Titel: Verfahren und Apparate zur Gewinnung von Alkalimetallen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1889, Band 271 (S. 129–133)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj271/ar271021

Neue Verfahren und Apparate zur Gewinnung von Alkalimetallen, sowie von metallischem Chrome.

Patentklasse 75 und 12. Mit Abbildungen auf Tafel 7.

Es war zu erwarten, daſs das Castner'sche Verfahren zur Darstellung von Kalium und Natrium mittels Reduction der Aetzalkalien durch Kohle (D. R. P. Nr. 40415 vom 2. Juni 1886. Englisches Patent Nr. 7395 vom 2. Juni 1886. Nordamerikanisches Patent Nr. 342897; vgl. 1886 262 486. 1887 265 595), welches ein billiges Hilfsmittel zur Gewinnung von Aluminium nach dem alten Wöhler'schen Verfahren bieten soll, den Erfindungsgedanken von Neuem auf dieses Feld führen und namentlich auch zur Construction brauchbarer Apparate zur Ausführung des bekannten Reductionsprozesses anregen würde.

Bei der Darstellung von Natrium (es soll hier Natrium als Beispiel gewählt werden) durch Reduction von Aetznatron mittels Kohle findet das Resultat der beendeten Reaction durch folgende Gleichung seinen Ausdruck: NaHO + C = Na + H + CO. Der Verlauf dieses Prozesses läſst aber verschiedene Phasen erkennen, da man die intermediäre Bildung von Natriumcarbonat beobachten kann und gleichzeitig zur Ausführung der Reduction eine allmähliche und recht bedeutende Steigerung der [Temperatur nothwendig wird. Während nämlich die Reduction anfangs bei verhältniſsmäſsig niedriger Temperatur, etwa bei Rothglut, vor sich geht, muſs die Temperatur zur Unterhaltung der Reduction bis zur hellen Weiſsglut gesteigert werden. Die Reduction verläuft nämlich zuerst unter Bildung von Natriumcarbonat, Natriummetall, Kohlenoxyd und Wasserstoff, wie etwa durch folgende Gleichung veranschaulicht wird:

4NaHO + 2C = Na2CO3 + 2Na + 4H + CO.

Es wird also, sobald nach dem Zusammenbringen von Aetznatron mit glühenden Kohlen eine Reaction eingetreten ist. sich die Reduction |130| nicht nur auf Aetznatron, sondern auch auf Natriumcarbonat auszudehnen haben. Da aber das Natriumcarbonat zu seiner Reduction bedeutend höherer Temperaturen bedarf als das Aetznatron, so wird die zur Reduction nothwendige Temperatur mit wachsender Carbonatbildung gesteigert werden müssen. Diese Anwendung von hohen Temperaturen hat neben dem bedeutenden Brennmaterialienverbrauch u.a. auch den Uebelstand. daſs man nur Schmiedeeisen oder höchstens Guſsstahl für die Reductionsgefäſse anwenden kann, und daſs diese stark leiden, wodurch ein häufiges Auswechseln derselben nöthig wird, und ferner, daſs ein continuirlicher Betrieb nicht möglich ist. Zur Beseitigung dieser Uebelstände trennt C. Netto in Dresden (D. R. P. Nr. 45105 vom 5. November 1887) das in der ersten Phase des Reductionsprozesses erzeugte Carbonat von dem neu zugeführten, auf die glühenden Kohlen allmählich aufflieſsenden Aetznatron durch nach Bedarf oder auch continuirlich bewirkten Abfluſs des ersteren aus dem Apparate, so daſs nur die erste Phase des Prozesses eintritt, d.h. die Reduction sich also immer nur auf das neu hinzuflieſsende Aetznatron erstreckt und so nur verhältniſsmäſsig geringer Temperaturen bedarf. Zur Ausführung dieses Verfahrens dient der in Fig. 1 bis 4 Taf. 7 dargestellte Apparat. Derselbe besteht aus dem zum Schmelzen des kaustischen Natrons dienenden Behälter a, dessen für das geschmolzene Natron bestimmtes Ablaufrohr mit Regulirhahn b versehen ist. c ist der Beschickungstrichter für das geschmolzene Aetznatron, welcher durch den mit einer für die Kohle bestimmten Füllöffnung d versehenen Deckel e in die aus geeignetem Materiale, z.B. aus Guſsstahl, Schmiedeeisen oder Guſseisen, gefertigte Retorte f führt, in welcher mittels der Kohle g die Reduction vorgenommen werden soll. Die in der Nähe des Retortenbodens angeordnete Abfluſsvorrichtung h für das entstandene Natriumcarbonat hat eine solche Form, durch welche das flüssige Natriumcarbonat veranlaſst wird, das Retorteninnere gegen die Auſsenluft gewissermaſsen hydraulisch abzuschlieſsen (Fig. 2 bis 4). Das Auslaufende dieser Abfluſs Vorrichtung ist verschlieſsbar, zweckmäſsig mittels eines Kegelverschlusses i. An eine am oberen Theile der Retorte angebrachte Oeffnung schlieſst sich eine geeignete Vorlage k für die Condensation des Natriums an, unter dessen Auslauf ein Oelbehälter l angeordnet ist. Die Retorte f ist mit einem Schutzmantel m aus Thon umgeben. Die zur Heizung bestimmten Gase werden durch Kanal w und Oeffnung o in den Kanal n geleitet, wo sie die Retorte umspülen; daraufgehen die Heizgase durch Oeffnung p, Kanäle r und q in den Heizraum s, wo sie den Kessel a wärmen, und können dann durch Oeffnung t nach dem Schornsteine abgeführt werden. Fülltrichter c kann mit einem Kegelverschlusse u ausgestattet sein. Unterhalb der Abfluſsvorrichtung h ist ein Auffangegefäſs y für die bei der Reduction gebildete, zum groſsen Theile aus Natriumcarbonat bestehende Schlacke angeordnet.

