Verfahren und Vorriehtung zur Kondensation von Nagnesiumdämpfen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur Kondern- sation von Magnesiumdämpfen in Mischung mit Kohlenmonoxyd. Das Verfahren ist da durch gekennzeichnet, dass die Magnesium dämpfe hoher Temperatur durch direkte Be rührung mit einer gegen Magnesium indiffe renten Flüssigkeit rasch, sozusagen augen blicklich, bis auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei welcher eine Reaktion zwischen Magnesium und Kohlenmonoxyd nicht mehr stattfindet.
Insbesondere kann die Erfindung in Ver bindung mit der Herstellung von Magnesium durch Reduktion von oxydischen Magnesium verbindungen mit Kohle verwendet werden. Bei Verfahren dieser Art wird die Reduktion praktisch bei Temperaturen ausgeführt, die oberhalb des Siedepunktes des metallischen Magnesiums liegen. Infolgedessen wird das Magnesium im Zuge des Reduktionsprozesses unter gleichzeitiger Bildung von Kohlen monoxyd aus der Kohle in Form von Dämp- fen gewonnen, die hernach kondensiert wer den müssen.
Hierbei ist es zur Erzielung guter Ergebnisse unbedingt notwendig, die Mischung von Magnesiumdämpfen und Koh lenoxyd bei ihrem Austreten aus dem Ofen rasch abzukühlen, weil die zur Bildung der Gasmischung aus Magnesiumoxyd und Koh lenstoff führende Reaktion Mg0 -f- C Mg -I- C0, die bei hoher Temperatur von links nach rechts verläuft, sich bei tieferliegenden Tem peraturen umkehrt. Die Rückoxydation des Magnesiums geht äusserst rasch vor sich.
Wenn daher die Gasmischung beim Verlassen des Ofens nicht rasch und wirksam abgekühlt wird, ist es nicht möglich, aus diesen Gasen eine grössere Menge des Magnesiums in kom pakter Form zu erhalten.
Mit dem vorliegenden Verfahren (und der zu seiner Ausführung bestimmten Vorrich tung) können die Dämpfe bei ihrem Austritt aus dem Ofen mit der höchsten erreichbaren Geschwindigkeit, sozusagen augenblicklich, kondensiert und so die Umkehrung der Reak tion verhindert werden. Auch kann das bei der raschen Abkühlung entstehende feinver teilte Magnesiumpulver gegen eine nach trägliche chemische Veränderung, in erster Linie gegen Oxydation und den Übergang in Nitrid geschützt werden.
Eine Verdünnung der Magnesiumdämpfe bei ihrem Austritt aus dem Ofen ist nicht notwendig. Eine hochgradige Verdünnung wirkt nicht nur bei der Kondensation der Dämpfe störend, sondern führt durch die An= Wesenheit der verdünnenden Gase oft zu che mischen Veränderungen. Wasserstoff und Wasserstoff abspaltende Gase können mit Kohlenoxyd Wasser bilden, das mit dem feinverteilten Magnesium unter Bildung eines Oxydüberzuges reagieren kann. Ein solcher Oxydüberzug ist der nachfolgenden Gewin nung des Metalles hinderlich, selbst wenn er nur in geringen Mengen vorhanden ist.
Bei grosser Verdünnung ergeben sich ferner Schwierigkeiten nicht nur aus dem Arbeiten mit den grossen Gasmengen, sondern auch hinsichtlich der Verdichtung der Magnesium dämpfe in der gewünschten Form.
In Ausübung der vorliegenden Erfindung kann nun die Mischung der beim Reduk- tionsprozess gebildeten Gase und Dämpfe beim Austreten aus dem Ofen von der Tem peratur' oberhalb des Temperaturintervalles, innerhalb dessen eine Umkehrung der Reak tion eintritt, durch .direkte Berührung mit einer Flüssigkeit rasch auf eine sehr tiefe Temperatur abgekühlt werden. Vorzugsweise lässt man zu diesem Zweck die gas- und dampfförmigen Reaktionsprodukte mit einem Schleier oder Film zusammentreffen oder in diesen eindringen, der aus Kohlenwasserstoff ölen oder einer andern gegen Magnesium metall indifferenten Flüssigkeit besteht.
