AT153796B - Verfahren zur Herstellung von Magnesium durch Reduktion von Magnesiumsulfid. - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung von Magnesium durch Reduktion von Magnesiumsulfid. 



   Magnesium wird heute hauptsächlich noch durch Elektrolyse von Magnesiumchlorid bzw. 



  Magnesiumehlorid enthaltenden Doppelsalzen oder Salzmischungen im Schmelzfluss gewonnen. Die Ausführung der elektrolytischen Verfahren zur Herstellung von Magnesium bietet ziemlich grosse Schwierigkeiten, besonders in bezug auf das an der Anode entstehende Chlor, das in den Kreislauf zurückgeführt werden muss. Es ist ferner nicht leicht, das Magnesiumchlorid zu entwässern. Auch die Entfernung der letzten Spuren der Chloride, die im gewonnenen Metall zurückbleiben, ist mit Schwierigkeiten verbunden. Die Folge ist, dass die Herstellungskosten von Magnesium nach dem elektrolytischen Verfahren verhältnismässig hoch sind. 



   Seit einigen Jahren bemüht man sich ernsthaft, Magnesium auf rein thermischem Wege zu gewinnen. Nach einem thermischen Verfahren wird Magnesiumoxyd mit Kohlenstoff auf sehr hohe Temperatur erhitzt ; das Magnesiumoxyd wird zu Metall reduziert ; hiebei entstehen Magnesiumdämpfe und Kohlenmonoxyd nach folgender Gleichung : 
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Kühlt man nun die Magnesiumdämpfe ab, um das Metall in flüssiger bzw. fester Form zu erhalten, so ist eine ziemlich weitgehende Rückumsetzung nach der Gleichung 
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 unvermeidlich, selbst wenn die Dämpfe in denkbar kurzer Zeit abgeschreckt werden. 



   Um Magnesiumdämpfe ohne Beimengung von störenden Gasen zu erhalten, hat man vorgeschlagen, das Magnesiumoxyd mit Kalziumkarbid, Aluminium, Silizium oder Ferrosilizium zu reduzieren. Die Reduktion mit Kalziumkarbid, die nach der Gleichung 
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 vor sich geht, verläuft ausserordentlich träge und nur bei sehr hohen Temperaturen. Die Verwendung von Aluminium scheitert schon am zu hohen Preis dieses Reduktionsmittels. Auch die Verwendung von Silizium bzw. Ferrosilizium als Reduktionsmittel hat sich bisher im grossen Massstab nicht einführen lassen. 



   Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein thermisches Verfahrens zur Herstellung von Magnesium oder Magnesiumlegierungen, das es erlaubt, einen grossen Teil der bei den andern Verfahren auftretenden Schwierigkeiten zu umgehen. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird Magnesiumsulfid durch das Karbid eines Erdalkalimetalles, vorzugsweise durch Kalziumkarbid, am besten in einer reduzierenden   oder neutralen Atmosphäre (Wasserstoff, Argon u. dgl. ), zu Metall reduziert. Bei dieser Reaktion   entstehen keine gasförmigen Nebenprodukte, welche eine Rückbildung des Magnesiumsulfides hervorrufen könnten.

   Ausserdem handelt es sich um eine ziemlich stark exothermische Reaktion, wie aus folgender Gleichung hervorgeht : 
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Durch diesen Umstand ist die Reaktion gegenüber den bekannten wesentlich erleichtert und kann bei niedrigeren Temperaturen ausgeführt werden. Sie kann bei vermindertem, wie auch bei Atmosphärendruck, durchgeführt werden. Man sorgt dafür, dass der Reaktionsraum sowie die Ableitungen und Auffangvorrichtungen für das Metall von Feuchtigkeit, Stickstoff, Stickstoffverbindungen, Sauerstoff und Sauerstoff enthaltenden Gasen so frei als möglich sind. Geringe Mengen dieser Gase können in Kauf genommen werden, sie vermindern jedoch die Ausbeute an Magnesium durch Bildung von Magnesiumnitrid oder Magnesiumoxyd.

   Benutzt man als reduzierende bzw. neutrale Atmosphäre Wasserstoff, so ist zu beachten, dass der elektrolytisch gewonnene Wasserstoff im allgemeinen geringe Mengen Wasserdampf und Sauerstoff enthält. 



   Zwecks Erzielung einer guten Ausbeute an Magnesium ist es wichtig, das Magnesiumsulfid und das Karbid in feiner Verteilung zu verwenden. Diese Rohstoffe müssen selbstverständlich so trocken als möglich verwendet werden. 



   Die Reaktion wird beschleunigt und die Ausbeute an Magnesium verbessert, wenn man der aus Magnesiumsulfid und Karbid bestehenden Reaktionsmasse ein Flussmittel (ein Chlorid oder Fluorid   z. B. ) zusetzt, dessen Siedepunkt höher als die Destillationstemperatur des Magnesiums liegt. Als   Flussmittel eignet sich besonders wasserfreies   Kalziumchlorid   oder eine Mischung von wasserfreiem Kalziumehlorid mit Kaliumfluorid. 



