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On connait déjà la fabrication de magnésium métallique par réduction thermique de magnésie et de matières premières contenant de la magnésie, au moyen de silicium dans un cou- rant de gaz inerte avec précipitation subséquente de la va- peut de magnésium sous une forme solide ou liquide. Il con- vient, dans ces conditions, d'effectuer la volatilisation du magnésium à des températures aussi basses que possible, car la précipitation, sans perte, des vapeurs de magnésium est d'autant plus difficile que la température de ces vapeurs
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est plus élevée.
Dans l'application industrielle pratique du procédé mis au point au laboratoire, cette circonstance est une cause de difficultés, car il faut dans la pratique, chercher à obtenir une application continue du procédé, c'est à dire la formation d'un laitier résiduel pouvant être facilement déchargé du four à l'état liquide, c'est à dire qui soit très fluide. Quand on emploie seulement du silicium comme agent de réduction, on obtient toutefois des laitiers à point de fusion-élevé, même lorsque la matière de départ est de la dolomie, ainsi qu'on l'a déjà proposé.
Pour abaisser le point de fusion du laitier produit, on a également proposé d'utiliser comme agent de réduction, au lieu de silicium seul, un mélange de silicium et d'aluminium, parce que les laitiers 2 3 ainsi obtenus qui font partie du système ternaire CaO - Al2O3-
Si 1 ont un point de fusion peu élevé.
La présente invention part de cette découverte inatten- due que, pour la fabrication pratique continue de magnésium par réduction thermique sur une grande échelle, la production d'un laitier très fluide n'est pas une condition indispensable et qu'on peut, au contraire, effectuer la réduction au moyen d'un four tubulaire tournant dont les résidus de la.réaction sont extraits continuellement à l'état solide.
L'application du four tournant crée pendant la conver- sion, une répartition uniforme de la température dans la matiè- re en réaction, circonstance qui a aussi une action favorable sur la régularité du dégagement des vapeurs de magnésium.On peut d'ailleurs aussi renoncer à l'utilisation coûteuse de l'aluminium comme agent de réduction, et ne prendre que du silicium comme agent de réduction unique, car les résidus constitués uniquement par CaO et SiO2 ont précisément le point de fusion très élevé que l'on cherche à obtenir et ne possèdent pas de propriétés collantes. Enfin, l'utilisation d'un four tubulaire tournant a encore le très grand avantage
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de permettre une mise en oeuvre continue du procédé avec un chauffage extérieur.
Comme agent de réduction pour la magnésie ou les matiè- res premières contenant de la magnésie (telled que la dolomie) on peut utiliser éventuellement aussi, en dehors du silicium ou du ferro-silicium, de l'aluminium ou des mélanges des deux.
On a obtenu des résultats particulièrement avantageux en uti- lisant certains alliages, contenant essentiellement de l'alu- minium et du silicium, éventuellement avec certaines quantités de fer, tels que ceux qui sont formés dans la réduction ther- mique de matières premières contenant de l'alumine, en parti- culier de mélanges de kaolin et d'alumine;
et dont l'utilisa- tion a rencontré jusqu'ici des difficultés considér ables.Alors que quelques-uns de ces alliages, par exemple ceux qui contien- nent environ 70 parties d'Al. pour 30 parties de Si, facilitent la production de laitiers très particulièrement fluides et con- viennent par conséquent moins bien pour l'application du procé- dé en question, il est précisément avantageux, dans le cas pré- sent, d'utiliser ceux de ces alliages qui donnent naissance à des laitiers point de fusion élevé, la présence de quantités de fer même relativement grandes ne gênant pas, car les tempé- ratures envisagées dans le cas présent ne suffisent pas pour fondre le fer.
Il est particulièrement surprenant, dans ces conditions, que la réduction des matières premières contenant de la magnésie soit tellement intense, lorsqu'on utilise ces allia- ges ternaires, ayant par eux-mêmes un point de fusion relati- vement bas, qu'il ne se produise même pas de fusion intermé- diaire de ces alliages, fusion Qui rendrait impossible l'uti- lisation d'un four tubulaire tournant. titre d'exemples d'al- liages de ce genre, qui donnent na,issance à des produits de ré- action à point de fusion relativement élevé, on citera les sui- vants:
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<tb> la) <SEP> 30-35;0 <SEP> Si <SEP> 2 ) <SEP> 45-50 <SEP> Si <SEP> 3 ) <SEP> 70-75 <SEP> Si.
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20-35 % 'le 3S-33%B'e 15-18 ja Fe.
A titre non limitatif on décrira ci-après, en détail, un four tubulaire rotatif propre à l'application du procédé conforme à l'invention.
En fig. 1, a est un moufle en acier résistant à la chaleur, constituant la chambre de réaction et tournant à l'intérieur d'un four fixe ou en commun avec un four rotatif b, On fait passer dans ce moufle de l'hydrogène soigneusement épuré et séché pénétrant en c sous une faible pression effec- tive. Pour le chauffage de petits fours on utilise de préfé- rence un enroulement d en fil de nickel-chrome ou de molybdène, la cavité annulaire ménagée entre l'enroulement de chauffage et le moufle e jouant le rôle de chemise à hydrogène.
Du c8té où l'hydrogène pénètre dans le moufle, se trouve un dispositif de remplissage f pour l'introduction du mélange de réduction, tandis que du côté de la sortie de l'hydrogène se trouve un dispositif g d'extraction du résidu de la réaction. Pour l'in- troduction on utilise de préférence une vis d'Archimède h dont la trémie, toujours pleine, sert également d'obturateur pour le gaz. La condensation en métal solide de la vapeur de magnésium dégagée de la masse en réaction peut être provoquée avantageusement sur la surface extérieure d'un tube en fer i plein d'eau qui s'engage dans le moufle du côté de l'extraction.
