-
Verfahren zur Gewinnung von Magnesium Es ist vorgeschlagen worden,
Magnesium durch Reduktion von Magnesiumoxyd mittels Aluminiums in der Weise zu gewinnen,
daß i#lagnesittmoxyd und-Aluminium in gepulverter. Form, in molekulären Mengen gemischt,
erhitzt werden. Hierbei wird das Aluminiumpulver gänzlich in Aluminiumoxyd verwandelt,
und das reine Magnesium soll durch Verflüchtigung ausgetrieben werden. Dieses Verfahren
hat den Nachteil, daß immer erhebliche Mengen von Magnesium in der Schlacke von
Aluminiumoxyd zurückbleiben und die Abscheidung der in Form von Perlen in der Schlacke
eingeschlossenen iG,lagnesiumteile erhebliche Kosten und Schwierigkeiten bereitet.
-
Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten' vermieden, und es
wird Magnesium in guter Ausbeute durch ein im Großbetrieb ausführbares Verfahren
der Reduktion von Magnesiumoxyd mit Aluminium dadurch gewonnen, daß das Aluminium
in solchen Mengen angewendet wird, daß sein überschuß mit dem gebildeten Magnesium
eine Legierung bildet, aus der das Magnesium verflüchtigt wird. Hierbei wird jeder
Verlust an Magnesium vermieden, da das etwa in dem Tiegel zurückbleibende Magnesium
nur in Form einer Aluminiumlegierung vorhanden ist und das gesamte gebildete Aluminiumoxyd
sich als zusammenhängende Schlacke gesondert von dem Metall abscheidet. Es wird
also kein Magnesium durch rückständiges Aluminiumoxyd verunreinigt, und die rückständige
Legierung, die nur eine kleine Menge Magnesium enthält, kann auf das Neue verwendet
werden, indem man sie durch weiteren Zusatz von Magnesiumoxyd anreichert. Ebenso
kann auch der Aluminiumoxydrückstand leicht wieder zur Herstellung von Aluminium
ausgenutzt werden. Vorteilhaft wird die Reduktion bei einer Temperatur ausgeführt,
die gerade über dem Siedepunkt des Magnesiums liegt, um das Magnesium in geschmolzenem
Zustand ohne Bildung von Pulver zu gewinnen.
-
Zur Ausführung des Verfahrens wird Aluminium und Magnesiumoxyd in
einem geschlossenen Gefäß über die Verflüchtigungstemperatur des Magnesiums erhitzt,
und zwar wird das Magnesiumoxyd vorteilhaft in Stükken oder in Form einerbrikettiertenMischung
aus Magnesiumoxyd und Kohle in das geschmolzene Aluminium eingebracht, um die Oberflächenspannung
des Schmelzbades zu überwinden. Der gebildete Magnesiumdampf
wird
alsdann verdichtet. Bei der Temperatur von etwa 1zoo bis 130o° C, die zur-Ausführung
des Verfahrens nach der Erfindung er-. forderlich ist, hat Aluminium eine äußey@@t.`
zerstörende Einwirkung auf alle benutzt:al; feuerfesten Schmelztiegel oder Ofenfuttqrr;.
Wird z. B. magnesiumhaltiges Aluminium von; außen in einem Tiegel erhitzt, so wird
das Verfahren durch die hohen Kosten, die durch die Zerstörung des Tiegels bedingt
werden, unwirtschaftlich.
-
Es ist deshalb von Wichtigkeit, bei der Ausführung des Verfahrens
nach der Erfindung einErhitzungsverfaliren zu benutzen, bei welchem die Wärme innerhalb
der Masse des Metalls selbst entwickelt und der verwendete Tiegel nur durch Wärmeleitung
von dem heißen Metall aus erwärmt wird.
-
Ein sehr zweckmäßiger Weg zur Ausführung der Erfindung besteht darin,
daß die Magnesium-Aluminium-Legierung in einem Hochfrequenzofen erhitzt wird, 'der
mit Kohle oder mit einem anderen geeigneten Stoff ausgekleidet ist.
