DE2115324C - Metallothermische Herstellung von Magnesium in Gegenwart einer im wesentlichen statischen Atmosphäre von inertem Gas - Google Patents

Description

,laßstab, nämlich der Elektrolyse von geschmolzeem Magnesiumchlorid.

Ein weiteres metallotherniisches Verfahren zur lerstellung von Magnesium, das »Pidgeon«-Verfahcn, ist ebenfalls ein nichtkontinuierliches Verfahren, ■-elches nur in einem vergleichsweise kleinen kommerziellen Maßstab durchgeführt worden ist. Bei i:esem Verfahren wird Magnesiumoxyo in Form von il/iniertem Dolomit und metallisches Silizium in ■ >rm von Fenosilizium in Batterien kleiner von ißen erhitzter Retorten eingebracht, in welchen nc Festphasenreaktion bei Temperaturen im Be-IcIi vor. 1100 bis 1200° C stattfindet. Unter diesen Bedingungen wird metallisches Magnesium aus der ...aktionszone als Dampf bei sehr niedrigem Par-.ildruck freigesetzt, und folglich ist es erforderlich, j Retortenbatterie unter sehr hohem Vakuum zu i-ilten.

In meiner ältea-i Anmeldung P 20 02 544.9 vom . Januar 1970 wird eine bedeutende Verbesserung

• πι Magnethermverfahren erläutert, die die Arbeit -i relativ hohem Druck ermöglicht. Ein inertes Gas id bei einem Partialdruck von mindestens 1 atm erhalb der geschmolzenen Schlncke zugeführt, so :Ü der absolute Druck erhöht werden kann. L· der : utwicklung dieser älteren Erfindung habe ich nicht ■■. >r festgestellt, daß der Vorgang bei relativ hohem ι ruck durchführbar ist, sondern daß darüber hinaus i.i einigen Fällen ur.-< wartete Vorteile erzielt werden l.önnen. Diese bilden die Ergebnisse, der vorliegenden Erfindung, die als Verbesserung zu meiner älteren Erfindung gekennzeichnet werden kann.

Eine frühere Veröffentlichung von W. Moschel et al., »Magnesium« Chemische Technologie Band 5, S. 102 bis 164, Wi η η acker und Weing artner (1953), auf die hier verwiesen wird, beschreibt die versuchte Anwendung eines inerten Gases, nämlich Wasserstoff, im Dampfbereich oberhalb der Reaktionszone, wo fester Dolomit durch Silizium reduziert wird (S. 145). Die daraus gezogene Schlußfolgerung war, daß es in einem solchen System erforderlich ist, oberhalb der Temperatur, bei welcher der Magnesiumdruck 1 atm beträgt, zu arbeiten, um die Reaktion zu vollenden, andernfalls würde sie aufhören. Die Verwendung eines Stromes von inertem Gas wurde zur Verbesserung des Operationsbereiches und der Ermöglichung einer kontinuierlichen Arbeitsweise vorschlagen. ELs wurde gesagt, daß die technische Durchführbarkeit eines solchen Verfahrens in einem großen Laboratorium in Deutschland untersucht wurde und Gegensland zweier deutscher Patente wurde (666 712 und 690 714), aber zugunsten d;r Vakuummethode aufgegeben wurde. Ich habe jedoch gefunden, daß in einem Reaktionssystem mit geschmolzener Schlacke die Verwendung eines im wesentlichen statischen inerten Gases die Reaktion nicht abbricht und bedeutende Verbesserungen gegenüber der Vakuumtnethode mit sich bringt.

Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, ■den Gehalt des Siliziums in dem Produkt Magnesium fcu verringern. Magnesium, wie es zur Zeit durch das kommerzielle Ivlagnethermverfahren hergestellt wird, enthält Silizium als Verunreinigung iin einer Konzentration von ungefähr 500 bis 600 ppm, eine Höhe, die von einigen Fachleuten als untragbar betrachtet wird, besonders im Hinblick auf seine Verwendung in der Herstellung von Titan, Zirkonium oder ähnlichen. Charakteristischerweise enthält das Magnesiumproduk'. des Magnetherniverfahrens auch etwa 600 ppm Mangan, 130 ppm Eisen und etwa 250 bis 6Oi! ppm zurückbleibende Nebenbestandteile wie Zink. Kupfer, Zinn, Blei und Nickel. Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, die Konzentration dieser metallischen Verunreinigungen in dem Magnesiumprodukt wesentlich zu verringern.

Wie bereits erwähnt, liegt einer der Hauptnachteile

ίο des Magneihermverfahrens in der Notwendigkeit, unter Hoclivaküi-m zu arbeiten. Viele Bemühungen sind unternommen worden, das Verfahren so anzupassen, daß es bei atmosphärischem Druck durchführbar ist, siehe z. B. meine älteren Anmeldungen P 18 07 609.0 vom 7. November 1968 und P 20 02 544.9 vom 21. Januar 1970 und das USA.-Patent 3 441 402. Diese Bemühungen bringen meist eine Veränderung des Magnesiumerzes mit sich, und zwar eine Reduzierung der Legierung oder Schlak-

ao kenzusammensetzung zugunsten der Grundreaktion zur Förderung der Magnesiumbildung bei höherem Partialdruck. Einige dieser Änderungen jedoch bringen Nachteile mit sich. Zum Beispiel kann die Reaktivität der Ferrosiliziumreduktionslegierung durch die Verwendung hochwertigen Siliziums gesteigert werden, wie in meiner Patentanmeldung P 21 15 326.4 vom heutigen Tage dargelegt, aber der erhöhte Siliziumgehalt der Legierung wird, bei gleichen Bedingungen anderer Faktoren, einen erhöhten Siüziumgehalt im Magnesiumprodukt zur Folge haben. Es ist deshalb ein weiteres Ziel dieser Erfindung, die Verwendung einer hochwertigen Siliziumreduktionslegierung zu ermöglichen und gleichzeitig den Gehalt an Silizium in dem Magnesiumprodukt zu verringern.

Das im Magnethermverfahren verwendete Ferrosiliziumreduktionsmittel wird durcu ein Abflußrohr, von wo aus es auf ein stark in Bewegung gesetztes Schmelzschlackenbad gebracht wird, in die Reaktionszone, in der die Reaktion stattfindet, eingeführt. Da diese Legierung ziemlich fein gemahlen wird, bringt sie metallischen Staub mit sich. Die oxydischen Materialien, die in die Reaktionszone eingeführt werden, zum Beispiel Dolomit, Magnesiumoxyd, Bauxit oder Aluminiumoxyd, enthalten ebenfalls Staub. Die Bedingungen in der Reaktionszone sind derart, daß die Bewegung der Schlacke in Verbindung mit der hohen Geschwindigkeit des entweichenden Mugnesiumdampfes unvermeidlich zu einer Übertragung von zumindest eines kleinen Teils dieses Staubs in den Kondensator zur Folge hat, was zu einer Verunreinigung des Magnesiumproduktes führt.

