DE1642978A1

DE1642978A1 - Process and device for the production of finely divided metal oxide powder

Info

Publication number: DE1642978A1
Application number: DE19671642978
Authority: DE
Inventors: Wendell Charles B; Jordan Merril E; Hardy John F
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1966-06-27
Filing date: 1967-06-24
Publication date: 1971-06-03
Also published as: BE700575A; GB1169282A; LU53963A1; NL6708937A

Description

PATENTANWÄLTE .. ^ _t ,, _n PATENT LAWYERS .. ^ _t ,, _n

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHONWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUESDR.-ING. BY KREISLER DR.-ING. SCHONWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES

KÖLN 1, DEICHMANNHAUSCOLOGNE 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 19.6.1967 Ke/Ax/HzCologne, June 19, 1967 Ke / Ax / Hz

Cabot Corporation,

125 High Street, Boston, Massachusetts 02110 (U.S.A.).125 High Street, Boston, Massachusetts 02110 (U.S.A.).

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von feinteiligem Metalloxydpulver Process and device for the production of finely divided metal oxide powder

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feinen metallhaltigen Pulvern, insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Metalloxydpulvern, deren Teilchengröße unter 1 /U liegt.The invention relates to a process for the production of fine metal-containing powders, in particular an improved one Process for the production of metal oxide powders, the particle size of which is less than 1 / U.

Feine Metalloxydpulver sind bekannte Handelsprodukte. Diese Produkte haben z.Z. viele bekannte spezielle Anwendungen, und zahlreiche mögliche Anwendungen werden als besonders aussichtsreich angesehen. Für die Herstellung solcher Metallprodukte sind viele Verfahren bekannt. Im allgemeinen hängt die Feinheit des Endprodukts in erster Linie g von dem angewendeten Verfahren ab. Beispielsweise werden die feinsten Produkte, z.B. Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von weniger als etwa 0,1 /u durch umständliche und ganz spezielle Mahlmethoden sowie auch durch Dampfphasenreaktionen hergestellt. Daher sind die feinsten Metallpulver wegen der zu ihrer Herstellung erforderlichen verwickelten Verfahren ziemlich teuer. Angesichts des steigenden Bedarfs für metallhaltige Produkte mit mittleren Teilchendurchmessern von weniger als etwa 0,1 /U wäre jedes Verfahren, das es ermöglicht, Produkte von gleichmäßiger, gleichbleibender Qualität leicht und in einfacher und billiger Weise herzustellen, ein erheblicher technischer Portschritt. Fine metal oxide powders are well-known commercial products. These products currently have many known specialty uses and many possible uses are viewed as particularly promising. Many methods are known for making such metal products. In general, the fineness of the final product depends primarily g on the method used. For example, the finest products, for example powders with an average particle diameter of less than about 0.1 / u, are produced by laborious and very special grinding methods and also by vapor phase reactions. Hence, the finest metal powders are quite expensive because of the intricate processes involved in making them. In view of the increasing demand for metal-containing products with mean particle diameters of less than about 0.1 / U, any process which enables products of uniform, consistent quality to be produced easily and in a simple and inexpensive manner would be a significant technical step.

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Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Feststoffen mit Teilchengrößen von weniger als 1 /U. Die Erfindung ist speziell auf die Herstellung von Metalloxyden in Form von feinteiligen Pulvern in äußerst wirtschaftlicher Weise gerichtet» Gemäß der Erfindung werden nach einem einfachen Verfahren Metalloxyde in feinteiliger Form hergestellt, die anschließend einer Behandlung unterworfen werden können, durch die sie in feine Metallpulver umgewandelt werden, wie sie beispielsweise als Karbide, Cermets und dergleichen bekannt sind,,The invention relates to an improved process for the production of metal-containing solids with particle sizes less than 1 / rev. The invention is specific to the production of metal oxides in the form of finely divided Powders are straightened in an extremely economical manner »According to the invention, by a simple process Metal oxides produced in finely divided form, which subsequently may be subjected to a treatment by which they are converted into fine metal powders such as, for example known as carbides, cermets and the like,