-
Die zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung erforderliche
Magnesium-Aluminium-Legierung kann in der Weise hergestellt werden, daß geglühter
Magnesit in Stücken von einer hinreichenden Größe, um die Oberflächenspannung des
geschmolzenen Aluminiums zu überwinden, in einen Schmelztiegel eingebracht wird,
der Aluminium enthält, das in geschmolzenem Zustande gehalten wird. Die Magnesitstücke
sinken dann unter die Oberfläche des geschinolzenenAluminiums und werden ruhig zumetallischemMagnesium
reduziert, welches ,sich mit dein überschüssigen Aluminium zu einer Legierung verbindet,
während das bei dem Verfahren gebildete Aluminiumoxyd sich rings an den Seiten des
Tiegels sammelt. Die gebildete Legierung wird in einem Hochfrequenzofen erhitzt,
ohne die Legierung von dem Rückstand zu trennen, der aus Legierungsteilchen besteht,
die in Aluminiumoxyd fein verteilt sind, das bei der Reduktion gebildet wird.
-
Es ist indes nicht notwendig, eine Aluminiumlegierung vorher herzustellen.
Vielmehr kann auch metallisches Aluminium in einem Tiegel unter Zusatz von geglühtes
Magnesit oder Magnesiunioxyd enthaltendem Gut in Stücken von genügender Größe, um
die Oberflächenspannung des geschmolzenen Aluminiums zu überwinden, bei einer Temperatur
oberhalb der Verflüchtigungstemperatur des Magnesiums geschmolzen «erden. Alsdann
reduziert das Aluminium das Magnesiumoxyd, und das gebildete Magnesium legiert sich
mit dem Aluminium. Das Magnesium wird sogleich verdampft und kann in einer geeigneten
Kammer verdichtet werden. Auf diesem Wege kann die Reaktion fortgesetzt werden,
bis der Hauptteil des Aluminiums in Oxyd verwandelt ist.
-
. Das Verfahren nach der Erfindung hat den "@,roßen Vorteil, daß kein
Wasserstoff erfor-;lerlich ist, um eine umgekehrte Reaktion zu :verhindern, und
daß keine besonderen Mittel notwendig sind, um die Vorrichtung vor oder während
der Reaktion luftleer zu machen. Die geringe Menge Luft, die anfangs in der geschlossenen
Kammer, in welcher die Reaktion ausgeführt wird, enthalten ist, reagiert zu Beginn
des Verfahrens mit dem zuerst gebildeten Magnesium, wobei eine geringe Menge Oxyd
und Nitritstaub erzeugt wird; der die dann folgende Verdichtung des Metalls nicht
stört.
-
Bei der Ausführung der Destillation kann das Verdichtungsrohr in ein
Ölbad eingetaucht werden, und das verdichtete Magnesium fällt in dieses Ölbad in
großen Stücken Herab, welche nach der Reinigung, z. B. unter einem Flußmittel, leicht
zusammengeschmolzen werden können.
-
Da der Dampfdruck des Aluminiums unter den Reduktionsbedingungen praktisch
Null ist, so enthält das auf diesem Wege verdichtete Magnesium nicht einmal Spuren
von Aluminium und ist auch in anderer Beziehung chemisch rein.
-
Es hat sich unter Umständen als nützlich erwiesen, den Tiegel mit
dem geglühten Magnesit mit Stücken zu beschicken und alsdann eine Belastungsscheibe
von einer Größe darauf zu stellen, die fast vollständig die Innenseite des Tiegels
bedeckt, indes einen genügenden Raum zwischen der Seitenwandung des Tiegels und
der Scheibenwandung läßt, so daß das Metall lierabtropfen kann. Nachdem die Scheibe,
die vorzugsweise aus Graphit besteht, auf die Beschickung von calciniertem Magnesit
gestellt ist, wird geschmolzenesAluminium oder eineAluminium-Magnesium-Legierung
eingegossen. Dieses Metall bringt die Scheibe und etwas von dem geglühten Magnesit
unter dieser zum Hochschwimmen. Der geglühte Magnesit ist auf diesem Wege von Anfang
der Reaktion an mit Aluminium umgeben, wodurch eine schnellere und gründlichere
Reaktion zwischen den Magnesitteilchen und dein Aluniinium gesichert wird. ?`ach
Beendigung der Destillation wird das noch geschmolzene :Metall durch Neigung des
Tiegels entfernt, die Scheibe wird dann herausgenommen und schließlich der Rückstand
entfernt. Die Scheibe kann immer wieder benutzt werden.