Die Bedeutung dieses Staubproblems wird klarer, wenn man bedenkt, daß bei Hochvakuum (ungefähr 7 bis 35 mm Hg) und gleichzeitiger hoher Temperatur (ungefähr 15OG⁰C) der Magnesiumdampf, der durch den Verbindungskanal zwischen Ofen und Kondensator zieht, eine Geschwindigkeit in der Größenordnung von 3,05 m in der Sekunde erreichen kann. Folglich ist es ein weiteres Ziel dieser Erfindung, die Mitführung von metallischem und oxydischem Staub, der vom Ofen zum Kondensator getragen werden kann, herabzusetzen.

USA.-Patent 3 017 263 beschreibt in detaillierter Weise die Verunreinigungen von Magnesium sowohl durch verdampfte Metalle wie Silizium als auch durch Staubbildung und eine Methode, sie zu be-

cämpfen, indem man Magnesiumdampf durch iose lufgehäuftcs, in Bewegung gehaltenes klumpiges Material führt. Hs ist eia weiteres Ziel der vorliegen-Jen Erfindung, das Magnesiumprodukt ohne die Bewegung fester Stoffe zu reinigen.

Im vorliegenden Verfahren wird das Magnesium- :)xyd mittels einer Reaktion mit einer reduzierend wirkenden ί ietallegieiung oder einem reduzierend wirkenden Metall in einer Reaktionszone in Gegenwart einer geschmolzenen oxydischen Schlacke bei erhöhter Temperatur zu Magnesium reduziert. Die Reaktionszone enthalt eine im wesentlichen statische Atmosphäre von inertem Gas, und der Magnesiumdampf bewegt sich vornehmlich mittels Diffusion (.lurch dieses inerte Gas hindurch in eine Kondensatiunszone, wo er kondensiert und aufgefangen wird. Der Patüaldruck des inerten Gases in der Kondensationszone beträgt mindestens 0,05 atm, vorzugsweise etwa 0,25 bis 1,0 atm. Darüber hinaus sind Vorkehrungen zu tieften, den relativen FIu^ des inerten Gases aus der Reaktionszone in die Kondensationszone zu kontrollieren und eine wünschenswerte Kontrolle der Reaktion und der Qualität des Produktes zu erhallen.

Als Ergebnis dieses Verfahrens wird ein hochwertiges eleklrothermisches Magnesiumprodukt erhalten, das wesentlich reinei als das Magnesium, welches durch vergleichbare Verfahren erhalten wird, ist. Je nach Reaktionsbedingungen, der Reduktionslegierung und anderen Faktoren können die gesamten Verunreinigungen in dem Magnesiumprodukt wesentlich niedriger als 1500 ppm gehalten werden, und der Siliziumgehalt des Produktes kann, wenn erwünscht, niedriger als 300 ppm gehalten werden.

Diese wünschenswerten Ergebnisse sind zum Teil auf zwe." Charakteristika des vorliegenden Vertahrens zurückzuführen. Zum ersten vermindert die im wesentlichen statische Atmosphäre von inertem Gas oberhalb der geschmolzenen Schlacke beträchtlich die Dampfgeschwindigkeit aus der Reaktionszone in die Kondensationszone und verringert gleichzeitig die Übertragung metallischen und oxydischen Staubs. Zum zweiten schafft das im wesentlichen statische inerte Gas eine Tcilübertragungssperre für den Magnesiumdampf, folglich ist ein höherer Partialdruck des Magnesiumdampfes in der Reaktionszone erforderlich, um die notwendige erhöhte Antriebskraft zu schaffen. D? bei gegebener Temperatur keine gleichwertige Erhöhung des Partialdruckcs bei den 5-verdampften Verunreinigungen, wie Silizium, in der Reaktionszone vorhanden ist, wird die relative Konzentration der Verunreinigungen im Dampfraum des Rcaktions-Kondensationssystcms herabgesetzt, und folglich enthält das Magnesiumprodukt entsprechend geringere Anteile dieser Verunreinigungen.

F.in wichtiger Aspekt dieser Erfindung ist die Art der Gasatmosphäre im Raum oberhalb der Schmelzschlacke im Reaktions-Kondcnsationssyslem, wohin der Magnesiumdampf entweicht. Dieser Dampfraum enthält eine im wesentlichen statische Atmosphäre von inertem Gas, und die Massenübertragung des Magnesiums aus der Reaktionszone in den Kondcndestillation noch in erster Linie durch einen fließenden Strom von inertem Gas, sondern hauptsächlich durch Diffusion durch das statische inerte Gas hindurch fortbewegt.

Hin Reaktions-Kondensationssystem, geeignet für das vorliegende Verfahren, enthält in der Reihenfolge:

1. Zufuhrbehälter für die Rohmaterialien.

2. Rohre oder Kanäle mit geeigneten Kontrollvorrichtungen zur Einbringung des Rohmaterials in den Ofen.

3. Einen Ofen (Reaktionszone), in dem die Reaktion stattfindet, der Raum für geschmolzene »verbrauchte« Legierung enthält, einen Dampfraum oberhalb der Reaktionszone, Elektroden, die dazu vorgesehen sind, elektrischen Strom, tier durch das Schlackcnbad strömt, zu erzeugen, um so die benötig''· Energie zur Förderung der Reaktion durch ücn Joule-EfTekt bereitzustellen, und ein oder mehrere Abstichlöcher, um die geschmolzene Schlacke und verbrauchte Legierung zu entfernen.

Einen Kanal als Verbindung zwischen Ofen und Kondensator, durch den der Magnesiumdampf zieht, der im Hinblick auf die effektive Länge und den Querschnitt so angelegt ist, daß eine Massenüberführung durch Diffusion ohne übermäßigen Druckabfall stattfinden kann. Der Kanal des jetzigen Magnethermofens erweict sich, wie in der einschlägigen Literatur dargelegt, bei der angegebenen Produktionskapazität als geeignet.

5. Einen Kondensator (Kondensationszonc), in dem Magnesiumdampf durch Wärmeentzug zu geschmolzenem Metall kondensiert wird.

6. Ein Auffanggefäß, das mit dem Kondensator verbunden ist, und das geschmolzene Magnesium auffängt.

7. Ein Reinigungssystern, das Kanäle, Kontrollröhren und eine Vakuumpumpe (oder eine vergleichbare Vorrichtung) enthält, welches durch Reinigung eines Teils des inerten Gases, Gase wie H„ und CO, die sich andernfalls in geringem Maße in dem System ansammeln wurden, aus der Atmosphäre abzieht.

