DE717617C

DE717617C - Process for the thermal extraction of metals

Info

Publication number: DE717617C
Application number: DEB183445D
Authority: DE
Inventors: Bernhard Berghaus; Wilhelm Burkhardt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1938-06-09
Filing date: 1938-06-09
Publication date: 1942-02-18

Description

Verfahren zur thermischen Gewinnung von Metallen Das Hauptpatent 716 705 betrifft ein Verfahren zur thermischen Gewinnung von Metallen aus Metallverbindungen durch Reduktion mit Kohle oder anderen reduzierenden Stoffen in Tiegeln oder als Preßling, welches sich dadurch auszeichnet, daß das Reaktionsgemisch durch Glimmentladung bei Unterdruck von o,oz bis 2o mm, vorzugsweise 0,05 bis 5 mm Hg, auf die erforderliche Reaktionstemperatur erhitzt wird.Process for the thermal extraction of metals The main patent 716 705 relates to a process for the thermal extraction of metals from metal compounds by reduction with coal or other reducing substances in crucibles or as a compact, which is characterized in that the reaction mixture is produced by glow discharge at a negative pressure of o, oz to 20 mm, preferably 0.05 to 5 mm Hg, is heated to the required reaction temperature.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Anwendung des Verfahrens zur thermischen Gewinnung von Metallen aus Metallverbindungen durch Reduktion in Tiegeln oder als Preßling nach dem Hauptpatent auf die Gewinnung von Magnesium aus Magnesiumverbindungen mittels Kohle.The present invention relates to the use of the method for thermal extraction of metals from metal compounds by reduction in crucibles or as a compact according to the main patent for the extraction of magnesium from magnesium compounds by means of coal.

