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Verfahren zur elektrothermischen Reduktion magnesiahaltiger Rohstoffe
Zur Gewinnung von Magnesium durch Reduktion magnesiahaltiger Rohstoffe ist u. a.
auch die Verwendung eines Lichtbogenofens bereits vorgeschlagen worden. Dabei wurde
vorgesehen, eine Mischung von Magne'siumoxyd oder Magnesiumcarbonat mit Kohle, gegebenenfalls
unter Zugabe von Teer als Bindemittel, als Elektrode zu verwenden und in einer Wasserstoff-
oder Kohlenwasserstoffatmosphäre zu arbeiten, wobei Magnesiumdampf und gleichzeitig
Wasserdampf gebildet und durch im Überschuß verwendeten Wasserstoff .aus dem Ofen
weggeführt werden sollte. Die Kondensation des Magnesiumdampfes sollte unterhalb
r2oo° C erfolgen und das Metall so von den übrigen Gasen bzw. dem Wasserdampf getrennt
werden.
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Dieser Vorschlag stellte sich von vornherein als ein technisch hoffnungsloses
Unterfangen dar, da Magnesium bekanntlich sowohl durch Wasserdampf wie auch durch
das bei der Reaktion einer -kohlenstoffhaltigen Elektrode sich notwendigerweise
bildende Kohlenstoffmonoxyd alsbald reoxydiert werden mußte.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Reduktion von magnesiahaltigen
Rohstoffen im elektrischen Ofen durch Silicium (Ferrosilicium) und/oder Aluminium
oder andere keine gasförmigen Oxydationsprodukte liefernde Reduktionsmittel, bei
dem die Einführung des Reaktionsgemisches in den Ofen durch eine metallische Hohlelektrode
erfolgt.
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Die Umsetzung von Magnesia bzw. magnesiahaltigen Rohstoffen mit Hilfe
von Silicium (Ferrosilicium) undioder Aluminium ist än sich bekannt. Soweit man
aber für die Durchführung dieser die Anwendung von Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes
der Reaktionsrückstände, also das Arbeiten mit flüssiger Schlacke, in Vorschlag
brachte, wurde die Verwendung eines elektrischen Schachtofens vorgeschlagen, in
dem das Reaktionsgemisch zwischen einer eisernen Bodenelektrode und' einer stabförmigen
Kopfelektrode aus Kohle durch Widerstandsbeheizung zum Schmelzen bzw, auf die Reaktionstemperatur
gebracht wurde. Die Einführung des Reaktionsgemisches erfolgte dabei durch eine
seitliche Öffnung unterhalb des Schlackenspiegels mit Hilfe eines sich hin und her
bewegenden Kolbens.
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Es hat sich nun überraschenderweise ergeben, daß die kontinuierliche
Einführung des Reaktionsgemisches durch eine in der Achse des Ofens, also-, senkrecht
zum Schlackenspiegel angeordnete, metallische, vorzugsweise eiserne Hohlelektrode
möglich ist. Dabei beginnt nämlich die Reaktion bereits im untersten Teil der Elektrode,
also dicht oberhalb der Übergangsstelle des Stromes zum flüssigen Schlackenspiegel
bzw. der Ansatzstelle des Lichtbogens unter Bildung einer Verschlußkuppe aus gesinterten
bäw. geschmolzenen Reaktionsrückständen, die einerseits ein Herabfallen.-der darüberlagernden
Mischung in den Schlackensumpf auch ohne Anwendung besonderer Bindemittel verhindert,
andererseits aber infolge ihrer verhältnismäßig guten Leitfähigkeit
einen
Stromübergang bzw. ein Ansetzen des Lichtbogens auf der ganzen Querschnittsfläche
der Elektrode gewährleistet.
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Die Vorteile dieses Verfahrens gegenüber.; dem Bekannten bestehen
einmal darin, daß die -Reaktionszone frei über der Schlacken---, schmelze steht,
so daß die sich entwickelnden:. Magnesiumdämpfe rasch und ungehindert entweichen
bzw. in an sich bekannter Weise durch einen Wasserstoffstrom aus -dem Ofen in den
Kondensationsraum geführt werden können. Weiter sind im Reaktionsrauxri keinerlei
kohlenstoffhaltige Teile' (Graphitelektroden) vorhanden, so daß die Möglichkeit
einer Reoxydation des gebildeten Magnesiumdampfes durch Kohlenoxyd vollkommen entfällt.
Endlich erfolgt auch der Nachschub des Reaktionsgemisches selbsttätig im Maße der
Nachstellung der Elektrode unter Fortfall mechanisch bewegter, schwierig abzudichtender
Teile, zumal die Reaktionsmischung in der Hohlelektrode selbst abdichtend wirkt.
Die Umsetzung erfolgt, wie die Erfahrung gezeigt hat, vollkommen ruhig und gleichmäßig.