Vorzugsweise enthält das System ebenfalls:

8. Eine Vorrichtung, um das inerte Gas aus der Kondensaiionszone zu entfernen und es zur Reaktionszone wieder zurückzuführen, wenn gewünscht in Verbindung mit Vorrichtungen zur Erhitzung des inerten Gases. Weitere Vorrichtungen sind vorzugsweise Einrichtungen zur Kontrolle der relativen Fließgeschwindigkeit des zurückgeführten inerten Gases und folglich auf indirekte Weise der relativen Fließgeschwindigkeit des inerten Gases aus der Reaktionszone in die Kondensationszonc

In dem Verfahren dieser Erfindung kann das inerte Gas an jeder Stelle in das System eingeführt werden, es wird jedoch vorzugsweise in die Zufuhrbehälter oder Ziifuhrkanäle eingeführt, und zwar mit niedriger Geschwindigkeit, so daß diese gerade aus-

sator geschieht vornehmlich auf dem Wege der

Diffusion. F.in Ergebnis dieser Erfindung ist es, zwi- 65 reicht, eine Diffusion des Magnesiumdampfes aus

sehen der Reaktior.s/.onc und dem Kondensator Be- dem Bereich des Ofens zurück in die Zufulirkanäle

cliii|!imgen von der Art zu schallen, daß der Mapnc- oder Rohre zu verhindern. Der Druck des inerten

siiimdamnf sich nicht vornehmlich durch Vakuum- Gases auf das System wird so auf der erwünschten

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Stufe durch Geeignete Vorrichtungen, die- in der Y'cr- Druckdifferential des inerten (iases /wischen Ölen bindung mil der Reinigimgspumpi. oder dem Rück- und Kondensator bccinfhif.il, bestimmt. Der Parliallaufsystern, falls \orhanden. arbeiten, kontrolliert. druck des ineilen (iases im Koiulensatot und dei des

Bisher wurde angenommen. da Ll die I.ntfernung MagiKMumdampfcs im Ofen können deshalb völlig des Magnesiumclampfes tlureli (Destillation unter 5 verschieden sein, aber der lotaldruck aiii das Hoch\>ikuum aus der Reaktions/one notwendig sei. System wird an jedem l'imkt mindestens so hoch wie um die Reduktionsieaktion /u fördern: der des inerten (iases im Kondensator sein.

Die Bezeichnungen »im wesentlichen statisches-

2 MgO , i Si , — SiO._, , 2Mg₂ ._. (f) inertes (ias unil Durchgang des Magnesiums .-haupt

ίο sachlich durch Dillusioiv sollen bedeuten, dall die

Somit wird die Reaktion von links nach rechts Bewegung des Magiiesiumdampfes schneller ist als geleitet, und ein relativ hoher Druck im System (das du etwake Bewegung des inerten (iases aus du heißt mehr als 0,1 atm) würde nachteilig sein, daher Reaktions/one in den Kondensator, oder dall dci die Verwendung eines sehr hohen Vakuums. Zum Maguesiunulampf sich eher durch das iticuc (ias ersten würde es den Anschein haben, daü eine V.t- 15 bewegt als umgekehrt. Polglich stehen die beiden höhung des Magnesiumpartialdrucks dazu neigen BegiilTe in Beziehung zueinander und entsprechen würde, die Reaktion, die das Magnesium in der den beiden Bedingungen. Aber diese Bedingungen ReaktionszoiK· erzeugt, umzukehren. Zum zweiten sind schwierig zu messen und teilweise etwas funkwurde angenommen, daü das Vorhandensein eines tioneli iolglich ziehe ich es vor, die Be/eichir.ingen höheren Totaldrucks, sogar bei gleichem Magne- 20 auf präzisere Art zu definieren: die niolaie Hiel.tsiumpartialdruck, die Überführung des Magnesium- geschwindigkeit des MagneMiimdampfes zum Kondainpfcs durch den Kanal und in den Kondensator densitor muß höher --ein als die ties inerten (iases. hemmen sowie die Reaktion verzögern könnte. da das inerte (ias ->im wesentlichen statisch - zu sein

l.ntsprechend der vorliegenden P.rfindung wird hat, und vorzugsweise mindestens zweimal so μιοΙΊ. jedoch angenommen, daü ein absoluter Druck bis zu 25 und d 1 Partialdruck (Ils inerten (iases im Kondenmindestcns etwa I atm einschließlich des Partial- ^aUu nuiL'i mindestens 0.05 atim betragen/weeks Überdruckes sowohl des Magnesiums als auch des inerten führung des Magnesiums hauptsächlich durch DiI-(iases die Reaktion nicht ernsthaft beeinträchtigt. lusion. und er ir.uf' vorzugsweise so hoch oder liöhu und daii uiiiL-r rmfiTiülcn iicdiüguriger. die gasförmige sein wie der Partialdruck de', Manncsiunidampfcs in Diffusion allein eine Masscnübcrtragungsgeschvvin- jo der Reaktion zone.

digkeit des Magnesiumdampfes aus dem Ofen in Aus (»runden der hinfachhcil kann die niohre

den Kondensator möglich macht, die ausreicht, mit Fiieilgesehwiiidigkeit des Magnesiums al·. ;_'icic!ider Produktionsmenge im Ofen Schritt zu halten. Auf wertig der Magneskimproduktionsgcschwindigkcit diese Weise wird es möglich, den Betrieb des Systems angeschen werden, und die des inerten (iases als bei Atmospharcndruck oder in diesem Bereich oder 35 gleichwertig dem Rücklaufsystem einschließlich <kr auf jeden Fall bei relativ rohern absolutem Druck. gereinigten Menge.

da-, heißt oberhalb I at. durchzuführen. Um die Vorteile dieser Lrfindung wahrzunehmen,

f.iniL'c Bezeichnungen erfordern eine Definition. ist es notwendig, daß das inerte das im wesentlichen 'ΛΊν. hier angewandt, schließt die Bezeichnung »incr- statisch Kt. Selbstverständlich sind in jedem Dampf- ^eS Gav- solche gasförmigen Sl'iffe ein. die mit den 40 sy stem die Bestandteile niemals absolut stali-ch, du Bestandteilen des Systems unter den Belriebsbcdin- sich die Moleküle oder Atome in Mündiger Bewegung ■: :ri2rn nicht reagieren. Wegen der hohen chemischen befinden. Mit statisch' meine ich hier nicht die \>.'!'.i!.!t des Magnesium-, bei erhohlen Tempera- reine Bewegung zwischen Reaktion»·- und Konden-■ .ren können nur wenige (läse im vorliegenden Vcr- sations/one. Im wesentlichen statisch- ^filiei'' ;n;: h : r.rcn fils inert angesehen werden, Geeignete inerte 4£ die Bergung bK zu der de«· Magncsiurrd;:rnp(e-'; . sch!ie('-.T! die ciüenllielien inerten dasc wie aus der Reaktions/one in der Kondensator ein Wird ■ ' um. Ne'»n. Arpin und iihnlr.hc ein. fün weiteres diese letztere Geschwindigkeit überschritten, wurden "·.-. it reagitrendtrs (<as ist W:r>v:rstf»H. welches in die Vorteile dieser Krfmduns; nicht erreicht, und du v, r.chcr Hinsicht wünschenswert ist Wasserstoff ist Magnesiumdampfubcrführiing wurde nuhi rieht V.2 und leicht -.ctfnybar. tr hat ausgezeichnete 5" hauptsächlich durch Diffusion. Mindern durch ein :rakttristika fur die Warrneulierführung in den Nfitrcifien stattfanden, v^as eine Reduktion d^s Par-• ."'j..-n\at(»r und liefert tine f.l^;iV. hohe spezifische liaUlruckes des Magnesiumdampfc:. zur \ o!ri haben iJ:::ii-.i'ir; i.'e%cli'v,n(ii^k(.it Wt{'tu <h'· relativ hc;hcn würde. Gleichfalls kann ohne eint !>,.;,·._lv!,;l,i'.- ^■ffu'-ifinv.crrn'j^cri'· (!'-·■. M.-ijifiv-inrriilampfes durch Menge eines inerten Gbm.·«·. da-- heißt !'iirtiaUI'iul ''.:'■< mit ^crtriijercm Aiurtijo.-vn! lit wird Helium oder 55 von mehr al- i'."^r- aun. keine wcsentiichs. Diffu ion ¹AV <;r'.:off tifi-.chlijf'ilicU SU: Imnjitn davon vor- sondern nur eine Destillation Vtatifindcn . ^:./i'2'..Ti i.m hfiiij» Itbau··-. <tr. r.t 'ine Mr-.chiing aus F.in weiterer Weg. diese I rfindunp bc-'er zu v:r