Das Verfahren besteht darin, daß ein Magnesiunioxyd-Kohle-Gemisch durch Glimmentladung bei Unterdruck von o,or bis 4o mm, vorzugsweise. o, i bis i o mm Hg, auf die erforderliche Reaktionstemperatur erhitzt wird. Die Glimmentladung kann dabei bei Spannungen von aoo bis 5ooo Volt durchgeführt werden. Der Tiegel oder Preßling kann sowohl isoliert gegen die Kathode in der Glimmentladung als auch als Anode in der Glimmentladung geschaltet werden. Die Anordnung des Tiegels oder des Preßlings in der Gasentladung neutral oder als Anode hat sich besonders vorteilhaft erwiesen. Der Tiegel oder Preßling ist gegen die anderen Elektroden so aufgestellt, daß er elektrisch isoliert ist. Das Ofengehäuse bildet bei dieser Anordnung oder zeitweise die Kathode der Glimmentladung. Der Tiegel oder Preßling kann aber auch als Kathode geschaltet der Glimmentladung ausgesetzt werden. Die die Aufheizung bewirkende Entladungsleistung pro cm@ Kathodenoberfläche kann je nach dem eingestellten Unterdruck i bis ioo Watt, vorzugsweise 5 bis 30 Watt betragen. Die Kathode kann vorteilhaft gekühlt werden. An der Innenwandung des Ofengehäuses kann sich Magnesium in fester Form niederschlagen, wenn das Ofengehäuse unter dein Schmelzpunkt des Magnesitinis gekühlt wird. Das sich bei der Reduktion bildende C O oder CO, wird durch die Vakuumpumpe abgesaugt und kann entsprechend verwertet werden. Zur Entladung und Aufrechterhaltung des Gasdruckes wird vorteilhaft Wasserstoffgas dauernd oder zeitweise zugeführt. Die sich beim Verfahren bildenden Kohlenwasserstoffe können ebenfalls entsprechend getrennt und verwertet werden. Das zu reduzierende Gemisch wird in dein Ofen so angeordnet, daß ein gleichmäßiger Abstand von der Ofenwand, die als tiathode der Entladung dauernd oder zeit-%veise je nach Verwendung der Spannungsform geschaltet ist, verbleibt. Die Entladung kann mittels Gleich- oder Wechselspannung, auch Mehrphasenspannung, wie Drehstrom, unterhalten werden. Die Isolation der Stromzuführung wird vorteilhaft unter Vorschalten eines engen, langen Spaltes vor Zerstörung geschützt. Hierdurch wird eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet. Die Ofenwandung, auf der sich das metallische Magnesium verdichtet, wird bei diskontinuierlichem Betriebe vorteilhaft mit Wasser gekühlt. Nach erfolgter Reduktion des eingebrachten Gemisches wird das metallische Magnesium aus dein Ofen entfernt. Das Reduktionsgemisch kann über vorgeschaltete evakuierte Vorratsbehälter nachgesetzt werden. In die Mündung der Gaszuleitung und -absaugleitung werden vorteilhaft Schutzgitter oder Filter zum Zurückhalten der Glimmentladung eingesetzt. So kann die Wasserstoffzuführung durch die Ofenwandung unter Vorschaltung von Entladungsschutzgittern oder Filtern in den Mündungen der Rohrleitungen erfolgen. Ebenfalls kann durch die Ofenwandung das sich bildende Reduktionsgas unter gleichen Vorsichtsmaßnahmen abgeleitet werden. Aber auch durch die Anode oder die übrigen Stromzuführungen kann die Gaszuführung oder Ableitung erfolgen. Besonders hat sich die Ableitung des Reduktionsgases durch den Tiegel, in dein sich das Reduktionsgemisch befindet, bewährt. Durch diese Maßnahmen wird die Entladung weitestgehend durch strömendes Wasserstoffgas aufrechterhalten.The method consists in that a magnesia-carbon mixture by glow discharge at a negative pressure of 0, or to 40 mm, preferably. o, i to i o mm Hg, is heated to the required reaction temperature. The glow discharge can be carried out at voltages of aoo to 5,000 volts. The crucible or compact can be switched both isolated from the cathode in the glow discharge and as an anode in the glow discharge. The arrangement of the crucible or the compact in the gas discharge in a neutral manner or as an anode has proven to be particularly advantageous. The crucible or compact is set up against the other electrodes in such a way that it is electrically insulated. With this arrangement or temporarily, the furnace housing forms the cathode of the glow discharge. The crucible or compact can, however, also be connected as a cathode and exposed to the glow discharge. The discharge power causing the heating per cm @ cathode surface can be from 1 to 100 watts, preferably from 5 to 30 watts, depending on the negative pressure set. The cathode can advantageously be cooled. Magnesium can be deposited in solid form on the inner wall of the furnace housing if the furnace housing is cooled below the melting point of the magnesitini. The CO or CO that forms during the reduction is sucked off by the vacuum pump and can be used accordingly. To discharge and maintain the gas pressure, hydrogen gas is advantageously supplied continuously or intermittently. The hydrocarbons formed during the process can also be separated and recycled accordingly. The mixture to be reduced is placed in the furnace in such a way that a uniform distance remains from the furnace wall, which is permanently or temporarily connected as the thiathode of the discharge, depending on the use of the voltage form. The discharge can be maintained by means of direct or alternating voltage, including multi-phase voltage such as three-phase current. The insulation of the power supply is advantageously protected from destruction by connecting a narrow, long gap upstream. This ensures a high level of operational reliability. The furnace wall, on which the metallic magnesium compacts, is advantageously cooled with water in discontinuous operations. After the mixture has been reduced, the metallic magnesium is removed from the furnace. The reduction mixture can be replenished via upstream evacuated storage tanks. In the mouth of the gas supply line and suction line, protective grids or filters are advantageously used to hold back the glow discharge. For example, the hydrogen can be supplied through the furnace wall with upstream discharge protection grids or filters in the mouths of the pipelines. The reducing gas that forms can also be discharged through the furnace wall with the same precautionary measures. But the gas supply or discharge can also take place through the anode or the other power supply lines. The discharge of the reducing gas through the crucible in which the reduction mixture is located has proven particularly useful. As a result of these measures, the discharge is largely maintained by flowing hydrogen gas.

