Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Gewinnung von Magnesium. Bei der Gewinnung von Magnesium in grösserem Massstube durch thermische Reduk tion von magnesiumhaltigen Rohstoffen mit Hilfe von Reduktionsmitteln wie Aluminium, Silizium u. a. bei Temperaturen oberhalb des Siedepunktes des Magnesiums und nach folgender Kondensation der Magnesium dämpfe wurde beobachtet, dass insbesondere bei den tieferen Temperaturen des in Frage kommenden Temperaturbereiches die Reak tion nur langsam fortschreitet und zuweilen sogar vorzeitig zum Stillstand kommt. trotz dem an sich auf Grund von Laboratoriums versuchen auch bei diesen tieferen Tempera turen ein glatter und vollständiger Ablauf der Reaktion zu erwarten war.
Die Untersuchung der Reaktionsvorgänge hat nun zu der Erkenntnis geführt, dass der langsame bezw. unvollständige Reaktionsver- Iauf zu einem wesentlichen Teil durch die Tatsache bedingt wird, dass die verhältnis mässig schweren Magnesiumdämpfe bei tie- fen Temperaturen, bei denen der Dampfdruck des reduzierten Magnesiums noch gering ist, sich über dem Reaktionsgemisch ansammeln und so dem Fortgang der Reaktion entgegen wirken.
Diese Ansammlung von Magnesium dampf über der Reaktionsmasse wird, wie Versuche gezeigt haben, auch nicht etwa da durch verhindert, dass man in an sich bekann ter Weise zwecks Aufrechterhaltung einer inerten Reaktionsatmosphäre einen langsamen Strom von Wasserstoffgas durch den Reak tionsraum hindurchleitet, solange dieser Strom nicht unmittelbar die Reaktionsmasse durchspült, sondern, wie meist der Fall, nur die obern Teile des Reaktionsraumes durch strömt;
denn die Diffusionsgeschwindigkeit der beiden Gase ist nur gering, und der Mag nesiumdampf neigt infolge seines mehr als zwölfmal höheren spezifischen Gewichtes dazu, nach Art eines Bodennebels über der Reaktionsmasse liegen zu bleiben.
Erfindungsgemäss kann eine rasche und vollständige Umsetzung des Reaktionsgemi sches in technischem Massstabe auch bei ver hältnismässig tiefen Temperaturen erzielt werden, indem der entwickelte Magnesium dampf im Masse seiner Entstehung aus der eigentlichen Reaktionszone alsbald entfernt wird. Diese Entfernung des Magnesiums dampfes kann auf verschiedene Weise erfol gen, wobei es sich als zweckmässig erweist, die nachstehenden, als nutzbringend genann ten Massnahmen miteinander zu vereinigen.
Beispielsweise kann durch Aufrechterhal tung eines kräftigen inerten Gasstromes, der die Reaktionsmasse unmittelbar bestreicht und sie vorzugsweise durchspült, und dessen Geschwindigkeit die für die blosse Aufrecht erhaltung einer inerten Atmosphäre erforder liche Grösse im allgemeinen wesentlich über schreitet, eine rasche Entfernung bewirkt werden.
Diese Entfernung kann noch da durch unterstützt werden, dass man die Re aktionsmasse, die bei einem kontinuierlichen Verfahren durch den Ofen hindurchgeführt wird, in verhältnismässig dünner Schicht von grosser Flächenerstreckung auf einer geneig ten Unterlage anordnet, derart, dass die ent wickelten Magnesiumdämpfe, ihrer eigenen Schwere folgend, von selbst, und zwar vor zugsweise in Richtung des Materialflusses abwärts fliessen.
Gemäss einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Unterlage für das Reaktionsgemisch aus einer einmal zweckmässig elektrisch beheiz ten, siebartig durchlöcherten Platte aus hitze beständigem Werkstoff, durch deren Öff- nungen die Magnesiumdämpfe nach unten austreten können, während die zweckmässig in brikettierter Form zur Anwendung ge langende ausgebrauchte Reaktionsmasse, ge gebenenfalls durch schräge Anordnung des Siebes in Verbindung mit einer Rüttelbewe gung derselben, in seitlicher Richtung abge führt wird.
Dabei wird der Austritt der Magnesiumdämpfe nach unten durch Auf rechterhaltung des in diesem Falle nur mässi gen Stromes eines inerten Gases durch das Sieb hindurch wesentlich unterstützt.
Die hohe Strömungsgeschwindigkeit des inerten Gases und damit auch der von ihm fortgeführten Magnesiumdämpfe kann ferner ohne erhebliche Vermehrung der umzuwäl zenden Inertgasmenge, die bei der Konden sation der Metalldämpfe störend wirken würde, in besonders vorteilhafter Weise da durch erreicht werden, dass der Querschnitt des Reaktionsraumes, durch den die inerten Gase hindurchströmen, möglichst gering be messen wird.
