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Verfahren zur Erhitzung des Reaktionsgemisches auf die für die Reaktion
erforderlichen Temperaturen bei der Gewinnung von Magnesium Bei der Herstellung
von Magnesium durch thermische Reduktion von magnesiahaltigen Rohstoffen mit Hilfe
von Reduktionsmitteln, wie Silicium, Aluminium, Calciumsilicid, Calciumcarbid und
ähnlichen keine gasförmigen Oxydationserzeugnisse liefernden Stoffen bei Temperaturen
unterhalb des Schmelzpunkts der Reaktionsrückstände, bietet die Erhitzung des Reaktionsgemisches
auf die erforderlichen Reaktionstemperaturen von etwa r:2oo bis 1450 ° sowie ihre
Aufrechterhaltung im Reaktionsgemisch erhebliche technische Schwierigkeiten. Die
Zuführung der hierfür benötigten Wärmemengen durch die Wand des Reaktionsraumes
hindurch, also von außen, ist auf wirtschaftliche Weise nicht möglich, und man ist
daher gezwungen, Innenheizung anzuwenden. Für letztere ist bisher die Beheizung
durch strahlende Wärme als die vorteilhafteste angesehen worden; sie hat aber u.
a. den Nachteil, daß die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Reaktionsgemisches, das
ja zum großen Teil aus der als Wärmeisolator verwendeten Magnesia besteht, ein gleichmäßiges
Durchdringen des Reaktionsgemisches durch die zugeführte Wärme erschwert.
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Als günstigste Beheizungsweise M=äre an sich eine solche anzusehen,
bei der das Reaktionsgemisch selbst als Heizwiderstand dient, die aber, da die Reduktionsmittel
mit metallischer Leitfähigkeit im Verlaufe der Umsetzung verbraucht werden, die
Einbettung besonderer Widerstandskörper zur Voraussetzung haben würde. In letzterem
Falle erschien jedoch von vornherein die Verwendung von Kohle, dem sonst geeignetsten
Widerstandsstoff, unmöglich, weil für die
Durchheizung des Reaktionsgemisches
Temperaturen in der Kohle selbst erreicht werden müssen, bei denen bereits eine
Reaktion zwischen dem Kohlenstoff und dem im Reaktionsgemisch enthaltenen Magnesiumoxy
d stattfindet. Hierbei wird Kohlenoxyd entwickelt, das sich bei den in dem übrigen
Teil des Reaktionsraumes obwaltenden niedrigeren Temperaturen wieder mit dem aus
dem Reaktionsgemisch gebildeten Magnesiumdampf unter Reoxydation desselben zu Magnesia
umsetzt. Unter diesen Umständen mußte aber damit gerechnet werden, daß eine Erzeugung
von kondensierbarem Magnesiumdampf auf diesem Wege überhaupt nicht möglich sein
würde.
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Es wurde nun die überraschende Beobachtung gemacht, daß man lose Gemenge
von gekörnter Kohle oder gekörntem Graphit mit Preßlingen des aus Magnesia und den
eingangs erwähnten Reduktionsmitteln bestehenden Reaktionsgemisches unmittelbar
als elektrischen Widerstand für den Heizstrom benutzen kann, ohne daß bei den erforderlichen
Temperaturen die Kohle sich an der Reduktion merkbar beteiligt. Man kann also solche
Gemenge durch Zuführung von elektrischer Energie auf die für die Entwicklung von
Magnesiumdampf erforderliche Reaktionstemperatur bringen und halten und nach Beendigung
der Reaktion aus dem Rückstand durch Absieben die Kohlekörner wieder zurückgewinnen
und zu einem neuen Ansatz vertuenden.
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Metallurgische Reduktionsverfahren, bei denen die Kohle gleichzeitig
als Widerstand und als Reduktionsmittel dient, sind an sich bekannt und beispielsweise
für die Reduktion von Zinkoxyd bereits vorgeschlagen -worden. Es war jedoch keineswegs
vorauszusehen, daß im vorliegenden Fall die Kohle sich an der Reduktion nicht beteiligen,
eine Entwicklung von Kohlenoxyd mit ihren nachteiligen Folgen also praktisch unterbleiben
würde. Denn im allgemeinen stellt man sich den Stromdurchgang durch eine gekörnte
Masse so vor, daß an den Berührungsstellen der Körner kleine Lichtbögen auftreten,
so daß also die Temperatur örtlich bereits diejenige Höhe erreicht, bei welcher
Magnesia durch Kohle reduziert wird.
