DE1592526C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von feinteiligem Titandioxid durch Umsetzung von Titantetrachlorid mit Sauerstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von feinteiligem Titandioxid durch Umsetzung von Titantetrachlorid mit Sauerstoff bzw. einem sauerstoffhaltigem Gas unter Verwendung einer Hilfsflamme. Dabei werden Titantetrachlorid, Sauerstoff bzw. ein sauerstoffhaltiges Gas und Kohlenmonoxid mittels eines konzentrisch gebauten und in eine Reaktionskammer hineinragenden Brenners dieser Reaktionskammer zugeführt, in der die Umsetzung stattfindet. Es wird dabei oft so verfahren, daß das Titantetrachlorid durch ein zentrales Rohr zugeführt wird, welches von Zuführungsrohren für die übrigen

ίο Reaktionsteilnehmer umgeben ist. Das bei der Umsetzung entstandene titandioxidhaltige Gasgemisch wird anschließend abgekühlt, worauf in geeigneter Weise eine Abtrennung des Titandioxids aus dem Gasgemisch erfolgt.

Bei längerer Dauer der Umsetzung bilden sich leicht Ansätze von Titandioxid an der Brennermündung. Diese Ansätze führen zunächst zu Störungen der Flamme und dadurch zur Qualitätsverschlechterung des Reaktionsproduktes, setzen dann aber bald den Brenner so weit zu, daß die Verbrennung zum Erliegen kommt.

Es sind viele Versuche gemacht worden, die Ansatzbildung an der Brennermündung zu vermeiden. So hat man vorgeschlagen, mindestens einem der Gasströme eine Drallbewegung zu verleihen (schweizerische Pa- χ tentschrift 2 76 037); weitere Vorschläge betreffen die Bildung einer Zwischenschicht aus Inertgasen zwischen den Reaktionsteilnehmern an der Mündung der Zuführungsrohre (britische Patentschrift 5 35 214), die Verwendung eines weitgehend wasserfreien Gasstromes in Nachbarschaft eines titantetrachlorid- und sauerstoffhaltigen Gasgemisches (deutsche Patentschrift 9 48 415), die Regelung der Austrittsgeschwindigkeit und der Temperatur an der Mündung der Zuführungsrohre (deutsche Patentschrift 9 47 788), Kühlung der Rohrmündungen (kanadische Patentschrift 5 02 045), Anwendung einer laminaren Strömung (niederländische Patentanmeldung 65 09 025) oder die Verwendung besonders geformter Brenner, die eine gute Durchwirbelung der Reaktionsteilnehmer bewirken sollen (niederländische Patentanmeldung 64 12 529).

Alle diese Verfahren zeigen irgendwelche Nachteile. Entweder ist das Verfahren nicht wirksam genug, oder es wird ein Pigment mit ungenügendem Rutilgehalt erhalten; es kann schwierig sein, die Umsetzung zu steuern, oder es bestehen Nachteile bei der Wiederverwendung der Verbrennungsabgase zur Chlorierung, vor allem infolge ihrer Verdünnung mit Inertgasen.

Es ist auch ein Brenner bekannt, der aus mehreren koaxial angeordneten Rohren besteht, wobei das äußere Brennerrohr über die Enden der anderen Rohre verlängert und dieses äußere Rohr am Ende verengt ist (deutsche Patentschrift 11 97 440).

Es gelingt bei Verwendung dieses Brenners, die Bildung von Titandioxidansätzen an der Brennermündung weitgehend zu vermeiden, und man erhält mit ihm ein Rutil-Pigment mit sehr guten Eigenschaften. Zur Erzielung eines solchen Pigmentes ist aber eine ziemlich lange Kammer erforderlich; da diese Kammer eine entsprechend große Wandfläche aufweist, an der Titandioxidansätze auftreten können, müssen dementsprechend umfangreiche Vorkehrungen getroffen werden, um sie von Ansätzen freizuhalten. Außerdem gelingt es mit dem letztgenannten Verfahren nicht, extrem anatasarme Rutil-Pigmente herzustellen, wie sie für manche Anwendungszwecke benötigt werden, wenn nicht besondere Vorkehrungen bei der Abkühlung des Reaktionsgemisches getroffen werden.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren liegt

darin, daß die Brennerquerschnitte eine bestimmte Größe nicht überschreiten können. Ist nämlich der Brennerquerschnitt zu groß, dann bildet sich eine sehr lange Flamme mit ungleicher Temperaturverteilung aus. Da die Länge der Reaktionskammer durch die Stelle bestimmt wird, an der die letzten Anteile der Reaktionsausgangsstoffe miteinander reagieren, muß die Reaktionskammer eine entsprechende Länge besitzen. Hierbei treten für die einzelnen Titandioxidteilchen unterschiedliche Verweilzeiten bei unterschiedlichen Temperaturen auf; ein Teil des gebildeten Titandioxids wird überglüht. Deshalb ist das erhaltene Produkt ungleichmäßig und besitzt schlechte Pigmenteigenschaften. Dieser Nachteil hat zur Folge, daß die bisher bekannten Brenner in ihrer Kapazität begrenzt sind und daß ein größerer Titantetrachloriddurchsatz nur durch eine Vielzahl von Einzelbrennern erzielt werden kann. Es sind dann kompliziert gebaute Vorrichtungen nötig, die kostspielig und'störanfällig sind.

