NO124709B - - Google Patents

Description

Apparatur og fremgangsmåte til kondensering av kloreringsprodukter av niob-tantal-malmer.

Kondensasjon av klorider slik som FeCl3,

AlClg, TaCl5 og NbCl5 direkte til fast tilstand byr fremgangsmåteteknisk på en del vanskeligheter, idet det må unngås at klo-ridene avsetter seg krusteformig på veggene i kondensasjonsrommet. Kondensasjonen av oksykloridene av niob og tantal har vist seg særlig vanskelig. Disse forbindelser, som som bekjent oppstår i betraktelig mengde ved siden av de tilsvarende pentaklorider ved klorering av malmkull-blandinger med klorgass ved 600 til 1000° har bare dårlig krystallisasjonstendens og har en utpreget tilbøyelighet til dannelse av meget hårde belegg på flater, hvis temperatur er lavere enn damptemperaturen for kloreringsproduktene. Ved en krustedannelse kompliseres ikke bare fjernelsen av produktet, men fjernelsen av konden-sasjonsvarmen fra de faste klorider van-skeliggjøres også. Krustedannelsen kan endog føre til tilstopning av apparaturen og dermed ofte til uønsket avbrudd ved kontinuerlig fremstilling av kloreringsprodukter av niob- og tantalholdige malmer.

For å hindre krustedannelsen er det blitt

foreslått forskjellige midler, f. eks. mekanisk vibrering av veggene i kondensasjonskammeret ved hjelp av hamring, ban-king, vibrering ved hjelp av en vibrator. For å løsne dannede kruster ble det videre bygget inn mekaniske skrapeanordninger i kondensatoren. Alle disse forholdsregler medfører konstruktive komplikasjoner, idet det anvendes mekanisk bevegede deler.

Problemet kan løses på en grunnleg-gende måte ved at under kondensasjonen

av de dampformede kloreringsprodukter av niob- og tantalholdige malmer holdes ten-densen til krustedannelse på en minste-verdi ved at dampene med en minimal be-røring med veggene i kondensasjonsrommet avkjøles til fast tilstand.

Foreliggende oppfinnelse angår altså en fremgangsmåte til kondensering av materialer som inneholder kloreringsprodukter av niob og/eller tantal, idet man inn-fører kloreringsproduktene i det avkjølte kondensasjonskammer gjennom en opphetet tilledning som holdes over størk-ningstemperaturen for metallkloridet, således at kloriddampene med minimal be-røring med veggene i kondensasjonskammeret avkjøles til fast tilstand, hvilket er karakterisert ved at den oppvarmbare tilledning for kloriddampene springer så langt inn i det indre av kondensasjonskammeret at de damper som trer ut av munningen har tilstrekkelig stor avstand fra samtlige vegger i kammeret for at de kan størkne før de kommer i berøring med veggene. Kondensasjonskammeret vil være desto større jo større hastigheten og jo høyere temperaturen for de inntredende damper er. Hensiktsmessig anvender man et vertikalt kondensasjonskammer, f. eks. en sylinderformet kondensator, hvori kloriddampene ledes inn ovenfra.

En ekstra fjernelse av varme ved kon-veksjon fåes ved denne fremgangsmåte når kloriddampene er blandet med inerte gasser, slik som kullmonoksyd, kulldioksyd, fosgen eller kvelstoff. Her kan temperaturene og dimensjonene av tilledning og kammer dimensjoneres således at de inerte gasser etter utkondenseringen av metallkloridene kommer i berøring med kamme-rets kalde vegg, deretter blander seg med ennå ikke eller ennå ikke tilstrekkelig av-kjølte kloriddamper og således bevirker deres videre avkjøling til størkning. Dette tilfelle fåes særlig i den nedre del av kondensasjonskammer et. En slik blanding med inerte gasser fåes særlig ved den umiddel-bare klorering av niob- og/eller tantalmal-mer, hvorfor foreliggende fremgangsmåte er særlig fordelaktig til kondensasjon umiddelbart etter kloreringen. Fig. 1 viser et utførelseseksempel på et kondensasjonskammer for utførelsen av fremgangsmåten, og Fig. 2 viser en variant av fig. 1. Fig. 1 viser som utførelseseksempel et snitt gjennom et kondensasjonsrom som kan anvendes for utførelsen av foreliggende fremgangsmåte. Kloriddampene 10 som befinner seg på en temperatur som ligger over kondensasjonspunktet og som fortrinsvis er blandet med inerte gasser, slik som CO, C02 - N2, trer gjennom tilledningen 17 som er opphetet til temperaturen Tx inn til munningen 12 og som stikker ut fra lokket 14 inn i det indre av kammeret 16 inn i kondensasj onsrommet som dannes av kammeret. Fortrinsvis holdes temperaturen T, over størknings-temperaturen for kloriddampene. Opphet-ningen foregår f. eks. ved hjelp av en varmevikling 19. Veggene 18 i kondensasj onsrommet 16 holdes f. eks. ved hjelp av dobbeltkappen 20 ved hjelp av kjøling med luft eller eventuelt et flytende varmeover-føringsmiddel på en konstant temperatur T2, idet temperaturen T2 er lavere enn T,. Ved tilsvarende tilpasning av tverrsnittet og lengden for kammeret 16 samt temperaturen T1 og T2 til den gitte sammenset-ning og hastighet for kloriddampene lyk-kes det å bringe totalmengden av de subli-merbare klorider til krystallisasjon i det frie rom og dermed hindre en kondensasjon på veggene. Tilsvarende kan man i en apparatur av gitt dimensjon ved regu-lering av inntredelseshastigheten for kloriddampene likeledes hindre en kondensasjon på veggene i kondensasj onskammeret. De faste klorider avsetter seg i bunn-delen 22 av kammeret, mens den øvrige gass trer ut gjennom rørledningen 24. Mer fordelaktig kan tilledningen 17 i beholde-ren på sin utvendige flate være forsynt med en varmeisolasjon 21, for å hindre at den ved stråling oppheter kammerveggene. Kondensasjonen av de dampformede kloreringsprodukter i det frie rom i konden-

