DE2728317A1

DE2728317A1 - Verfahren zur gewinnung von magnesium aus einer heissen gasfoermigen mischung

Info

Publication number: DE2728317A1
Application number: DE19772728317
Authority: DE
Inventors: Servaas Middelhoek
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1976-06-25
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1978-01-05
Also published as: NO772221L; FR2355918A1; BR7704088A; ES460032A1; NL7606941A; JPS532315A; BE855692A; IT1081272B

Description

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCIIAPPIJ B.V. Den Haag, Niederlande

"Verfahren zur Gewinnung von Magnesium aus einer heißen gasförmigen Mischung"

beanspruchte
Priorität:

25. Juni 1976, Niederlande, Nr. 7606941

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Magnesium aus einer heißen gasförmigen Mischung von Magnesium und Kohlenmonoxid.

Eine solche heiße Gasmischung aus Magnesium und Kohlenmonoxid bildet sich bei der Reduktion von Magnesiumoxid mittels Kohlenstoff bei sehr hohen Temperaturen von beispielsweise mehr als 100O⁰C. Während dieser Reduktion entstehen sowohl Magnesium als auch Kohlenmonoxid in Form von Gasen und das Magnesium muß daher aus dieser Gasmischung durch Kondensation gewonnen werden. In der Praxis bietet es jedoch Schwierigkeiten, Magnesium aus einer solchen heißen Gasmischung zu gewinnen, weil infolge des chemischen Gleichgewichtes die beiden Komponenten Magnesium und

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Kohlenmonoxid dazu neigen, sich in Magnesiumoxid und Kohlenstoff umzulagern. Es sind bereits die verschiedensten Gewinnungsverfahren empfohlen worden, doch weisen die meisten davon den schwerwiegenden Nachteil auf, daß das Magnesium in Form eines pyrophoren Festmaterials anfällt und nur mittels schwierig durchzuführender und außerdem kostspieliger Behandlungsschritte in ein festes Metall umgewandelt werden kann.

In der GB-Patentschrift 545 435 bzw. in der US-Patentschrift 2 391 713 wird daher ein Verfahren zur Gewinnung von Magnesium aus einer heißen Gasmischung von Magnesium und Kohlenmonoxid empfohlen, bei dem die Gasmischung durch inniges Kontaktieren mit einem geschmolzenen Metall sehr schnell abgekühlt wird, wobei das Magnesium gleichzeitig von dem geschmolzenen Metall absorbiert wird. Für diesen Zweck sind beispielsweise Blei und Zinn als Metallkomponenten vorgeschlagen worden, weil sie einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisen. Ein Nachteil der Verwendung von Blei besteht jedoch darin, daß es relativ flüchtig ist und daß es außerdem schwierig ist, Magnesium in reiner Form aus der zunächst gebildeten Blei-Magnesium-Verbindung abzutrennen. Zinn ist jedoch ein außerordentlich kostspieliges Metall. Darüber hinaus finden sich für Legierungen aus Magnesium und Blei bzw. aus Magnesium und Zinn nur wenig praktische Anwendungsgebiete.

Es wurde nunmehr gefunden, daß die vorstehend erörterten Nachteile dadurch überwunden werden können, wenn man eine schmelzflüssige Aluminium-Magnesium-Legierung einsetzt. Aluminium-Magnesium-Legierungen werden in der Technik in großem Ausmaß einge-

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setzt und gewünschtenfalls kann das Magnesium daraus leicht durch Destillation rein gewonnen v/erden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Magnesium aus einer heißen gasförmigen Mischung von Magnesium und Kohlenmonoxid, bei dem die Gasmischung durch Kontaktieren mit einer Metallschmelze rasch abgekühlt und das Magnesium gleichzeitig von der Schmelze absorbiert wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung besteht.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Legierung enthält vorzugsweise mindestens 25 Gewichtsprozent und insbesondere mindestens 30 Gewichtsprozent Magnesium. Aluminium-Magnesium-Legierungen mit einem Magnesiumgehalt im Bereich von 30 bis 70 Gewichtsprozent sind besonders zweckmäßig. Alle Legierungen mit einer solchen Zusammensetzung weisen im Phasendiagramm Liquidus-Temperaturen (welche dem Schmelzpunkt der jeweiligen Legierung entsprechen) auf, welche etwa 200°C niedriger liegen als die Schmelzpunkte von reinem Aluminium (660⁰C) bzw. von Magnesium (649°C). Diesbezüglich wird auf das in der Zeichnung beigefügte Phasendiagramm von Aluminium-Magnesium-Legierungen hingewiesen. In dieser Zeichnung ist der Gehalt an Magnesium in Atomgewichtsprozent auf der Abszisse und die Temperatur auf der Ordinate aufgetragen. Der tatsächliche Gewichtsprozentanteil an Magnesium ist auf der oberen horizontalen Achse aufgetragen. Am äußersten linken Ende der Abszisse beträgt daher der Aluminiumgehalt 100 % und auf der äußersten rechten Seite der Abszisse beträgt der Magnesiumgehalt 100 %. Die obere mehrfach gebrochene Linie, welche auch als