Es wurde nun ein neues Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Titandioxid durch Umsetzung von Titantetrachlorid mit Sauerstoff bzw. einem sauerstoffhaltigen Gas unter Verwendung einer Hilfsflamme gefunden, wobei Titantetrachlorid, Sauerstoff bzw. ein sauerstoffhaltiges Gas und Kohlenmonoxid mittels eines konzentrisch gebauten und in eine Reaktionskammer hineinragenden Brenners dieser Reaktionskammer zugeführt werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Mischvorgang bzw. der Umsetzungsbeginn zwischen dem Titantetrachlorid und dem Sauer- stoff an rotierenden Flächen bzw. den Austrittsöffnungen eines im zentralen Bereich des Brenners· befindlichen und in die Reaktionskammer hineinragenden Drehkörpers erfolgt; der Drehkörper wird dabei mit zur Erzeugung von mindestens der 50fachen Erdbeschleunigung ausreichenden Drehzahlen betrieben; ferner wird dabei das Titantetrachlorid entweder außen am Drehkörper entlanggeführt oder in den Drehkörper eingeführt und durch eine oder meherere seitliche öffnungen dieses Drehkörpers im Bereich der Reaktionskammer herausgeführt.

Die Erfindung umfaßt ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von feinteiligem Titandioxid durch Umsetzung von Titantetrachlorid mit Sauerstoff bzw. einem sauerstoffhaltigen Gas unter Verwendung einer Hilfsflamme; diese Vorrichtung besteht aus einer Reaktionskammer mit einem in diese Reaktionskammer hineinragenden konzentrisch gebauten Brenner, welcher mit Zuleitungen für Titantetrachlorid, Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltiges Gas und Kohlenmonoxid ausgestattet ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß axial in den Brenner (1) eine Welle (2) eingeführt ist, an der ein Drehkörper (7) befestigt ist, dessen Endstück (13) sich mindestens teilweise außerhalb des Brenners (1) in der Reaktionskammer (2) befindet.

Es ist zwar aus der US-Patentschrift 24 91 324 ein drehbarer Brenner bekannt. Aber dieser Brenner dient nicht zur Herstellung von Titandioxid durch Umsetzung von Titantetrachlorid mit Sauerstoff, sondern ausschließlich einer völlig andersartigen Umsetzung, näm-Hch zur Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Materialien. Durch geeignete Kühlsysteme soll eine Überhitzung dieser Materialien und damit die Bildung von Kohlenstoffablagerungen vor der Verbrennung vermieden werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Ansatzbildung am Brenner praktisch vollständig vermieden, da einerseits die Reaktionsteilnehmer, insbesondere das Titantetrachlorid, durch Zentrifugalkräfte von der Brennermündung nach außen abgelenkt werden und andererseits unter Umständen auf den Drehkörper gelangende Titandioxidteilchen durch die Zentrifugalkraft wieder abgeschleudert werden. Ferner wird durch die Berührung des Titantetrachlorids mit dem Drehkörper dieses in den sauerstoffhaltigen Gasstrom hineingewirbelt und in den ganzen umgebenden Raum gleichmäßig sehr fein verteilt; es findet eine sehr rasche und intensive Durchmischung der Reaktionsteilnehmer auf kleinstem Raum statt, wo die Umsetzung rasch vonstatten geht. Es wird ein sehr gleichmäßiges Produkt erhalten. Die Kammer kann wesentlich verkürzt werden, wodurch die Entfernung bzw. Vermeidung von Titandioxidansätzen an der Kammerwand erleichtert wird. Es gelingt gewünschtenfalls leicht und auch ohne besondere Maßnahmen bei der Abkühlung des Reaktionsgemisches, ein Rutil-Pigment mit sehr geringem Anatasgehalt zu erhalten.

Die Umsetzung des Kohlenmonoxids und des Titantetrachlorids mit Sauerstoff kann innerhalb der Kammer in derselben Zone erfolgen, Es hat sich aber oft als zweckmäßig erwiesen, zuerst das Kohlenmonoxid mit überschüssigem Sauerstoff zu verbrennen und danach das Titantetrachlorid in das hierbei gebildete heiße sauerstoffhaltige Gasgemisch einzuführen.

Es ist oft vorteilhaft, den Drehkörper zu kühlen. Ein ungekühlter Drehkörper kann unter Umständen durch die heißen Reaktionsteilnehmer erheblich angegriffen werden. Außerdem haftet an den Drehkörper gelangendes Titandioxid um so weniger, je kalter die Wandung des Drehkörpers ist. Bei kälterer Drehkörperwand genügt deshalb bereits eine geringere Drehzahl, um anhaftendes Titandioxid wieder abzuschleudern, als bei einer heißeren Drehkörperwand.

Die Kühlung kann auf beliebige Weise erfolgen, und zwar von außen und/oder von innen. Als Kühlmittel kann beispielsweise das Titantetrachlorid selbst dienen, wenn es außen am Drehkörper entlanggeführt oder in ihn hineingeleitet wird, bevor es in die Umsetzungszone gelangt Mit der Verwendung des Titantetrachlorids als Kühlmittel ist der Vorteil verbunden, daß keine Verdünnung der Reaktionsabgase erfolgt.

Ist der Drehkörper geschlossen, dann ist es günstig, ihn von innen zu kühlen, indem ein Kühlmittel durch ihn hindurchgeführt wird.