   Die Mischung von Magnesiumsulfid und Karbid, mit oder ohne Flussmittel, wird in einen erhitzten Reaktionsraum eingeführt, in dem das Magnesiumsulfid nach der oben angegebenen Gleichung zersetzt wird. Es bleibt dahingestellt, ob in Gegenwart eines Flussmittels eine Zwischenreaktion stattfindet, 

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 indem sich z. B. das Magnesiumsulfid mit dem Flussmittel teilweise zu Magnesiumchlorid umsetzt, welches dann vom Kalziumkarbid reduziert wird. Die Temperatur des Reaktionsraumes wird vorzugsweise so gewählt, dass das entstehende metallische Magnesium aus der Reaktionsmischung durch Destillation leicht entfernt werden kann. Da das Magnesium bei Atmosphärendruck bei ungefähr 11200 C destilliert, ist es zweckmässig, eine etwas höhere Temperatur, z. B. 1200 oder   12500 C   zu wählen.

   Es ist natürlich möglich, wenn gewünscht, eine höhere Temperatur anzuwenden. Arbeitet man unter vermindertem Druck, so kann die Temperatur niedriger sein. Dieser Vorgang kommt in Betracht, wenn man auf eine   möglichst   gute Wärmeisolierung besonderen Wert legt. Wird die Reduktion ohne Flussmittel durchgeführt, so ist es empfehlenswert, die Temperatur weit über   13000 C   zu steigern. 



  Gute Ergebnisse erzielt man ohne Flussmittel beispielsweise bei einer Temperatur von ungefähr   16000 C.   



  Es ist allerdings vorteilhafter, bei   12500 C   unter Verwendung eines Flussmittels zu arbeiten. Die aus dem Reaktionsraum entweichenden Magnesiumdämpfe werden aufgefangen und in geschmolzenem oder festem Zustand gewonnen. 



   Das Magnesium kann auch unmittelbar nach der Kondensierung mit andern Metallen, so z. B. mit Aluminium oder Beryllium, zwecks Herstellung von Magnesiumlegierungen verbunden werden. 



   Das Verfahren kann ununterbrochen durchgeführt werden. 



   Bei der Durchführung des Verfahrens ist es zweckmässig, dafür zu sorgen, dass der Reaktionsrückstand in Form einer trockenen Masse gewonnen wird, die aus dem Ofen ununterbrochen, z. B. mittels einer Förderschraube, entfernt werden kann. Schwieriger ist es, eine teigige Schlacke zu entfernen. 



   Man kann ein Filter oder ein Sieb anordnen, durch das die entstehenden Magnesiumdämpfe streichen. Als Sieb kann z. B. eine durchlochte Graphitplatte verwendet werden. 



   Das zur Durchführung des Verfahrens benötigte Magnesiumsulfid kann man erhalten durch Erhitzung einer Magnesiumverbindung, z. B. Magnesiumkarbonat oder besser noch Magnesiumoxyd, mit   Schwefeldämpfen   in Gegenwart von Kohlenstoff. Statt Schwefel können geeignete Schwefelverbindungen verwendet werden, z. B. Schwefelwasserstoff. Mit Schwefelkohlenstoff und Magnesiumoxyd geht die Umsetzung verhältnismässig leicht vor sich, u. zw. nach folgender Gleichung : 
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Nimmt man Magnesiumkarbonat statt Magnesiumoxyd, so entsteht neben CO noch CO2. Beim Arbeiten mit Schwefelkohlenstoff ist die Gegenwart von Kohlenstoff nicht erforderlich. 



   Die Bildung des Magnesiumsulfides findet bei Temperaturen von z. B.   700-1000  C   statt. 
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   (Brenntemperatur z. B. 600-800  C), Schwefel und Holzkohle (oder Torf, Braunkohle u. dgl. ), so   wählt man zweckmässig eine Temperatur von etwa 950  C. Wird als kohlenstoffhaltiges Material gewöhnlicher Koks verwendet, so kann es notwendig sein, die Temperatur bis auf etwa   12000 C   zu steigern. 



   Das Magnesiumsulfid zersetzt sich leicht an der Luft und noch mehr in Gegenwart von Feuchtigkeit. Falls es also nicht sofort nach der Herstellung verwendet wird, muss es in gut verschlossenen Behältern vor Feuchtigkeit geschützt werden. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Reduktion von Magnesiumsulfid allein beschränkt ; in ähnlicher Weise können dem Magnesiumsulfid verwandte Rohstoffe, z. B. Magnesiumoxysulfid oder Magnesiumehlorosulfid oder Mischungen davon, mit dem Karbid eines Erdalkalimetalles, vorzugsweise Kalziumkarbid, für die Herstellung von metallischem Magnesium verwendet werden. 



   Aus den   Reaktionsrückständen   kann man den Schwefel nach bekannten Verfahren zurückgewinnen. 



   Beispiel : 25 Teile gepulvertes Kalziumkarbid werden mit 16-7 Teilen Magnesiumsulfid und 8-3 Teilen wasserfreiem   Kalziumchlorid   auf ungefähr 1250  C bei Atmosphärendruck in einer Wasserstoff-oder Argonatmosphäre erhitzt. Es entstehen Magnesiumdämpfe, die in einer Vorlage verdichtet werden. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Magnesium durch Reduktion von Magnesiumsulfid, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsmittel ein Karbid eines Erdalkalimetalles, vorzugsweise Kalziumkarbid, verwendet wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion in Gegenwart eines Flussmittels, z. B. Kalziumehlorid oder einer Mischung von Kalziumchlorid und Kaliumfluorid, durchgeführt wird.