Produkte mit den vorstehend genannten Eigenschaften werden gemäß der Erfindung hergestellt, indem flüchtige oxydierbare Verbindungen eines Metalls ungefähr in die Mitte eines sehr heißen, mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gases eingeblasen werden, das molekularen Sauerstoff und/oder Wasserdampf enthält, wobei die Richtung der Hauptkraft des Einblasens mit der Strömungsrichtung der Gase im wesentlichen identisch ist. Vorzugsweise werden diese Verbindungen in die mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gase an einer Stelle eingeblasen, die unmittelbar vor dem Eintritt des Gasstromes in einen sich verjüngenden Abschnitt liegt, der zu einer Einschnürung führt, de ren Querschnittsflache im allgemeinen nicht größer ist als etwa die Hälfte der maximalen Querschnittsfläche am Beginn der Verjüngung,, Da die Einschnürung und der Eintritt zu dem sich verjüngenden Abschnitt normalerweise runde Querschnittsformen haben, können die Seitenwände der trichterförmigen Verjüngung die Gestalt einer geraden konischen Oberfläche oder einer glatt abgerundeten Variation derselben, z.B. eine Sanduhrform haben. Auf diese Weise wird das mit hoher Geschwindigkeit strömende Gas,, in das die metallhaltigen Verbindungen eingeblasen werden, beim Durchgang durch die Verjüngung weiter beschleunigt, bis im wesentlichen Schallgeschwindigkeiten an der Einschnürung erreicht werden. Bei den Gasgemischen, die in erster linie interessant sind, sind dies Geschwindigkeiten, die gewöhnlich über 610 m/Sek., vorzugsweise bei wenigstens 760 m/Sek. und häufig bei 910 m/Sek. oder darüber liegen.,Products with the properties mentioned above are produced according to the invention by volatile oxidizable Compounds of a metal roughly in the middle of a very hot, high-velocity gas which contains molecular oxygen and / or water vapor, with the direction of the main force of the Injection is essentially identical to the direction of flow of the gases. Preferably these compounds blown into the gases flowing at high speed at a point just before the entrance of the gas flow lies in a tapering section which leads to a constriction, de ren cross-sectional area is generally not greater than about half of the maximum cross-sectional area at the beginning of the taper, Since the constriction and the entrance to the tapered section usually have round cross-sectional shapes, The side walls of the funnel-shaped taper can have the shape of a straight conical surface or a smoothly rounded variation of the same, e.g. have an hourglass shape. That way it will be done at high speed flowing gas, into which the metal-containing compounds are blown, when passing through the taper further accelerated until essentially sound velocities are reached at the constriction. With the gas mixtures, what are primarily of interest are speeds, usually above 610 m / sec., preferably at at least 760 m / sec. and often at 910 m / sec. or above.,

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I b 4 ^ 9 7 8I b 4 ^ 9 7 8

Die Produkte, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden, haben je nach der Art der Gasatmosphäre, in der sie gebildet werden, verschiedene Oberflächeneigenschaften. Beispielsweise wird durch Zersetzung der metallhaltigen Verbindung in einer oxydierenden Atmosphäre, z.B. in einem Gas, das freien Sauerstoff enthält, in einer im wesentlichen feuchtigkeitsfreien Umgebung ein Ergebnis erhalten, das sich stark von dem Ergebnis unterscheidet, das erhalten würde, wenn die gleiche Verbindung in einer hydrolysierenden Atmosphäre umgesetzt würde, wie sie beispielsweise gebildet wird, wenn Wasserstoff und Sauerstoff unter Bildung von überhitztem Dampf oder Erdgas und Sauerstoff unter Bildung von Eohlenoxyd und Wasserdampf umgesetzt werden.The products that are manufactured by the method according to the invention have, depending on the type of gas atmosphere, in which they are formed, different surface properties. For example, by decomposition of the metal-containing Compound in an oxidizing atmosphere, e.g. in a gas containing free oxygen, in an im In an essentially moisture-free environment, a result will be obtained that is very different from the result that would be obtained if the same compound were reacted in a hydrolyzing atmosphere, such as, for example is formed when hydrogen and oxygen form superheated steam or natural gas and oxygen to be converted with the formation of Eohlenoxyd and water vapor.