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Bei Beginn der Operation wird die Retorte zur Hellrothglut erhitzt, darauf bei abgenommenem Deckel e oder durch die Kohlenbeschickungsöffnung d so viel Kohlen (am besten Holzkohle) eingetragen, bis die Retorte zu ungefähr ein Drittel damit angefüllt ist. Nachdem die Kohlen ebenfalls zum Glühen gebracht sind, was schon in einigen Minuten der Fall ist, wird das geschmolzene Aetznatron aus dem Kessel a durch Trichter c auf die glühenden Kohlen flieſsen gelassen, welcher Zufluſs mittels des Hahnes h in seiner Stärke regulirt werden kann; sofort zeigt sich bei k die Natronflamme, und nach ganz kurzer Zeit wird das Natrium aus k in den Oelbehälter l flieſsen. – Anfänglich ist es nöthig, behufs Fernhaltens der Auſsenluft das Kegelventil i zu schlieſsen. Nach kurzer Zeit, vielleicht nach einer halben Stunde, hat sich am Boden der Retorte so viel gröſstentheils aus Natriumcarbonat bestehende Schmelze angesammelt, daſs dadurch ein hydraulischer Verschluſs bei h entsteht und der Kegelverschluſs i gelöst werden kann, worauf ein Ueberschuſs an Schmelze ungehindert aus der Abfluſsvorrichtung h abflieſsen wird.

