用于实施摩擦化学反应的方法和设备技术

用以实施摩擦化学反应的方法，其特征在于，通过粒状、球状或由球粒构成的介质进行空间中的来回运动而产生法拉第不稳定性，并且借助于在介质颗粒的接触位置／接触点上的法拉第不稳定性而形成摩擦化学反应条件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于摩擦化学反应领域，并且特别涉及一种在进行摩擦化学反应时的法拉第不稳定性(Faraday-Instabilitaten)的使用。
技术介绍
现已公知，可以根据Kroll法在旋转炉或是在流化床炉中并于约800-1000℃下，利用碳和氯气而从已知的含钛矿物，如钛铁矿或金红石中制得四氯化钛。然后，在相应的提纯过程(结晶并接着在136℃下进行蒸馏)后，用液态镁在约800-1000℃下将液态的四氯化钛还原成钛海绵体。洗涤该过程中形成的氯化镁并重新电解还原成镁，并将其重新送回到生产过程中。钛海绵体由于其表面积较大，并结合有大量的氧，这些氧在所要生产的预期金属中并不作为合金组分。必须将钛海绵体进行破碎，并粉碎，压制成电极，然后在电弧中利用区域熔融法而熔化成致密的金属钛。所有涉及钛的方法步骤都要在保护气氛(稀有气体)下进行，以避免氧化。为了制得特别纯的钛，就要根据van Arkel和de Boer的方法使得自于四氯化钛的四碘化钛在1300℃炽热的钨丝上进行分解。专利技术详述本专利技术的任务在于提供一种用于实施摩擦化学反应，且能避免现有技术中的、特别是钛生产过程中的缺陷的更好的方法和更好的装置。另外，本专利技术的任务还在于，借助于在颗粒(优选颗粒直径为0.1至20mm的颗粒)介质中产生的法拉第不稳定性而产生一种特殊的摩擦化学反应状况，且这种状况能利用摩擦化学反应而将离析的混合物直接转化成产品。其中，所述颗粒介质可根据所要进行的反应的不同，或参与反应，或是相对于反应产物和离析物呈惰性。此外，本专利技术的任务还在于，借助于在矿砂/矿石的颗粒(优选颗粒直径为0.1至20mm的颗粒)介质中产生的法拉第不稳定性而产生一种特殊的摩擦化学反应状况，这种状况能利用还原剂和卤素气体并通过多相催化反应和还原剂的氧化反应，而将矿砂/矿石颗粒直接转换。与钛的生产相关的，本专利技术的任务还特别在于，借助于在矿砂/矿石(例如钛铁矿或金红石)的颗粒介质(优选颗粒直径为0.1至20mm的颗粒)产生的法拉第不稳定性而制造一种特殊的摩擦化学反应状况，该状况可以借助于还原剂，优选是一氧化碳和卤素气体(优选碘或氯)通过多相催化反应和还原剂的氧化反应，例如一氧化碳氧化成二氧化碳的氧化反应，而将优选只含有常规伴生元素的矿砂/矿石颗粒直接转换为金属钛。与二氧化钛的生产相关的，本专利技术的任务还在于，借助于在矿砂/矿石(例如钛铁矿或金红石)的颗粒介质(优选颗粒直径为0.1至20mm的颗粒)产生的法拉第不稳定性而制造一种特殊的摩擦化学反应状况，该状况可以借助还原剂，优选是一氧化碳和卤素气体(优选氯)并通过多相催化反应和还原剂的氧化反应，例如一氧化碳氧化成二氧化碳的氧化反应，而将矿砂/矿石颗粒直接转化成二氧化钛。本专利技术的任务可通过独立权利要求中所述内容得以解决。本专利技术包含了如下思想，即在进行摩擦化学反应的过程中，在颗粒介质或由球粒组成的介质中，借助上/下运动而得到法拉第不稳定性。颗粒介质在重力场中上下运动，从而达到一种特殊的状态，即在该状态下颗粒堆料具有类似于由固体组分构成的液体相的行为特性。在这种状态下，在颗粒介质的微粒上出现法拉第不稳定性。法拉第不稳定性是通过颗粒状、微粒状或由球粒构成的介质的上下运动而产生的，同时，利用这种在介质组分的接触点/接触位置上出现的法拉第不稳定性，就能形成进行摩擦化学反应的摩擦化学反应条件。相比于传统方法(旋转炉或流化床炉)，利用在颗粒状或球粒构成的介质中出现的法拉第不稳定性来进行摩擦化学反应这一方案具有如下优点，即反应能在一个更有利的热动力学范围内进行。