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Verfahren zum Gewinnen der Leichtmetalle Magnesium, Aluminium und
Beryllium Metalloxyde werden meistens durch Erhitzen mit Kohle bei bestimmten. Temperaturen
reduziert. Die hierzu erforderliche Reaktionstemperatur ist aber bei den Oxyden
des Magnesiums, Aluminiums. und Berylliums, so hoch, daß die freigesetzten Metalle
bereits sieden. Bei der für die Kondensation notwendigerweise niedrigeren Temperatur
kehrt sich die Reaktionsrichtung um, und es entsteht wieder Metalloxyd. Um .diese
unerwünschte Umkehrung der Reaktion zu vermeiden., hat man vorgeschlagen, durch
Beimischen von inerten Gasen das gebildete Kohlenoxyd so zu verdünnen, daß eine
Rückoxydation nur in geringem Maße stattfinden kann. Diese Maßnahme verursacht aber
beträchtliche Schwierigkeiten, weil sehr große Gasmengen abzukühlen sind, .die große
kühlende Oberflächen erforderlich machen. Da ferner das kondensierte Metallpulver
feinverteilt anfällt und einen schlechten Wärmeleiter darstellt, können nur die
unteren. Schichten gut gekühlt werden, so daß es sich somit mit einer dünnen Oxydhaut
überzieht, die das
Zusammenschmelzen des Metalls außerordentlich
erschwert. Hierzu sind wieder besondere Maßnahmen erforderlich.
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Erfindungsgemäß werden diese Schwierigheiten dadurch behoben, daß
die Reduktion unter Druck durchgeführt wird und zu diesem Zweck das bei der Reduktion
entstehende Kohlenoxyd verwendet wird. Der Druck wird dabei so hoch eingestellt,
daß das freigesetzte :Metall bei der Reaktionstemperatur noch nicht siedet, sondern
im unteren Teil der Reaktionskammer zurückbleibt. Den Druck regelt man durch Auslassen
von Kohlenoxyd aus der Reaktionskammer, das in besonderen Behältern aufgefangen
wird und zu weiteren chemischen Reaktionen, wie sie in der Industrie bekannt sind,
verwendet wird. ;ach Beendigung der Reaktion, die durch Beobachtung des Kohlenoxyddruckes
festgestellt werden kann, leitet man das Metall nicht angreifende, trockene, vorgeheizte
Gase, wie z. B. Argon, Wasserstoff od. dgl., durch die Reaktionskammer. um die letzten
Reste an Kohlenoxyd zu entfernen. -Nun werden Druck und Temperatur so eingestellt,
daß das zu gewinnende Metall siedet und an geeigneter Stelle kondensiert wird. Dieser
Kondensationskammer wird das Metall entnommen, zusammengeschmolzen und in Barren
gegossen. Man kann das Metall aber auch bei einer Temperatur kondensieren, bei der
es noch flüssig ist, so daß man: es gleich in gewünschte Formen gießen kann.
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Soll z. B. Aluminium durch Erhitzen von Aluminiumoxyd mit Kohle gewonnen
werden, so gibt man zum. Aluminiumoxyd so viel Kohle dazu, daß Aluminiumoxyd sich
zu Aluminiumkarbid umsetzen kann, «-og-ei die Umsetzungstemperatur auf etwa 220o°
gehalten wird. Das bei der Reaktion entstehende Kohlenoxyd wird so lange in der
Reaktionskammer zurückgehalten, bis ein Druck von etwa 5o at entsteht, wodurch die
Verdampfung von Aluminiumkarbid verringert wird. Sobald die Reaktion beendet ist,
wird inertes, trockenes Gas von gleicher Temperatur und gleichem Druck in die Reaktionskammer
eingelassen, um die letzten Reste von Kohlenoxyd zu :entfernen. Nun wird die Temperatur
der Beschickung auf a4oo° erhöht und der Druck langsam auf etwa a at herabgesetzt.
Dabei siedet bekanntlich Aluminium, während in der Reaktionskammer Graphit zurückbleibt,
den man zur nächsten. Reaktion benutzen kann. Aluminiumdampf kondensiert man vorzugsweise
in Korundgefäßen oder in der flüssigen. Schmelze eines Aluminiumsalzes, dessen spezifisches
Gewicht kleiner als das vorn Aluminium ist, z. B. Kr_volith.
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Es ist zwar bereits ein Verfahren zur Gewinnung von geschmolzenem
oder pulverförmigem Zink bzw. reinem Zinkoxyd durch Reduktion von Zinkoxyd bekanntgeworden,
wonach das Zinkoxyd mittels bei einer Temperatur von iooo° und einem Druck von io
at reduziert, und wobei ein Teil des metallischen Zinks. im flüssigen Zustand. der
Rest durch Kondensation der Zinkdämpfe gewonnen wird. Das. durch die Reduktion des
Zinkoxyds mittels CO-Gas entstehende CO.= wird in Berührung mit glühendem Kohlenstoff
wieder in C O übergeführt und über die Kondensationsanlage, gegebenenfalls nach
vorheriger Berührung mit glühendem Kohlenstoff, wieder den zu reduzierenden Oxyden
zugeführt. Die Reduktion des Zinlcoxvds wird nach diesem Verfahren aber deswegen
unter erhöhtem Druck vorgenommen, weil hei der üblichen Reduktionstemperatur des
Zinkoxyds von 130o° das. Metall bereits dampfförmig ist. Durch die Anwendung höheren
Druckes gelingt aber nun die Reduktion des Zinkoxyds bereits bei Temperaturen von
rund 100o°. r Die zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagene. mit dem Reduktionsofen
während der Reduktionsarbeit n Verbindung stehende Kondensationsanlage ist daher
deswegen erforderlich, keil mit einer teil-,veisen Verdampfung des -Metalls zu rechnen
ist.
