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Verfahren zur Gewinnung von metallischem Magnesium Die Gewinnung von
Magnesium durch Reduktion von i@Iagncsiumoxyd mit Kohle begegnet der großen Schwierigkeit,
daß das Metall vermöge seiner sehr großen Verwandtschaft zu Sauerstoff schon bei
einer Temperatur wenig unter der Reduktionstemperatur mit dem gebildeten Kohlenoxyd
stürmisch unter Rückbildung- von Ma gnesiuinoxyd und Kohle reagiert. Diese rückläufige
Reakticm reicht bis in die Tcinpcraturgcbicte unterhalb von ¢50°C. Man läßt daher
die Reaktion in einer indifferenten oder reduzierend-eji Gasatmosphäre, vorzugsweise
in einer Wasserstoffatmosphäre, vor sich gehen, und zwar unter Durchführung eines
starken Gasstromes, um die Reaktionsgase zu verdünnen und gleichzeitig die bei dem
Verfahicnsgang entstehenden Magnesiumdämpfe durch den Gasstrom rasch aus dem Reaktionsraum
herauszuschaffen. -An dieser Arbeitsweise haben die späteren Vorschläge ausnahmslos
festgehalten. Zu einer wirksamen Verdünnung der Reaktionsgase ist aber der Zusatz
der 5- bis iofaclicn,Menge Wasserstoff auf das gebildete Kohlenoxyd erforderlich.
],Es müssen also neben der festen Reaktionsmischung große Mengen des zur Verdünnung
zugesetzten Gases auf die Reaktionstemperatur (die bei der thermischen Reduktion
von Magnesiumoxyd mit Kohle zwischen 2ooo und 2500°C liegt) miterliitzt werden,
um hernach zum Zwecke der Kondensation von dieser hohen Temperatur auf tiefe Temperaturen
abgekühlt zu werden. Hierdurch wird an zwei Stellen unnütz. Energie verausgabt.
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Die Erfindung zeigt einen Weg zur Vermeidung dieses Übelstandes. Sie
geht von der Erkenntnis aus, daß die Reaktion
bei
hohen Temperaturen fast vollständig nach der rechten Seite der Gleichung
hin abläuft und das Gleichgewicht erst unterhalb der Reaktionstemperatur im umgekehrten
Sinne verschoben ist. Daraus ergab sich, daß es bei Aufrechterhaltung einer entsprechend
hohen Temperatur im Reduktionsraum möglich ist, die zur Verdünnung des Kohlenoxyds
erforderlichen großen Gasmengen nicht schon in der Reaktionszone, sondern erst hinter
dieser zuzuführen, vorausgesetzt, daß das Gemisch der Reaktionsprodukte mit dem
Verdünnungsgas sodann beim Austritt aus dem Reduktionsraum plötzlich auf jene niedere
Temperatur abgekühlt wird, bei der metallisches Magnesium und entsprechend verdünntes
Kohlenoxyd nebeneinander beständig sind. Mit dem Vorschlag, bis zum Verlassen des
geheizten Reduktionsraumes eine Abkühlung des Dampf-Gas-Gemisches und damit eine
Umkehrung der Reaktion ohne besondere Verdiinnung der Gaspliasc zu vermeiden und
die
Verdünnungsgase den dampf- und gasförmi--en Reaktionsprodukten
erst an der Stelle zuzusetzen, wo diese den geheizten Reaktionsraum verlassen, ist
eine die einschlägige Technik beherrschende Maßnahme grundsätzlich verlassen worden.
Die Reduktionstemperatur wurde natürlich in allen Fällen erreicht, aber sie wurde
keineswegs bis zum Verlassen der Dämpfe und Gase aus dem l,'#eaktionsraum aufrechterhalten.
Es ist unvermeidlich, daß die Dämpfe und Gase durch große Mengen eines Verdünnungsgases,
die im Reaktionsraum hinzutreten, schon am Wege zur Kondensationsvorrichtung abgekühlt
werden, -was die Verschiebung des Gleichgewichts nach links zwangsläufig zur Folge
hat.