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Die Durchführung des Verfahrens gemäß Erfindung ist nicht an eine
bestimmte Ofenbauweise gebunden. Beispielsweise kann man einen liegenden Trommelofen,
dessen Stirnwände mit Kohle ausgemauert und mit der Stromzuleitung verbunden sind,
verwenden, in den das Gemenge eingefüllt wird. Der Ofen kann in an sich -bekannter
Weise um seine Längsachse gedreht werden, wodurch dauernd eine gleichmäßige Berührung
zwischen der Füllung und den Elektroden sowie eine gleichförmige Entwicklung von
Mag nesiumdampf aus der Mischung gewährleistet wird. Es kann aber auch beispielsweise
ein Ofen verwendet werden, in dem das Reaktionsgemisch ruht, wobei die Stromzuführung
durch zwei gegenüberliegende Elektroden oder Elektrodengruppen erfolgt. Man kann
aber auch die Umsetzung in einem Schachtofen von beispielsweise zylindrischem Querschnitt
durchführen, in dem sich das Feaktionsgemisch in Form einer Säule von oben nach
unten bewegt und wobei die Stromzuführung durch eine Mehrzahl von Elektroden erfolgt,
die in verschiedenen Höhenlagen des Ofenmantels angeordnet sind und in die Beschickung
hineinragen.
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Die Durchführung des Verfahrens kann sowohl im Wasserstoffstrom wie
auch im Vakuum erfolgen. Das Mischungsverhältnis zwischen Kohle und eigentlichem
Reaktionsgemisch ist weitgehend von der Körnungsgröße der Bestandteile abhängig
und wird zum Teil auch durch die zur Verfügung stehende Spannung bestimmt.
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Die Größe der aus dem Reaktionsgemisch bestehenden Preßlinge kann
innerhalb ziemlich «-eiter Grenzen schwanken; doch empfiehlt es sich; Höchstabmessungen
der Preßlinge von etwa 2o mm nicht wesentlich zu überschreiten, während-als Mindestabmessung
die Korngröße der beigemengten Kohlekörner anzusehen ist. Für die Korngröße der
Kohleteilchen kommen vorzugsweise etwa 5 bis io mm in Frage; doch lassen sich auch
feinere Körnungen ohne Nachteil verwenden.
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Die Form der Preßlinge ist an sich beliebig; als besonders zweckmäßig
hat sich die Form von Zylinderquadranten erwiesen, deren Höhe etwa gleich dem Radius
ist.
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Im allgemeinen wird man aus Wirtschaftlichkeitsgründen danach trachten,
mit einem möglichst geringen Anteil an Kohle auszukommen. Im Falle der Reduktion
von Dolomit mit Ferrosilicium ist es beispielsweise möglich, bei Anwendung von i
Gewichtsteil Reaktionsgemisch (zweckmäßig im Verhältnis von ungefähr q. Mole Dolomit
zu i Atom Silicium) auf i Gewichtsteil gekörnten Graphit ein Genenge zu .erhalten,
das auch im kalten Zustand den Strom verhältnismäßig gut leitet. Da sich der Widerstand
des Gemenges mit zunehmender Temperatur erniedrigt, kann man bei bereits vorerhitztem
Ofen mit dem Kohlezusatz auch noch heruntergehen. Ausführungsbeispiel Aus einer
pulvrigen Mischung von ioo Gewichtsteilen gebranntem Dolomit und 13,6 Gewichtsteilen
Ferrosilicium (93°/oig) wurden
unter Anwendung eines Preßdrucks
von looo kg/cm2 Preßlinge in Form von Zylinderquadranten hergestellt, deren Höhe
und Durchmesser je lomm betrug. 42 kg dieser Preßlinge wurden mit 42 kg Kohlegrieß
(Korngröße 3 bis 5 mm) vermischt und diese Mischung in Einzelmengen von je 12 kg
in einen Drehofen eingefüllt und im Vakuum zwischen zwei Kohleelektroden auf 1300'
C erhitzt, wobei die Mischung als elektrischer Widerstand diente. Die Behandlungsdauer
betrug für jede Einzelmenge 3 Stunden. Die entwickelten Magnesiumdämpfe wurden in
einer auf einer Temperatur von q.oo ° C gehaltenen Vorläge kondensiert. Der Reaktionsrückstand
wurde nach beendeter Reaktion jeweils dem Ofen entnommen, die Kohle noch heiß von
den Preßlingrückständen abgesiebt und konnte in dieser Form ohne weiteres für einen
neuen Ansatz verwendet werden.
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Es wurden 11,5 kg Magnesium erhalten, während von der eingesetzten
Kohlegrießmenge von 42 kg 4,7 kg durch Absieben wiedergewonnen wurden. Der an sich
schon geringe Verlust von 0,3 kg Kohle ist zum Teil dadurch bedingt, daß
Kohleteilchen von dem verdampfenden Magnesium in die Kondensationsvorlage mitgerissen
wurden.