Zur geeigneten Titantetrachloridzuführung und zur geeigneten Durchführung der Kühlung des Drehkörpers sind verschiedene Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. So kann die Welle (12) hohl ausgebildet sein und mindestens teilweise als Zuleitung für ein Kühlmittel dienen. Das Drehkörperendstück (13) kann einen Hohlraum (19) bzw. (29) enthalten. Dabei kann nach einer weiteren geeigneten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Zuführung (5) für Titantetrachlorid in den Hohlraum (19) bzw. (29) des Drehkörperendstückes (13) einmünden, wobei das Drehkörperendstück (13) mit öffnungen (30) bzw. (40) versehen ist, die eine Verbindung zwischen dem Hohlraum (19) bzw. (29) und dem Innenraum der Reaktionskammer (2) darstellen.

Der Drehkörper kann innerhalb der Kammer in der Umsetzungszone des Titantetrachlorids mit dem Sauerstoff enden.

Brenner mit einem sehr großen Querschnitt konnten bisher nur betrieben werden, wenn der Titantetrachloridstrom in eine Mehrzahl von gleichmäßig über den Brennerquerschnitt verteilten Teilströmen aufgeteilt

wurde. Die hierzu benötigten Vorrichtungen sind aber kompliziert und störanfällig und können nur schwierig geregelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bieten die Möglichkeit, auch diese Nachteile zu überwinden.

Zu diesem Zweck ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung das Drehkörperendstück (13) durch ein zylinderförmiges hohles Ansatzstück (25) derart verlängert, daß der Reaktionsraum (27) innerhalb der Kammer (2) ringförmig geformt ist; dabei mündet in dieses Ansatzstück (25) ein Rohr (31) zur Zuführung eines Kühlgases hinein. Der Reaktionsraum (27) ist innen durch das Drehkörperendstück (13) und das Ansatzstück (25) und außen durch die Kammerwand (26) begrenzt.

Durch diese Ausgestaltung der Vorrichtung ist es möglich, den Brenner und den Kammerquerschnitt beliebig zu vergrößern, ohne daß die Entfernungen innerhalb der Reaktionszone ebenfalls .vergrößert werden, so daß auch bei beliebig großen Brennern eine intensive und gleichmäßige Durchmischung des Titantetrachlorids mit den anderen Reaktionspartnern erreicht wird. Infolge der besonderen Form des Reaktionsraumes und der intensiven Durchmischung der Reaktionspartner treten auch bei großen Brennerquerschnitten keine langen Flammen auf. Es gelingt, durch einen einzigen entsprechend dimensionierten Brenner eine sehr große Menge an Titantetrachlorid in der Zeiteinheit umzusetzen.

Eine Kühlung des Ansatzstückes (25) hat ebenso wie eine Kühlung des Drehkörpers den Vorteil, daß ein Angriff durch die heißen Reaktionsteilnehmer herabgesetzt wird und anhaftendes Titandioxid leichter abgeschleudert werden kann.

Vorteilhafterweise wird das durch das Rohr (31) in das Ansatzstück (25) eingeführte Kühlgas auch zur Abkühlung des titandioxidhaltigen Reaktionsgemisches verwendet, indem das Kühlgas das Ansatzstück an seinem unteren Ende verläßt und in das Reaktionsgemisch eingeführt wird. Das aus dem Ansatzstück austretende Kühlgas wird infolge der Rotation des Ansatzstückes intensiv und gleichmäßig mit dem Reaktionsgemisch vermischt und sorgt für eine rasche Abkühlung. Besonders geeignet als Kühlgas ist das von Titandioxid befreite und gekühlte Reaktionsabgas.

Zur Vermeidung bzw. Verminderung von Titandioxidansätzen an der Wand der Kammer können beliebige an sich bekannte Verfahren angewandt werden. So kann beispielsweise die Kammerwand durch einen tangential eingeleiteten Inertgasstrom bestrichen werden.

Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist von der Drehzahl des Drehkörpers abhängig. Die optimale Drehzahl hängt von der Form des Drehkörpers, der Temperatur auf der Drehkörperoberfläche und dem Reaktionsteilnehmerdurchsatz ab. Je höher die Drehzahl ist, desto geringer ist die Bildung von Titandioxidansätzen an der Brennermündung und desto besser die Durchmischung des Titantetrachlorids mit den übrigen Reaktionsteilnehmern. Bei einem gekühlten Drehkörper von etwa 30 mm Durchmesser findet schon bei 3000 Umdrehungen pro Minute keine wesentliche Ansatzbildung mehr statt. Bei einer kalten Oberfläche ist eine Zentrifugalbeschleunigung von mindestens etwa der 50fachen Erdbeschleunigung erforderlich. Ist die Oberfläche des Drehkörpers heiß, dann ist gewöhnlich mindestens eine 100- bis 150fache Erdbeschleunigung notwendig.

Es ist aber im allgemeinen zweckmäßig, noch höhere Drehzahlen zu verwenden, weil dann die Durchmischung des Titantetrachlorids mit den übrigen Reaktionsteilnehmern wesentlich gefördert wird. Günstig sind beispielsweise Zentrifugalbeschleunigungen von etwa der 800, lOOOfachen Erdbeschleunigung, wie sie beispielsweise am Umfang eines Drehkörpers mit einem Durchmesser von 100 mm mit einer Drehzahl von 4000 Umdrehungen pro Minute erreicht werden.

Für die Reaktion können in an sich bekannter Weise die Pigmenteigenschaften verbessernde Stoffe, z. B. Aluminiumchlorid und/oder Siliciumtetrachlorid, zugesetzt werden. Ferner ist die Art und Weise, ob und wie hoch die Reaktionsausgangsstoffe und/oder das Kohlenmonoxid vorerhitzt werden, in weiten Grenzen wählbar.