-
Bei Verwendung einer solchen Scheibe besteht auch die Möglichkeit,
an Stelle von geglühtem stückförmigem Magnesit Brikette atis feinem geglühtem Magnesit
und Kohle
zu benutzen, die unter die Scheibe gelegt werden.
-
Zunächst tritt die Reaktion zwischen dem geglühten Magnesit und dem
Aluminium ein. Die Brikette behalten zwar ihre Form, bestehen aber hauptsächlich
aus Aluminium, Aluminiumcarbid und Aluminiumoxyd, welches auf Aluminium verarbeitet
werden kann. Es ist ferner möglich, anstatt Kohle auch andere Stoffe zu verwenden,
die geeignet sind, mit Magnesit Brikette zu bilden.
-
Im praktischen Betriebe des Verfahrens zur Herstellung von Magnesium
hat sich ergeben, daß Magnesium aus. einer Legierung, die weniger als 8 °/o Magnesium
enthält, nicht mit genügender Leichtigkeit abdestilliert. Die Destillation kann
deshalb zweckmäßig in solcher Weise ausgeführt werden, daß eine 8°/oige Aluminiuin-Magnesium-Legierung
als Ausgangsmaterial zusammen mit calci;nierteni Magnesit z. B. in gleichen Gewichtsteilen
verwendet wird. Alsdann destilliert das Magnesium ab, und dies geht weher, bis praktisch
das ganze Magnesium in dem vlagnesit über den Betrag hinaus, der erforderlich ist,
um eine 8°/oige Legierung zu behalten, überdestilliert. Wenn die Stärke der Destillation
nachläßt, enthält die zurückbleibende - Legierung annähernd 8 % Magnesium.
-
Arbeitet rnan mit einer Reihe von Öfen, so ist es deshalb möglich,
im Großbetriebe die 8°/oige Aluminium-Magnesium-Legierung zu verwenden, die von
einem Ofen übrigbleibt, indem man sie in den nächsten Ofen mit dem nötigen neuen
Aluminium und den Brocken oder Stücken von calciniertem Magnesit einführt.
-
Die Destillation wird wieder aufgenominen. Wenn die Metalldampfnienge
nachläßt, wird das in dem Ofen zurückbleibende geschmolzene Metall, welches aus
einer Aluminium-Magnesium-Legierung von annähernd 81 /o besteht, _in den
nächsten Ofen übergeführt. Nach Entfernung der 8°/Qigen Aluininium-Magnesium-Legierung
aus einem Ofen wird der aluminiumoxydhaltige Rückstand entfernt und gesondert behandelt,
um das Aluminium zurückzugewinnen. Der Ofen ist dann für eine neue Benutzung bereit.
-
Bei der Ausführung des Verfahrens im großen Maßstab ist es wegen der
Menge des verdampften Öles und der Gefahr einer Explosion nicht tunlich, das verdichtete
Magnesium unmittelbar in ein Ölbad einzuleiten. Indes ist es unter der Voraussetzung,
laß die Luft aus der Vorrichtung während der Verdampfungsstufe ferngehalten wird,
möglich, (las verdichtete Metall ohne irgendwelche erheblichen Verluste in einer
Kammer zu sammeln. Eine Anordnung für eine Vorrichtung,, die in der Praxis zufriedenstellende
Ergebnisse geliefert hat, ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, in welcher
Abb. i die Anordnung der Gesamtvorrichtung übersichtlich darstellt und Abb. 2 eine
abgeänderte Form des Ölverschlusses zeigt.