Es ist keine zwingende Bedingung"dass die Flüs sigkeit bei der Temperatur, die sie bei der Berührung mit den heissen gasförmigen Reak tionsprodukten annimmt, keine Dämpfe ent wickelt, doch verwendet man vorzugsweise eine Flüssigkeit, die dieser Bedingung ent- spricht. Es empfiehlt sich, eine Flüssigkeit zu wählen, die Magnesiumpulver benetzt und dadurch mit einer Haut überzieht, die das Pulver vor Oxydation schützt. Dabei soll die Flüssigkeit aber das Entweichen des Kohlen oxyds gestatten. Ausserdem soll die Flüssig keit so beschaffen sein, dass sie das Magne- siumpulver einem Sammelgefäss zuführt.
Es ist durchaus nicht notwendig, aber emp fehlenswert, die Flüssigkeit auf eine so tiefe Temperatur vorzukühlen, dass sie sich mög lichst wenig über die Raumtemperatur er hitzt, da hierdurch die Leistungsfähigkeit des Verfahrens gesteigert wird.
Zur Durchführung des Verfahrens kann beispielsweise ein Kerosin (Leuchtöl) dienen, das auf eine Temperatur von 8 C gekühlt ist, wobei man dieses Öl in Form eines dünnen Films über eine mit Wasser gekühlte Platte fliessen lässt. Die heissen Magnesium dämpfe, die auf diesen kontinuierlich be wegten Film auftreffen, -werden augenblick lich auf etwa 31 C abgekühlt, während das Öl sich gleichzeitig auf dieselbe Temperatur erwärmt. Wenn die Flüssigkeit zum Teil ver dampft, so werden die Dämpfe zum Zweck der Wiederverwendung kondensiert. Das mit <B>01</B> gemischte Magnesiumpulver kann dann in einen Sammelbehälter geleitet und der weiteren Verarbeitung unterworfen werden.
Das Kohlenwasserstofföl (oder eine andere zur Verwendung gelangende Flüssigkeit von gleicher Eignung) bewirkt nicht nur eine rasche Abkühlung des Magnesiums, sondern auch seine Trennung von Kohlenoxyd, das in dem Öl nicht löslich ist und von diesem auch nicht zurückgehalten wird. Ausserdem bilden die Kohlenwasserstoffe einen Schutz für das Magnesium, so dass dieses beliebig lang aufbewahrt werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass es durch die Luft oxy diert wird. Eine derartige Oxydation ver läuft mit beträchtlicher Geschwindigkeit, wenn das Magnesiumpulver der Einwirkung von Luft bei gewöhnlicher Temperatur aus gesetzt ist, ohne in der angegebenen Weise geschützt zu sein.
Dem Mineralöl kommt ferner eine wichtige Rolle bei. der nach- folgenden Behandlung des Magnesiumpul- vers zum Zwecke seiner Überführung in kompaktes Metall zu. Das Ö1 bildet bei die ser Behandlung eine neutrale oder schwach reduzierende Atmosphäre und erzeugt einen geringen Druck, der das Eindringen der Luft verhindert; hierdurch wird der Übergang des Magnesiumstaubes in flüssiges Metall erleich tert. Zum Kühlen kann beispielsweise auch Paraffin angewendet werden, das bei Zim mertemperatur fest ist. jedoch in einem Tem peraturbereich flüssig erhalten werden kann, innerhalb dessen Magnesium kondensiert wird.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäss der Erfindung ist in der Zeichnung dar--estellt. Fig. 1 zeigt die Vorrichtung in schaubildlicher Darstellung, Fig. 2 in Vorder ansicht und Fig. 3 im Schnitt nach der Linie fII-III der Fig. 2.
Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Platte 1, die ungefähr vertikal an geordnet ist. An dem obern Ende der Platte sind Röhren \? vorgesehen, deren offene Enden 3 zusammengedrückt und abgeflacht sind, wie dies in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, so dass Düsen gebildet werden, durch die ein dünner, weit ausgebreiteter Ölfilm auf der Oberfläche der Platte 1 erzeugt wird. Ein Rohr 4, das von dem Ofen abzweigt und heisse MagnesiLimdämpfe, gemischt mit CO. aus diesem abführt. endigt in nächster Nähe der Platte 1.
An der Rückseite der Platte 1 ist ein Mantel 5 mit verhältnismässig kleiner lichter Weite befestigt, in dem eine Ablenk- platte 6 vorgesehen ist, die bei 7 unterhalb des obersten Teils des Wassermantels endigt. Ein Einlassrohr 8 ist auf einer Seite der Ab lenkplatte 6 in der Nähe des Mantelbodens vorgesehen, das zum Zuführen von Wasser dient. Ein gleichartiges Rohr 9 an der gegen überliegenden Seite der Ablenkplatte 6 ist zum Ableiten des Wassers vorgesehen.
An verschiedenen Stellen sind Nieten 10 an gebracht. um den Mantel und die Platte rela tiv zueinander zu fixieren und das -T\Terfen oder Verziehen der Platte zu verhindern. Das untere Fnde, der Platte und des Mantels ist verjüngt (Fig. 1) und weist Wände 11 auf, die einen Behälter zum Auffangen der Mischung aus<B>01</B> und Magnesium bilden, welche durch die Öffnung 12 austritt und in einen geeigneten Vorratsbehälter fliesst. Flügel 13 und 14 längs der Seiten der Platte, die eine Verlängerung der Wände 11 bilden, dienen als Schutzeinrichtung, um das Ver spritzen des Öls und damit einen Material verlust zu verhindern.
Ansätze 15 auf der Oberseite der Vorrichtung dienen dazu, die Vorrichtung in der richtigen Lage zu halten.
Bei der Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung leitet man das Kohlen- wasserstofföl durch die Röhren 2 den Düsen 3 zu, durch die das Öl praktisch über die gesamte Oberfläche der Platte 1 ausgebreitet wird, von der es sodann herabfliesst. Heisse Magnesiumdämpfe in Mischung mit Kohlen oxyd treffen, aus dem Rohr 4 austretend, auf den Ölfilm auf, wodurch' die Magne- siumteilchen augenblicklich kondensiert und von Ölhäutchen umgeben werden. Das Kohlenoxyd entweicht von der Oberfläche der Platte und kann in beliebiger Weise ent fernt werden.
Das Öl fliesst in den Behälter an der untern Seite der Platte und durch Öffnungen 12 in ein Gefäss, das zur Auf bewahrung dient. Es ist nicht notwendig, für eine rasche Absonderung des Magnesiums aus der Aufbewahrungsflüssigkeit Sorge zu tragen oder irgendwelche Vorbeugungsmass nahmen zur Verhütung der Oxydation des Magnesiumpulvers zu treffen, da dieses in dem Öl vollkommen geschützt ist.
Bei diesem Verfahren ist es möglich, die Kondensationsvorrichtung nahe bei dem Ofen anzubringen; die aus dem Ofen austretenden Gase treffen daher bei verhältnismässig hoher Temperatur auf den Kondensator auf, wo durch die Gefahr einer Rückbildung von Magnesiumoxyd noch weiter vermindert wird. Störungen, die bei andern Verfahren bei spielsweise dadurch entstehen können, dass das Auslassrohr durch kondensiertes Magne sium und rückgebildetes Magnesiumoxyd ver stopft wird, treten bei dem Verfahren gemäss der Erfindung nicht auf. Durch das neue Kondensationsverfahren wird auch die all fällige Überführung des Magnesiumpulvers in kompaktes metallisches Magnesium bedeu tend erleichtert.