WA.-..scrstoff rider Hclnirn tritt br» /u *iO Vulurrscn- stehen, besteht darin, sie mit anderen I niukkluiiL'cr :..■:,/.. _r,t an Arz^n der letzten Zeit zu vergleichen. Da«- hekannt.

Ik r P'-trii'M'U ικ i. -ic- iti'r*<:i < ι,ι'λ:: in (Jem System 6« Magnethcrmvcrf.-hren bringt cmc irn ucMrnilichcr »if' ak sein f>r«jck '■> <" Kondcii^alor definiert durch Vakuumdestillation hewirkie ('bciinhrung dv« '/α. ckfjfirnlith tzm<:*A*:tt im H'-imyuw*- (xlcr Rück- Magne«iumdampfes zum Kondensator mit sich D,i< iiuivvi'm) i?cr i'attinMrU'.l At"+ Müvni^iumilamp- »ideale* SystetTi \\t das unter H<xhvakiiiiim in clt-i iev im K'>rt(Kn-itf«; (rnl'.pntiil arin.ifiernrl dem firöfWnordniiiis; \<m IO mm Hg oder «t-niircr. um! f).-trnpM»»i.l· 'ic. Mi»i"it'-M»fn<4 im Ikreich seines H der P.iriialdruckabfsil des Maencsiumdiimpfcs :»i« Schrnvl/piinkii,^ i»«pcf-il» "I tfifri). ihr Druck <k-s der Rcakünnvort'.· in den Konden^aun ist v> niedriji. M;jynt=ji(fn'i;ifrit»f<-* irr» Ik'rtrifh rlc* Ofens ν,ΉΆ durch da(5 er kaum meßbar ist. DtT niedrige i'atliaMruek (!..π Dm. laM;ili »r» <km Κ.·Π;»Ι d. < γΙη'«ι;ιΙΚ rias de. Maencviumdjmpfcs in der Reattk«»/,me im

wünschenswert, da er die Reaklionsaniriehskraft erhöht. Im Hinblick auf diesen Vorteil würd-· jede Steigerung ties Magnesiumdumpfdruckes über die in dieser Erfindung vorkommende hinaus als ein Sehritt in die falsche Richtung erscheinen, der die Reaktu ·. ver/ögeit. Ich habe jedoch festgestellt, dart der Magnesiumdampfdruck erhöht werden kann. ohne daü die Reaktion besonders behindert wird, und zwar mit bedeutenden und unerwartet vorteilhalten Ürgebnissen. Folglich, ungeachtet der Tatsache. daß »o die Vakuumdestillation als ideale Methode zur Förderung der Reaktion erscheint, habe ich tesigeViclIt. daß eine andersgeartete Methode — Diffusion des Magnesiumdampfes durch im wesentlichen italisches Inertes Gas — eine bedeutende Verbesserung gegen-Iiher dem. was bisher als ideal galt, zur Folge hat, rhne wesentliche Hemmung der Reaktion. Darüber hinaus habe ich auch festgestellt, wie in meinen Hoch schwebenden Anmeldungen erörtert wurde, daß durch die Wahl besserer Reaktionsbedingungen -" gerade dieser unwesentliche Nachteil für die Reaktionsgeschwindigkeit, der auf erhöhten Magnesiumdampfdruck zurückführbar ist. ohne weiteres ausgeglichen werden kann. Ich habe somit gefunden, daß durch die Verweildung hochakti\er Reduktionslegierungen. verbunden mit bestimmten Schlacken/usamnicnsct'ungcn. der Reaktionsdruck des Magnesiumdampfes stärker erhöht werden kann als die Ausgk-ivhiüiu des erhöhten Druckes, erforderlich für die Diffusion des Magnesiums durch das im wesentlichen statische inerte Gas. notwendig macht.

Die vorliegende Erfindung steht ebenfalls im Gegensatz zu den Systemen, bei denen ein inertes Gas \erwendet wird, um ein dampfförmiges Produkt aus der Reaktions/one mitzureißen, oder bei denen die ?.ί RcaktionsA/nc bei Atmosphärendruek in einem » Feststoff <>-Sv.stern gehalten wird. Siehe zum Beispiel ISA.-Patent' 2 558 744. Hier wird inertes Gas mit Hochdruck lateral durch eine \ertikale "Feststoff <-Reaktionszone als Gasstrom, der Magnesiumilariipf durch eine Öffnung in die Kondensationskanimer treibt, gebracht. Siehe ebenfalls das gleichartige Verfahren in USA.-Patent 3 427 152. bei «Jem es sich auch um ein Feststoffverfahren handelt, wo ein Gegenstrom erhitzten Wasserstoffs zur Wärmeübertragung \erwendet wird und das Magnesium aus dem Ofen treibt. Auf ein ähnliches Verfahren bezieht sich offensichtlich auch die oben angegebene I.iteraturstelle von Moschel et al., supra, gemäß der fester Dolomit durch Silizium reduziert. ^r." und ein Wasserstoffstrom verwendet wurde.

Dieses Forttreiben des Gases durch feste Reaktionsmittel hindurch stellt einen von der vorliegenden Erfindung unterscheidbaren Vorgang dar. bei dem das inerte Gas, das oberhalb der geschmolzenen Schlacke gehalten wird, im wesentlichen statisch ist. und bei dem das Magnesium durch Diffusion fortgeführt wird. Der Vorgang eines Forttreibens des inerten Gases bringt einige unüberwindliche Probleme mit sich, die ihn, verglichen mit dem Feststolfverfahren, für ein elektrothermisches Schmelzverfahren ungeeignet machen, und notwendigerweise liefert er auch nicht das Produkt von hochwertiger Reinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.

Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich auch you denjenigen, die ein inertes Gas im allgemeinen mit Unterbrechungen und in kleinen Mengen benutzen, um die Verunreinigungen zu entfernen oder Teile des Svstcms zu spülen. TSA.-Patent 3 017 263. Solche Vorgänge können, wenn gewünscht, in Verbindung mit dem vorliegenden Verfahren durchgeführt werden, aber meine vorliegende Erfindung betrachtet die Verwendung djr im we.entliehen statischen Atmosphäre von inertem Ga-, al-, äußerst wichtig während der Reaktion.