Il suffit d'ailleurs de constituer le dispositif de sortie de l'hydrogène simultanément comme dispositif d'extraction du résidu.
On peut, au besoin, provoquer une condensation du ma- gnésium à l'état liquide, par exemple comme représenté en fig.2 en montant à l'intérieur ou à la surface du moufle un tube de fer k chauffé au-dessus de la température de fusion du magné- sium et servant également pour la sortie de l'hydrogène.Les
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résidus de la réaction pénètrent alors, après extraction, dans un récipient collecteur 1. hermétique aux gaz.
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We already know the manufacture of metallic magnesium by thermal reduction of magnesia and raw materials containing magnesia, by means of silicon in an inert gas stream with subsequent precipitation of the magnesium can in a solid or liquid form. . It is advisable, under these conditions, to carry out the volatilization of the magnesium at temperatures as low as possible, since the precipitation, without loss, of the magnesium vapors is all the more difficult as the temperature of these vapors
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is higher.
In the practical industrial application of the process developed in the laboratory, this circumstance is a cause of difficulties, because in practice it is necessary to seek to obtain a continuous application of the process, that is to say the formation of a residual slag which can be easily discharged from the furnace in the liquid state, that is to say which is very fluid. When only silicon is used as a reducing agent, however, high-melting point slags are obtained, even when the starting material is dolomite, as has already been proposed.
In order to lower the melting point of the slag produced, it has also been proposed to use as a reducing agent, instead of silicon alone, a mixture of silicon and aluminum, because the slags thus obtained which form part of the system ternary CaO - Al2O3-
If 1 have a low melting point.
The present invention proceeds from the unexpected discovery that, for the practical continuous manufacture of magnesium by thermal reduction on a large scale, the production of a highly fluid slag is not a prerequisite and, on the contrary, can be achieved. , carry out the reduction by means of a rotary tube furnace from which the residues of the reaction are continuously extracted in the solid state.
The application of the rotary furnace creates during the conversion, a uniform distribution of the temperature in the material in reaction, a circumstance which also has a favorable action on the regularity of the release of the magnesium vapors. give up the costly use of aluminum as a reducing agent, and only take silicon as the sole reducing agent, because the residues consisting only of CaO and SiO2 have precisely the very high melting point that one seeks to get and do not have sticky properties. Finally, the use of a rotating tube furnace still has the great advantage
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to allow continuous implementation of the process with external heating.
As reducing agent for magnesia or raw materials containing magnesia (such as dolomite) it is also possible to use optionally, apart from silicon or ferro-silicon, aluminum or mixtures of the two.
Particularly advantageous results have been obtained by using certain alloys, mainly containing aluminum and silicon, optionally with certain amounts of iron, such as those formed in the thermal reduction of raw materials containing. alumina, in particular mixtures of kaolin and alumina;
and the use of which has so far encountered considerable difficulties. While some of these alloys, for example those which contain about 70 parts of Al. per 30 parts of Si, facilitate the production of very particularly fluid slags and therefore less suitable for the application of the process in question, it is precisely advantageous in the present case to use those of these alloys which give rise to high melting point slags, the presence of even relatively large quantities of iron not being a problem, since the temperatures envisaged in the present case are not sufficient to melt the iron.
It is particularly surprising, under these conditions, that the reduction of the raw materials containing magnesia is so intense, when using these ternary alloys, having by themselves a relatively low melting point, that Intermediate melting of these alloys does not even take place, which melting would make the use of a rotating tube furnace impossible. Examples of alloys of this kind which give rise to reaction products with a relatively high melting point include the following:
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<tb> la) <SEP> 30-35; 0 <SEP> Si <SEP> 2) <SEP> 45-50 <SEP> Si <SEP> 3) <SEP> 70-75 <SEP> Si.
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40-50 <SEP>% <SEP> Al <SEP> 18-22 <SEP>% <SEP> Al <SEP> 10-12 <SEP>% <SEP> Al.
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EMI4.2
20-35% 'le 3S-33% B'e 15-18 ja Fe.
Non-limitingly, a description will be given below in detail of a rotary tubular furnace suitable for the application of the process according to the invention.
In fig. 1, a is a heat-resistant steel muffle, constituting the reaction chamber and rotating inside a stationary furnace or in common with a rotary furnace b, Carefully purified hydrogen is passed through this muffle and dried penetrating at c under low effective pressure. For heating small ovens, a winding d of nickel-chromium or molybdenum wire is preferably used, the annular cavity formed between the heating winding and the muffle e playing the role of a hydrogen jacket.
On the side where the hydrogen enters the muffle, there is a filling device f for the introduction of the reduction mixture, while on the side of the hydrogen outlet there is a device g for extracting the residue from the reaction. For the introduction, an Archimedean screw h is preferably used, the hopper of which, always full, also serves as a shutter for the gas. The solid metal condensation of the magnesium vapor given off from the reacting mass can advantageously be caused on the outer surface of an iron tube full of water which engages the muffle on the extraction side.
It suffices, moreover, to constitute the device for simultaneously discharging the hydrogen as a device for extracting the residue.
It is possible, if necessary, to cause condensation of the magnesium in the liquid state, for example as shown in fig. 2 by mounting inside or on the surface of the muffle a heated iron tube k above the melting temperature of magnesium and also serving for the release of hydrogen.
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Residues of the reaction then enter, after extraction, into a gas-tight 1. collecting vessel.