Die Erfindung ist nicht auf die beschrie bene Ausführungsform beschränkt. Diese kann vielfach abgeändert werden. So kann zum Beispiel eine andere Vorrichtung als die beschriebene zur Kühlung der Platte ver wendet werden. Die Platte kann ferner auch ganz in Wegfall kommen, indem die Magne- siumdämpfe einem freifallenden Schleier aus Kohlenwasserstofföl oder dergleichen zu geführt werden; das Kohlenwasserstofföl kann ferner in feinverteilter Form in die Dämpfe durch Zerstäuber eingebracht oder eingespritzt werden. In allen diesen Fällen kann das 01, je nach Wunsch, vorgekühlt sein oder auch nicht.
Process and device for condensing nagnesium vapors. The invention relates to a process and a device for the condensation of magnesium vapors in a mixture with carbon monoxide. The process is characterized in that the high-temperature magnesium vapors are rapidly, instantly, so to speak, cooled down to a temperature at which a reaction between magnesium and carbon monoxide no longer takes place through direct contact with a liquid that is indifferent to magnesium.
In particular, the invention can be used in connection with the production of magnesium by reducing oxidic magnesium compounds with coal. In processes of this type, the reduction is practically carried out at temperatures above the boiling point of metallic magnesium. As a result, the magnesium is extracted in the course of the reduction process with the simultaneous formation of carbon monoxide from the coal in the form of vapors, which then have to be condensed.
In order to achieve good results, it is absolutely necessary to rapidly cool the mixture of magnesium vapors and carbon oxide as it emerges from the furnace, because the reaction that leads to the formation of the gas mixture of magnesium oxide and carbon, Mg0 -f- C Mg -I- C0, which runs from left to right at high temperatures and reverses at lower temperatures. The reoxidation of magnesium takes place extremely quickly.
If, therefore, the gas mixture is not cooled rapidly and effectively when it leaves the furnace, it is not possible to obtain a large amount of the magnesium in compact form from these gases.
With the present method (and the device intended for its execution), the vapors can be condensed as they exit the furnace at the highest achievable speed, so to speak instantaneously, thus preventing the reversal of the reaction. The finely divided magnesium powder produced during rapid cooling can also be protected against subsequent chemical changes, primarily against oxidation and the transition to nitride.
It is not necessary to dilute the magnesium vapors as they exit the furnace. A high degree of dilution not only has a disruptive effect on the condensation of the vapors, but also often leads to chemical changes due to the presence of the diluting gases. Gases that split off hydrogen and hydrogen can form water with carbon oxide, which can react with the finely divided magnesium to form an oxide coating. Such an oxide coating hinders the subsequent recovery of the metal, even if it is only present in small quantities.
In the case of great dilution, difficulties arise not only from working with the large amounts of gas, but also with regard to the compression of the magnesium vapors in the desired form.
In the practice of the present invention, the mixture of the gases and vapors formed during the reduction process can rapidly arise when they exit the furnace from a temperature above the temperature interval within which a reversal of the reaction occurs through direct contact with a liquid be cooled to a very low temperature. For this purpose, the gaseous and vaporous reaction products are preferably allowed to coincide with or penetrate a veil or film which consists of hydrocarbon oils or some other liquid which is indifferent to magnesium metal.
It is not a mandatory condition that the liquid does not develop any vapors at the temperature it assumes when it comes into contact with the hot gaseous reaction products, but it is preferable to use a liquid which meets this condition. to choose a liquid that wets the magnesium powder and thus covers it with a skin that protects the powder from oxidation. The liquid should, however, allow the carbon dioxide to escape. In addition, the liquid should be such that the magnesium powder becomes one Collecting vessel supplies.
It is absolutely not necessary, but recommended, to precool the liquid to a temperature so low that it does not heat up as much as possible above room temperature, as this increases the efficiency of the process.
For example, a kerosene (luminous oil) that is cooled to a temperature of 8 ° C. can be used to carry out the method, this oil being allowed to flow in the form of a thin film over a plate cooled with water. The hot magnesium vapors that hit this continuously moving film are instantly cooled to around 31 C while the oil warms up to the same temperature. When the liquid partially evaporates, the vapors are condensed for reuse. The magnesium powder mixed with <B> 01 </B> can then be passed into a collecting container and subjected to further processing.