In den Figuren werden Beispiele für die erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt. So wird in F i g. 1 beispielsweise ein geeigneter Brenner gezeigt, der einen von innen gekühlten geschlossenen Drehkörper enthält.

Der Brenner 1 ragt von oben in eine Kammer 2 hin- /-. ein. Er enthält drei koaxial angeordnete Rohre 3,4 und H

5. Im Zentrum des Brenners befindet sich eine Halterung 6, die den Drehkörper 7 trägt. Die Halterung 6 besteht hier aus einem Rohr 8, in dem über Dichtungen 9 der Drehkörper 7 so angeordnet ist, daß zwischen ihm und dem Rohr 8 ein Zwischenraum 10 freigelassen ist. Außerdem enthält sie noch eine Zuleitung 11 für ein Kühlmedium. Der Drehkörper 7 besteht aus einer innerhalb der Halterung 6 verlaufenden Hohlwelle 12 und einem hohlen verbreiterten Endstück 13, das teilweise in die Kammer 2 hineinragt. Der Drehkörper wird über eine Scheibe 14 angetrieben. Innerhalb der Hohlwelle 12 verläuft ein Rohr 15, das über Dichtungen

16 mit dem Drehkörper verbunden und in das Endstück 13 hinein verlängert ist. Außerdem steht der Innenraum

17 der Hohlwelle 12 durch eine oder mehrere öffnungen 18 mit dem Zwischenraum 10 in Verbindung. Zur Kühlung der Halterung 6 und des Drehkörpers 7 strömt ein Kühlmedium durch das Zuleitungsrohr 11 in den Zwischenraum 10 sowie durch die öffnung bzw. öffnungen 18 in den Innenraum 17. Von da aus gelangt es in den Hohlraum 19 des Drehkörperendstücks 13 und wird durch das Rohr 15 wieder abgeführt.

Die Rohre 3, 4 und 5 und die Halterung 6 bilden Zwischenräume 20, 21 und 22, durch die die Reaktionsteilnehmer zugeleitet werden. Das äußerste Rohr 3 ist über die Enden der Rohre 4 und 5 und der Halterung 6 verlängert und an seinem Ende verengt. Durch den Zwischenraum 22 wird das Titantetrachlorid und durch die Zwischenräume 20 und 21 werden die übrigen Reaktionsteilnehmer, nämlich der Sauerstoff bzw. das sauerstoffhaltige Gas und Kohlenmonoxid, eingeleitet.

Die beschriebene Vorrichtung kann auf verschiedene Weise abgewandelt sein. Das Drehkörperendstück 13 kann verschiedene Formen haben, beispielsweise die Form einer Scheibe verschiedenen Querschnittes, eines Zylinders, eines Speichenrades usw. Das Drehkörperendstück und die Drehkörperachse können auch kompakt ausgeführt sein, wobei in diesem Falle die Kühlung von außen durch das Titantetrachlorid erfolgt. Die Enden des Rohres 3 brauchen nicht verlängert und/oder die Brennermündung braucht nicht verengt zu sein. Die Verengung kann anders gestaltet sein. Das Endstück von Rohr 3 kann auch doppelwandig ausgeführt sein und dann von innen gekühlt werden.

In F i g. 2 wird auszugsweise eine andere geeignete Form des Brenners gezeigt. Der Brenner besteht wieder aus den koaxial angeordneten Rohren 3, 4 und 5 sowie der Halterung 6, deren Aufbau hier im einzelnen nicht gezeigt wird. In der Halterung befindet sich der Drehkörper 7, dessen Welle 12 über die Enden der Rohre 3,4 und 5 und der Halterung 6 hinaus verlängert ist und am Ende ein Endstück 13 in Form einer Kreisscheibe trägt. Zur Verengung der Brennermündung ist unterhalb des Rohres 3 eine kreisringförmige Blende 23 angebracht; die Wände ihrer öffnung sind in Form eines Kegelmantelstumpfes abgeschrägt, so daß die Brennermündung allmählich von oben nach unten verengt wird.

Das Titantetrachlorid wird durch den Zwischenraum 22 zugeleitet und gelangt von da aus in Berührung mit der Scheibe 13, während die übrigen Reaktionsteilnehmer durch die Zwischenräume 20 und 21 eingeleitet werden.

In den F i g. 3 und 4 wird eine Abwandlung des in F i g. 2 beschriebenen Drehkörperendstückes 13 gezeigt. F i g. 4 stellt dabei einen Schnitt der F i g. 3 ent-) lang der Ebene A-B dar. Bei dem hier gezeigten Drehkörperendstück sind auf der Oberseite der Scheibe mehrere Leisten 24 angebracht. Diese Leisten fördern noch die Durchwirbelung des Titantetrachlorids mit den übrigen Reaktionsteilnehmern. Die Leisten können auch eine andere Form als bei der in den F i g. 3 und 4 gezeigten Vorrichtung haben; sie können beispielsweise höher als breit sein und brauchen andererseits auch nicht die ganze Breite der Scheibe zu überdecken. Es können auch Leisten verschiedener Form gleichzeitig verwendet werden. Auch die Unterseite und/oder der Umfang der Scheibe 13 können mit Leisten versehen sein.

