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Verfahren zur elektrothermischen Gewinnung von Magnesium Die Magnesiurngewinnung
durch Reduktion von Magnesiumoxyd oder Magnesiumoxd enth:sl;tender Stoffe mit Reduktionsmitteln
bei hoher Temperatur ist bekannt. Insbesondere sindVe.rfahrem industriell durchgeführt
worden, die als Reduktionsmittel Stoffe verwenden;, welche außer Magnesiumdampf
keine flüchtigen Reaktionsprodukte ergeben. Dabei hat man sich bisher vielfach des
Vakuums bedient, da bei Unterdruck die Reaktionstemperatur wesentlich tiefer liegt
als bei 1Tarmaldruckverhältmssen.
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Die Hauptschwierigkeit, auf welche die meisten der bisher bekanntenVerfahren
in ihrer technischen Entwicklung stoßen, ist die schlechte Wärmeleitfähigkeit der
Reaktionsmasse und damit die Frage der Erhitzung des Reaktionsgutes auf die erforderliehe
hohe Reaktionstemperatur in der für eine gute Raum-Zeit-Ausbeute gebotenen kurzen
Zeit. Zufolga der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Reaktionsgutes, das in dem bisher
angewandten Verfahren zum überwiegenden Teil aus oxydischen, Verbindungen besteht,
gelang es. praktisch nur, eine Schicht von wenigen Dezimetern D4eke zu durchheizen,
und man ist deshalb bei Zuführung der Wärme durch B.eheizung von außen bei Retorten
von geringem Durchmesser stehengeblieben. Für grüßere Produktionen ist eine große
Anzahl von Produktionseinheiten erforderlich, deren begrenzte Leistungsfähigkeit,
verbunden mit Materialverschleiß und Bedienungsaufwand, da!s Verfahren gegenüber
dem elektrolytiischen Verfahren unwirtschaftlich gestalten.. EinVTeg zu größeren
Produktionseinheiten, ist mit dem Bau von rotierenden Trommelöfen beschritten
worden,
in denen die Reaktionsmischung zumeist in brikettierter Form unter einem axial angeordneten
Heizelement als Strahlungsquelle angewendet wurde. Wenngleich hierbei die stete
Erneuerung der Oberfläche des Reaktionsgutes eine gleichmäßige Erhitzung gestattete,
so blieb doch auch in dieser Anordnung das Verhältnis von zugeführter Energie zum
Reaktionsraum, die Energiedichte, noch unbefriedigend und damit der besondere Vorteil
des thermischen Verfahrens unzureichend, ausgenutzt. Auch die Wärmeübertragung durch
Anordnung eines induktiv oder durch joulesche Wärme beheizten Bades von flüssigem
Metall oder flüssiger Schlacke, auf die Reaktionsgut aufgetragen wird,, brachte
keine befriedigende technische Lösung des. Problems. Einmal hängt die Leistung einer
solchen Anordnung natürlich, von der Oberfläche des flüssigen Bades ab; zum anderen
bringt diese Verfahrensweise die Gefahr eines vorzeitigen Schmelzens des Reaktionsgutes,
wodurch beispielsweise bei dem silikothermischen Red.uktionsverfahren durch Bildung
von Magn:esi.umsi.1ikaten wertvolles Reduktionsmittel und Magnesiumoxyd der Reaktion
entzogen wird. Der Entwicklung einer größeren Einheit mit hoher Leistung steht die
verhältnismäßig engeBegrenzung einer schmelzflüssigen Badfläche und die geringe
Höhe. des auf der Oberfläche schwimmenden festen Reaktionsgutes im Wege.
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Die Zufuhr der Energie unmittelbai# in das Reaktionsgut in Form von
joulescher Wärme ist technisch! bisher nicht durchgeführt worden" weil die bisher
übliche, etwa störhiometrische Zusammensetzung des Reaktionsgutes eine sehr geringe
elektrische Leitfähigkeit aufwies, die sich zudem durch. Verschwinden des metallischen
Anteils während des. Ablaufs der Reaktion noch, weiter verminderte, so daß für die
Zuführung joulescher Wärme nur der Weg über flüssige. Schlacke möglich erschien,
der mit den oben beschriebenen Nachteilen biehaftet ist.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein: Verfahren, das erstmalig
die Zuführung joulescher Wärme in das Reaktionsgut selbst ermöglicht und den Reaktionsahlauf
auf engstem Raum so beherrschen läßt, daß die Reduktion in kürzester Zeit zerläuft,
ohne, durch das Auftreten. einer flüssigen Phase gestört zu werden.