Von besonderem Vorteil er weist sich dabei eine Ausbildung des Reak tionsraumes derart, dass er einen Querschnitt von verhältnismässig grosser Breitenerstrek- kung und geringer Höhe erhält, wobei die Reaktionsmasse auf dem breiten Boden in verhältnismässig geringer Schichthöhe aus gebreitet und fortgefördert wird.
Es ist natürlich sehr vorteilhaft, die für die Fortführung der Magnesiumdämpfe be nötigten Spülgasmengen wieder zu verwen den. Zu diesem Zweck kann das inerte Gas nach Befreiung von seinem Magnesiumgehalt durch Kondensation dem Reaktionsraum im Kreislauf wieder zugeführt werden.
Dabei hat es sich als möglich erwiesen, ohne wesent liche Beeinträchtigung des Wirkungsgrades auf eine restlose Kondensation der Magne- siumdämpfe, die eine insbesondere in wärme technischer Hinsicht ungünstige und um ständliche Behandlung des Gases erforderlich machen würde, zu verzichten. Es genügt vielmehr, für die Kondensation eine verhält nismässig starke Vergrösserung des Strö mungsquerschnittes vorzusehen und auch die Abkühlung in mässigen Grenzen zu halten.
Die Förderung des Gaskreislaufes kann dabei durch eine zweckmässig zwischen dem Kon densationsraum und der Wiedereintrittstelle des inerten Gases in die Reaktionskammer angeordnete Fördervorrichtung (Pumpe oder dergl.) erfolgen.
Jedoch bedient man sich, gegebenenfalls in Verbindung mit einer sol chen Vorrichtung, für die Umwälzung der Gase zweckmässig des schweren Magnesium dampfes selber, indem man die Ableitung der Reaktionsgase in Richtung nach unten verlegt und die Kondensation des Magne siums an der untersten Stelle des Kreislaufes anordnet, wodurch eine mehr oder weniger automatische Umwälzung der Gase erfolgt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel eines zur Ausführung des Verfahrens dienenden Ofens schematisch dargestellt; wo bei Fig. 1 einen Längsschnitt und Fig. \? einen Querschnitt durch den Ofen nach der Linie A-B der Fig. 1 darstellt.
1 ist ein Muffelofen, dessen lichter Quer schnitt im Verhältnis zu seiner Breiten erstreckung niedrig gehalten ist, und in dem eine siebartig durchlöcherte Unterlage 2 an geordnet ist, die vermittels einer Kurbel scheibe 3 in an sich bekannter Weise in rüt telnde Bewegung versetzt werden kann. Die Beheizung des Reaktionsraumes erfolgt durch möglichst dicht über der Siebplatte angeord nete, als Heizwiderstände ausgebildete Strah lungselemente 4.
Das Reaktionsgut wird dem Sieb \? durch das mit einer Schleusenvorrich tung ausgestattete Einfüllrohr 5 zugeführt, während der Austrag der ausgebrauchten Reaktionsmasse bei 6 erfolgt. 7 sind Wasser stoffzuleitungen, die ebenfalls nahe oberhalb der Siebplatte 2 münden, und durch die ein Strom von Wasserstoff unmittelbar auf die Siebplatte gerichtet wird.
Während die grö beren Stücke der ausgebrauchten Reaktions masse die Siebplatte seitlich verlassen, tritt der mit dem entwickelten llagnesiumdampf beladene Wasserstoff zunächst nach unten durch die Siebplattenlöcher aus und strömt alsdann der Kondensationsanlage 8 zu, wo er von seinem Magnesiumgehalt befreit wird.
Der zurückbleibende Wasserstoff wird dann ,vermittels der Pumpe 9, die die durch die schweren Magnesiumdämpfe bedingte Um wälzung des Gases unterstützt, wiederum den Zuleitungsrohren 7 zugeführt. Der durch die Siebbodenlöcher hindurchtretende Abrieb des Reaktionsgemisches wird dagegen nicht mit dem Wasserstoffstrom nach 8 fortgelei- tet, sondern rieselt über den Grat 10 seitlich in die zweckmässig beheizten Sammelgefässe 11, wo er von Zeit zu Zeit entfernt wird. Aus der Kondensationskammer 8 wird das kon densierte Magnesium nach Bedarf durch die Öffnungen 12 im flüssigen Zustande "abge zogen.
Process and device for the thermal extraction of magnesium. In the production of magnesium on a larger scale by thermal reduction of magnesium-containing raw materials with the help of reducing agents such as aluminum, silicon and the like. a. At temperatures above the boiling point of magnesium and after the subsequent condensation of the magnesium vapors, it was observed that, especially at the lower temperatures of the temperature range in question, the reaction proceeds only slowly and sometimes even comes to a standstill prematurely. despite the fact that, on the basis of laboratory attempts, a smooth and complete course of the reaction was to be expected even at these lower temperatures.