In F i g. 5 wird eine weitere geeignete Vorrichtung gezeigt. Bei dieser Vorrichtung ist das Drehkörperendstück 13 durch ein Ansatzstück 25 in Form eines Hohlzylinders verlängert worden, so daß sich zwischen dem Ansatzstück 25 und der Kammerwand 26 ein ringförmiger Reaktionsraum 27 befindet. Das Ansatzstück 25 setzt sich nach oben in Form eines Hohlzylinders 28 fort, wobei der Hohlzylinder 28 dicht unterhalb des Brennerrohres 5 endet und den aus dem Brenner herausragenden Teil des Drehkörpers umgibt; es wird so zwischen dem Drehkörper und dem Hohlzylinder 28 ein Raum 29 gebildet.

Dicht über der Ansatzstelle am Drehkörperendstück 13 durchbrechen eine oder mehrere öffnungen 30 den Hohlzylinder 28 und stellen so eine Verbindung zwisehen dem Raum 29 und dem Reaktionsraum 27 her. Von unten ragt ein Rohr 31 in den vom Ansatzstück 25 umschlossenen Raum 32 hinein.

Das Titantetrachlorid wird durch den Zwischenraum 22 innerhalb des Rohres 5 des Brenners geleitet und gelangt von dort aus in den Raum 29. Hier dient es zur Kühlung des Hohlzylinders 28. Darauf wird es durch die öffnungen 30 in den Reaktionsraum 27 hineingeblasen. Die übrigen Reaktionsteilnehmer werden durch die Zwischenräume 20 und 21 des Brenners zugeführt und gelangen dann durch einen Spalt 33 in den Reaktionsraum 27. Der Spalt 33 kann gegebenenfalls durch eine Blende 23 verengt werden.

Unmittelbar nach ihrem Eintritt in den Reaktionsraum 27 befindet eine intensive Vermischung des Sauerstoffs bzw. des sauerstoffhaltigen Gases mit dem Kohlenmonoxid statt, worauf eine Umsetzung unter Bildung der Hilfsflamme einsetzt. Durch die Verengung des Spaltes 33 wird die Vermischung noch gefördert. In die heißen Hilfsflammengase wird das Titantetrachlorid durch die vom Drehkörper erteilte Zentrifugalkraft hineingeblasen und dabei verwirbelt und mit ihnen intensiv vermischt, so daß die Umsetzung rasch und gleichmäßig vonstatten geht.

Durch das Rohr 31 wird ein inertes Kühlgas in den Raum 32 eingeleitet, das dort zunächst zur Kühlung des Ansatzstückes 25 dient und dann durch den das Rohr 31 und das Ansatzstück 25 gebildeten Ringspalt 34 in die Reaktionskammer 2 eintritt und dort zur Kühlung des Reaktionsgemisches dient. Durch ein oder mehrere tangentiale Rohre 35 kann Spülgas eingeleitet werden, um die Kammerwand 26 von Ansätzen freizuhalten.

In den F i g. 6 und 7 werden weitere Vorrichtungen gezeigt, bei denen die Zuführung 5 für das Titantetrachlorid mit der Welle 12 identisch ist.

Bei der in F i g. 6 gezeigten Vorrichtung besteht der Drehkörper 7 aus einer Hohlwelle 12, die über eine Scheibe 36 mit einem drehrunden Endstück 13 verbunden ist. Die Hohlwelle 12 wird von einer Halterung 6 umgeben, in der sie in Lagern 37 gelagert ist, und die noch mit Dichtungen 9 versehen ist. Die Halterung 6 ist wiederum von einer Kammer 2 umgeben. Diese Kammer besitzt an ihrem oberen Ende ein oder mehrere Zuführungsrohre 38 sowie Brenneranordnungen 39. Das Endstück 13 des Drehkörpers besitzt einen Hohlraum 19, in dem von oben die Hohlwelle 12 einmündet. Ferner weist das Endstück eine oder mehrere Öffnungen 40 auf, so daß zwischen dem Hohlraum 19 und dem Reaktionsraum 27 eine Verbindung besteht.

Durch das Zuführungsrohr bzw. die Zuführungsrohre 38 wird ein Gasgemisch in den oberen Teil der Kammer 2 und die Brenneranordnungen 39 geleitet, das Sauerstoff und Kohlenmonoxid enthält. Unterhalb der Brenneranordnungen 39 findet in der Brennzone 41 eine Umsetzung unter Bildung einer Hilfsflamme statt. Durch die Hohlwelle 12 wird Titantetrachlorid in den Hohlraum 19 hineingeleitet, dient hier zunächst zur Kühlung des Drehkörperendstückes 13 und wird dann durch die öffnung bzw. öffnungen 40 in den Reaktionsraum 27 hineingeblasen. Unmittelbar nach dem Verlassen der öffnung bzw. öffnungen 40 tritt durch die rasche Bewegung des Drehkörpers eine intensive feine Verteilung, Vermischung und Umsetzung des Titantetrachlorids mit den heißen sauerstoffhaltigen Flammengasen ein. Nach der Umsetzung wird das Reaktionsgemisch nach unten abgezogen und in üblicher Weise gekühlt und weiterverarbeitet. Zur Freihaltung der Kammerwand 26 kann durch (nicht eingezeichnete) tangentiale Zuführungen Spülgas eingeleitet werden.