Um Undichtigkeiten und somit den Verlust von Alkalimetall zu vermeiden, ist die Retorte aus einem Gusse hergestellt. Der hydraulische Verschluſs h gestattet also das gebildete Alkalicarbonat ständig aus dem Bereiche des Reductionsprozesses fortzuführen, so daſs nur eine Einwirkung der Kohle auf das immer von Neuem zugeführte Alkalihydrat stattfinden soll, wodurch wieder ein Arbeiten bei verhältniſsmäſsig so geringer Temperatur ermöglicht wird, daſs man Guſseisen als Material für die Reductionsgefäſse anwenden kann. – Den gleichen Zweck, die Reduction der Aetzalkalien bei bedeutend niedrigerer Temperatur als der bisher erforderlichen zu ermöglichen, verfolgt der von O. M. Thowless in London1) (D. R. P. Nr. 45378 vom 27. September 1887) angegebene Apparat; derselbe gestattet, das Erhitzen des Kohlenstoff haltigen Zuschlages und nöthigenfalls auch des zu reducirenden Alkalis oder Alkalicarbonates vor ihrem Zusammenbringen zu bewirken, wodurch die Bildung irgend einer die Reduction störenden Verbindung verhindert werden soll. Der Apparat (Fig. 5 und 6) besteht aus einem in den Ofen A eingesetzten Tiegel oder einer Retorte B, in welchen durch Fülltrichter B1 eingeschütteter Koks oder ein anderes zweckdienliches Kohlenstoff haltiges Material im Zustande hoher Erhitzung erhalten wird. In dieses Gefäſs wird dann das vorher im Vorwärmschachte C erhitzte caustische Natron oder Kali oder deren Carbonate nach Oeffnung des Schiebers D so eingeführt, daſs es in möglichst innige Berührung mit dem hoch erhitzten Zuschlage tritt. Die Erhitzung des Alkalis in C erfolgt mittels des unterhalb und theilweise um C herumgeführten Zuges A1; die sich entwickelnden Metalldämpfe werden |132| durch Rohr F mit Absperrventil F1 nach einem Condensator E der für die Gewinnung von Alkalimetallen üblichen Art abgeleitet. Die Retorte wird zweckmäſsig innen mit Graphit, Retortenkohle oder anderem passenden feuerbeständigen Materiale ausgefüttert. Die Beschickung des Vorwärmschachtes C mit dem zu erhitzenden Alkali geschieht durch die mit Deckel C2 versehene Einfüllöffnung C1; die Entleerung der Rückstände aus der Retorte erfolgt durch eine an derselben vorgesehene Thür B2. – J. B. Thompson in London und W. White in Churchfields (D. R. P. Nr. 43235 vom 26. Juli 1887) schmelzen zuerst die Alkalihydrate bezieh. Carbonate (2 Th.) mit Kohlenstoff haltigem Materiale (1½ Th.), Theer o. dgl. (auch Glucose und Kohlenwasserstoffe werden in der Patentschrift genannt) bei dunkler Rothglut zusammen und lassen dann die Reduction der erkalteten Schmelze in einem besonderen Apparate vor sich gehen. Das Zusammenschmelzen geschieht in Tiegeln oder Töpfen, worauf die durch Umstürzen der letzteren entleerte und erkaltete Schmelze zerkleinert wird. Die Reduction derselben geschieht in einem flachen Eisenblechkasten b (Fig. 7) mit Ausfluſsstülle d, welcher in eine fest eingemauerte, durch die Flammen einer seitlich angeordneten Feuerung umspülte, geneigt liegende Gasretorte a eingeschoben wird, bei heller Rothglut, welche fortwährend in der Retorte unterhalten bleibt. Das frei werdende Natrium soll in flüssigem Zustande durch eine von den Feuergasen abgeschlossene Retortenöffnung bei d in einen Sammelkasten g abflieſsen, in welchem Theile des Apparates durch Verdampfen von Paraffinöl eine nicht oxydirende Atmosphäre unterhalten wird. Das als Nebenproduct der Reaction auftretende Kohlenoxydgas entweicht durch ein Rohr r; es wird angezündet und zeigt durch sein Erlöschen die Beendigung der Reaction an. Die von der Retorte abziehenden Feuergase genügen noch zur Herstellung der Schmelze in den obengenannten Tiegeln.

Ein neues Verfahren zur Darstellung von metallischem Chrom und Chromlegirungen beschreiben V. und E. Rouff in St. Etienne, Frankreich (D. R. P. Nr. 43213 vom 31. Juli 1887):

Um zur Reduction direkt Alkalichromate benutzen zu können, führen dieselben neben Kohle noch Kieselsäure in den Reductionsprozeſs ein, die bei lebhafter Rothglut die Chromsäure austreibt, welche sofort der Reduction durch die Kohle unterworfen wird. Das gewonnene Chrommetall ist schwammig und mit Alkalisilicat verunreinigt, welches durch Auswaschen entfernt wird. Es empfiehlt sich bei dem Reductionsprozesse einen Ueberschuſs von Kohle zu verwenden, da sonst das metallische Chrom sich leicht wieder auf Kosten der vorhandenen Kieselsäure unter Bildung von Silicium oxydirt. Erhält das Gemenge aus Alkalichromat, Kieselsäure und Kohle einen Zusatz geeigneter (oxydischer) Erze des Eisens, Kupfers oder Mangans, so werden durch den darauf folgenden Reductionsprozeſs Legirungen des Chromes mit den genannten |133| Metallen erhalten. Setzt man dem ursprünglichen Reductionsgemenge mehr Kieselsäure, als zur Bildung des entsprechenden Alkalisilicates nöthig ist, hinzu, so wird, da sich die Kieselsäure durch Chrom in Gegenwart von Kohle reducirt, eine Chromsiliciumlegirung erhalten. Ersetzt man die obengenannten Metalloxyd zuschlage durch Wolframsäure, so ergibt der Reductionsprozeſs eine Wolfram-Chromlegirung. An Stelle der Alkalichromate können auch die Erdalkalichromate, wenn auch weniger vortheilhaft, da das als Nebenproduct erhaltene Erdalkalisilicat in Wasser unlöslich ist und auſserdem eine höhere Temperatur zur Reduction erforderlich ist, verwendet werden. Die Trennung soll durch Schmelzen und Abscheidung des Erdalkalisilicates als Glasschaum bewirkt werden. An Stelle der Kieselsäure sollen in gleicher Weise die sauren Silicate, die Borsäure und sauren Borate Verwendung finden können, wie auch an Stelle der neutralen die sauren Chromate treten können.

Sachse.

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Taf. 7 gibt den Namen irrthümlich Showles an.

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