Es kann somit festgestellt -werden, daß die Umgebung, in der das feste Oxyd gebildet wird, durch Umsetzung eines Oxydationsmittels, vorzugsweise Sauerstoff, mit einem fließfähigen Brennstoff entsteht, der je nach der gewünschten Art der Umgebung für die Reaktion aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Kohlenwasserstoffen, Kohlenoxyd oder Wasserstoff oder deren Gemischen besteht_β It can thus be established that the environment in which the solid oxide is formed is created by the reaction of an oxidizing agent, preferably oxygen, with a flowable fuel which, depending on the type of environment desired for the reaction, is selected from the group which consists of hydrocarbons, carbon monoxide or hydrogen or mixtures thereof _β

Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß das hier beschriebene Verfahren schnell an die Herstellung beliebiger Oxyde der verschiedensten Metalle und/oder Metalloide, wie Aluminium, Titan, Eisen, Zirkon, Silicium usw., in einer hydrolysierenden oder oxydierenden Atmosphäre angepaßt werden kann· Wenn also die Herstellung zahlreicher verschiedener Oxyde gemäß der Erfindung gewünscht wird, ist es nicht notwendig, viel Zeit für die Abänderung oder Reinigung von Apparaturen aufzuwenden.It is a particular advantage of the invention that the method described here can quickly be used to produce any Oxides of various metals and / or metalloids, such as aluminum, titanium, iron, zirconium, silicon, etc., in can be adapted to a hydrolyzing or oxidizing atmosphere · So if the manufacture of more numerous of various oxides according to the invention is desired, it is not necessary to spend a lot of time for modification or cleaning of equipment.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist seine große Einfachheit, sein Wirkungsgrad und die äußerst kurze Reaktionszeit oder Verweilzeit, die erforderlich ist, um die metallhaltigen Verbindungen in die ent- sprechenden Metalloxyde umzuwandeln. Durch die äußerst hohen Strömungsgeschwindigkeiten und die außergewöhnlichAnother advantage of the method according to the invention is its great simplicity, its efficiency and the extremely short reaction time or residence time required to convert the metal-containing compounds into the corresponding To convert metal oxides. Due to the extremely high flow speeds and the extraordinary

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kurzen Verweilzeiten wird eine Umwälzung und eine zu lange Einwirkung der Reaktionsbedingungen auf die Einzelteilchen des Produkts weitgehend ausgeschaltet. Dies hat zur Folge, daß die gemäß der Erfindung hergestellten Produkte einen sehr scharfen oder engen Teilchengrößenbereich haben. Die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung werden mit überraschend wenig weiteren Schwierigkeiten erreicht. Als einziges Erschwernis, das erwähnenswert ist, kann die Tatsache angeführt werden, daß die Verbrennungskammer gewöhnlich bei einem Druck voijP^ihig^FnAtmosphären arbeitet und daß sich ein gewisser zusätzlicher Aufwand für Rohstoff ergibt, wenn das verwendete Oxydationsmittel sauerstoffreicher ist als gewöhnliche Luft. Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung der verschiedensten feinteiligen Metalloxyde ist somit einfach und wirtschaftlich und dennoch äußerst elastisch und vielseitig und ergibt ungewöhnlich hohe Produktionsgeschwindigkeiten und ausgezeichnete Ausbeuten an feiten Oxyden, die bisher nur nach sehr umständlichen, verwickelten und/oder teuren Methoden hergestellt wurden·Short residence times result in a circulation and too long exposure of the reaction conditions to the individual particles of the product largely switched off. This has the consequence that the products manufactured according to the invention have a have very sharp or narrow particle size ranges. The advantages of the method according to the invention are surprising to me little further difficulty reached. The only complication worth noting may be the fact it can be stated that the combustion chamber usually operates at pressures equal to or less than atmospheres and that there is a certain additional expense for raw material if the oxidizing agent used is richer in oxygen than ordinary air. The process according to the invention for the production of a wide variety of finely divided metal oxides is thus simple and economical and yet extremely elastic and versatile and results in unusually high production speeds and excellent yields of solid oxides, which hitherto have only been complicated and complicated and / or expensive methods

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellten, die natürlich im Rahmen der Erfindung modifiziert werden kann.The invention is described below in connection with the drawings showing an embodiment of the invention represented, which can of course be modified within the scope of the invention.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Brenner, der sich für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eignet und selbst einen Erfindungsgegenstand darstellt.Fig. 1 shows schematically a burner which is suitable for Carrying out the method according to the invention is suitable and itself represents an object of the invention.

Fig. 2 zeigt schematisoh den in Fig. 1 dargestellten Brenner in Verbindung mit einem Reaktionsofen, der das aus dem Brenner austretende Produktgemisch aufnimmt.Fig. 2 shows schematically the burner shown in Fig. 1 in connection with a reaction furnace that consists of the Burner absorbs emerging product mixture.

