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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf Metallurgies insbesondere auf Gewinnung
von Metallen aus seltenen Erden durch Chlorierung, und betrifft die Konstruktion
eines Kondensators zum Ausscheiden von Feststoffen aus Dampf-Gas-Gemisch und aus
Trüben. Der vorgeschlagene Kondensator ist für die Gewinnung von Titan und begleitenden
Metallen durch Chlorierung besonders zweckmäßig.
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Bei der Gewinnung von Metallen aus seltenen Erden unter Ausnutzung
des Chlorierungsprozesses erhält man ein Dampf-Gas-Gemisch von hoher Temperatur,
welches dampfförmige Chloride, beispielsweise Titan-, Silicium-, Mangan-Chloride
und andere enthält und Teilchen von festen nicht chlorierten Rohstoffen trägt, und
Trüben von zwei Hauptarten und zwar eine Trübe, die Feststoffe hauptsächlich von
Chloriden, ausgeschieden im Gemisch flüssiger Chloride, enthält, und eine Trübe,
angefallen bei der Reinigung flüssiger Chloride. Die letztgenannte Trübe enthält
wertvolle aus flüssigen Chloriden abgetrennte Komponenten, z.B. Vanadium, Tantal,
Niob, und ihre Komponenten zu Zwekken der Reinigung von flüssigen Chloriden wie
Kupfer.
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Es ist ein Kondensator zum Ausscheiden von Feststoffen aus Dampf-Gas-Gemisch
und aus Trüben bei der Gewinnung von Metallen aus seltenen Erden durch Chlorierung
(s. Gordon und Peissachow. Entstaubung und Gasreinigung in der Buntmetallindustrie,
Moskau, 1977, Seiten 135-136, Russisch) bekannt, wobei der Kondensator ein senkrecht
stehendes Zylindergehäuse mit konischem Boden darstellt. Eine vertikale Scheidewand
trennt das Gehäuse, indem sie den konischen Boden nicht erreicht, wodurch der Innenraum
des Kondensators eine U-Form aufweist.
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Im oberen Teil des einen, d.h. des Eintrittsschenkels des U-förmigen
Hohlraums sind Eintrittsstutzen für Dampf-Gas-Gemisch
und für Trübe
vorhanden, während der obere Teil des anderen, d.h. des Austrittsschenkels des U-förmigen
Hohlraums einen Austrittstutzen für das von Feststoffen gereinigte Dampf-Gas-Gemisch
hat. Im unteren Teil des konischen Bodens des Gehäuses ist ein Austragsstutzen für
Feststoffe angebracht.
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Benutzt man den bekannten Kondensator für Gewinn von Titan, so strömt
das Dampf-Gas-Gemisch, welches eine Temperatur von 7000 bis 10000C hat und feine
Teilchen von nicht chlorierten Rohstoffen enthält, in den Eintrittsschenkel des
U-förmigen Hohlraums ein. Durch Außenwände des Kondensatorgehäuses gibt das Dampf-Gas-Gemisch
einen Teil seiner Wärme an die Umgebung (an die Luft) ab. Ein gewisser Teil des
Dampf-Gas-Gemisches, nämlich Eisen-, Kalzium-, Manganchloride und andere wandelt
sich in feste Stoffe um. Bei der Richtungsänderung des strömenden Dampf-Gas-Gemisches,
wenn es um die Scheidewand fließt, werden die Feststoffe aus dem Dampf-Gas-Gemisch
durch Fliehkraft zum konischen Gehäuseboden befördert und über den in diesem Boden
angebrachten Stutzen aus dem Kondensator herausgeleitet. Das Dampf-Gas-Gemisch kondensiert
zum Teil auf den kalten Wanden und auf der Scheidewand des Kondensatorgehäuses,
und die Feststoffe scheiden sich teilweise auf Wände und Scheidewand ab, indem sie
eine Schicht bilden, welche die Wärmeabfuhr verhindert. übersteigt die Schicht 30
mm, so vermindert sich die Wärmeabfuhr und die Leistung des Kondensators sinkt um
das 1,5 bis 2-fache ab. Zwecks Reinigung der Wände von der Schicht schaltet man
den Kondensator vom Kondensationssystem ab. Die Abschitung des Kondensators setzt
die Leistung des Kondensationssystems herab, der Reinigungsprozeß ist mit großem
Aufwand von Handarbeit unter schweren Bedingungen verbunden.