The hydrocarbon oil (or any other liquid of equal suitability that can be used) not only cools the magnesium quickly, but also separates it from carbon oxide, which is not soluble in the oil and is not retained by the oil. In addition, the hydrocarbons form a protection for the magnesium, so that it can be stored for any length of time without the risk of it being oxidized by the air. Such oxidation proceeds at a considerable speed when the magnesium powder is exposed to the action of air at ordinary temperature without being protected in the manner indicated.
Mineral oil also plays an important role. the subsequent treatment of the magnesium powder for the purpose of converting it into compact metal. In this treatment, the oil forms a neutral or slightly reducing atmosphere and generates a low pressure that prevents the air from penetrating; This makes the transition of the magnesium dust into liquid metal easier. For example, paraffin, which is solid at room temperature, can also be used for cooling. however, liquid can be obtained in a temperature range within which magnesium is condensed.
An embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing. Fig. 1 shows the device in a perspective view, Fig. 2 in front view and Fig. 3 in section along the line fII-III of FIG.
The device consists essentially of a plate 1, which is arranged approximately vertically. At the top of the plate are tubes \? are provided, the open ends 3 of which are compressed and flattened, as shown in FIGS. 2 and 3, so that nozzles are formed through which a thin, widely spread oil film is produced on the surface of the plate 1. A pipe 4, which branches off from the furnace and hot MagnesiLimdampf mixed with CO. from this leads away. ends in close proximity to plate 1.
On the back of the plate 1, a jacket 5 with a relatively small clear width is attached, in which a deflector plate 6 is provided, which ends at 7 below the uppermost part of the water jacket. An inlet pipe 8 is provided on one side of the baffle plate 6 in the vicinity of the jacket bottom, which is used to supply water. A similar pipe 9 on the opposite side of the baffle 6 is provided for draining the water.
Rivets 10 are placed in different places. to fix the jacket and the plate relative to one another and to prevent the plate from warping or warping. The lower end, the plate and the shell are tapered (FIG. 1) and have walls 11 which form a container for collecting the mixture of 01 and magnesium which exits through the opening 12 and into a suitable reservoir flows. Wings 13 and 14 along the sides of the plate, which form an extension of the walls 11, serve as a protective device to prevent the oil from splashing and thus a loss of material.
Lugs 15 on the top of the device are used to hold the device in the correct position.
When carrying out the method according to the invention, the hydrocarbon oil is fed through the tubes 2 to the nozzles 3, through which the oil is spread over practically the entire surface of the plate 1, from which it then flows down. Hot magnesium vapors mixed with carbon dioxide, emerging from tube 4, strike the oil film, whereby the magnesium particles are instantaneously condensed and surrounded by oil skins. The carbon dioxide escapes from the surface of the plate and can be removed in any way.
The oil flows into the container on the lower side of the plate and through openings 12 into a vessel that is used for storage. It is not necessary to ensure a quick release of the magnesium from the storage liquid or to take any preventive measures to prevent oxidation of the magnesium powder, as this is completely protected in the oil.
With this method it is possible to place the condensing device close to the furnace; the gases emerging from the furnace therefore hit the condenser at a relatively high temperature, where the risk of regression of magnesium oxide is further reduced. Faults that can arise in other methods, for example, in that the outlet pipe is clogged by condensed magnesium and regressed magnesium oxide, do not occur in the method according to the invention. The new condensation process also makes it significantly easier to convert the magnesium powder into compact metallic magnesium.
The invention is not limited to the embodiment described. This can be changed in many ways. For example, a device other than that described can be used to cool the plate. Furthermore, the plate can also be omitted entirely in that the magnesium vapors are led to a free-falling veil of hydrocarbon oil or the like; the hydrocarbon oil can also be atomized or injected into the vapors in finely divided form. In all of these cases, the 01 may or may not be pre-cooled, as desired.