Der in Fig. 1 dargestellte Brenner 11 ist mit einem Misohblock 10 versehen, der Eintrittsöffnungen für die Zuführung eines molekularen Sauerstofflenthaltenden Mediums und eines leicht brennbaren fließfähigen Brennstoffs aufweist. Diese Einüittsöffnungen sind in Fig. 1 mit den Bezugsziffern 12 und 14 bezeichnet. Zahlreiche verschiedene Typen von Mischköpfen können verwendet werden, um dasThe burner 11 shown in Fig. 1 is with a misoh block 10 provided, the inlet openings for the feed a molecular oxygen-containing medium and an easily combustible flowable fuel. These Einüittsöffnungen are in Fig. 1 with the Reference numerals 12 and 14 denote. Many different types of mixheads can be used to achieve this

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Oxydationsmittel und den Brennstoff zu vereinigen, die verwendet werden, um den heißen Gasstrom für das Verfahren zu erzeugen, jedoch wird der in Fig. 1 dargestellte Typ bevorzugt, bei dem über geeignete innere Verteilungskanäle das sauerstoffhaltige Medium und der Brennstoff jeweils in eine Anzahl kleinerer Ströme unterteilt werden, die dann mit Hilfe von aufeinander ausgerichteten Düsenöffnungen 13 für das Oxydationsmittel bzw. 15 für den Brennstoff zusammengebracht werden, wobei jedes Paar so ausgerichtet ist, daß die daraus austretenden Medien mit hoher Geschwindigkeit aufeinandertreffen«, Diese Paare von Düsen 13 und 15 für das Oxydationsmittel und den Brennstoff müssen ziemlich symmetrisch über die Unterseite ^ des Mischblocks 10 mit Ausnahme des größeren Mittelteils des Blocks verteilt sein«Combine oxidant and fuel that are used to make the hot gas stream for the process but that shown in FIG. 1 becomes Type preferred in which the oxygen-containing medium and the fuel via suitable internal distribution channels each can be divided into a number of smaller streams, which are then aligned with one another Nozzle openings 13 for the oxidizing agent and 15 for the fuel are brought together, each pair is oriented in such a way that the media emerging from it meet at high speed «, These couples of nozzles 13 and 15 for the oxidizer and fuel must be fairly symmetrical across the bottom ^ of the mixing block 10 be distributed with the exception of the larger central part of the block "

Der Mischblock 10 ist an eine seitlich geschlossene Verbrennungszone 16 angesetzt. Er bildet ein Ende dieser Zone, die im allgemeinen eine Eöhrenform oder Zylinderform hat mit Ausnahme des unteren Endes, wo sie sich allmählich über einen trichterförmigen Abschnitt 17 zur Einschnürung 18 verjüngt, die die Austrittsöffnung darstellt.The mixing block 10 is attached to a laterally closed combustion zone 16 set. It forms one end of this zone, which is generally tubular or cylindrical in shape with the exception of the lower end, where it gradually extends over a funnel-shaped section 17 to the constriction 18 tapers, which represents the outlet opening.

Durch die Mitte des Mischblocks 10 ist ein Injektor 21 geführt, durch dessen Mitte sich ein offener Durchgang erstreckt. Dieser Injektor erstreckt sich über den größeren ä Teil der Länge, der Verbrennungskammer 16 direkt längs deren Mittelachse. Da der Injektor normalerweise bei hoher Temperatur Erosionseffekten durch die heißen, mit hoher Geschwindigkeit strömenden Verbrennungsgaae in der Zone ausgesetzt ist, ist es gewöhnlich zweckmäßig, eine innere Kühlung der den Durchgang 22 umgebenden Wand über die Kühlung hinaus vorzusehen, die durch das eingeblasene Material bewirkt wird. Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird dies beispielsweise durch doppelte konzentrische ringförmige Durchgänge 25 und 26 erreicht, die sich durch den größten Teil dee Injektors 21 erstrecken, aber sich unmittelbar vor dessen unterem Ende vereinigen. Das unterä Ende dee Injektors 21 muß etwas oberhalb des Beginns des sich verjüngenden Abschnitts 17 liegen, so daß die metallhaltigeAn injector 21 is guided through the center of the mixing block 10, through the center of which an open passage extends. This injector extends over the greater part of the length, etc., of the combustion chamber 16 directly along its central axis. Since the injector is normally exposed to high temperature erosion effects from the hot, high velocity combustion gases in the zone, it is usually desirable to provide internal cooling of the wall surrounding passage 22 beyond the cooling provided by the injected material . In the device shown in Fig. 1, this is achieved, for example, by double concentric annular passages 25 and 26 which extend through most of the injector 21 but merge immediately before its lower end. The lower end of the injector 21 must be slightly above the beginning of the tapered section 17, so that the metal-containing