In F i g. 7 wird ausschnittsweise eine Abwandlung der in F i g. 6 gezeigten Vorrichtung gezeigt. Bei dieser Vorrichtung ist, ähnlich wie in F i g. 5, das Drehkörperendstück 13 mit einem Ansatzstück 25 in Form eines Hohlzylinders versehen, so daß der durch das Ansatzstück 25 und die Kammerwand 26 begrenzte Reaktionsraum 27 ringförmig ist. In den durch das Ansatzstück 25 umschlossenen Hohlraum 32 ragt von unten ein Rohr 31 hinein. Durch die Hohlwelle 12 wird Titantetrachlorid in den Hohlraum 19 hineingeleitet, das hier zunächst zur Kühlung des Drehkörperendstückes 13 dient und dann durch eine oder mehrere öffnungen 40 in den Reaktionsraum 27 hineingeblasen wird, wo es wie in der in F i g. 6 gezeigten Vorrichtung mit dem heißen sauerstoffhaltigen Gasgemisch vermischt wird, das von einer in der Brennzone 41 brennenden Hilfsflamme herstammt. Die Zuführungen der übrigen Gase

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und die Brenneranordnungen für die Hilfsflamme entsprechen denen in der in F i g. 6 gezeigten Vorrichtung und sind in F i g. 7 nicht eingezeichnet.

Zur Kühlung des Reaktionsgemisches wird durch Rohr 31, ähnlich wie bei der in F i g. 5 gezeigten Vorrichtung, von unten ein inertes Kühlgas eingeleitet, das zunächst das Ansatzstück.25 kühlt und dann durch den Ringspalt 34 in die Kammer 2 gelangt und dort das heiße Reaktionsgemisch kühlt.

Durch die Form des Drehkörperendstückes 13 und gegebenenfalls des Ansatzstückes 25 kann die Form des Reaktionsraumes 27 in weiten Grenzen variiert werden. So hat z. B. der in F i g. 6 gezeigte Reaktionsraum von oben nach unten einen zunehmenden Querschnitt, was unter Umständen wegen der bei der Reaktion einsetzenden Volumenvergrößerung von Vorteil ist. Von Nachteil ist zuweilen bei dieser Anordnung, daß sich an der Spitze des Endstückes 13 Wirbel bilden können, die die Reaktionsführung ungünstig beeinflussen. Diese Wirbelbildung kann durch die in den F i g. 5 und 7 gezeigte Anordnung vermieden werden.

Die öffnungen 30 bzw. 40 können die verschiedenste Form haben; so können sie beispielsweise kreisförmig oder schlitzförmig sein. Sie können in einer Reihe oder in mehreren Reihen angeordnet sein.

In folgenden Beispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. Die erhaltenen Pigmente wurden folgenden Testen unterworfen:

Der Anatasgehalt wurde röntgenographisch bestimmt. Ferner wurde das Aufhellvermögen nach folgender standarisierten Laboratoriumsmethode ermittelt:

Es wurde eine Rußmischung aus 5,6 g Ruß und 1500,0 g gefälltem Calciumcarbonat hergestellt. Aus 1,000 g dieser Rußmischung wurde mit einer bestimmten Menge des zu untersuchenden Pigmentes und 0,425 g Leinöl eine Probepaste hergestellt. Daneben wurde eine Standardpaste aus 1,000 g der Rußmischung, einer bestimmten Menge eines Standardpigmentes und 0,425 g Leinöl hergestellt. Die Probepaste und die Standardpaste wurden nebeneinander auf einen Objektträger gestrichen und die Aufstriche visuell an dessen Rückseite verglichen. War die Probepaste heller, dann wurde eine neue Probepaste mit einer geringeren Pigmentmenge hergestellt; war andererseits die Standardpaste heller, dann wurde eine neue Probepaste mit einer größeren Pigmentmenge hergestellt. Die Menge des zu untersuchenden Pigmentes wurde so lange variiert, bis die Helligkeit der Probepaste gleich derjenigen der Standardpaste war. Als Zahlenwert des Aufhellvermögens wurde der hundertfache reziproke Wert der Pigmenteinwaage in Gramm für diejenige Probepaste angegeben, welche die gleiche Helligkeit wie die Standardpaste aufwies. Je größer dieser Zahlenwert ist, desto besser ist das Aufhellvermögen des Pigmentes.

Bei den folgenden Beispielen wurde neben Titantetrachlorid und Kohlenmonoxid Sauerstoff eingesetzt. Das Titantetrachlorid wurde auf 300⁰C und der Sauerstoff auf 250⁰C vorerhitzt. Das Kohlenmonoxid hatte Zimmertemperatur. Bei Beispiel 4 wurde ein Kohlenmonoxid-Sauerstoff-Gemisch von Raumtemperatur eingesetzt. In sämtlichen Beispielen wurde der Drehkörper mit zur Erzeugung von mindestens der 50fachen Erdbeschleunigung ausreichenden Drehzahlen betrieben.

Beispiel 1

Es wurde ein Brenner gemäß F i g. 2 verwendet. Die Rohre 3,4 und 5 besaßen äußere Durchmesser von 133, 117 und 102 mm und Stärken von 4, 2 und 3 mm. Die Halterung 6 besaß einen äußeren Durchmesser von 76 mm. Durch die Blende 23 wurde die Brennermündung in einem Abstand von 19 mm von den Rohrmündungen auf einen Durchmesser von 105 mm verengt.

Die Welle 12 ragte 15 mm aus der Halterung 6 heraus. An ihrem Ende war eine Kreisscheibe 13 mit einem Durchmesser von 76 mm befestigt. Der Brenner mündete in eine zylindrische Kammer 2, welche einen Durchmesser von 220 mm und eine Länge von 600 mm aufwies.