In der Zeichnung ist die Erfindung an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert, und zwar zeigt die Abb. i einen Schnitt durch einen elektrischen Reduktionsofen, bei dem die Aufheizung des Reduktionsgemisches in einem Tiegel durch eine Gasentladung zwischen dein mit dem einen Pol einer Wechselstromauelle in Verbindung stehenden Tiegel einerseits und der mit dem anderen Pol der Wechselstromquelle in Verbindung stehenden metallischen Wandung des Ofens andererseits vorgenommen wird, die Abb.2 einen Schnitt durch einen elektrischen Reduktionsofen, bei dem die Aufheizung des Reduktionsgemisches als Preßkörper neutral durch eine Gasentladung zwischen einer gesonderten Anode und der metallischen. Wandung des Ofens erfolgt, und die Abb.3 einen Schnitt durch einen Tiegel, der das Reduktionsgemisch enthält und so finit der Pumpleitung verbunden ist, daß die sich bildenden Gase direkt atis dem Tiegel abgesaugt werden können.In the drawing, the invention is shown in more detail in three exemplary embodiments explained, namely Fig. i shows a section through an electric reduction furnace, in which the reduction mixture is heated in a crucible by a gas discharge between the one connected to one pole of an alternating current source Crucible on the one hand and the one in connection with the other pole of the alternating current source standing metallic wall of the furnace is made on the other hand, Fig.2 a section through an electric reduction furnace, in which the heating of the Reduction mixture as a pressed body neutral by a gas discharge between a separate anode and the metallic one. Wall of the furnace takes place, and Fig.3 a section through a crucible that contains the reduction mixture and so finite the pump line is connected, so that the gases formed directly atis the crucible can be extracted.

Der Reduktionsofen besteht nach der Abb. i aus einem metallischen Unterteil i und einem abnehmbaren metallischen Oberteil 2, die mittels der Dichtung 3, die z. B. aus -zwei Dichtungsringen besteht, vakuumdicht verbunden sind. Der abnehmbare Oberteil ist mit einem Kühlmantel q. versehen, dein durch den Stutzen 5 ein Kühlmittel zugeführt und durch den Stutzen 6 abgeleitet wird. Der Oberteil besitzt ferner ein isoliertes und abgeschirmtes Schauglas 7, das in einer Metallhülse 8 angeordnet ist, die ihrerseits mittels der Dichtung g isoliert in den Stutzen io des Oberteils unter Zwischenschalten eines engen Schutzspaltes i i eingesetzt ist und durch den Ring i2 aus Isoliermaterial mittels nicht gezeichneter Schrauben angebracht wird. Der metallische Unterteil ist mit Kühlkanälen 13 versehen und trägt eine mittlere metallische kühlbare Durchführung 14, die eine elektrischleitende Abschirmhaube oder Platte 15 z. B. aus Metall trägt, die zur Lagerung des Tiegels 17 dient, welcher das Reduktionsgemisch 18 enthält. Zwischen der metallischen Durchführung i4 und dem Teil 18 des metallischen Bodens ist ein enger Schutzspalt ig vorgesehen. Der Teil 20 ist ein Isolier- und Dichtungsring und der Teilei ein Isolier-und Anpreßring, der durch nicht dargestellte Schrauben angepreßt wird. Durch die Leitung 22 wird der hohlen Stromdurchführung ein Kühlmittel zugeführt und durch den Stutzen 23 abgeleitet. Der