-Die gemahlene und gut gemischte Beschickung kann lose in die Hohlelektrode eingefüllt
werden. Ein Feststampfen oder die Zugabe besonderer Bindemittel ist im allgemeinen
nicht erforderlich; doch können gegebenenfalls zweckmäßig wasserfreie, anorganische
Salze, insbesondere Chloi-icle, wie Mg Cl, in geringen Mengen als solche
Verwendung finden. Im allgemeinen erweist es sich als zweckmäßig, im Interesse einer
einfachen Entfernung der oxydischen Reaktionsprodukte aus dein Ofen auf eine dünnflüssige,
abstechbare Schlacke hinzuarbeiten, was am einfachsten dadurch geschieht, daß dein
Reaktionsgemisch ohne Änderung des günstigsten Verhältnisses von 4. Mol Base (MgO
bzw. Mg O + Ca O) auf 1 Mol Silicium Kieselsäure (Sand) oder Tonerde bzw. Ton, gegebenenfalls
auch Flußspat zugesetzt wird. Hierdurch wird gleichzeitig eine gute Ausbildung der
Verschlußkuppe am unteren Ende der Elektrode begünstigt. Auf eine Abbindung des
Reaktionsgemisches mit den sonst üblichen kohlenstoffhaltigen Stoffen, wie Teer,
i'!ech u. ä., wird jedoch bewußt verzichtet, um die Entstehung von Kohlenoxyd unter
allen Umständen zu vermeiden. Während in Hohlelektroden geringeren Durchmessers
die sich bei der Reaktion ausbildende Ver schlußkuppe ohne weiteres imstande ist,
die Last der darüberlagernden, noch nicht umgesetzten losen Beschickung zu tragen,
erweist sich bei größerem Elektrodendurchmesser die Zumischung metallischer Stoffebzw.Einlagen
(Magnesium-, Eisen- oder Aluminiumspäne, Blechstreifen u. ä.) zur Beschickung zwecks
Erhöhung des Zusammenhaltes derselben und zur Verbesserung des Lichtbogenansatzes
als nützlich.
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. Die Hohlelektrode selbst besteht zweckmäßig aus Eisen oder Aluminium
und wird im Maße des Abschmelzens am unteren Rande derselben in den Ofen vorgeschoben,
wobei man sie in an sich bekannter Weise durch Aufschweißen von Ergänzungsstücken
am oberen Rande endlos verlängert. Der Ofen kann entweder unter Vakuum betrieben
oder mit !einer Inertgasatmosphäre (Wasserstoff), zweckmäßig unter geringem Überdruck,
beschickt werden; die sich am Boden sammelnde Schlacke und das von der Elektrode
abschmelzende Metall werden von Zeit zu Zeit abgestochen. Beispiel In einen mit
einer Bodenelektrode aus Eisen ausgerüsteten geschlossenen elektrischen Schachtofen,
der vor Inbetriebnahme mittels einer durch die Decke eingeführten Kohleelektrode
auf etwa laoo° C vorgeheizt wurde, wird ein mit der Reaktionsmischung gefülltes,
zunächst am unteren Ende mit einer Blechscheibe verschlossenes Eisenblechrohr an
Stelle der Kohleelektrode eingeführt und mit der Stromleitung verbunden. Die fein
gemahlene Reaktionsmischung besteht aus a5 Teilen Ferrosilicium (9oprozentig) und,
1oo Teilen gebranntem Dolomit mit 380o Mg O und @o Teilen Kieselsäure (Sand). Bei
Anlegung einer Spannung von 5o Volt tritt sofort Stromleitung ein, und es findet
ein kontinuierliches Abschmelzen der Elektrode unter gleichmäßiger Entwicklung von
Ma.-gnesiumdampf statt. Die Hohlelektrode wird im Maße des Verbrauchs nachgestellt,
derart, daß die Stromstärke auf möglichst gleichmäßiger Höhe gehalten wird. Gleichzeitig
wird dem Ofen durch eine seitliche Zuleitung Wasserstoff zugeführt; die sich entwickelnden
Magnesiumdämpfe werden durch diesen in einen Kondensationsraum geführt, wo sie in
an sich bekannter Weise zu metallischem Magnesium verdichtet werden. Auf Zoo Teile
Dolomit ergab sich eine Ausbeute von 16 Teilen metallisches Magnesium. Der Stromverbrauch
belief sich auf 12,5 kWh/kg Mg.' Die sich bildende Schlacke bestand im wesentlichen
aus Calciumsilicaten und enthielt nur noch wenige Prozent Mg0. .
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Die Einführung der Beschickung in elektrische Öfen durch eine Hohlelektrode
aus Kohlenstoff ist an sich bekannt. Bei der bekannten Arbeitsweise vollzieht sich
jedoch die Umsetzung der Beschickung, die durch die Elektrode- als loses Gemisch
in kontinuierlichem Strom in den Ofen eingeführt wird, im Ofenherd, so daß die Hohlelektrode
im übrigen lediglich als Stromzuführung dient und entsprechend
auch
nur im Maße ihres Verbrauschs als.solche nachzustellen ist. Im Gegensatz hlarzu
bilden bei dem vorliegenden Verfahren der metallische, also schmelzbareElektrodenmantel
und die Bieschickung, wenigstens an der Ansatzstelle des Lichtbogens, ein einheitliches
Ganzes; die Umsetzung geht am unteren Ende der Elektrode vor sich, von dem die geschmolzenen
Schlackenrückstände in den Ofenherd abfließen, und die Nachstellung der Elektrode
muß dementsprechend im Maße des Verbrauchs der Beschickung erfolgen.