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Verfahren zur elektrothermischen Herstellung von gediegenem metallischem
Magnesium durch Reduktion oxydischer Magnesiumverbindungen Die Erfindung bezieht
sich auf die elektrothermische Herstellung von metallischem Magnesium durch Reduktion
oxydischer MagnesiumverBindungen.
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Schon in den achtziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurde versucht,
die Verhüttung mit Kohle, die in der Zinkgewinnung eine s-o bedeutende Rolle spielt,
auch für die Gewinnung des Magnesiums zu verwenden. Diese Versuche scheiterten aber
.an der Umkehrbark eit der Reaktion MgO+C = M;g+CO. Lange Zeit hindurch war sogar
zweifelhaft, ob Magnesia durch elektrisch erhitzten Kohlenstoff überhaupt reduzierbar
ist; durch wissenschaftliche Versuche ist diese Frage schließlich in positivem Sinne
erledigt worden (Sla d e, Journ. Chem. Soc. 1908, 327 ff.), ein praktisches Ergebnis
wurde jedoch auch hierdurch nicht erzielt. Angesichts dieser Schwierigkeiten ,ging
die Technik vielmehr um das Jahr i 9 i 5 herum ;auf die aluminothermisch@e und silicothermische
Reduktion über, um die Bildung von Kohlenoxyd aus dem Reduktionsmittel zu vermeiden;
mit demselben Ziel ist später auch die Verwendung von Ferrosiliciüm und von C.alciumcarbid
als Reduktionsmittel empfohlen - worden. Die grundsätzliche Lösung der so, lange
@erfolglos versuchten Verhüttung von Magnesiumoxyd mit Kohle, dem billigsten Reduktionsmittel,
brachte erst vor wenigen Jahren der üb.ergang ,auf ein zweistufiges Verfahren, in
dessen erstem Gang das den heißen Ofen verlassende Gemisch von Gasen und ,1agnesiumdämpfen
auf eine-Temperatur unterhalb des Erstarrungspunktes des Magnesiums sprunghaft abgekühlt
und in dieser Weise zu möglichst -axydfreiem Staub verdichtet
wird,
der sich dann im zweiten Arbeitsgang, nach der Entfernung des Kohlenoxyds, auf verschiedenen
Wegzen, vorzugsweise durch Hierausdestillieren des Metalls im Vakuur3@,-in flüssiges
Magnesium überführen läßt.
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Die Erfindung bezieht sich auf die eia-` setzeng von Magnesiumoxyd
mit Kohlenstoffs in diesem zweistufigen Verfahren und besteht in ihrem Wesen darin,
daß der im ersten Gang erhaltene Magnesiumstaub nach dem Entfernen des Kohlenoxyds
in Gegenwart von Reduktionsmitteln, die auf das Magnesium -oxydierend wirkende Gase
nicht liefern, auf eine Temperatur erhitzt wird, b:ei welcher das betreffende Reduktionsmittel
dem noch vorhandenen und dem. durch Umkehrung der Reaktion wiedergebildeten Magnesiumoxy
d den Sauerstoff entzieht; das hierbei in Dampffarm entweichende Magnesium wird
hernach zu einem flüssigen oder festen Niederschlag verdichtet.
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Dadurch, daß man im zweiten Arbeitsgang aus dem Staub nicht einfach
das vorhandene Magnesium herausdestilliert, sondern die Reduktion mit Hilfe von
Reduktionsmitteln vervollständigt, die kein Kohlenoxyd liefern, wird ohne wesentliche
Erschwerung des Arbleitsganges eine bessere Ausbeute erzielt. Die Mehrauslage für
das kostspieligere Reduktionsmittel der zweiten Art, das im zweiten Gang vorhanden
zu sein hat, wird angesichts der kleinen Mengen, die in dieser Stufe erforderlich
sind, hierdurch weitaus aufgewogen. Der Mehraufwand an Wärme ist nicht beträchtlich,
da die Reduktionstemperatur für alle diese Reduktionsmittel tief unter der Temperatur
liegt, bei welcher die Verhüttung , von Magnesium@oxyd mit Kohle durchgeführt werden
muß, se daß es genügt, das Gemisch von Magnesiumstaub und Reduktionsmittel im zweiten
Gang auf ,eine Temperatur zu erhitzen, die nicht sehr weit über der Destillationstem.peratur
des Magnesiums bei gewöhnlichem Druck liegt, wobei auch die Möglichkeit eines Arbeitens
unter überdruck besteht. Geeignete Reduktionsmittel der zweiten Art sind z. B. Aluminium,
Silicium (.oder Ferrosilicium) oder Calciumca rbid.