Stutzen 24 dient zum Zuführen eines Füllgases, wie Wasserstoff o. dgl., in geregelter Menge. Das Sieb 25 verhindert, daß die Gasentladung in das Zuführungsrohr schlägt. Der Stutzen 26 dient zum Anschließen der Vakuumpumpe, mittels deren ein Druck von 4.o bis o,oi mm, vorzugsweise io bis o, i mm, in dem Ofen aufrechterhalten wird. Das Sieb 27 verhindert, daß die Gasentladung in die zur Vakuumpumpe führende Leitung hineinschlägt. Die Wechselstromquelle 28- speist den regelbaren Wechselstromtransformator 29, dessen Sekundärspule 41 mit einem Ende über dem Schalter 42 mit der metallischen Wandung des Ofens und mit dem anderen Ende über einen Schalter 43 und einen Widerstand 44 oder Drosselspule 45 mit der zu dem Tiegel führenden Stromdurchführung 14 in Verbindung steht. Bei Verwendung von Gleichstrom zur Entladung wird der Generator 46 über den Widerstand 47 mit dem Ofen verbunden und der Pluspol über den Schalter 48 mit dem Tiegel.According to Fig. I, the reduction furnace consists of a metallic one Lower part i and a removable metallic upper part 2, which by means of the seal 3, the z. B. consists of two sealing rings, are connected in a vacuum-tight manner. Of the removable top part is provided with a cooling jacket q. provided, your through the neck 5 a coolant is supplied and discharged through the nozzle 6. The top also has an insulated and shielded sight glass 7, which is in a metal sleeve 8 is arranged, which in turn is isolated by means of the seal g in the nozzle io of the upper part with the interposition of a narrow protective gap i i used is and through the ring i2 made of insulating material by means of screws, not shown is attached. The metallic lower part is provided with cooling channels 13 and carries a middle metallic coolable bushing 14, which is an electrically conductive Shielding hood or plate 15 z. B. carries metal, which is used to store the crucible 17 is used, which contains the reduction mixture 18. Between the metallic bushing i4 and the part 18 of the metallic bottom a narrow protective gap ig is provided. The part 20 is an insulating and sealing ring and the part is an insulating and pressure ring, which is pressed by screws, not shown. Through the line 22 is A coolant is supplied to the hollow electrical feedthrough and discharged through the connection piece 23. The connector 24 is used to supply a filling gas, such as hydrogen or the like., In a regulated Lot. The sieve 25 prevents the gas discharge from striking the supply tube. The connector 26 is used to connect the vacuum pump, by means of which a pressure of 4.o to 0.1 mm, preferably 10 to 0.1 mm, is maintained in the furnace. The sieve 27 prevents the gas discharge from entering the vacuum pump leading Line hits. The alternating current source 28 feeds the controllable alternating current transformer 29, the secondary coil 41 of which with one end above the switch 42 with the metallic Wall of the furnace and with the other end via a switch 43 and a resistor 44 or choke coil 45 with the current feedthrough 14 leading to the crucible in Connection. When using direct current to discharge the generator 46 connected to the furnace via the resistor 47 and the positive pole via the switch 48 with the crucible.