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Die Verstaubtheit und der Gasgehalt der Umgebung steigen, wodurch
die Gesamtarbeitsproduktivität abfällt.
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Die im Laufe der Gewinnung von Metallen aus seltenen Erden angefallene
Trübe wird über den dazugehörigen Stutzen dem Kondensator in das strömende Dampf-Gas-Gemisch
zugeführt.
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Der flüssige Teil der Trübe wird mittels der vom Dampf-Gas-Gemisch
abgegebenen Wärme verdampft, mit dem Dampf-Gas-Gemisch
vermischt
und aus dem Kondensator abgezogen. Feste Komponenten der Trübe werden auf dem konischen
Kondensatorboden niedergeschlagen und aus dem Kondensator über den dazugehörigen
Stvbzer herausgeleitet.
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Im beschriebenen Kondensator sind jedoch nur Trüben zweckmäßigerweise
zu verarbeiten, die keine wertvollen festen Bestandteile enthalten. Diese Bestandteile
vermischen sich sonst mit den anderen im Kondensator ausgeschiedenen Feststoffen
und gehe verloren, weil ihre Trennung von dem in dem Kondensator anfallenden Staub
kostspielig und unzweckmäßig ist. Man braucht deshalb Sonderöfen und Sonderanlagen,
um wertvolle Feststoffe enthaltende Trüben zu verarbeiten.
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Zur vollständigen Verdampfung der Trübe ist sie in den Kondensator
in kleinen Portionen zuzuführen und sicher zu zerstäuben, was mit großen Schwierigkeiten
verbunden ist. Sonst benetzt das flüssige Chlorid den auf dem Kondensatorboden niedergeschlagene
Staub und die Entfernung des Staubes aus dem Kondensator wird schwierig.
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Im Laufe der Verdampfung der Flüssigkeit aus der Trübe werden außerdem
Stoffe mitverdampft, welche das Dampf-Gas-Gemisch mit schädlichen Beimengungen verunreinigen,
von denen es wieder zu reinigen ist.
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Der Erfindung ist daher die Aufgabe zugrunde gelegt, einen Kondensator
zum Ausscheiden von Feststoffen aus Dampf-Gas-Gemisch und aus Trüben bei der Gewinnung
von Metallen aus seltenen Erden durch Chlorierung zu entwickeln, in dessen Gehäuse
die Verarbeitung von Trüben mittels der Wärme des Dampf-Gas-Gemisches unter getrennter
Entfernung von Feststoffen, die wertvolle Bestandteile enthalten, und von anderen
festen Chloriden aus dem Kondensator gesichert ist.
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Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß im Kondensator zum Ausscheiden
von Feststoffen aus Dampf-Gas-Gemisch und aus Trüben bei der Gewinnung von Metallen
aus seltenen Erden durch Chlorierung, welcher ein senkrecht stehendes Zylindergehäuse
mit
konischem Boden und mit einer inneren vertikalen Querscheidewand enthält, die den
Boden des Zylindergehäuses nicht erreicht, wodurch der Innenraum des Zylindergehäuses
eine U-Form erhält mit Eintrittsstutzen jeweils für Dampf-Gas-Gemisch und für Trüben
im oberen Teil des Eintritts schenkels des U-förmigen Hohlraumes, mit Austrittsstutzen
für das von Feststoffen gereinigte Dampf-Gas-Gemisch, im oberen Teil des Austrittsschenkels
des U-förmigen Hohlraums, sowie mit Austragsstutzen für Feststoffe im unteren Teil
des konischen Bodens, erfindungsgemäß die Querscheidewand durch zwei senkrecht stehende
Innenansätze auf Wänden des Zylindergehäuses und durch eine an diese Ansätze mit
ihrer Außenfläche angrenzende vertikale Drehtrommel gebildet ist, die mit Stutzen
für die Zufuhr der die Metalle von seltenen Erden enthaltenden Trübe auf die Innenwände,
mit einer Vorrichtung zur Verteilung der zugeführten Trübe über die Innenwände der
Trommel und zur Reinigung der Innenwände sowie mit Stutzen für die Entfernung von
Feststoffen aus dem unteren Teil der Trommel und mit Mitteln zum Herausleiten von
Dämpfen aus der Trommel ausgerüstet ist, wobei der Eintrittsstutzen für Trübe im
Eintritts schenkel des U-förmigen Hohlraums gegen die Außenfläche der Drehtrommel
gerichtet ist.