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Demgegenüber -wird beim beanspruchten Verfahren die Reduktion der
Oxyde mit Kohlenstoff bei der Reaktionstemperatur unter so hohem Druck vorgenommen.
dal3 auch eine teilweise Verdampfung des zu gewinnenden Metalls nicht eintritt,
weil die genannten Leichtmetalle infolge ihrer hohen Sauerstoffaffinität sich bekanntlich
in Berührung mit CO wieder oxydieren, was zii den am Ende des ersten Absatzes der
Beschreibung genannten Schwierigkeiten heim 'Umschmelzen der Metalle führen würde.
.aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß die Verdampfung der im flüssigen Zustand
gewonnenen und verunreinigten Metalle durch Druckentlastung in C O-arm:er At-nospliäre
vorgenommen.
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Die infolge der Reahtionsfähi@keit des Leichtmetalldampfes entstehenden
Schwierikeiten werden nach einem anderen bekannten Verfahren dadurch beseitigt,
daß man zunächst eine Schwermetallegierung erzeugt. wodurch der Dampfdruck des Leichtmetalls
%vesentlich heruntergesetzt wird. Der L berdruck, von dem in der Beschreibung des
Verfahrens die Rede ist, stellt nur eine zweckmäßige betriebstechnische -Maßnahme
dar. Das Reduktionsgemisch soll in möglichst großer Schütthöhe aufgebracht werden.
um einesteils Wärmeverluste zu vermeiden. andererseits aber auch, um den entweiclier:-den
Gasen (CO) einen möglichst zroßen
Widerstand entgegenzusetzen, so
daß über der Schmelze ein verhältnismäßig hoher Druck besteht. Da durch die Höhe
des Beschickungsgutes im Ofen kein nennenswerter Überdruck entsteht, kann auchi
der Siedepunkt des, Aluminiums nicht erhöht werden. Es. wird lediglich erreicht,
daß mit Sicherheit Luftsauerstoff vom Metall ferngehalten wird. Wollte man einen
wesentlichen Überdruck bekommen, so müßte zum mindesten der Reduktionsraum vollkommen
abgeschlossen sein.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch andere Metalle gewonnen
werden, die mit Kohle ein sich bei höheren Temperaturen zersetzendes Karbid bi'l'den,
was z. B. bei Beryllium der Fall ist. Bei Metallen, die mit Kohle kein. Karbid bilden.,
z.. B. Magnesium, erhöht man den Druck in der Reaktionskammer so weit, daß Magnesium
bis zur Beendigung der Reaktion, als Flüssigkeit in der Reaktionskammer bleibt,
von wo es dann abgelassen oder verdampft werden kann.
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Nach diesem Verfahren kann man auch vom Erhitzen direkt ausgehen.
Beispielsweise fügt man Bauxit außer der notwendigen Menge an Kohle noch so viel
Eisenspäne zu, daß das aus. dem Siliciumoxyd entstehende Silicium sich mit Eisen
zu. einer EisenrSi.licium-Legierung verbindet, `die bei der Reaktionstemperatur
flüssig wird und abgelassen werden kann, während das Aluminiumoxyd zu Aluminiumkarbid
reduziert wird. Das weitere Verfahren ist das gleiche wie das oben beschriebene.
In ähnlicher Weise verfährt man mit Beryll.
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Die Vorteile des beschriebenen Verfahrens liegren darin, daß, der
Zusatz an indifferentem Gas wesentlich kleiner ist, als bei dem eingangs -beschrie'benen,
das zur Verdünnung des Kohlenoxyds das Mehrfache seines Volumens an inerten Gasen
benötigt. Man braucht zum Aufheizen dieses Gases auf Reaktionstemperatur daher wesentlich
weniger Energie. Ferner werden die zu, gewinnenden Metalle in neutraler Atmosphäre
verdampft, wo sie nur spurenweise oxydiert werden können. Auch das Zusammenschmelzen
des gewonnenen Metalls bietet keine Schwierigkeiten. Durch den erhöhten Druck bei
der Reduktion und bei der Verdampfung des Metalls, geht der bei der Reduktion notwendigerweise
entstehende feine Staub der Reaktionskomponenten- nicht mit, so daß auf Grund dieser
Tatsache der Gehalt an Metalldampf in der Raumeinheit nach, diesem Verfahren außerordentlich
gesteigert wird.