Die Magnesiumüberführung mittels Diffusion im vorliegenden Verfahren hat zur Folge, daß die Bewegung der Schlacke durch eine Reduktion des Volumens des sich entwickelnden Magncsiumdampl'es verringert wird. Ebenso wird, infolge sowohl des höheren Drucks und des im wesentlichen statischen inerten Gases, die volumetrische Geschwindigkeit des Magnesiums durch den Kanal zum Kondensator vermindert. Infolgedessen wird die Staubentwicklung, auf die weiter oben verwiesen wurde, weitgehend unterdrückt, und seine schädliche Wirkung auf die Reinheit des Magnesiumprodukts und die Leistungsfähigkeit de·· Vorganges wird bedeutend herabgesetzt.

Während die eben erwähnte Herabsetzung der Staubentwicklung durch Verfahren, die sich von der vorliegenden F.rfmdung unterscheiden, erreicht werden kann, wie beispielsweise durch sorgfältige Aufbereitung und Beschickung des Magnesiumerzes und der Reduktionslegierung, hat die Verminderung der metallischen Verunreinigungen in dem Magnesiumprodukt kein Gegenstück gleicher Wirk^'mkeit I¹SA.-Patent 3 017 263.

Das im wesentlichen statische inerte Gas bildet eine partielle Sperre für die Massenüberführung des Magnesiunulampfes. Das im wesentlichen statische inerte Gas verursacht eine Erhöhung des Magnesium· parlialdruckes in der Reaktionszone bei gleichzeitiger leichter Reduzierung der Reaktionsgeschwindigkeit, bis der Grad der Magnesiumproduktion und der Grad der Magnesiumdampfdiffusion zum Kondensator im Gleichgewicht sind. Ich habe jedoch festgestellt, daß der Partialdruck der metallischen Verunreinigungen in der Reaktionszone nicht proportional erhöht wird, und folglich ihre Konzentration im Magnesiumprodukt wesentlich vermindert wird. Dieses Ergebnis ist sehr günstig und vollkommen unerwartet. Rückschauend kann diese Verminderung der Verunreinigungen (besonders der schweren Metalle) teilweise auf niedrigere relative Diffusionsgrade durch das statische inerte Gas zurückgeführl werden, aber ich möchte nicht auf irgendeine Theorie, die als eine spekulative Erklärung dieses Phänomens betrachtet wird, festgelegt werden. Fernei scheint es, daß — da der Dampfdruck der Verunreinigungen bei gegebener Temperatur gleich bleibt während sich der Magnesiumdruck während des vorliegenden Verfahrens erhöht — der Geholt der Verunreinigungen als Folge in dem Magnesiumproduki verringert wird.

Auf jeden Fall überwindet das Ergebnis einer Hauptmangel des jetzigen metallothermischen Ver fahrens, nämlich die hohe Konzentration von Siüziurr in dem Produkt Magnesium. Durch mein Verfahren das hier beschrieben wird, habe ich festgestellt, c?at der Siliziumgehalt auf etwa 50 bis 300 ppm reduzier werden kann — und zwar weitgehend abhängig vor den Reaktionsbedingungsn u:.d der verwendeter Siliziumreduktionslegierung — oder auf weniger al· die Hälfte setner derzeitigen Konzentration im Ma gne'hermprodukt.

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Diese Verringerung des Siliziumgehalls ist selbstverstiindlich teilweise auf die \erminderto Staubentwicklung zurückzuführen, nämlich durch überführung von Siliziummctnll in den Kondensator. Eine vergleichbare Verringerung anderer metallischer Verunreinigungen wie Mangan, Zinn und Zink, ist durch verminderte Staubentwicklung nicht möglich, da sie häufiger durch Destillation verursacht werden. Diese Verunreinigungen werden jedoch ebenfalls verringert Wogen des relativen Absinkcns ihres Partialdrucks. tvie oben ersvähnt wurde. Darüber hinaus wird ebenfalls, im Hinblick auf das geringere Diffusionsverniögen dieser zuletzt genannten Verunreinigungen Im Vergleich zu Magnesium und Silizium, eine bedeutende weitere Verringerung erreicht. Folglich enthält das Magnesiumprodukt dieser F.rfindung weniger als 1500 ppm der gesamten metallischen Verunreinigungen oder wiederum weniger als die im Magnethermprodukt. Es ist ferner möglich, die Verunreinigungen auf weniger als die im clcktrrh tischen Produkt vorhandenen zu verringern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Magnesium in Gegenwart einer Atmosphäre eines im wesentlichen statischen inerten Gases mit einem Partialdruck \on mindestens 0.05 atm. vorzugsweise von etwa 0.25 bis 1.0 atm, hergestellt und ·.erdampft. Der Druck des inerten Gases kann sogar höher, und zwai bis zu ungefähr 5 atm. sein, aber auf jeden Fall sollte er nicht so hoch sein, daß er die Grundreaktion ernsthaft beeinträchtigen Ronnie, und deshalb häng! der maximale Druck natürlich \on den Reaktionsbedingungen ab. Der Partiakiruck des Magnesiums unmittelbar oberhalb der Schlacke beträgt mindestens etwa Π.05 atm. und er ist vorzugsweise so hoch wie möglich, bis /u etwa 1.5 atm.

Der potentielle Partialdruck des Magnesiumdampfes in der Reaktionszone hängt selbstverständlich von anderen Bedingungen ab, vornehmlieh von der Temperatur und der Zusammensetzung des Schlackenbades. aber ebenso von der Konzentration des Magnesiumoxyds, der Zusammensetzung und Konzentration des Reduktionsmittels und der Zusammensetzung der »verbrauchten« Schlacke. Ein Druckdifferential zwischen Ofen und Kondensator ist notwendig, um die Massenübertragungskraft zur Diffusion des Magnesiumdampfcs durch das statische inerte Gas zu erhalten. Der Totaldruck des Systems einschließlich des Partialdrucks sowohl des Magnesiums als auch des inerten Gases beträgt mindestens 0.1 atm. vorzugsweise etwa 0,25 bis 1.5 atm.

Gewöhnlich braucht der Partialdruck des inerten Gases im Kondensator nicht höher als 1 atm zu sein (oder etwas weniger), so daß der absolute Druck des Systems etwa 1 atm betrag,. Aber, wenn erwünscht, kann der absolute Druck höher und der Partialdruck des inerten Gases entsprechend höher sein. Es kann vorteilhaft sein, den absoluten Druck des Systems auf mehr als 1 atm zu erhöhen, z.B. um die metallischen Verunreinigungen weiter zu verringern oder um die periodische Entfernung verbrauchler Nebenprodukte oder des Magnesiums aus dem System zu unterstützen. Es scheint, daß kein reeller Vorteil darin liegt, wenn der Partialdruck des inerten Gases oder der absolute Druck des Systems mehr als 5 atm beträgt.

Das Magnesiumoxydreaktionsmittel kann Magnesia enthalten, welches gewöhnlich durch Kalzinieren aus Magnesit gewonnen wird, oder kalziniertes Dolomit, einer \.]uimolaren Verbindung von Magnesiumoxyd und Kal/iumoxyd oder Mischungen beidei. Andere Erze \on Magnesiumoxyd, wie Serpentin, können ebenfalls, sollen aber nicht bevorzugt verwendet werden. Um die Reaktion zu erhöhen, sollte der Magncsiumoxydgchali des Systems relativ hoch sein, und zwar über 2 ° n und vorzugsweise zwischen etwa 5 und 25 "o. gemessen als Gewichtsteile in der oxydischen Schlacke.

i" Als metallisches Reduktionsmittel kann Sili/ium. Aluminium. Aluminium-Silizium, Ferrosilizium-Aluminium, Kalzium-Silizium, Kalzium-Aluminium-Silizium oder ähnlich verwendet werden. Bevorzugt verwendet wird Siliziummetall oder eine Aluminium-Silizium-Legierung, die Silizium und Aluminium in einem Verhältnis von mindestens 0,8 : i enthält. Eine hohe Ausnutzung des Siliziums ist mit solchen Legierungen möglich. Offensichtlich regt die Gegenwart des Aluminiums in enger physikalischer Verbindung

an mit dem Silizium das Reduktionsmittel synergistisch an, und ein größerer Teil des Siliziums kann zur Reduzierung des Macnesiumoxyds verwertet werden. Man kann Schrottaluminium als einen Teil des Reduktionsmittels verwenden. Die Bezeichnungen AIuminium«. »Silizium« und ^Aluminium-Silizium-Legierung«, wie sie hier gebraucht werden, schließen solche Reduktionsmittel ein. welche, wenn sie der Schmelzschlacke in der Reaktionszone eines Reduk-

. tionsofens. wie hier beschrieben, zugefügt werden.

3e metallisches Aluminium Sili/ium oder beide liefern. Um solche Reduktionsmittel zu erhalten, kann Siliziummetall in der Reaktionszone mit einer kleinen Mjiige von Schrottaluminiuni kombiniert werden, obwohl es vorzuziehen ist, die beiden Metalle zu legiercn. bevor das Reduktionsmittel dem Ofen zugeführt wird. Der Ausdruck -»Aluminium', schließt Schrottaluminium ein, und der Ausdruck »Ahiminium-Silizium-Legierung« schließt cine Mis "hung aus Sitiziummetall und Aluminiummetall ein.

Aus wirtschaftlichen Gründen kann teilweise eine Ferrosiliziumlcgierung vorgezogen werden, z. B. eine Ferrosilizium-Aluminium-Legierung, die etwa 0 bis 25 Vn Eisen. 40 bis 65 ⁰O Silizium und 20 bis 25 ⁿ η Aluminium enthält, und zwar besonders im Hinblick auf die leichte Verfügbarkeit solcher Aluminium-Silizium-Legierungen. Solche Legierungen können durch Schmclzvcrfahren im Elektroofen, die allgemein bekannt sind, hergestellt werden. Da der Aluminiumgehalt der Legierung steigt, ist eine kleine Menge Eisen erwünscht oder manchmal sogar notwendig, um übermäßige Verflüchtigung des Aluminiums und Siliziums aus dem Ofen zu verhindern Allgemein wird angenommen, daß der Aluminium gehalt dieser Legierungen aus praktischen Gründer auf ein Maximum von etwa 60 ° ο begrenzt ist. It solchen Fällen ist der Eisengehalt gewöhnlich größe p.!s etwa 5 ° o. Andererseits ist es für eine maximal· Ausnutzung des Siliziumgehalts wünschenswert, einei verhältnismäßig geringen Eisengehalt im erfindungs gemäß verwendeten Reduktionsmittel vorliegen zi haben. Aber dieser wünschenswerte Vorteil muß ge gen den günstigen Effekt des Eisengehalts auf di Kosten der Herstellung der Reduktionsmittellegie rung, wie bereits oben erwähnt, abgewogen werder Ein Eisengehalt von ungefähr 10°/o erscheint b< Berücksichtigung dieser Faktoren zufriedenstellenc er kann jedoch höher oder niedriger sein, ohne da vom Bereich der Erfindung abgewichen wird, be

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spielsweisc im Bereich von 0 bis 25 "Ό. Wie allgemein muß. um das Abstichloch zur Entleerung des Ofens

bekannt ist, sind manchmal Titan und andere metal- zu erreichen. Somit ist das Problem der Schlackcn-

lische Oxyde in rlen für die Herstellung einer Alu- viskosität nicht so groß wie in den meisten mctall-

minium-Silizium-Legierung verwendeten Rohmate- urgischen Verfahren, es ist aber trotzdem ein Faktor,

rialien vorhanden, und das entsprechende Metall ist 5 der der Aufmerksamkeit bedarf,

daher manchmal in der hergestellten Legierung zu Im allgemeinen wird die Zusammensetzung der

finden. Das Vorhandensein solcher Hegleil-Metalle Sehlacke beim vorliegenden Verfuhren haiiplsäeh-

stört die Durchführung des Verfahrens der vorliegen- lieh bestimmt durch das Verhältnis von Aluminium

den r.inndung nicht und kann durch geeignete metall- zu Silizium als Reduktionsmittel, dessen Ausnutzung

urgischc Verfahren tragbar gemacht werden oder io aus Gründen der Wirtschaftlichkeit so hoch wie

abgestellt werden. möglich sein sollte, und den Mengen des Magnesium-

1 ine andere bevorzugte Legierung ist hochwertiges ox\ds. die als Magnesia und als dolomitischcr Kalk

Silizium, das heißt eine Legierung, die etwa SO bis oder als andere Hrzc eingeführt werden, sowie auch

·)').75"η Silizium. 0.25 bis 15 "·Ό F.iscn und 0 bis die als Flußmittel verwendete Menge des Magne-

20 'Ι, Aluminium enthält. Hochwertiges Silizium ist 15 siumoxyds (wenn überhaupt).