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Der erfindungsgemäße Kondensator macht es möglich, die Wärme des Dampf
Gas-Gemisches zum getrennten Verdampfen der Bestandteile von Metalle enthaltenden
Trübe und der keine genannten Bestandteile aufweisenden Trübe zu benutzen, indem
er die aus diesen Trüben abgetrennten festen Komponenten einzeln zu sammeln vermag,
wodurch sich die aus den Trüben ausgeschiedenen Feststoffe mit Komponenten der Metalle
als Rohstoffe zur Gewinnung von Vanadium, Tantal und anderen Metallen in seltenen
Erden aus denselben verwenden lassen. Das getrennte Verdampfen von Trüben gestattet
es, die wertvolle Substanzen enthaltenden Stoffe sowohl zusammen mit dem von festen
Teilchen gereinigten Dampf-Gas-Gemisch als auch einzeln abzuziehen.
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Da die Trübe, die auf die Wand der Drehtrommel zugeführt wird,
als
dünne Schicht darüber verteilt wird, vergrößert sich die Verdampfungsfläche der
Trübe und somit steigt die Verdampfungsleistung der Trübe und als Folge davon die
Leistung des Kondensationssystems im ganzen.
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Die Vorrichtung, welche die zugeführte Trübe über die Innenwände der
Drehtrommel verteilt und sie reinigt, kann als ortsfeste senkrecht stehende Bürsten
ausgeführt werden, die sich innerhalb der Trommel befinden und an ihre Innenwände
entlang von Mantellinien angrenzen.
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Solche Bürsten haben eine einfache Konstruktion und verteilen gut
die Trübe über die Drehtrommelwand. Sie entfernen sicher die getrocknete harte Schicht
von der Trommelfläche.
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Die Vorrichtung zur Verteilung der zugeführten Trübe über die Innenwa#nde
der Trommel und Reinigung der Innenwände kann ebenfalls als Bürsten gestaltet werden
an Gängen einer Schnecke innerhalb der Trommel. Die Zweckmäßigkeit dieser konstruktiven
Gestaltung liegt darin, daß die Trübe, indem sie verteilt wird, im oberen stärker
erhitzten Teil der Drehtrommel während einer längeren Zeit gehalten und folglich
schneller verdampft werden kann.
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Es ist wünschenswert, Messer zur Verteilung der Trübe und Reinigung
der Außenfläche der Trommel an den Längskanten der Innenansätæe, angrenzend an die
Außenfläche der Trommel, anzuordnen.
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Die Hauptmenge der Wärme des Dampf-Gas-Gemisches wird im erfindungsgemäßen
Kondensator durch Trommelwände und nicht durch Gehäusewände entnommen und die Schicht,
die hauptsächlich sich auf den Trommelwänden sammelt, wird von ihnen mit Hilfe der
Messer während des Betriebs des Kondensators abgestreift, was die Leistung des Kondensators
zu erhöhen, die Handarbeit im Prozeß der Reinigung unter rauhen Bedingungen bei
einem hohen Gassehalt auszuschließen und die Arbeitssicherheit am Aufstellungsort
des Kondensators zu verbessern ermöglicht.
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Man kann außerdem die sich auf der Trommelfläche angesammelte Schicht
stehenlassen, indem man die Messer in einer Entfernung von der Trominelfläche anbringt,
was ermöglicht, die Trommel wand vor Chlorierung beim Durchschlag von heißem Chlor
mit dem Dampf-Gas-Gemisch zu schützen.
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Die Drehtrommelwände sind zweckmäßigerweise hohl auszuführen und mit
Stutzen für die Zufuhr bzw. Abfuhr eines Kühlmittels zu versehen. Dadurch kann man
eine konstante Temperatur der Trommelwandfläche halten und die Trübe in der Weise
verdampfen, daß nur solche Bestandteile aus der Trübe entfernt werden, deren Siedetemperatur
unter der Temperatur der Drehtrommelwände liegt.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung ihrer Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen
Kondensator im Längsschnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1, Fi0.