109823/1426109823/1426

Verbindung, die durch den Durchgang 22 eingeführt wird, unmittelbar vor dem Eintritt und/oder während des Eintritts in diesen sich verjüngenden Abschnitt 17 in die heißen Verbrennungsgase freigegeben und damit vermischt wird* Im Abschnitt 17 findet eine noch stärkere Beschleunigung statt, bis in der Einschnürung 18 praktisch Schallgeschwindigkeit erreicht wird. Die heißen Verbrennungsgase werden natürlich durch Zündung des Gemisches von gasförmigem oder flüssigem Brennstoff (z.B.Erdgas, CO oder Heizöl) und Oxydationsmittel (z.B. Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Sauerstoff) gebildet. Dieses Gemisch wird, wie bereits beschrieben, mit Hilfe der Reihe von paarweise angeordneten Düsen 15 und 13 in der Unterseite des Mischblocks 10 gebildet.Compound introduced through passage 22 just prior to entry and / or during entry released in this tapered section 17 in the hot combustion gases and mixed therewith becomes * In section 17 there is an even stronger acceleration instead, until practically the speed of sound is reached in the constriction 18. The hot combustion gases are of course generated by igniting the mixture of gaseous or liquid fuel (e.g. natural gas, CO or heating oil) and oxidizing agents (e.g., air, oxygenated air, or oxygen) are formed. This mixture is as already described, with the aid of the row of nozzles 15 and 13 arranged in pairs in the underside of the mixing block 10 formed.

In Pig. 1 ist ferner ein Diffusor oder sich erweiternder Abschnitt 20 unmittelbar unterhalb der Einschnürung 18 dargestellt. Dieser sich erweiternde Abschnitt 20 ist jedoch ein wahlweises Kennzeichen der Erfindung. Dieser Teil ist nicht notwendig, es sei denn, daß eine Beschleunigung des aus der Einschnürung 18 austretenden Reaktionsgemisches auf Geschwindigkeiten beabsichtigt ist, die erheblich über der Schallgeschwindigkeit liegen,. Demgemäß kann, wie in Fig. 2 angedeutet, der mit der Hauptreaktionskammer 30 verbundene Brenner 11 den kegelstumpfförmigen Diffusor 20 aufweisen oder nicht. Es ist jedoch zu bemerken, daß bei Verwendung des Diffusors 20 ein weiterer erheblicher Druckabfall beim Übergang von der Einschnürung 18 zur Reaktionskammer 30 stattfindet« Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Hauptreaktionskammer 30 im allgemeinen ein seitlich geschlossener, innen leerer röhrenförmiger oder zylindrischer Raum, der am oberen Ende direkt mit dem unteren Ende des Brenners 11 verbunden ist. Für diese Reaktionskammer 30 ist zwar eine schützende Auskleidung 31 aua feuerfestem Material oder Isoliermaterial dargestellt, jedoch ist es in vielen Fällen möglich, nur einen Metallmantel oder Doppelmantel mit Raum für die Umwälzung eines Kühlmediums zu verwenden, vorausgesetzt, daß an der Innenseite das geeignete Metall verwen-In Pig. 1 is also a diffuser or an expanding one Section 20 is shown immediately below the constriction 18. However, this expanding section 20 is an optional feature of the invention. This part is not necessary unless the from the constriction 18 exiting reaction mixture is intended to speeds that are significantly above Speed of sound lie. Accordingly, as in FIG. 2 indicated, the burner 11 connected to the main reaction chamber 30 have the frustoconical diffuser 20 or not. It should be noted, however, that when the diffuser 20 is used, there is another significant pressure drop in the Transition from the constriction 18 to the reaction chamber 30 takes place «As shown in Fig. 2, the main reaction chamber 30 is generally a laterally closed, inside empty tubular or cylindrical space, which at the upper end directly connects to the lower end of the burner 11 connected is. For this reaction chamber 30 there is a protective lining 31 made of refractory material or Insulating material shown, however, in many cases it is possible to have just a metal jacket or double jacket with space to be used for the circulation of a cooling medium, provided that the appropriate metal is used on the inside