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Liquidus-Kurve bezeichnet wird und über die Temperaturpunkte 66O⁰C, 45O°C, 451,5°C, 462°C, 437°C und 6 49°C verläuft, gibt die Liquidus-Temperaturen der betreffenden Metall-Legierungen wieder. Aus diesem Phasendiagramm kann entnommen werden, daß eine Legierung mit einem Magnesiumgehalt von 35 Gewichtsprozent bei einer Temperatur von 45O°C vollkommen im schmelzflüssigen Zustand vorliegt. Mit steigendem Magnesiumgehalt variiert die Liquidus-Temperatur leicht,bis ein unterster Wert für die Liquidus-Temperatur bei einem Magnesiumgehalt von 67,7 Gewichtsprozent erreicht ist. Diese tiefste Temperatur liegt bei 437°C. Mit ansteigenden Magnesiumgehalten nimmt dann auch die Liquidus-Temperatur schnell zu. Daher können im Rahmen der Erfindung Aluminium-Magnesium-Legierungen mit einem Magnesiumgehalt von etwa 30 bis 70 Gewichtsprozent bei relativ tiefen Temperaturen eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Magnesium-Dampfdruck einer Aluminium-Magnesium-Legierung tiefer liegt als der Dampfdruck von reinem Magnesium bei der gleichen Temperatur, wodurch sichergestellt wird, daß eine maximale Absorption des in der Gasphase vorliegenden Magnesiums durch die Legierung erfolgt. Da sich nach dem Abkühlen der Gasmischung das Gleichgewicht wieder erneut einstellen muß, wird das Magnesium in der Aluminium-Magnesium-Legierung absorbiert. Selbstverständlich darf die Aluminium-Magnesium-Legierung nicht so viel Wärmeenergie aufnehmen, daß der Dampfdruck des Magnesiums in der Legierung den gleichen Wert annimmt, den das Magnesium bezüglich seines Partialdampfdruckes in der zu behandelnden Gasmischung hat. Schließlich ist

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es auch von Vorteil, daß sich das Magnesium aus der gebildeten Aluminium-Magnesium-Legierung leicht durch Verdampfen wieder abtrennen läßt, da der Dampfdruck des Aluminiums vernachlässigbar gering ist.

Die gasförmige, Magnesium und Kohlenmonoxid enthaltende Mischung kann in beliebiger Weise mit der aufgeschmolzenen Aluminium-Magnesium-Legierung kontaktiert werden, beispielsweise derart, daß eine große Oberfläche der aufgeschmolzenen Legierung vorliegt, weil sich hierdurch die Absorption des Magnesiums leichter durchführen läßt. Beispielsweise kann der Magnesium enthaltende Dampf im Gegenstrom zu einem Strom von Tröpfchen der flüssigen Legierung geführt werden. Vorzugsweise wird eine Methode angewendet, bei welcher die Legierung in Form kleiner Tröpfchen in die heiße Gasmischung aus Magnesium und Kohlenmonoxid eingesprüht wird.

Vorzugsweise erfolgt das Einsprühen der geschmolzenen Aluminium-Magnesium-Legierung bei dieser Ausführungsform am Kopf der Kühlzone, welche beispielsweise in Form eines Rohres vorhanden ist, und die neu gebildete Legierung wird dann am Boden der Kühlzone gesammelt und entnommen. Bezogen auf die Gewichtsmenge an gasförmigem Magnesium wird für die Kühlung vorzugsweise eine solche Menge an flüssiger Aluminium-Magnesium-Legierung eingesetzt, daß diese gewichtsmäßig den 10- bis 50fachen Wert hat. Eine solche große Menge an Legierung ist erforderlich, weil im allgemeinen ein hoher KUhlgrad erforderlich ist und außerdem das kondensierte Magnesium auch noch in der Legierung absorbiert werden muß.