3 einen Schnitt nach Linie 111-111 in Fig. 1, Fig. 4 eine erfindungsgemäße Ausführungsform
des Kondensators, Fig. 5 eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Vorrichtung zur
Verteilung der zugeführten Trübe über die Innenwände der Kondensatortrommel und
Reinigung der Innenwinde, im Längsschnitt.
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Der Kondensator enthält ein senkrecht stehendes Zylindergehause 1
(Fig. 1) mit einem konischen Boden 2. Im Gehäuse 1 befindet sich eine senkrecht
stehende Querscheidewand> die den Boden 2 nicht erreicht und durch zwei vertikale
Innenans.i-tze 3 (Fig. 2) des Gehäuses 1 und eine vertikale Drehtrommel 4 gebildet
ist, die mit ihrer äußeren Mantelfläche an die Ansätze 3 angrenzt. Die Drehtrommel
4 ist mittels Speichen 5 (Fig. 1, 3) an einer Welle 6 (Fig. 1) befestigt. Die Welle
6 wird mittels eines Antriebes 7 in Drehung versetzt. Die senkrecht stehende Querscheidewand,
gebildet durch Ansätze 3,
(Fig. 2) und Trommel 4 (Fig. 1), trennt
den Innenraum des Gehäuses 1 so, daß ein u-förmiger Hohlraum entsteht. Im oberen
Teil eines, d.h. des Eintrittsschenkels des U-förmigen Hohlraums sind ein Eintrittsstutzen
8 für das Dampf-Gas-Gemisch und ein Eintrittsstutzen 9 für die Trübe, die keine
Seltenerdmetalle enthält, angebracht, wobei der Eintrittsstutzen 9 gegen die Außenfläche
der Trommel 4 gerichtet ist. Im oberen Teil des anderen, d.h. des Austrittsschenkels
des U-förmigen Hohlraums befindet sich ein Austrittsstutzen 10 für das von Feststoffen
gereinigte Dampf-Gas-Gemisch. Im unteren Teil des konischen Bodens 2 des Gehäuses
1 ist ein Austragsstutzen 11 für Feststoffe angeordnet. Uber dem Innenraum der Trommel
4 weist das Gehäuse 1 einen Stutzen 12 auf, welcher für die Zufuhr der die Metalle
enthaltenden Trübe zu den Innenwänden der Trommel 4 dient. Um Dämpfe, entstehend
bei der Verdampfung der Trübe, aus der Trommel 4 abzuziehen, verfügt man über ein
dazugehöriges Mittel, welches einen über der Trommel 4 angebrachten Stutzen 13 darstellt.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der man die Dämpfe aus der
Trommel getrennt vom gereinigten Dampf-Gas-Gemisch nicht abzuführen braucht, kann
als Mittel für die Dampfabfuhr eine Öffnung 14 (Fig. 4) in der Wand der Trommel
4 a dienen. Die Wände der Tronmel 4 a sind hohl und haben einen Stutzen 15 für die
Zufuhr eines Kältemittels zu den Trommelwänden und einen Stutzen 16 für die Abfuhr
desselben.
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Innerhalb der Trommel 4 (Fig. 1) wie auch innerhalb der Trol!lmel
4 a (Fig. 4) ist eine Vorrichtung zur Verteilung der zugeführten Trübe über die
Innenwände der Trommel und zur Reinigung der Innenwände untergebracht.
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Diese Vorrichtung kann als ortsfeste vertikale Bürsten 17 (Fig. 1)
ausgeführt sein, die an die Innenwände der Trommel 4 entlang ihren Mantellinien
angrenzen, die Trübe über die Innenwand der Trommel 4 in dünner Schicht verteilen
und diese Wand von Feststoffen, angefallen durch die Verdampfung der Trübe, reinigen.
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Diese Vorrichtung kann als Bürsten 18 (Fig. 5) gestaltet werden, welche
an Gängen einer Schnecke 19 innerhalb der Trommel 4 befestigt sind.
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Zur Abfuhr von Feststoffen aus der Trommel 4 dient ein unter dem unteren
Teil der Trommel 4 angebrachter Stutzen 20 (Fig.1).
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Der Stutzen 20 hat im oberen Teil eine konische Erweiterung, die die
Trommel 4 nach ihrer Außenwand umfaßt und ist mit dem Gehause 1 starr verbunden.