在颗粒介质中，法拉第不稳定性导致生成一种与体积或体积时间有关的具有某些机械能较高的区域的格式(Muster)。在这些区域中，在相对较低的温度下，在粒状或球状的颗粒之间或是在粒状或球状的相互碰撞的颗粒间就能进行摩擦化学反应。对比于已知的流化床法，利用法拉第不稳定性来进行摩擦化学反应的优点在于，在粒状并利用法拉第不稳定的流化床中会形成激发区域，在这些区域内，在比传统流化床中更低的温度下就能进行摩擦化学反应。在用于制备金属的过程中，该方法的优点在于，通过用更为有效的矿物、还原剂(例如一氧化碳)和卤素气体之间的多相催化气-固-反应使用碳和卤素气体进行的金属氧化物(矿物)的还原反应，并生成金属卤化物和二氧化碳而替代。在根据四碘化钛法制备钛的方面，该方法的优点在于，不再需要那种必须通过使用由技术成本非常高昂的钛海绵体而从钛矿石制得钛的高能耗且多步骤的制备过程，取而代之的是毋需经由钛海绵体这一中间步骤的，节能且仅有一个步骤的制备过程。在根据四氯化钛法制备钛白(二氧化钛)方面，该方法的优点在于，可以用一种一步过程(向四氯化钛物料流中添加氧)来代替多步过程。实施例以下将根据实施例并结合附图来更为详尽地阐述本专利技术。这里附图为附图说明图1为用于实施摩擦化学反应的装置示意图，其中利用了法拉第不稳定性；和图2为另一用于实施摩擦化学反应的装置示意图，其中利用了法拉第不稳定性。图1显示的是一种利用法拉第不稳定性来实施摩擦化学反应的装置1。装置1特别适于制备粗钛(四卤化钛)，并进一步用于从含钛的矿砂/矿石中加工成钛或钛白(二氧化钛)。为实施该方法，需要在水平的板或水平的盘9上铺上矿砂或矿石。借助于一个移动装置5使板/盘9沿着垂直方向运动。用作移动装置5的可特别优选是气动机、液压缸或直线磁场传动机。以垂直方向的运动方式是要使在粒状矿砂或矿石中产生法拉第不稳定性。这种运动过程可特别优选以周期式或杂乱式进行。利用输入装置7就能通过孔将离析物流体导入反应混合物中。如果是要得到钛或二氧化钛的情况，则这里指的是作为还原剂的气态卤化物和一氧化碳。装置1的反应空间与外界环境隔开。这种隔离特别优选是通过反应器底部8的侧壁和外罩3而实现的，其中所述的侧壁优选设计成圆柱体，而外罩则在分隔面4内相对于反应器底部8的侧壁密封。例如，可以在外罩3上设置凸缘同时在分隔面4内装上密封件(未示出)。为将保护气充入反应空间内，就要设置至少一个入口6。而该入口又可优选安装在反应器下部8上。为了从反应空间中排出气态反应产物，就要在反应空间上设置至少一个开口2，并且它们优选安装在反应器的外罩3上。作为开口2的替代或补充方案，可以特别优选在反应器的外罩上安装若干可加热的金属导线，而四卤化钛就可沉淀于这些金属线上并进行分解。如果是钛的碘化物，则这里可以是，例如钨丝。还可设置另一开口(未示出)用以将用于从四氯化钛制备二氧化钛的氧导入到反应空间中。然而，这种导入操作也可以首先——在将四氯化钛从反应空间中排出后——进行，在这之后反应产物通过开口2。图2显示的是一种类似于图1装置的装置20，其用于利用法拉第不稳定性来实施摩擦化学反应。图中相同的技术特征用相同的标记表示。图2中的装置20与图1的装置的区别在于，移动装置5被设置在装置20的反应室外。这样做的优点在于，反应离析物、中间产物和终产品不会腐蚀或损害移动装置。在这种情况下，移动装置5的这种结构布局考虑到了更高的载荷量。将经研磨的矿砂/矿石放置在一个在重力场中以垂直方向上下振动的盘上，并使其处于一种特殊状态，在该状态下颗粒堆料具有类似于由固体组分构成的液体相的行为特性。该过程中，在液态颗粒层与(保护)气相之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·J·普拉思，
申请(专利权)人：彼得·J·普拉思，
类型：发明
国别省市：