sasj onssonen kan videre sikres ved at det ifølge utførelseseksemplet som er vist på fig. 2 mellom veggene 18 i kondensasj onskammeret og dampene som trer inn fra munningen 12 innsjaltes en inert gass. Denne gass innføres ved hjelp av tilkop-lingene 30. Som inert gass kan det f. eks. anvendes kvelstoff, C02 eller reaksjonsgass som er befridd for kloreringsprodukter. I det sistnevnte tilfelle ledes avgassene som strømmer ut av utløpsledningen 24 etter utskilling av de faste klorider tilbake til åpningen 30 — som antydet ved hjelp av pilen 32. Den inerte, kalde gass kan til-føres kondensasj onsrommet langs veggene eller umiddelbart omgivende kloriddampene, f. eks. ved anvendelse av en konsen-trisk omkring damptilføringen anordnet og parallelt rettet tilledning.

Ved hjelp av passende valg av temperatur og mengden av den ekstra tilsatte inerte gass kan en betraktelig mengde av kondensasj onsvarmen føres vekk, således at kloreringsproduktet, som på grunn av den omgivende kalde gasskappe ikke kan nå veggene, faller ut fast i det frie rom henholdsvis i skillegassen.

For samme formål kan man også mellom veggene på kondensasj onsrommet og de inntredende varme kloreringsgasser i stedet for en inert skillegass tilsette flytende forbindelser, som ikke reagerer med metallkloridene, særlig flytende klorider, f. eks. siliciumtetraklorid, titantetraklorid eller tetraklorkullstoff, fortrinsvis i finfor-delt form og i slike mengder at alle flytende tilsatte klorider fordamper og forblir i dampfase mens de faste klorider utskil-les. I dette tilfelle ville man f. eks. an-vende forstøvningsdyser ved utløpet for stussene 30.

Kondensasj onskammeret kan være fremstilt av nikkel, stål, forniklet eller emaljert stål. I tilfelle veggene i kammeret holdes under ca. 100 °C kommer også alu-minium i betraktning som konstruksjons-materiale for kondensasj onskammeret.

Ifølge foreliggende fremgangsmåte kan det i apparaturen ifølge oppfinnelsen kon-denseres de forskjelligste kloreringsprodukter som går direkte over i fast tilstand under vidtgående unngåelse av krustedannelse. Som utgangsstoffer kommer særlig de klorider som kan fåes ved klorering av niob- og/eller tantalholdige malmer, frem-for alt slike kloridblandinger i betraktning, som ved siden av pentaklorider også inneholder tantal- og fortrinsvis nioboksyklo-rid. Man kommer til slike blandinger ifølge i og for seg kjente fremgangsmåter, f. eks. ved klorering av en blanding av oksydet av niob og tantal med klorgass og et reduk-sjonsmiddel slik som kull ved 400 til 1000° i en sjakt- eller rørovn. Herved kan det benyttes de vanligvis i teknikken foreliggende blandinger med et innhold av oksyder av niob og tantal eller også naturpro-duktene som for det meste inneholder de to elementer i form av deres oksyder, slik som f. eks. malmer som eventuelt er etter-behandlet for anrikning, som f. eks. nio-bitt, tantalitt, pyroklor osv.

I det følgende eksempel betyr deler, såfremt intet annet angis, vektsdeler, pro-senter vektsprosenter. Temperaturene er angitt i Celsiusgrader.