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det wird, das einer Korrosion durch die Bestandteile des Reaktionsgemisch.es widersteht. Am unteren (nicht dargestellten) Ende der Reaktionskammer 30 können geeignete Abscheidesysteme angeordnet werden, wie sie für die Abscheidung der Reaktionsprodukte und die Abtrennung der darin enthaltenen festen Metalloxyde üblich und allgemein bekannt sind.is det, which resists corrosion by the constituents of the reaction mixture. At the bottom (not shown) Suitable separation systems can be installed at the end of the reaction chamber 30 be arranged as they are for the separation of the reaction products and the separation of those contained therein solid metal oxides are common and well known.

Bin ringförmiger Kühlmantel 24 mit Eintritts- und Austrittsleitungen 27 und 23 (oder 23') kann gegebenenfalls in den Seitenwänden, die die Verbrennungskammer 16 und die Einschnürung 18 (und, falls verwendet, den Abschnitt 20) umgeben, vorgesehen werden, wie in Pig. 1 dargestellt. Dies ist häufig der Fall, wenn extrem hohe Verbrennungstemperaturen im Brenner auftreten, z.B. bei Verwendung von Sauer- ™ stoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft als Oxydationsmittel. An annular cooling jacket 24 with inlet and outlet lines 27 and 23 (or 23 ') can optionally be in the Sidewalls surrounding combustion chamber 16 and throat 18 (and section 20, if used), as in Pig. 1 shown. This is often the case with extremely high combustion temperatures occur in the burner, e.g. when using oxygen ™ or oxygen-enriched air as an oxidizing agent.

Es ist besonders vorteilhaft, daß es sich beim Gasmischer um den allgemein bekannten Typ handelt, der es ermöglicht, sehr hohe Geschwindigkeiten des daraus ausströmenden Oxydationsmittels und Brennstoffs, vorzugsweise Geschwindigkeiten zu erreichen, die sich einer Machzahl von etwa 0,4 bis etwa 0,6 oder mehr nähern. Es wird angenommen, daß diese hohen Geschwindigkeiten mit dazu beitragen, ausgezeichnete und schnelle Vermischung der Gase zu erreichen, die in die Verbrennungskammer durch den Mischer eintreten, und hierdurch eine schnelle und nahezu vollständige Verbrennung so- " wie sehr hohe Temperaturen der Verbrennungsprodukte zu erzielen, während diese vom Gasmischer 10 durch die Verbrennungskammer 16 zu der Stelle strömen, wo die metallhaltigen Verbindungen am Ende des Durchgangs 22 in sie eingeblasen werden. Es ist ferner zweckmäßig, die Bestandteile des brennbaren Gemisches so zu wählen, daß eine Verbrennungstemperatur von wenigstens etwa 165O°c erreicht wird, wozu gewöhnlich die Verwendung eines Oxydationsmittels erforderlich ist, das mehr Sauerstoff enthält als gewöhnliche Luft.It is particularly advantageous that the gas mixer is of the generally known type which enables very high speeds of the oxidant and fuel flowing therefrom, preferably speeds approaching a Mach number of about 0.4 to about 0.6 or more. It is believed that this high velocities help to achieve excellent and rapid mixing of the gases entering the Combustion chamber enter through the mixer, and thereby a fast and almost complete combustion so- " how to achieve very high temperatures of the combustion products as they move from the gas mixer 10 through the combustion chamber 16 to the point where the metal-containing compounds at the end of the passage 22 are blown into them will. It is also useful to choose the constituents of the combustible mixture so that a combustion temperature of at least about 165O ° C is reached, including usually the use of an oxidizing agent containing more oxygen than ordinary air is required.