-
In Abb. 1 ist ein Ofen 1 dargestellt, der durch einen Ölbrenner 2
beheizt wird. In dem Ofen befindet sich ein Graphittiegel 3, der so lang ist, daß
er oben aus dein Ofen herausragt. Er ist mit einem Graphitdeckel.I be-(leckt. An
dem aus dem Ofen herausragenden Teil des Tiegels befindet sich eine Öffnung 6, an
welche das Kondensationsrohr 7 angeschlossen ist. Die Abdichtung geschieht durch
die Kittmasse 5 aus Graphit und feuerfestem Ton. Das Rohr 7 führt in die Oberseite
einer Haube 8, die in einem flachen Ölbad 13 steht. In dieser Haube befindet sich
ein zylindrischer Behälter 9, der aus zwei Teilen besteht, die durch einen Teller
1o und einen Ring 11 zusammengehalten werden. Der Behälter 9 steht auf einem Ring
oder einer Unterlage 1:z, so daß er über den Spiegel des Öls innerhalb der Haube
hinausragt. An der Seitenwand der Haube ist ein enges Rohr 14. gleichachsig mit
dem Verdichtungsrohr 7 befestigt. Am Ende dieses Rohres befindet sich eine Stopfbuchse
17, durch welche eine Stange 15 hindurchgeht, die bis zu der Biegung in dem Verdichtungsrohr
7 reicht. Diese Stange ist ,an ihrem unteren Ende durch einen Ölverschluß abgedichtet.
Ferner befindet sich an dem Rohr 14 ein enges Lufteinläßrohr 16, das durch einen
Hahn oder ein Gummirobr mit Klemme geschlossen werden kann.
-
Bei der Benutzung dieser Vorrichtung wird ein Magnesiumoxyd enthaltender
Stoff, z. B. gebrannter Magnesit, in den Tiegel 3 eingebracht und der Tiegel etwa
zur Hälfte mit geschmolzenem Aluminium gefüllt. Alsdann wird die Vorrichtung geschlossen
und der Tiegel auf eine Temperatur von 1200 bis 1300° C erhitzt.
-
Hierdurch wird (las Magnesiuinoxyd reduziert -und bei der Reduktionstemperatur
verdampft. Die Dämpfe werden in dein Verdichtungsrohr 7 - verdichtet. Das Verdichtungsrohr
wird durch die Verdichtungsw iirme auf eine Temperatur erhitzt, die über dem Schmelzpunkt
des Magnesiums liegt, so daß das Metall schmilzt, herabfließt und in den Behälter
g tropft. Von Zeit zu Zeit wird die Stange 15 bewegt, tun mit Sicherheit zu verhindern,
daß sich verdichtetes Magnesium in dem Verdichtungsrohr 7 ansetzt, das zu einer
Verstopfung führen könnte. Am Ende der Reaktion wird der Ofen abgestellt. Durch
seine Abkühlung entsteht in der Haube 8 ein
verringerter Druck.
Um zu vermeiden, daß Öl in die Haube gesaugt wird, läßt man etwas Luft durch die
Leitung 16 eintreten, die infolge ihrer geringen Menge keine Oxydation des Metalls
herbeiführt.
-
Sobald das Metall in dem Behälter genügend abgekühlt ist, wird die
Haube abgenommen und der Teller io sowie der Ring i i von dem Behälter g abgeschlagen
und dieser aufgebrochen.
-
Statt der Ölschale 13 kann auch eine etwas abgeänderte Form des Ölverschlusses
verwendet werden, die in Abb. a dargestellt ist. In diesem Falle ist die Haube unten
durch eine Scheibe verschlossen, die durch Keile o. dgl. festgeklemmt wird, und
an der Seite mit einem Rohr i$ versehen, das U-förmig gebogen ist und mit seinem
Ende in ein kleines Ölbad ig eintaucht.
-
Bei der beschriebenen Vorrichtung ist die Verwendung eines Ofens mit
Ölfeuerung angenommen, indes ist natürlich aus den oben dargelegten Gründen ein
Hochfrequenzofen vorzuziehen.
-
Das nach dem beschriebenen Verfahren gewonnene Magnesium besteht aus
großen Kügelchen und Stücken, die durch Häutchen von Magnesiumoxyd und Nitrit getreimt
sind. Durch einfaches Schmelzen unter einem Flußmittel, wie Carnallit, kann ein
fester Barren von hoherReinheit hergestelltwerden.