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An den Längskanten der Innenansätze 3, die an die Außenfläche der
Drehtrommel 4 angrenzen, sind Messer 21 (Fig. 2) zur Verteilung der Trübe und Reinigung
dieser Fläche der Drehtrommel 4 von Feststoffen angeordnet, die auf der Trommel
durch Verdampfung der Trübe niedergeschlagen werden und aus dem Dampf-Gas-Gemisch
im Laufe der Kondensation entstehen.
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Die Arbeit des erfindungsgemäßen Kondensators sei anhand seiner Verwendung
bei der Gewinnung von Titan betrachtet.
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Über Stutzen 8 (Fig. 1) gelangt das Dampf-Gas-Gemisch in das Gehause
1, das durch Chlorierung von titanhaltigen Rohstoffen anfällt und eine Temperatur
von 7000 bis 10000C hat. Ein Teil der Wärme des Dampf-Gas-Gemisches wird durch die
Außenwand des Gehäuses 1 an die Umgebung abgegeben, während der andere Teil der
Warme zur Erhitzung der Wände der Drehtrommel 4 oder eincs Kühlmittels verbraucht
wird, welches in den Hohlwänden der Trommel 4 a (Fig. 4) zirkuliert. Als Kühlmittel
sind zweckmäßigerweise flüssige Chloride zu verwenden, die im Laufe der Herstellung
kondensiert werden. Die Strömung des Gas-Dampf-Gemisches fließt um die Scheidewand,
gebildet durch Ansätze 3 (Fig. 2) und Trommel ls, und wird aus dem Gehäuse 1 durch
Stut zen 10 (Fig. 1) herausgeleitet. Bei der Richtungsänderung der Strömung, falls
sie um die Scheidewand fließt, werden die festen Teilchen von nicht chlorierten
titanhaltigen Rohstoffen, die durch das Dampf-Gas-Gemisch mitgeschleppt und aus
diesem während der Abkühlung kondensiert worden sind, auf dem konischen Boden 2
niedergeschlagen und aus dem Gehäuse 1 über den Stutzen 11 herausgeleitet.
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Uber Stutzen 9 wird auf die Außenwand der Trommel 4 eine Trübe von
Feststoffen hauptsächlich von Chloriden, niedergeschlagen im Gemisch flüssiger Chloride,
zugeführt. Die Messer 21 (Fit,.2) verteilen die Trübe über die Oberfläche der Trommel
4 in dünrler Schicht, und die Trübe wird mittels der Wärme des Dampf-Gas-Gemisches
verdampft. Die durch die Verdampfung der Trübe gebliebenen und auf der Außenwand
der Trommel 4 durch die Kondensation des Dampf-Gas-Gemisches abgeschiedenen Feststoffe
werden durch die Messer 21 abgestreift und auf den konischen Boden gesci###-tet,
wonach sie über den Stutzen 11 vom Boden entfernt werden.
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über Stutzen 12 führt man auf die Innenwände der Trommel 4 die Trübe,
die im Laufe der Reinigung von flüssigen Chloriden anfällt und wertvolle Komponenten
wie Vanadium, Titan, Niob und zur Reinigung der flüssigen Chloride verwendete Stoffe,
beispielsweise Kupfer, enthält. Die Trübe wird durch Bürsten 17 oder Bürsten 18
(Fig. 5) in dünner Schicht über die Innenwand der Trommel 4, erhitzt mittels der
Wärme des Damp:E-Gas-Geínisches, verteilt und verdampft. Durch Verdampfung der Trübe
anfallende Feststoffe werden durch Bürsten 18 oder Bürsten 17 (Fig. 1) von den Wänden
der Trommel 4 abgestreift, gelangen in den Stutzen 20, über welchen sie aus dem
Kondensatorgeh.iuse 1 entfernt werden, ohne sich mit Feststoffen, abgeführt aus
dem Stutzen 11, zu mischen und können zur Weiterverarbeitung zwecks Gewinnung von
wertvollen Bestandteilen kommen. Die im Lauf e der Verdampfung der Trübe innerhalb
der Trommel 4 ents-telzenJen Dämpfe entweichen aus der Letzteren über den Stutzen
13 und kommen zur autonomen Kondensation oder werden aus der Trommel 4 a (Fig. 4)
über die Öffnung 14 in das Gehause 1 geführt, wo sie mit dem. Dampf-Gas-Gemisch
vermischt und zusammen mit dca!-selben über den Stutzen 10 herausgeleitet werden.