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Statt die Reduktionsmittel zweiter Art dem Magnesiumstaub erst vor
dem Beginn des zweiten Ganges zuzusetzen, kann man sie mit Vorteil im ersten Gang
erzeugen, indem man der Beschickung neben einem entsprechenden überschuß von Kohle
Oxyde zus--tzt, die bei der Arbeitstemperatur mit Kohle Carbide bilden oder durch
dieselbe zu Metallen reduziert werden, welche das Magnesiumoxyd zu reduzieren vermögen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens geht man von
magnesiumhaltigen Rohstoffen ,aus, welche geeignete Oxyde als natürliche Beimengungen
enthalten, wie dies vor allem beim gebrannten Dolomit c" er Fall ist. Aus diesem.
am leichtesten zuglichen magnesiumhaltigen Rohstoff wird Temperaturen, bei denen
die Verhüttung des Magnesiumoxyds durch Kohle mit geeigneter Geschwindigkeit vor
sich geht (oberhalb von i c)oo°), gleichzeitig aus dem Calcium,oxyd Calciumcarbid
gebildet, das sodann im zweiten.Gang b zi T°mp eraturen von i i 5 o bis 1500° als
Reduktionsmittel wirkt. Wird an St°llt von Dolomit gebrannter dolomitischer Magnesit
oder gebrannter Magnesit als Ausgangsstoff verwendet, so kann der Kalkgehalt durch
natürliche oder künstliche Zuschläge auf die gewünschte Höhe gebracht werden oder
ein anderes Oxyd von geeigneter Natur, wie Aluminiumoxyd oder Siliciumdioxyd, z.
B. in Form von Sand, zugeschlagen werden. In allen Fällen sind auch Gemische von
geeigneten Oxyden verwendbar. Im Rohstoff :oder in den Zuschlägen von Natur aus
vorhandenes Eisenoxyd wirkt nicht schädlich,. sondern nützlich.
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Ist zu Beginn des zweiten Ganges ein überschuß an Reduktionsmittel
im Gemisch vorhanden, so kann dieser durch Einbringung frischer Mengen von Magnesiumoxyd
nutzbar gemacht werden. .
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Die aus Gemischen des Ausgangsstoffes mit dem betreffenden Oxyd Moder
Oxydgemisch und Kohle bestehende Beschicltung kann nach einem früheren Verfahren
(vgl. Patent 652 517) in den praktisch leeren hocherhitzten Redtiktio@nsraum iü
gleichmäßig kleinen Teilgaben eingeführt werden. Wird von Rohstoffen ausgegangen,
deren Magnesiumoxy dgehalt im Verhältnis zu der vorhandenen Menge an glicht flüchtigen
Begleitstoffen hoch genug ist, so, läßt sich mit dieser Arbeits; weise erzielen,
daß von den dampf- und g.as= fö.rmigen Reaktionserzeugnissen auch die gebildeten
Reduktionsmittel zweiter Art in das Kondensat mitgerissen werden. Zur Ausführung
dieses Verfahrens kann man beispielsweise kleine Teilgaben der Beschickung in Form
von Briketten in den leeren hocherhitzten Reduktionsraum einwerfen oder das durch
Zusatz geringer Mengen eines flüssigen Bindemittels plastisch und schlüpfrig gemachte
Beschickungsgemisch dem Reduktionsraum vom Boden her in gleichmäßig kleinen Mengen
zubringen.
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Wird als Reduktionsmittel ein Metall verwendet, das bei den Arbeitstemperaturen
gier Verhüttung von Magnesiumoxyd mit Kohle eine beträchtliche Dampfspannung hat
oder dessen Siedepunkt sogar unterhalb dieser praktischen Arbeitstemperatur liegt,
wie dies z. B. beim Aluminium der Fall ist, so geht
das Metall bei
der Umsetzung des Magtiesiumoxydes mit Kohle durch unmittelbare Verdampfung in die
Gasphase und dadurch in das staubförmige Kondensat über. Bei dieser Ausführungsform
des Verfahrens steht dem zusätzlichen Wärmeaufwand für die Mitver dampfung des Reduktionsmittels
lln ersten Gang der Vorteil gegenüber, daß dieses in Form von unreinen, grob zerkleinerten
Abfallstoffen, z. B. von Aluminiumspänen, eingebracht werden kann und in dem bei
der Verdichtung entstehenden Magnesiumstaub dennoch in ungemein feiner Verteilung,
bis zur kolloidalen Dispersion, vorhanden ist.
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In der britischen Patentschrift 382 899 ist ein silioothermisches
Verfahren beschrieben, das unmittelbar reines Magnesium liefern soll und daher einstufig
ist. Die britische Patentschrift 413 6o6 schlägt einen besonderen Apparat in Gestalt
einer drehbaren Trommel vor, der die 'kontinuierliche Reduktion von Magnesiumerz
durch Silicium, gegebenenfalls in Mischung mit Aluminium und Eisen, gestattet, wobei
eine feste Schlacke hinter bleibt. Von einem zweistufigen Prozeß, bei dein die Reduktion
in der ersten Stufe mit Kohle durchgeführt wird, ist auch in dieser Patentschrift
nicht die Rede. Die .schweizer Patentschrift 146912 betrifft ein Verfahren zur Reduktion
von Magnesia durch Aluminiumoder Silicium mit der Maßgabe, daß die Reduktion nicht
im Vakuum, sondern unter atmosphärischem Druck erfolgen soll. Eine vorgängige Reduktion
der Magnesia mit Kohle ist auch hier nicht vorgesehen.