Die Versuche, die in den folgenden Beispielen beschrieben werden, wurden in dem in Fig. 1 dargestellten vollständigenThe experiments described in the following examples were completed to the extent shown in FIG

1QpP/1QpP /

9 789 78

Brenner in Verbindung mit dem Ofen bzw. Verbrennungskammer 30, die in Pig. 2 dargestellt ist, durchgeführt. Diese Vorrichtung hatte die folgenden, charakteristischen Abmessungen:
Der Injektor 21 hatte einen Außendurchmesser von 9,5 mm mit einem inneren Durchgang 22 von etwa 1 mm Innendurchmesser.
Das Ausströmende des Durchgangs 22 liegt etwa 19 mm oberhalb des Beginns des sich verjüngenden Abschnitts 17. Die Hauptverbrennungskammer 16 hatte einen Durchmesser von etwa 32 mm und eine Länge von 114- mm. Die Einschnürung 18 hatte eine
Länge von 25,4 mm und einen Durchmesser von etwa 14 mm.
Der sich verjüngende Abschnitt 17 hatte eine Länge von etwa 15 mm. Der Ofen bzw. die Reaktionskammer 30 hatte einen Innendurchmesser von 15,2 cm und eine Länge von 1,83 m.Burners in communication with furnace or combustion chamber 30 described in Pig. 2 is performed. This device had the following characteristic dimensions:
The injector 21 had an outer diameter of 9.5 mm with an inner passage 22 of approximately 1 mm inner diameter.
The outflow end of the passage 22 is approximately 19 mm above the beginning of the tapered section 17. The main combustion chamber 16 was approximately 32 mm in diameter and 114 mm in length. The constriction 18 had one
Length of 25.4 mm and a diameter of about 14 mm.
The tapered section 17 had a length of about 15 mm. The furnace or reaction chamber 30 had an internal diameter of 15.2 cm and a length of 1.83 m.

Der bei diesen Versuchen verwendete Diffusor 20 hatte kegelstumpf förmige Seitenwände, die einen Winkel von etwa 8° zurThe diffuser 20 used in these experiments had frustoconical side walls that formed an angle of about 8 ° to

hattenhad

Mittelachse und eine Länge von etwa 18 cm/i Die von der Anmelderin durchgeführten Versuche haben jedoch gezeigt, daß
der Divergenzwinkel kleiner oder größer bis zu etwa 16°
oder mehr sein kann, und die Länge kann innerhalb eines weiten Bereichs bis hinab zu 7,6 cm oder weniger liegen. Wie
bereits erwähnt, kann auch auf den Diffusor ganz verzichtet werden.Central axis and a length of about 18 cm / i. However, the tests carried out by the applicant have shown that
the divergence angle smaller or larger up to about 16 °
or more, and the length can be within a wide range down to 3 inches or less. As
already mentioned, the diffuser can also be dispensed with entirely.

example 1

In die vorstehend beschriebene Vorrichtung wurden stündlich 34 Um-³ technischer Sauerstoff und 11,9 Nm Erdgas (Heizwert 8900 kcal/m )eingeführt. Durch den wassergekühlten Injektor 21 wird flüssiges Titantetrachlorid in die durch den Wasserstoff und das Erdgas gebildeten Verbrennungsprodukte eingeblasen. Die eingeblasene Menge dieses Chlorids wird so gewählt, daß sie sich der Menge nähert, die stöchiometrisch
durch den Wasserdampf, der in den Verbrennungsprodukten gebildet wird, hydrolysierbar ist. Durch den Kühlmantel 24
werden stündlich etwa 26,5 1 und durch den der Kühlung dienenden Durchgang im Injektor 21 etwa 6 1 Wasser geführt.
Die Flammentemperaturen der Verbrennungsreaktion erreichten maximal etwa 254O°C.In the above-described device 34 environmental and 11.9 Nm ³ of technical oxygen gas (heating value of 8900 kcal / m) were introduced per hour. Liquid titanium tetrachloride is blown into the combustion products formed by the hydrogen and the natural gas through the water-cooled injector 21. The amount of this chloride blown in is chosen so that it approaches the amount which is stoichiometric
is hydrolyzable by the water vapor formed in the combustion products. Through the cooling jacket 24
about 26.5 liters of water per hour and about 6 liters of water are passed through the cooling passage in the injector 21.
The flame temperatures of the combustion reaction reached a maximum of about 2540 ° C.

■,·-... ■, · -... ^ßADßAD OBtGlNALOBtGlNAL

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Als Produkt wird Titandioxyd von ausgezeichneter Qualität in guter Ausbeute erhalten.The product obtained is titanium dioxide of excellent quality in good yield.