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Demgemäß besteht das Wesen des erfundenen Verfahrens darin, daß bei
der Gewinnung von metallischem Magnesium aus iVIagnesiumoxyd oder Magnesiumoxyd
enthaltenden oder Magnesiumoxyd liefernden Ausgangsstoffen durch Reduktion mit Kohle
und Verflüchtigung des Magnesiums die dampf- und gasförmigen Reaktionsprodukte bis
zum Verlassen des Reduktionsraumes auf einer so hohen Temperatur gehalten werden,
daß das Gleichgewicht der Reaktion Mg O + C ' A4- + C O bei geringer Verdünnung
der Ofenatmosphäre durch Wasserstoff oder ein anderes gegen Magnesium inertes oder
reduzierendes Gas oder selbst ohne jeden Zusatz eines solchen Gases praktisch nach
rechts verschoben und dadurch eine Rückoxydation des metallischen Magnesiums durch
das vorhandene Kohlenoxyd vermieden ist, und daß die Reaktionsprodukte beim Austritt
aus dem heißen Reduktionsraum unter Zufuhr von erheblichen Mengen inerter oder reduzierender
Gase auf eine Temperatur, bei der metallisches Magnesium und Kohlenoxyd unter entsprechender
Verdünnung nebeneinander beständig sind, so plötzlich abgekühlt werden, daß das
für eine Rückoxydation der Magnesiumdämpfe gefährliche Temperaturintervall rasch
durchlaufen wird. Hierdurch vermeidet man es ohne Minderung des Erfolges, diese
große Gasmenge auf die Reaktionstemperatur mitzuerhitzen und von dieser hohen Temperatur
auf die Kondensationstemperatur abzukühlen. Zweckmäßig wird das die Verdünnung bewirkende
Gas in gekühltem Zustand eingebracht.
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Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist auf
der Zeichnung dargestellt. Die Fig. i zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt,
und die Fig.2 eine Einzelheit in größerem Maßstab.
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Der elektrische OfenA mit den Elektrodeo B, B1 steht durch ein Rohr
D mit einer Filtereinlage E in Verbindwig. Nahe dem Boden des Ofens iniindet eine
Leitung G, durch die Wasserstoff in den Reaktionsraum eingeführt werden kann. Die
Einrichtungen zur Einführung und Verteilung des Verdünnungsgases sind in dem Auslaßkanal3
für die gas- und dampfförmigen Reaktionsprodukte, der zweckmäßig mit einem Kühlmantel
i versehen ist, angeordnet. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung
ist in der Mittelachse des Auslaßkanals 3 ein wassergekühlter Zylinder z angeordnet,
in dessen Mantel ein mit der Zuleitung 5 des Verdünnungsgases verbundener Hohlring
4 eingesetzt ist, der an der Außenwand Bohrungen 6 aufweist. U m die Herausschaffung
der gas- und dampfförmigen Reaktionsprodukte durch Ejektorwirkung zu unterstützen,
sind diese Bohrungen vorteilhaft derart angeordnet, daß ihre Achse mit der Strömungsrichtung
der abziehenden Gase und Dämpfe einen spitzen Winkel bildet.
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Die Reaktionsprodukte mischen sich beim Verlassen des heißen Ofenraumes
mit dem aus den Bohrungen 6 ausströmenden kalten Verdünnungsgas, z. B. Wasserstoff,
und bestreichen die wassergekühlten Wände des Zylindermantels i und Einsatzes 2,
wodurch eine plötzliche Abkühlung herbeigeführt wird. In der Filteranlage wird der
llagnesiumstaub abgeschieden, während das vom Magnesium befreite Gas durch den Stutzeitl-'
abzieht. Das Gas kann nach Entfernung des bei der Reaktion gebildeten Kohlenoxyds
-wieder in den Ofen zurückgebracht werden.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, bei der Gewinnung von Erdalkalimetallen
oder 'Magnesium durch thermische Spaltung der oxydischen Verbindungen mit Reduktionsmitteln
der Reoxydation dadurch entgegenzuwirken, daß die Kondensation der Dämpfe durch
plötzliche Abkühlung von der hohen Bildungstemperatur auf die Kondensationstemperatur
bewerkstelligt wird, wobei das metallische Magnesium als Staub gewonnen wird. Bei
diesem Verfahren wurde jedoch die. Reduktion mit Aluminium oder Silicium bewerkstelligt,
so daß C O aus dem Reduktionsmittel nicht entstanden ist; überdies ist selbst die
sorgfältige Vermeidung jeder zufälligen Bildung von CO bei diesem Verfahren für
ratsam gehalten worden.
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Bekannt ist auch, mit Gasen gemischte Metalldämpfe mit Hilfe eines
indilferetiteit gasförmigen Kühlmittels zur Verdiclittmg des Metalls abzukühlen.
Es handelt sich bei diesem Vorschlag um Zink, Blei, Silber und Gold. Die Dämpfe
dieser Metalle sind bei allen Temperaturen neben Kohlenoxyd beständig, weshalb denn
auch bei diesem \ Fürfahren vorgeschlagen wird, das aus dein Gewinnungsverfahren
licrr@ilirende Kohlenoxydgas als itidiilerentc,s @asfürmiges hülllmittel
derart
zii benutzen, daß an den Kondensationsraum ein Kühlraum angeschlossen ist, in welchem
das -bei der Kondensation der 1Ietalldämpfe erhitzte Gas zwecks Wiedervenvenduitg
auf die erforderliche Temperatur abgekühlt wird. Durch diesen Vorschlag ist die
Erkenntnis, auf der die Erfindung beruht, und die daraus entsprungene Regel der
Fachwelt nicht zugänglich geworden.