Durch den Zwischenraum 22 wurden 500 kg/h Titantetrachlorid, dem 2,9% Aluminiumchlorid, berechnet als Oxid und bezogen auf das Pigment, zugemischt waren, durch den Zwischenraum 21 94 NnvVh Sauerstoff und durch den Zwischenraum 20 38 Nm³/h Kohlenmonoxid eingeleitet und zur Umsetzung gebracht. Der Drehkörper wurde mit einer Drehzahl von 1500 Umdrehungen pro Minute betrieben. Die Wand der Reaktionskammer 2 wurde durch einen tangentialen Gasstrom gespült und dadurch von Ansätzen freigehalten.

Die Umsetzung verlief nach 20 Stunden noch einwandfrei; die Brennermündung und die Scheibe 13 waren frei von Ansätzen. Das Pigment hatte ein Aufhellvermögen von 1850 und einen Anatasgehalt von 0,6%.

Beispiel 2

Es wurde eine Vorrichtung gemäß F i g. 2 mit einem Drehkörperendstück gemäß den F i g. 3 und 4 verwendet. Sein Durchmesser betrug 76 mm und auf seiner Oberseite waren sechs 5 mm hohe Leisten angebracht, die sich von der Achse bis zum Rand der Scheibe erstreckten. Die zylindrische Kammer 2 hatte eine Länge von 400 mm und einen Durchmesser von 220 mm.

Durch den Zwischenraum 22 wurden 500 kg/h Titantetrachlorid und Aluminiumchlorid entsprechend 2,9 AI2O3, bezogen auf das Pigment, durch den Zwischenraum (21) 94 Nm³/h Sauerstoff und durch den Zwischenraum (20) 38 NmVh Kohlenmonoxid eingeleitet und in der Reaktionskammer zur Umsetzung gebracht. Die Drehzahl des Drehkörpers betrug 3000 Umdrehungen pro Minute. Die Wand der Reaktionskammer wurde wieder durch Spülen mit einem tangentialen Gasstrom von Ansätzen freigehalten.

Nach siebenstündiger Versuchsdauer waren noch keine Ansätze an der Brennermündung und am Drehkörper zu beobachten. Das Pigment hatte ein Aufhellvermögen von 1850 und einen Anatasgehalt von 0,6%.

Wurde die Umsetzung mit den gleichen Mengen Titantetrachlorid, Aluminiumchlorid, Sauerstoff und Kohlenmonoxid wie in den Beispielen 1 und 2, jedoch mit Hilfe eines Brenners ohne Drehkörper vorgenommen, wie er in der deutschen Patentschrift 11 97 440 beschrieben ist, so erhielt man zwar ebenfalls keine wesentlichen Ansätze an der Brennermündung, doch war es notwendig, die Kammer auf 800 mm Länge zu verlängern, um ein gutes Pigment (Auf hell vermögen 1800, Anatasgehalt 1,4%) zu erhalten. Die größere Länge der Kammer und die damit verbundene größere Fläche der Kammerwand erforderte einen größeren Aufwand zur Freihaltung der Kammerwand von Ansätzen.

Beispiel 3

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Es wurde eine Vorrichtung gemäß F i g. 5 verwendet. Die Rohre 3, 4 und 5 und die Halterung 6 hatten die gleichen Maße wie bei den in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Vorrichtungen. Durch die Blende 23 wurde die Brennermündung 19 mm unterhalb der Enden der Rohre 4 und 5 auf einen Durchmesser von 115 mm verengt. Über das Drehkörperendstück 13 war ein 220 mm langes Rohr mit einem äußeren Durchmesser von 96 mm übergezogen. Die Länge des unteren, als Ansatzstück 25 dienenden Teiles des Rohres betrug 150 mm, die Länge des oberen Teiles 28 70 mm. 60 mm unterhalb des oberen Endes durchbrachen mehrere Öffnungen 30 mit einem Durchmesser von 10 mm die '5 Wand des Hohlzylinders 28. Von unten ragte ein Rohr 31 mit einem äußeren Durchmesser von 70 mm in den vom Ansatzstück 25 umschlossenen Raum 32 hinein. Die Halterung 6 und die Welle 12 wurden ähnlich wie in F i g. 1 von innen gekühlt.

Die Kammer 2 hatte einen inneren Durchmesser von 220 mm. Der ringförmige Reaktionsraum 27 hatte eine durch den Abstand zwischen den Öffnungen 30 und der unteren Kante des Ansatzstückes 25 festgelegte Länge von 160 mm. Der Drehkörper besaß eine Drehzahl von ²S 3000 Umdrehungen pro Minute.

Durch den Zwischenraum 22 wurden 300 kg/h Titantetrachlorid mit einem Aluminiumchloridgehalt entsprechend 2,8% AI2O3, bezogen auf das Pigment, in den Hohlraum 29 eingeleitet und gelangte von dort durch die Öffnungen 30 in den Reaktionsraum 27. Gleichzeitig wurden durch den Zwischenraum 21 78 Nm³/h Sauerstoff und durch den Zwischenraum 20 38 Nm³/h Kohlenmonoxid eingeleitet und unter Bildung einer Hilfsflamme umgesetzt.

Die Wand der Kammer 2 wurde durch tangential eingeleitetes Gas von Titandioxidansätzen freigehalten.

Zur Abschreckung des Reaktionsgemisches wurden durch Rohr 31 200 Nm³/h von Titandioxid befreites und auf Raumtemperatur gekühltes Reaktionsabgas eingeleitet.