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Die Temperatur der in die Kühlzone eingespeisten Aluminium-Magnesium-Legierung entspricht im allgemeinen der Liquidus-Temperatur der Legierung oder liegt auch höher. Die Temperatur soll jedoch im allgemeinen einen Wert von 800°C nicht überschreiten, weil sonst die Kühlwirkung nicht ausreicht und zu große Mengen der Legierung benötigt werden. Schon aus Energieersparnisgründen wird die Temperatur im allgemeinen so niedrig wie möglich gehalten.

Temperatur und Druck der zu behandelnden heißen gasförmigen Mischung, die Magnesium und Kohlenmonoxid enthält, können innerhalb weiter Bereiche variieren. Im allgemeinen liegt die Temperatur im Bereich von lOOO bis 2000⁰C und der 133,32 bis 101324,94 Pa (1 bis 760 mm Hg).

tür im Bereich von lOOO bis 2000⁰C und der Druck im Bereich von

Der in der Kondensationszone herrschende Druck kann durch Abpumpen einer größeren oder kleineren Menge von Kohlenmonoxidgas eingeregelt werden.

Die an Magnesium angereicherte Aluminium-Magnesium-Legierung kann entweder abgezogen oder im Kreislauf zurückgeführt werden, gewünschtenfalls nachdem ein Teil des absorbierten Magnesiums daraus entfernt worden ist, beispielsweise durch Destillation, oder es kann auch zusätzliches Aluminium zu der Legierung zugesetzt werden. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, die Legierung im Kreislauf zu führen und abzukühlen, weil sonst zu viel Wärme* energie aus dem System abgezogen wird.

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Ausführungsbeispiel

Eine aus äquimolaren Mengen Magnesium und Kohlenmonoxid bestehende Gasmischung, welche bei der Reduktion von Magnesiumoxid mittels Kohlenstoff bei 1500⁰C erhalten worden ist, wird mit einer Gasgeschwindigkeit von 50 m/sec durch ein vertikal angeordnetes und mit einer Isolierung versehenes Rohr geleitet, das eine Länge von 4 m und einen Durchmesser von 20 cm aufweist. In dieses Rohr werden Tröpfchen einer Magnesium-Aluminium-Legierung eingesprüht, deren Magnesiumanteil 46,8 Gewichtsprozent beträgt. Der mittlere Tropfendurchmesser liegt bei 0,3 mm und zum Zeitpunkt des Sprühens beträgt die Temperatur 46O°C. In dem Rohr wird mittels einer Pumpe ein Druck der Gasmischung von 3333,058 Pa (25 mm/Hg) aufrechterhalten. Durch die Berührung mit den Tröpfchen der flüssigen Metall-Legierung fällt die Gastemperatur scharf ab, so daß gasförmiges Magnesium kondensiert und von den Tropfen der Metall-Legierung absorbiert wird. Die Tropfen der Metall-Legierung werden am Boden des Rohres gesammelt und dann abgezogen. Die abgezogene Legierung hat eine Temperatur von 655°C.

Je kg des gasförmig in das Rohr eingespeisten Magnesiums werden 30 kg der Aluminium-Magnesium-Legierung eingesprüht. Die aus dem Rohr abgezogene Magnesium-Aluminium-Legierung hat einen Magnesiumgehalt von 48,4 Gewichtsprozent. Das bedeutet, daß 96 % des insgesamt als Gas zugespeisten Magnesiums von der flüssigen Magnesium-Aluminium-Legierung absorbiert worden sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von Magnesium aus einer heißen gasförmigen Mischung von Magnesium und Kohlenmonoxid, bei dem die Gasmischung durch Kontaktieren mit einer Metallschmelze rasch abgekühlt und das Magnesium gleichzeitig von der Schmelze absorbiert wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallschmelze aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung mindestens 25 Gewichtsprozent Magnesium enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung mindestens 30 Gewichtsprozent Magnesium enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 30 bis 70 Gewichtsprozent Magnesium enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze in Tröpfchenform in die heiße Gasmischung eingesprüht wird.

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ORIGINAL INSPECTED