von besonders günstiger Wirkung auf die Förderung Normalerweise reicht die Diffusion des Magncder Reaktion, wie in meiner am heuligen Inge ein- siumdampfes allein für die Massenüberführung \om gereichten Patentanmeldung P 21 15 320.4 dargc- Reaktor zum Kondensator aus. Falls erwünscht, legt ist. kann jedoch ein Strom von inertem Gas in den Ofen Die Oxydschlacke enthält gewöhnlich cine Mi- 20 eingeführt und durch den Kondensator geleitet schling aus Kalzium. Aluminium und Siliziumoxyden, werden, um den FIuLi des Magnesiums zum Kondenmanchnial Kalzium-Aluminium-Silikat oder Kalk- sator zu erhöhen, wobei gerne ein Rücklaufsystem Aluminium-Silikalschlacke genannt, in Vorbindung benutzt wird, um das inerte Gas wiederzugewinnen, mit dem Magnesiumo\ydrcaklionsmittel. Lines oder Auf jeden Fall hat das. inerte Gas, wie oben erläutert, mein ere dieser Oxyde können natürlich ein Produkt as im wesentlichen statisch zu sein, und die Masscnder Reaktion sein, abhängig von dem verwendeten überführung des Magnesiunidampfes muß haupt-Reduktionsmittel, welches zugleich mit dem Ver- sächlich durch Diffusion erfolgen. Sogar mit diesen brauch von Magnesiumoxyd die Schlackenzusam- Einschränkungen habe ich festgestellt, daß eine Konmenselzung beim Fortgang der Reaktion ändern trolle des Flusses des im wesentlichen statischen könnte. Die Zusammensetzung der Schlacke beträgt 30 Gases, »im swiiisLucn Zustand bis zu der VVwV,-in jedem Fall etwa 10 bis 60" 0 Kalziumoxyd. 0 bis geschwindigkeit, welche gleich ist der relativen Flicß-35 "η Aluminiumoxyd. 20 bis :SO °'n Siliziumoxyd und geschwindigkeit des Magnesiumdampfes, ein prak-2 bis 25" π Magnesiumoxid, gemessen nach der L^:nt- tischcs Mittel zur Kontrolle des Systems liefert. Wie feinung aus der Reaktionszonc. Aluminiumoxyd oben erwähnt, bildet das inerte Gas eine Tcilsperre würde natürlich nur dann nicht vorhanden sein. 35 für den Fluß des Magncsiumdampfcs zum Kondenwcnn das Reduktionsmittel kein Aluminium enthält. sator — ein erhöhter Partialdruck des Magnesiums In diesem Falle, oder wenn der Aluniiniumoxyd- oberhalb der Schlacke ist dabei erforderlich — bis gehalt geringer als erwünscht sein sollte, kann Alu- ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen Magnesiumminiumoxyd als solches oder als Bauxit oder Ton produktion und Dilfusionsgeschwindigkcitcn erreicht der Schlacke zugesetzt werden. 40 worden ist. Da ein Zusammen'^eßcn des inerten Die Temperatur der Schlacke und folglich des Gases mit dem Magnesiumdampf bewirkt wird, be-S\stems hängt in erster Linie von der Schlacken- ginnt diese Sperre zu fallen, und folglich wird die zusammensetzung ab (d. h., sie muß geschmolzen Notwendigkeil einer Erhöhung des Magnesiumsein), aber die Temperatur beträgt normalerweise druckes verringert. Mit anderen Worten, die Magnemindeslens 1300 C. und vorzugsweise etwa 1400 45 siumdiltusionsgeschwindigkeit wird durch das sich bis 1700 C. Im Verfahren der vorliegenden FLrfin- bewegende inerte Gas gefördert. Bei glcichb. Senden dung ist es in hohem Maße wünschenswert, in der anderen Faktoren erhöht sich die Magnesium-Reaktionszone eine Temperatur von mindestens etwa Produktionsmenge. Ferner wird der Gehalt an Ver-1400 C" aufrechtzuerhalten, um gute Reaktions- unreinigungen in dem Produkt ein wenig erhöht, bedingungen /u fördern, jedoch sind Temperaturen. 50 da keine entsprechende Verminderung des Teildie höher a's etwa 1700' C sind, unerwünscht, da druckes der verdampften Verunreinigungen erfolgt, sie schwierige Konstruktion- und Arbcitsproblcmc Auf diese Weise kann durch die Kontrolle des mit sich bringen. F.s ist daher angebracht, eine Flusses des inerten Gases eine beachtliche Kontrolle Schlacke zu verwenden, deren Schmelzpunkt nicht der Produktion des Magnesiums nach der vorlicgenhöhcr als bei ungefähr 1600' C liegt, so daß aus- 55 den Methode erzielt werden. So wird eine Kontrolle reichend zusätzliche Wärme angewendet werden der Produktionsmenge und der Reinheit des Prokann, um eine ausreichende Dünnflüssigkcit der duktes erreicht. Durch diese Kontrolle kann zum Schlacke zu erzielen, ohne daß übermäßig hohe Beispiel die gleiche Kombination von Magncsiumerz, Temperaluren erforderlich sind. Somit wird eine Reduktionsmittel. Schlacke und Arbeitsbedingungen Temperatur von ungefähr 1400 bis 1700^C in der 60 angewandt werden, um entweder Magnesium vor Rcaktionszon«: bevorzugt, obwohl in einigen Fällen hochwertiger Reinheit oder Magnesium von etwa« höhere oder niedrigere Temperaturen geeignet sind geringerer Reinheit, falls eine hochwertige Rcinhcil und erwünscht sein können. nicht erforderlich isl. herzustellen. Der Fluß de; F.s ist bemerkenswert, daß andererseits Schlacken inerten Gases kann gleichfalls angeglichen werden mil verhällnismiilVi}· höhet Viskosität beim erfin- C5 um den Beginn der Reaktion 7U erleichtern, ζυττ (liingsgi-niäßen Verfahren veiwendet werden können, Beispiel durch eine Förderung der Reaktion bc da im Ofen Kein Bett aus lisiem Material notwendig hohem Fluß und anschließendes Zurückgehen au isi durch wi iches die Schlacke ihren Weg linden eine statische Atmosphäre, wenn die idealen Be

dingur.gcn in der Reaktions-Kondensations/one annähernd erreicht sind.

Folglich besteht eine bevorzugte Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens in der Kontrolle des Grades der Verunreinigungen im Produkt Magno shim bei einem inetallothermischen Verfahren zur Herstellung von Magnesium durch Reduktion von Magnesiumoxyd, wobei Magnesiumoxyd und ein metallisches Reduktionsmittel in Gegenwart eines geschmolzenen oxydischen Schlackenbades reagieren, und Magnesiumdampf aus der Reaktionszone in die Konuensationszone vornehmlich durch Diffusion entweicht, und wobei die molare Fließgeschwindigkeit des inerten Gases von der Reaktionszone zur Kondensationszone niedriger ist als die molare FliedgescYrwincligkeit des Magnesiumdampfes, die Bereitstellung von Möglichkeiten zur Kontrolle der Fließgeschwindigkeit des inerten Gases eingeschlossen.

In der Durchführung eines Verfahrens, wie es beschrieben worden ist, können kleinere Verunreinigungen in den Rohmaterialien, die dem System zugeführt werden (z. B. Reste von CO., und Η.,Ο im oxydischen Teil der Füllung und Luft, die bei den Rohmaterialien in den Fülltrichtern gefunden wird), ihren VVe;., in den Ofen finden und Gase erzeugen, wie H., oder CO, die aus dem System entfernt werden sollten. Diese Gase können, wenn es erforderlich ist, durch Ablassen des inerten Gases, in dem sie als Verunreinigungen vorhanden sind, entfernt werden, um eine unerwünschte Erhöhung des Drucks zu verhindern.