Eksempel 1: Under anvendelse av en til 700°C for-varmet ovn med et innvendig tverrsnitt på 60 mm ble briketter av 80 deler kolumbitt-malm og 20 deler sot klorert i en kontinuerlig klorstrøm. Temperaturen i klo-reringsovnen ble under omsetningen holdt på ca. 750 °C og de varme kloreringsprodukter ble med en hastighet på 40 cm pr. se-kund ledet gjennom en elektrisk på 450°C holdt tilledning med en diameter på 15 mm ovenfra inn i et sylinderformet, vertikalt kondensasj onsrom med en indre diameter på 120 mm og en høyde på 250 mm. Munningen på tilledningen som ble holdt på 450° ved hjelp av motstandsopphetning (på fig. 1 betegnet med E) befant seg 50 mm under lokket som lukket kondensasj onsrommet. Veggene i kondensasj onsrommet ble utvendig fra ved hjelp av en luftstrøm holdt på romtemperatur.

Det krystalliserte produkt var av fin-pulveraktig beskaffenhet, løst og fritt-strømmende. Det inntrådte ikke noen krustedannelse på veggene. Små støvavset-ninger gle ned av veggene så snart de hadde nådd en nevneverdig mengde.

Eksempel 2:

Ved et videre eksempel ble det fremstilt en strøm av kloreringsprodukter, som inneholdt 30—40 vol.-% metallkloriddam-per og ble ledet inn med en hastighet på 30 l/min. og en temperatur på 300° i kondensasj onsrommet. Tilf ørselsledningen rakk til 70 cm under lokket i det indre av kondensatoren og hadde et tverrsnitt på 30 mm. Den sylindriske kondensator hadde et tverrsnitt på 20 cm og en lengde på 350 cm. Kloriddampstrømmens hastighet utgjorde ved utløpet fra tilledningen i kondensatoren 0,7 m/sek. Veggene i kondensa toren ble holdt på romtemperatur ved hjelp av en luftstrøm.

Det erholdte produkt var løst og fritt-strømmende. Ved et kontrollforsøk ble inn-munningstemperaturen øket, og det dannet seg da belegg på lokket av kondensatoren. Ble derimot den sylindriske konden-satordel forkortet med samme størrelse for innmunningshastigheten, dannet det seg i avgassledningen på grunn av den ufull-stendige kondensasjon i kondensatoren hårde kloridansamlinger.

Eksempel 3:

Fra kloreringsinnretningen ble det fremstilt en kloreringsblanding, som var sammensatt av kloriddamper og reaksjons-gasser omtrent i forholdet 2:3. Denne ble med en temperatur på 300° og en mengde på ca. 200 l/min. innført i kondensatoren. Kondensatoren hadde sylindrisk form med en konisk innsnevret bunndel (ifølge teg-ningene) og hadde et tverrsnitt på 800 mm og en lengde for den sylindriske del på 1300 mm. Innføringsledningen stakk 200 mm inn i det indre av kondensasj onsrommet fra lokket og hadde ved munningen et tverrsnitt på 200 mm. Den ble ved opp-hetning holdt på temperaturen for de inn-førte damper (ca 300°C). Innmunningshastigheten utgjorde 0,1 m/sek. For av-kjølingsformål hadde kondensatoren en dobbeltkappe, hvori det fremkaltes en tvungen luftstrømning.

Det erholdte produkt var fint til grov-krystallinsk med en variasjon for innmun-ningstemperaturen innen grensene 250— 350°.

Det er innlysende at den ovenfor be-skrevne apparatur kan modifiseres til vil-kårlige dimensjoner. Avgjørende for den tilstrebede virkning er utelukkende at damphastigheten, avstanden mellom inn-munningen av de varme kloriddamper og den nærmest liggende vegg, dampenes temperatur og temperaturen for veggene i kondensasj onsrommet holdes i et slikt forhold at kloriddampene blir faste i det frie rom før de treffer veggene.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte til kondensering av materialer som inneholder kloreringsprodukter av niob og/eller tantal, ved at man innfører kloreringsproduktene i det avkjølte kondensasjonskammer gjennom en opphetet tilledning som holdes over størk-ningstemperaturen for metallkloridene, således at kloriddampene avkjøles til fast til-

stand med høyst minimal berøring av veggene i kondensasj onsrommet, karakterisert ved at den oppvarmbare tilledning for kloriddampene springer så langt frem i det indre av kondensasj onskammeret at de damper som trer ut av munningen har en tilstrekkelig stor avstand fra alle kamme-rets vegger til at de størkner før de kommer i berøring med veggene.

2. Kondensasjonskammer ifølge påstand 1, karakterisert ved at tilledningen springer frem i kondensasj onsrommet inn-til % av kondensasj onsrommets høyde.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 1 og 2, karakterisert ved at det separat inn-ledes en kald, inert gass mellom veggene for kondensasj onskammeret og de inntredende damper.

4. Fremgangsmåte ifølge påstand 3, karakterisert ved at det som inert gass anvendes avkjølt, kloridfri reaksjonsgass.

5. Fremgangsmåte ifølge påstand 3, karakterisert ved at det som inert gass anvendes kulldioksydgass.