Die Umsetzung verlief vollständig. Die Brennermündung war frei von Titandioxidansätzen. Das hergestellte Produkt hatte ein Aufhellvermögen von 1850 und einen Anatasgehalt von 1,3%.

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Beispiel 4

Es wurde eine Vorrichtung gemäß F i g. 7 verwendet. Die Kammer 2 hatte einen inneren Durchmesser von 300 mm. Von oben mündete exzentrisch ein Zuführungsrohr 38 in die Kammer 2 hinein. Die Brenneranordnung 39 befand sich 30 mm unterhalb des oberen Endes der Kammer 2.

Das Drehkörperendstück 13 hatte eine Länge von 32 mm und einen äußeren Durchmesser von 120 mm. Den gleichen Durchmesser hatten das 240 mm lange Ansatzstück 25 und die Halterung 6. An der Seitenwand des Drehkörperendstückes 13 befanden sich mehrere Öffnungen 40 mit je einer Querschnittsfläche von 40 mm². In den Raum 32 ragte von unten ein Rohr 31 mit einem äußeren Durchmesser von 88 mm hinein. Die Halterung 6 war von innen gekühlt. Die Länge der Reaktionszone, bestimmt durch den Abstand zwischen den Öffnungen 40 und der unteren Kante des Ansatzstückes 25, betrug 250 mm.

Durch das Rohr 38 wurde insgesamt ein Gemisch aus 90Nm³/h Sauerstoff und 30 Nm³/h Kohlenmonoxid von Raumtemperatur eingeführt und hinter den Brenneranordnungen 39 in der Brennzone 41 zu einer Hilfsflamme entzündet. Durch die Hohlwelle 12 wurden 300 kg/h Titantetrachlorid und 3,2% Aluminiumchlorid, berechnet als AI2O3 und bezogen auf das gebildete Pigment, eingeleitet, die zunächst in den Hohlraum 19 gelangten und von da durch die Öffnungen 40 in die von der Hilfsflamme herstammenden heißen Flammengase eingeführt wurden. Die Wand 26 der Kammer 2 wurde durch einen tangential eingeleiteten Gasstrom von Titandioxidansätzen freigehalten. Zur Kühlung des Ansatzstückes 25 und des titandioxidhaltigen Reaktionsgemisches wurden durch das Rohr 31 200 Nm³/h von Titandioxid befreites und auf Raumtemperatur gekühltes Reaktionsabgas eingeleitet, das zunächst in den Hohlraum 32 und von dort über den Spalt 34 in die Kammer 2 gelangte, wo das Reaktionsgemisch abgekühlt wurde. Das Reaktionsgemisch wurde dann in bekannter Weise abgezogen und weiterverarbeitet. Die Umsetzung verlief vollständig. Das gewonnene Pigment hatte ein Aufhellvermögen von 1850 und einen Anatasgehalt von 0,6%.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Titandioxid durch Umsetzung von Titantetrachlorid mit Sauerstoff bzw. einem sauerstoffhaltigen Gas unter Verwendung einer Hilfsflamme, wobei Titantetrachlorid, Sauerstoff bzw. ein snuerstoffhaltiges Gas und Kohlenmonoxid mittels eines konzentrisch gebauten und in eine Reaktionskammer hineinragenden Brenners dieser Reaktionskammer zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischvorgang bzw. der Umsetzungsbeginn zwischen dem Titantetrachlorid und dem Sauerstoff an rotierenden Flächen bzw. den Austrittsöffnungen eines im zentralen Bereich des Brenners befindlichen und in die Reaktionskammer hineinragenden Drehkörpers erfolgt, wobei der Drehkörper mit zur Erzeugung von mindestens der 50fachen Erdbeschleunigung ausreichenden Drehzahlen betrieben wird und wobei das Titantetrachlorid entweder außen am Drehkörper entlanggeführt oder in den Drehkörper eingeführt wird und durch eine oder mehrere seitliche öffnungen dieses Drehkörpers im Bereich der Reaktionskammer herausgeführt wird.

2. Vorrichtung zur Herstellung von feinteiligem Titandioxid durch Umsetzung von Titantetrachlorid mit Sauerstoff bzw. einem sauerstoffhaltigen Gas unter Verwendung einer Hilfsflamme, bestehend aus einer Reaktionskammer mit einem in diese Reaktionskammer hineinragenden konzentrisch gebauten Brenner, welcher mit Zuleitungen für Titantetrachlorid, Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltiges Gas und Kohlenmonoxid ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß axial in den Brenner (1) eine Welle (12) eingeführt ist, an der ein Drehkörper (7) befestigt ist, dessen Endstück (13) sich mindestens teilweise außerhalb des Brenners (1) in der Reaktionskammer (2) befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (12) hohl ausgebildet ist und mindestens teilweise als Zuleitung für ein Kühlmittel dient.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehkörperendstück (13) einen Hohlraum (19) bzw.(29) enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (5) für Titantetrachlorid in den Hohlraum (19) bzw. (29) des Drehkörperendstückes (13) einmündet und daß das Drehkörperendstück (13) mit öffnungen (30) bzw. (40) versehen ist, die eine Verbindung zwischen dem Hohlraum (19) bzw. (29) und dem Innenraum der Reaktionskammer (2) darstellen.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehkörperendstück (13) durch ein zylinderförmiges hohles Ansatzstück (25) verlängert ist derart, daß der Reaktionsraum (27) innerhalb der. Kammer (2) ringförmig geformt ist, und daß in dieses Ansatzstück (25) ein Rohr (31) zur Zuführung eines Kühlgases hineinmündet.