The investigation of the reaction processes has now led to the realization that the slow resp. The incomplete course of the reaction is largely due to the fact that the relatively heavy magnesium vapors at low temperatures, at which the vapor pressure of the reduced magnesium is still low, collect over the reaction mixture and thus counteract the progress of the reaction .
Experiments have shown that this accumulation of magnesium vapor above the reaction mass is not prevented by a slow flow of hydrogen gas through the reaction space in a manner known per se in order to maintain an inert reaction atmosphere, as long as this flow does not occur the reaction mass is flushed through immediately, but, as is usually the case, only the upper parts of the reaction space flows through;
because the diffusion speed of the two gases is only low, and the magnesium vapor, due to its more than twelve times higher specific weight, tends to remain above the reaction mass like a ground mist.
According to the invention, a rapid and complete implementation of the reaction mixture on an industrial scale can be achieved even at relatively low temperatures by immediately removing the magnesium vapor evolved from the actual reaction zone in the amount of its formation. This removal of the magnesium vapor can take place in various ways, whereby it proves to be expedient to combine the following measures mentioned as being beneficial.
For example, by maintaining a vigorous inert gas flow which immediately brushes the reaction mass and preferably flushes it, and whose speed generally exceeds the size required for the mere maintenance of an inert atmosphere, rapid removal.
This distance can be supported by the fact that the reaction mass, which is passed through the furnace in a continuous process, is arranged in a relatively thin layer of large area on a sloping surface, so that the magnesium vapors developed are of their own Following heaviness, by itself, preferably before flowing downwards in the direction of the material flow.
According to a special embodiment of the invention, the base for the reaction mixture consists of a plate-like perforated plate made of heat-resistant material, which is expediently electrically heated and through the openings of which the magnesium vapors can escape downwards, while the latter is expediently used in briquetted form spent reaction mass, if necessary by inclined arrangement of the sieve in conjunction with a Rüttelbewe movement of the same, leads abge in the lateral direction.
The escape of the magnesium vapors downwards is supported by the maintenance of the in this case only moderate flow of an inert gas through the sieve.
The high flow rate of the inert gas and thus also of the magnesium vapors carried away by it can furthermore be achieved in a particularly advantageous manner without a significant increase in the amount of inert gas to be circulated, which would have a disruptive effect in the condensation of the metal vapors, since the cross-section of the reaction space, through which the inert gases flow is measured as little as possible.
It is particularly advantageous if the reaction space is designed in such a way that it has a cross-section of relatively large width and low height, the reaction mass being spread out and conveyed on the wide base at a relatively low layer height.
It is of course very advantageous to reuse the amounts of flushing gas required to continue the magnesium vapors. For this purpose, the inert gas can be returned to the reaction chamber in the circuit after it has been freed from its magnesium content by condensation.
It has been shown to be possible, without significant impairment of the efficiency, to dispense with a complete condensation of the magnesium vapors, which would require a permanent treatment of the gas, particularly in terms of thermal engineering. Rather, it is sufficient to provide a relatively strong enlargement of the flow cross-section for the condensation and also to keep the cooling within moderate limits.
The gas circuit can be conveyed by a conveying device (pump or the like) that is expediently arranged between the condensation space and the point of re-entry of the inert gas into the reaction chamber.
However, if necessary in conjunction with such a device, it is advisable to use the heavy magnesium vapor itself for circulating the gases by moving the discharge of the reaction gases downwards and arranging the condensation of the magnesium at the lowest point of the circuit , whereby a more or less automatic circulation of the gases takes place.
In the drawing, an embodiment example of a furnace used to carry out the method is shown schematically; where in Fig. 1 a longitudinal section and Fig. \? represents a cross-section through the furnace according to line A-B of fig.
1 is a muffle furnace whose clear cross-section is kept low in relation to its width extension, and in which a sieve-like perforated base 2 is arranged, which can be set by means of a crank disk 3 in a known manner in shaking motion. The reaction space is heated by radiating elements 4 designed as heating resistors, arranged as close as possible above the sieve plate.
The reaction material is passed to the sieve \? fed through the feed pipe 5 equipped with a Schleusenvorrich device, while the exhausted reaction mass is discharged at 6. 7 are hydrogen supply lines which also open close above the sieve plate 2 and through which a stream of hydrogen is directed directly onto the sieve plate.
While the coarser pieces of the used reaction mass leave the sieve plate laterally, the hydrogen laden with the developed magnesium vapor first exits downward through the sieve plate holes and then flows to the condensation system 8, where it is freed from its magnesium content.
The remaining hydrogen is then, by means of the pump 9, which supports the circulation of the gas caused by the heavy magnesium vapors, in turn fed to the supply pipes 7. On the other hand, the abrasion of the reaction mixture passing through the perforated bottom holes is not carried away with the hydrogen stream to 8, but trickles over the ridge 10 laterally into the appropriately heated collecting vessels 11, where it is removed from time to time. From the condensation chamber 8, the condensed magnesium is "withdrawn" as required through the openings 12 in the liquid state.