gebildet und aufrechterhalten wird, welche bei einem oder mehreren Bestandteilen der betreffenden Materialien eine Zerlegung oder Neugruppierung, eine teilweise oder vollständige Reduktion oder eine Kombination aus diesen Bestandteilen bewirken, und wobei diese Erzeugnisse durch weitere thermische und chemische Einwirkungen weiterbehandelt werden.

18. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Schmelzen und Raffinieren von Kupfer aus Kupferkathoden mittels eines Plasmaofens nach einem der Ansprüche 2 bis 16.

19. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Zerlegen chemisch gebundener Bestandteile von Mineralien, Erzen oder ähnlichen Substanzen mittels eines Plasmaofens nach einem der Ansprüche 2 bis 16.

20. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Zerlegen von Zirkonsilikat in Zirkonerde und Kieselerde mittels eines Plasmaofens nach einem der Ansprüche 2 bis 16.

21. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Überziehen von Tonerdeteilchen

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mit einer Mullitschicht mittels eines Plasmaofens a) Das Ausmaß der radialen Erweiterung der Plas-

nach einem der Ansprüche 2 bis 16, indem die masäule ist dadurch begrenzt, daß bei noch im An-Tonerdeteilchen durch die Plasmasäule hindurch- fangsstadium befindlicher und noch nicht radial ergeschickt werden. weiterter Plasmasäule der Abstand zwischen der Zy-22. Anwendung des Verfahrens nach An- 5 linderwandung und der Plasmasäule eine bestimmte spruch 1 zur Herstellung kügelchenförmiger Me- Größe nicht überschreiten darf, da sonst der Effekl tallpulver aus flockigem Ausgangsmaterial mittels der radialen Erweiterung der Plasmasäule durch eines Plasmaofens nach einem der Ansprüche 2 Drehung des Zylinders wegen der Unmöglichkeit dei bis 16. Erzeugung eines genügesd starken Wirbelfeldes gai

ίο nicht mehr auftritt.

b) Wegen des sehr geringen Abstandes zwischen der gekühlten Zylinderwandung und der radial er-

weiterten Plasmasäule wird mit der Zylinderwandmuj

zwangläufig auch die Plasmasäule gekühlt, wodurch 15 ein wesentlicher Wärmeverlust in der Plasmasäule entsteht.

c) Ebenfalls wegen des sehr geringen Abstandes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur radialen zwischen der Zylinderwandung und der Plasmasäule

Erweiterung und Stabilisierung der Plasmasäule in und des großen Temperaturgefälles im Randbereich F'lasmaöfen zur Hochtemperaturbehandlung von so der Plasmasäule schlägt sich ein Teil des in der Plasdurch die Plasmasäule hindurchgeführten Stoffen, masäule entstandenen Erzeugnisses schon an der gewobei die Plasmasäule zwischen einer oberen und kühlten Zylinderwandung nieder. Wegen dieses einer mit veränderlichem Abstand darunter angeord- Niederschiagens des Erzeugnisses an der Zylinderneten Ringelektrode gebildet ist. wandung ist also ein kontinuierlicher Betrieb des

Zur Erläuterung des Begriffs »Plasma« dürfte für »5 Ofens nicht möglich.

die Zwecke der nachstehenden Darlegungen fol- d) Die Betriebsspannung ist auf maximal 150

gende, stark vereinfachte Definition ausreichen: Volt begrenzt, da die Plasmasäule bei höherer Span-

Plasma ist eine Vielzahl geladener Teilchen, die nung instabil wird, weil das eingebrachte Material ein Kollektiwerhalten zeigen. Im Rahmen dieser De- die Elektronen aus dem Plasma abzieht und die Plasfinition kann ein Plasma grundsätzlich durch fol- 30 masäule dann infolge zu großer Elektronenausspügende Parameter gekennzeichnet werden: lung erlöschen kann.

e) Die Kathoden, die wegen des einzuhaltenden großen Strom-Spannungs-Verhältnisses zwangläufig

1. Elektronenkonzentration in der Volumeinheit, _{aus Wolfram} (Wolfram-Thorium oder Wolfram-Zir-

2. Debye-Radius, 35 kon) bestehen müssen, sind sehr sauerstoffempfind-