Example 2

Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wird wiederholt mit der Ausnahme, daß SiGl. an Stelle von TiCl. verwendet wird. Als Produkt wird sehr feinteiliges SiOg erhalten.The experiment described in Example 1 is repeated with the exception that SiGl. instead of TiCl. is used. Very finely divided SiOg is obtained as the product.

Allgemein können für das Verfahren gemäß der Erfindung Verbindungen von Metallen, wie Aluminium, Bor, Silicium, Barium, Kupfer, Aluminium, Zirkon, Titan, Wolfram, Zink, Blei, Zinn, Eisen, Kobalt, Nickel, Mangan, Chrom, Vanadin, Thorium, Molybdän, und deren Gemische verwendet werden. Speziell ist jedoch die Erfindung auf Metallverbindungen gerichtet, die in Gegenwart von oxydierenden oder hydrolysierenden Atmosphären thermisch in das entsprechende Oxyd umgewandelt werden können*In general, compounds can be used for the method according to the invention of metals such as aluminum, boron, silicon, barium, copper, aluminum, zircon, titanium, tungsten, zinc, lead, tin, Iron, cobalt, nickel, manganese, chromium, vanadium, thorium, molybdenum, and mixtures thereof can be used. Special However, the invention is directed to metal compounds in the presence of oxidizing or hydrolyzing Atmospheres can be thermally converted into the corresponding oxide *

Zu den wertvollsten Verbindungen der vorstehend genannten Metalle gehören die Sulfate, Chloride, Bromide, Jodide,jj^rJuoiide Oxalate, Orthoarsenate, Sulfide, Acetate, Citrate, Formate, Benzoate, Carbonate, Oleate und Tartrate. Bevorzugt werden Verbindungen, die bei gewöhnlichen Temperaturen fließfähig sind, jedoch können auch andere Verbindungen in Form von flüssigen Suspensionen oder Lösungen verwendet werden· Die Vorteile, die sich aus der Erfindung ergeben, werden besonders deutlich, wenn Verbindungen der vorstehend genannten Metalleverwendet werden, deren Zersetzungstemperaturen über etwa 260⁰C, aber unter etwa 1100⁰C liegen.The most valuable compounds of the aforementioned metals include the sulfates, chlorides, bromides, iodides, jj ^r Juoiide oxalates, ortho arsenates, sulfides, acetates, citrates, formats, benzoates, carbonates, oleates and tartrates. Compounds which are flowable at ordinary temperatures are preferred, but other compounds in the form of liquid suspensions or solutions can also be used above about 260 ^° C., but below about 1100 ^° C.

Claims

- Io - claims

1. Process for the production of finely divided metal oxide powder , in particular with a particle size of less than 1 / U by pyrogenic conversion of volatile, oxidizable Metal compounds with hot gases containing oxygen and / or water vapor, characterized in that one the metal connection in the very hot, at high speed blowing in flowing gases and the mixture through a tapering, to a constriction leading burner section with a reduction in cross-section of the mixture to not more than half of the cross-section at the entrance to the tapered section, achieving at least the speed of sound leads.

2. The method according to claim 1, characterized in that the speed of the mixture to at least about 6oo m / sec. increases.

J>. Process according to Claim 1 or 2, characterized in that gas temperatures of at least 165 ° C are used.

4. The method according to claim 1 to J), characterized in that the fuel used is liquid hydrocarbons, CO or hydrogen.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the volatile, oxidizable metal compounds liquid halides are used.

1098.??/1426

Ö ORIGINAL

Ί642978

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6. The method according to claim 1 to 5> characterized in that the speed of the reaction mixture when exiting the constriction due to a drop in pressure in an adjoining widening section (Diffuser) further increases.

7. Apparatus for performing the method according to claim 1 to 6, characterized by a burner (11) with arranged therein, provided with feed lines (12,14) and nozzles (13,15) for oxidizing agent and fuel Mixing block (Io), adjoining combustion chamber (l6) tapering to a constriction (18) and an injector (21) guided through the mixing block and ending in front of the tapering combustion chamber.

8. The device according to claim 7, characterized by one of a funnel-shaped, constricting (l8) tapering section (I7) and an adjoining, expanding section (2o) existing after Type of a venturi formed reaction space.

1 Q 9 8 2 ?/1 A 2 61 Q 9 8 2? / 1 A 2 6

6Α06Α0

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