Die Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch einen elektrisch geheizten Reduktionsofen, bei dem die Ofenwandung als Kathode einer Glimmentladung gegenüber einer isoliert eingeführten Anode geschaltet ist und bei dem das Reaktionsgut elektrisch isoliert- angeordnet ist. Der Reduktionsofen besteht aus einem Unterteil 49 und einem abnehmbaren Oberteil 50, die mittels der Dichtungen 5 i und 52 vakuumdicht verbunden sind und die einzeln oder gemeinsam die Kathode bilden. Der z. B. haubenförmig ausgebildete Oberteil 50 ist mit einem Kühlmantel 53 versehen, dem durch die Leitung 54 ein Kühlmittel zugeführt und durch den Stutzen 55 abgeleitet werden kann. In dem Oberteil ist ferner eine Öffnung vorgesehen, die durch ein Schauglas 56 verschlossen ist. An den Stutzen 57, der in dem Unterteil isoliert angeordnet ist, ist eine nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen, mit der vorzugsweise ein Druck von 2o,o bis 0,05 eingestellt werden kann. Der Unterteil 49 besitzt ferner einen gleichfalls gegen die Kathode isolierten Stutzen 58. Die Teile 59 und 6o sind Isolierringe, und die Teile 61 und 62 sind Isolier- und Anpreßringe. An dem Stutzen 58 kann ein Druckanzeigegerät angeschlossen werden und auch über ein nicht dargestelltes Regelventil ein Füllgas in geregelter Menge zugeführt werden. Als Füllgas kann je nach dem eingebrachten Reduktionsgemisch ein inertes Gas, Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe o. dgl. verwendet werden. Auch Stickstoff, Ammoniak oder ähnliche Gase können zur Anwendung kommen, wenn eine Einwirkung auf das reduzierte Metall beabsichtigt ist. In dem Unterteil 49 ist ferner die Anode 63 isoliert und abgeschirmt angeordnet, desgleichen die Durchführung 64, die hohl ausgebildet ist und der durch die Leitung 65 ein Kühlmittel zugeführt und durch den Stutzen 66 abgeleitet werden kann. Zwischen der Anode 63 und dem Gefäßunterteil 49 befindet sich ein enger labyrinthförmiger Spalt, der so eng ist, daß keine Glimm= 2ntladung in dem Spalt möglich ist. Auch zwischen der Anode 63 und der Durchführung 64 befindet sich ein ähnlicher enger, la.byrinthförmiger Spalt. Die Durchführung 64 trägt mittels eines isolierenden Abschirmstiftes 67 z. B. einen Quarzteller 68, auf dem die Preßlinge 69 aus dem Reduktionsgemisch isoliert gelagert sind. An Stelle des Quarztellers 68 kann auch ein Schmelztiegel z. B. aus Kohle oder aus keramischem Baustoff, wie $erylliumoxyd, oder auch Metall zur Aufnahme des zu reduzierenden Gemisches vorgesehen werden. 70 und 71 sind Isolierringe, und 72 ist ein Isolier- und Anpreßring, der mittels einer nicht dargestellten Verschraubung angepreßt wird. 73 ist ein Kühlkanal, dem ein Kühlmittel zugeführt werden kann.Fig. 2 shows a section through an electrically heated reduction furnace in which the furnace wall is connected as the cathode of a glow discharge opposite an anode introduced in an insulated manner and in which the reaction material is arranged in an electrically insulated manner. The reduction furnace consists of a lower part 49 and a removable upper part 50 which are connected in a vacuum-tight manner by means of the seals 5 i and 52 and which individually or jointly form the cathode. The z. B. hood-shaped upper part 50 is provided with a cooling jacket 53, to which a coolant can be fed through the line 54 and can be discharged through the nozzle 55. In the upper part there is also an opening which is closed by a sight glass 56. A vacuum pump, not shown, is connected to the connection piece 57, which is arranged in an insulated manner in the lower part, with which a pressure of 20.0 to 0.05 can preferably be set. The lower part 49 also has a connecting piece 58, which is likewise insulated from the cathode. The parts 59 and 6o are insulating rings, and the parts 61 and 62 are insulating and pressure rings. A pressure display device can be connected to the connection piece 58 and a controlled quantity of filling gas can also be supplied via a control valve (not shown). An inert gas, hydrogen, hydrocarbons or the like can be used as the filling gas, depending on the reduction mixture introduced. Nitrogen, ammonia or similar gases can also be used if an action on the reduced metal is intended. In the lower part 49, the anode 63 is also arranged in an insulated and shielded manner, as is the bushing 64, which is hollow and to which a coolant can be fed through the line 65 and discharged through the connection piece 66. Between the anode 63 and the lower part of the vessel 49 there is a narrow, labyrinthine gap which is so narrow that no glow discharge is possible in the gap. Also between the anode 63 and the leadthrough 64 there is a similar narrow, byrinth-shaped gap. The implementation 64 carries by means of an insulating shield pin 67 z. B. a quartz plate 68 on which the compacts 69 are stored isolated from the reduction mixture. Instead of the quartz plate 68, a crucible z. B. made of coal or ceramic building material, such as $ eryllium oxide, or metal can be provided to accommodate the mixture to be reduced. 70 and 71 are insulating rings, and 72 is an insulating and pressing ring which is pressed on by means of a screw connection, not shown. 73 is a cooling passage to which a coolant can be supplied.

In der Abb. 3 ist 74 der metallische Tiegel, der das Reduktionsgemisch 75 enthält. 76 ist ein Deckel mit kleinen Öffnungen, um das Füllgas, das dem Ofen zugeleitet wird, durch die Leitung 77 absaugen zu können. Gleichzeitig werden während der Reduktion die sich entwickelnden Gase durch die Leitung 77 direkt abgesaugt. 78 ist die Ofenwandung, 7 9 und 8o sind Isolierteile, zwischen denen und der Ofenwandung der Spalt 81 verbleibt.In Fig. 3, 74 is the metallic crucible that contains the reduction mixture 75 contains. 76 is a lid with small openings to hold the fill gas in the oven is fed to suction through the line 77 can. Simultaneously be during the reduction, the evolving gases are sucked off directly through the line 77. 78 is the furnace wall, 7 9 and 8o are insulating parts, between which and the furnace wall the gap 81 remains.

Claims

PATENT CLAIM: Application of the process for the thermal extraction of metals from metal compounds by reduction in crucibles or as a compact according to patent 716 705 to the extraction of magnesium from magnesium compounds by means of coal.