Die Durchführung dei vorliegenden Verfahrens unter relativ hohem absolutem Druck setzt bedeutend das Eindringen von Luft in das System herab. Diese Herabsetzung ist vorteilhaft, da das Vorhandensein von Luft die Reaktion von Sauerstoff und Stickstof mit dem Magnesiumprodukt zur Folge hat, so daß

ίο nicht nur die Ausbeute verringert wird, sondern auch ein Ansetzen von festem Stoff an den Wänden des Systems erfolgt. Insbesondere die Verminderung fester Stoffe auf den Wärmeübertragungsoberfiächen erhöht wesentlich die Leistung des Kondensators und verlängert die Zeitspanne zwischen den Stillegungen. Darüber hinaus ermöglicht ein hoher absoluter Druck, besonders in Nähe des Atmosphärendrucks, die Durchführung des Verfahrens als kontinuierliches oder halbkontinuierliches Verfahren mit entsprechenden Vorteilen, wie der erleichterten Entfernung von verbrauchter Schlacke, verbrauchter Legierung und des Magnesiumprodukts. Ferner kann sogar, wenn ein nichtkontinuierliches Verfahren angewendet wird, die Notwendigkeit eines hermetisch versiegelten Reaktions-Kondensationssystems herabgesetzt werden, und Probleme, wie das dec Aufhebung des Vakuums, können entweder vollständig oder wenigstens fast vollständig vermieden werden.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verl ihren zur ^llerstellung von Magnesium

in einem Keakiions-Kondensationssysiem durch Einbringen von Magnesiumoxyd und -:ines metallischen Reduktionsmittels in die Reaktionszone eines Reduktionsofens in Gegenwart eines geschmolzenen Oxydschlackenbades bei Schmelztempeiatur. svobei der entstehende Magnesiunidampf aus der Reak'ionszone in die Kundensationszone in Gegenwart eines inerten Gases übergeführt und dort kondensiert v.iul, dadurch g e k e η η ζ e i c h υ e t, daß eine im wesentlichen statische Atmosphäre des inerten Gases im Dampfraum der Reaktions-Kondensationszone aufrechterhalten wird und daß die Überführung des Magnesiumdampfes aus der Reaktionszone in die Kondensationszone vorwiegend durch Dillusion durch das inerte Gas hindurch u>r sich ght.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Gas Wasserstoff, Helium, Argon oder Mischungen davon verwendet werden.

Jt. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzcVlinet, daß als metallische Reduktionsmittel Aluminium, Silizium oder eine Aluminium-Silizium-Lciiieruiig verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als I'artialdruck des inerten Gases in dem Sys 1 em mindestens 0,05 atm aufrechterhalten werden.

V VVifahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die molare Strömungsgeschwindigkeit des Magnesiumdampfes aus der Reaktionszone ^:n die Kondensationszone größer als die molare Strömungsgeschwindigkeit des inerten Gases gehalten wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Partialdruck des inerten Gases in der Kondensationszone größer als der Radialdruck des Magnesiumdampfes in der Reaktionszone gehalten wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die molare Strömungsgeschwindigkeit des Magnesiumdampfes mindestens doppelt so hoch wie die molare Strömungsgeschwindigkeit des inerten Gases gehalten wird. r,o

8. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, Ja8 als absoluter Druck des Systems etwa 0,25 bis 1,5 atm eingestellt werden.

9. Verfahren nach den Ansprüchen ! bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Strömungsgeschwindigkeit des inerten Gases aus der Reaktionszone in die Kondensationszone durch eine Kontrollvorrichtung geregelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch ge- 6" kennzeichnet, daß die Kontrolle der relativen Strömungsgeschwindigkeit des inerten Gases in der Weise ausgeübt wird, daß man es aus der Kondensationszone entfernt und wieder der Reaktionszone zuführt.

Die vorliegende Erfindung betrilft die Herstellung von Magnesfummetall durch metal lothermische Reduktion von Magnesiumoxyd bei erhöhten Tempe laiuren. Sie Ivtriffi insbesondere ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren, bei dem me'.allisches Silizium, gewöhnlich in Form einer J-errt>siliziumlegierur,g, und Magnesiumoxyd, gewöhnlich in Form von kalziniertem Dolomit, in einem iüektroofen-Kondensor-System, welches gewöhnlich unter Hochvakuum gehalten wird, aufeinander einwirken.

In einem solchen Verfahren, welches als »Magnethernix-Veifahren bekannt ist, findet die Oxydation des Siliziums und die Reduktion des Magnesiumoxyds in Gegenwart eines Bades aus ijeiv'.molzener Schlacke bei Temperaturen von mehr als etwa Ι30υ bis 1400⁰C statt. In diesem Verfahren wird die Reaktionszone unter Vakuum gehalten, da das Magnesiumprodukt mittels Destillation aus der Reaktionszone entfernt wird (»Magnesium by the Magnetherm Process«, C. Fa ure et al., J. Metals [Sept. 1964), S. 721 bis 723). Unter dem Hochvakuum entwickelt sich Magnesiumdampf bei sehr niedrigem Partialdruck und wird anschließend zu geschmolzenem oder !"estern Magnesiummetall kondensiert. Periodisch werden >>verbrauchtem Ferrosiliziumiegierung und eine große Menge Schlacke aus dem Ofen in geschmolzener Form abgestochen. Da das Ofen-Kondensor-System unter Hochvakuum gehalten wird, um die gewünschte Reaktion und die Verdampfung des Magnesiumproduktes zu fördern, ist es erforderlich, daß das Vakuum aufgehoben und der Vorgang unterbrochen wird, um periodisch Schlacke und verbrauchte Legierung aus dem Ofen zu entfernen. Das Verfahren ist folglich im wesentlichen ein nichtkontinuierliches Verfahren.

Die Anlage, in der ein solches Verfahren ausgeführt worden ist, enthält in Reihenfolge: Zufuhrbehälter, in denen das Rohmaterial gelagert wird, und aus welchen es dem Ofen durch Leitungen oder Rohre zugeführt wird; den eigentlichen Ofen, in dem die Reduktionsreaktion stattfindet; einen Durchgang oder Kanal, durch den der in der Reaktion freigesetzte Magnesiumdampf geleitet wird; einen Kondensator, in dem der Magnesiumuampf zu geschmolzenem Metall kondensiert wird; und ein mit dem Kondensator verbundenes Gefäß oder einen Schmelztiegel, worin das geschmolzene Magnesium aufgefangen wird.

Hin solcher Vorgang erfordert die periodische Entfernung der geschmolzenen Produkte aus der Anlage. Ein Abstechen des Ofens unter Hochvakuum zur Entfernung der geschmolzenen Schlacke und des verbrauchten Reduktionsmittels ist unpraktisch, und es ist schwierig, das geschmolzene Magnesium aus dein Schmelztiegel unter Hochvakuum zu entfernen. Die Arbeitsweise des Magnethermverfahrens besteht darin, die Reaktion periodisch anzuhalten und dann das Vakuum aufzuheben, so daß der Ofen abgestochen und der Schmelztiegel entfernt werden kann. Sobald der Ofen verschlossen, und der Schmelztiegel durch einen neuen ersetzt worden ist, wird der Ofen wieder ur.ter Vakuum gesetzt und der Vorgang erneut begonnen.

Ein solches Verfahren wurde bisher nur in kleinem kommerziellen Maßstab durchgeführt, im Gegensatz zum heute angewandten Verfahren für die Herstellung von Magnesium in großem kommerziellen