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Dies läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß man dns metallische
Reduktionsmittel, z. B. Ferros.ilicium, Aluminium oder SiEcoaluminium, in, einem
solchen überschuß anwendet, daß die zweckmäßig geformte Reaktionsmasse bis zum Ende
der Reaktion. eine quasi metallische Leitfähigkeit behält, die die Zuführung elektrischer
Energie in die Masse selbst, sei es durch, Widerstands- oder induktive Heizung,
in definierter und regelbarer Weise gestattet. Als. besonders vorteilhaft-hat sich
hierfür erwiesen, dieReaktionäkomponenten, durch Einstellung der Mahlfeinheit sä
aufeinnnder abzustimmen, daß die magnesiumoxydhaltige Komponente, beispielsweise
Dolomit, eine Korngröße von z5 o ,u, die metallische Komponente, z. B. Ferrosilicium,
eine Korngröße von etwa 5o« nicht übersteigt.
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Die Höbe des gemäß vorliegender Erfindung zu wählenden Überschusses
des Reduktionsmittels hängt, wie ebenfalls gefunden wurde, von Art und Oualität
des verwendeten metallischen Re:duktionsmittel@ab. Es hat sich als richtig erwiesen,
den Überschuß an der als Reduktionsmittel wirkenden Komponente mindestens so, groß
zu wählen, ' daß mit Begleitmetallen auftretende Verbindungen oder Legierungen,
die die Reaktionsfähigkeit des Reduktionsmittels herabsetzen - wie dies beispielsweise
die Verbindung FeSi bei Verwendung von Ferrosilicium als Reduktionsmittel ist -
nach beendeter Reaktion zurückbleiben. Auf diese. Weise wird während der Reaktion
das frei verfügbare Reduktionsmittel mit höchstmöglicher Reaktionsgeschwindigkeit
voll ausgenutzt.
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Beisgielsweise können als solche Rohstoffgern.i.sche angewendet werden:
r. roo leg gebrannter Dolomit mit 38% h190 und 26,5 kg Ferrosi.ld,cium mit 75 0/@
Siliciumgeh.alt. 2. roo kg gebrannter Dolomit mit 38% 11Z90 und 39,8 kg einer Legierung,
die 30% Aluminium, .Ioo/o Silicium icium und 30% Eisen enthält.
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Das vorliegende Verfahren kann bei gewöhnlichem Druck in. inerter
Atmosphäre, beispielsweise unter Wasserstoffatmosphäre, ausgeführt werden. Besondere
Vorteile ergeben sich für die Durch-*führung des Verfahrens unter vermindertem Druck.
NTebein den bekannten Vorteilen niedrigerer Arbeitstemperatur ergibt sich für das
vorliegende Verfahren der besondere Vorteil in der Herabsetzung der elektrischen
Übergangswiderstände zwischen, Elektroden und Reaktionsgut und innerhalb des meist
in geformter Körnung angewendeten Reaktionsgutes selbst.
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Der nach der Reaktion. verbleibende Rückstand kann, entweder in fester
oder in flüssiger Form ausgetragen werden. Im Fall des flüssigenAustrags ist dafür
Sorge zu tragen, daß die Verflüssigung erst nach; beendeter Reaktion durch nachfolgendes
Erhitzen des Reaktionsrückstandes erfolgt. Dies geschieht zweckmäßig in der Weise,
daß die nachfolgende: Erhitzung in einer von der Reaktionszone ausreichend getrennten
Zone des Reduktionsofens durchgeführt wird.
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Aus dem verbleibenden Reaktionsrückstand wird nach dem vorliegenden
Verfahren. entweder auf naßmechanischem Wege oder in flüssiger Phase das überschüssige
Reduktionsmittel gewonnen. und entweder als solches verwertet, beispielsweise in
Form von 5oo/oigem Ferrosilicium, oder im Kreislauf in die Herstellung hochprozentigen
Ferrosiliciums zurückgeführt.
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Das vorli@gande Verfahren kann sowohl im C'hargenbetrieb als auch
mit besonderem Vorteil. in. kontinuierlicher Betriebsweise durchgeführt werden,
indem man an sich bekannte. Prinzipien, des kon.tinuierliehen Ein- und Austrages
anwendet.
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Das. Verfahren gemäß Erfindung bedeutet gegenüber den bisher bekannten
Verfahren. der thermischen Herstellung von Magnesium durch Reduktion
mit
metallischen Reduktionsmitteln einen erheblichen technischen Fortschritt insofern,
als es erstmalig ermöglicht, dieses Verfahren mit hoher Energiedichte und Raum-Zeit-Ausbeute,
durchzu-, führen und Reduktionsöfen großtechniechen. Ausmaßes zu betreiben, deren
Leistung die bisher bekannte:n Erzeugungseinheiten um ein Vielfaches übersteigt: