NO124001B

NO124001B -

Info

Publication number: NO124001B
Application number: NO2520/68A
Authority: NO
Inventors: Julian Miles Avery
Original assignee: Julian Miles Avery
Priority date: 1967-06-26
Filing date: 1968-06-25
Publication date: 1972-02-14
Also published as: IN141344B; IN141341B; US3579326A; FR1580990A

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av Method of manufacture of

magnesium ved metallotermisk reduksjon magnesium by metallothermal reduction

av magnesiumoksyd. of magnesium oxide.

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av metallisk magnesium ved metallotermisk reduksjon av magnesiumoksyd ved høye temperaturer. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte av den art hvor metallisk silisium, vanligvis i form av en ferro-silisium-legering, og magnesiumoksyd, vanligvis i form av kalsinert dolomitt, reagerer med hverandre i et elektrisk ovn-kondensatorsys- The present invention relates to the production of metallic magnesium by metallothermal reduction of magnesium oxide at high temperatures. More specifically, the invention relates to a method of the kind where metallic silicon, usually in the form of a ferro-silicon alloy, and magnesium oxide, usually in the form of calcined dolomite, react with each other in an electric furnace-capacitor system.

tem som vanligvis holdes under et høyt vakuum. tem which is usually kept under a high vacuum.

Ved en slik prosess, kjent som "magnatherm"-prosess, skjer oksydasjon av silisium og reduksjon av magnesiumoksyd i nærvær av et smeltet slaggbad ved temperaturer over 1300-1400°C. Under det høye vakuum utvikler det seg magnesiumdamp med meget lavt partielt trykk og kondenseres deretter til smeltet eller fast magnesiummetal1. In such a process, known as the "magnatherm" process, oxidation of silicon and reduction of magnesium oxide takes place in the presence of a molten slag bath at temperatures above 1300-1400°C. Under the high vacuum, magnesium vapor develops with a very low partial pressure and is then condensed into molten or solid magnesium metal1.

"Oppbrukt" ferrosilisiumlegering og en stor mengde slagg tappes periodisk fra ovnen i smeltet form. Da ovn-kondensatorsystemet er holdt under et høyt vakuum for å fremme den ønskede reaksjon og å fordampe magnesiumproduktet, krever den periodiske fjernelse av slagg og av oppbrukt legering fra "ovnen at vakuumet brytes og prosessen avbrytes. Fremgangsmåten ér derfor i det vesentlige en chargevis prosess. "Spent" ferrosilicon alloy and a large amount of slag are periodically drained from the furnace in molten form. As the furnace-condenser system is maintained under a high vacuum to promote the desired reaction and vaporize the magnesium product, the periodic removal of slag and spent alloy from the furnace requires breaking the vacuum and interrupting the process. The process is therefore essentially a batch process. .

US-patent 2 971 833 er rettet på den kjente "magnethérm"-prosessen og åpenbarer ikke den slagg som anvendes ved foreliggende fremgangsmåte (den kjente slagg har et.meget høyere kalsiumok-sydinnhold) , og heller ikke åpenbares det spesielle reduksjonsmiddel som anvendes ved foreliggende fremgangsmåte. US patent 2,971,833 is directed to the known "magnetherm" process and does not disclose the slag used in the present method (the known slag has a much higher calcium oxide content), nor does it disclose the special reducing agent used in present method.

En slik fremgangsmåte.ble utført bare i liten kommersiell målestokk og den er ikke i- stand til å konkurrere med hell med den nå i stor teknisk målestokk brukte fremgangsmåte for fremstilling av magnesium, nemlig med elektrolysen av smeltet magnesiumklorid. Such a method was only carried out on a small commercial scale and it is not able to compete successfully with the method now used on a large technical scale for the production of magnesium, namely with the electrolysis of molten magnesium chloride.

En annen velkjent metallotermisk prosess for fremstilling av magnesium, "Pidgeon"-prosessen, er likeledes en chargevis prosess som var drevet bare i forholdsvis liten kommersiell målestokk. Ved denne prosess blir magnesiumoksyd i form av kalsinert dolomitt,<q>g metallisk silisium, i form av ferrosilisium, innført i- batterier av små utvendige opphetede retorter, i hvilke skjer en reaksjon i "fast tilstand" ved temperaturer av llO0-1200°C. Under disse betingelser frigjøres metallisk magnesium fra reaksjonssonen som en damp med meget lavt partialtrykk, og det er derfor nødvendig å holde retortebatteriene under et meget høyt vakuum. Another well-known metallothermal process for the production of magnesium, the "Pidgeon" process, is likewise a batch process which was operated only on a relatively small commercial scale. In this process magnesium oxide in the form of calcined dolomite, <q>g metallic silicon, in the form of ferrosilicon, is introduced into batteries of small externally heated retorts, in which a "solid state" reaction takes place at temperatures of llO0-1200° C. Under these conditions, metallic magnesium is released from the reaction zone as a very low partial pressure vapor, and it is therefore necessary to keep the retort batteries under a very high vacuum.

Denne prosess kan heller ikke konkurrere med den elektrolytis-ke fremgangsmåte for fremstilling av magnesium fra magnesiumklorid, unntatt under spesielle betingelser og av spesielle årsaker. Nor can this process compete with the electrolytic method for producing magnesium from magnesium chloride, except under special conditions and for special reasons.

Foreliggende oppfinnelse har som formål å tilveiebringe en forbedret metallotermisk fremgangsmåte som kan konkurrere med de kjente metoder for fremstilling av magnesium. The purpose of the present invention is to provide an improved metallothermal method which can compete with the known methods for producing magnesium.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går i henhold til det foran anførte ut på fremstilling av magnesium ved metallotermisk reduksjon av magnesiumoksyd, hvor en som reduksjonsmiddel virkende silisium-aluminium-legering og.et oksydasjonsmiddel innføres i. reaksjonssonen til en reduksjons<p>vn, hvis reaksjonssone holdes ved en temperatur på 1400-1700°C.og ovnen drives omtrent ved atmosfæretrykk eller under vakuum hvorved utvikles magnesiumdamp fra reaksjonssonen og magnesium kondenseres og utvinnes som et pro- dukt, og det karakteristiske ved fremgangsmåten er at det som reduksjonsmiddel anvendes en legering inneholdende 25-50 vekt% aluminium, 40-65 vekt% silisium og 0-20 vekt% jern, hvor forholdet av silisium til aluminium er minst 0,8:1, og som oksydasjonsmiddel anvendes en blanding av magnesiumoksyd og kalsiumoksyd inneholdende minst 50% According to the above, the method according to the invention consists in the production of magnesium by metallothermal reduction of magnesium oxide, where a silicon-aluminium alloy acting as a reducing agent and an oxidizing agent are introduced into the reaction zone of a reduction, whose reaction zone is maintained at a temperature of 1400-1700°C. and the furnace is operated approximately at atmospheric pressure or under vacuum, whereby magnesium vapor is developed from the reaction zone and magnesium is condensed and extracted as a product, and the characteristic of the method is that an alloy containing 25 -50% by weight aluminum, 40-65% by weight silicon and 0-20% by weight iron, where the ratio of silicon to aluminum is at least 0.8:1, and a mixture of magnesium oxide and calcium oxide containing at least 50% is used as an oxidizing agent

av sin vekt av magnesiumoksyd og med et molforhold av magnesiumoksyd til kalsiumoksyd på minst 2:1, og at i reaksjonssonen dannes et smeltet slagg som inneholder på vektbasis, med unntagelse av andre komponenter, 5-25% magnesiumoksyd, 15-35% aluminiumoksyd, 25-50%silisiumdioksyd og mindre enn 30% kalsiumoksyd. of its weight of magnesium oxide and with a molar ratio of magnesium oxide to calcium oxide of at least 2:1, and that in the reaction zone a molten slag is formed which contains, by weight, excluding other components, 5-25% magnesium oxide, 15-35% aluminum oxide, 25-50% silicon dioxide and less than 30% calcium oxide.

Andre trekk ved fremgangsmåten vil fremgå av den følgende be-skrivelse. Other features of the method will be apparent from the following description.

Når man arbeider som ovenfor angitt, kan man frigjøre magnesiumdamp, selv ved atmosfærisk trykk, i mengder som svarer til en meget høy utnyttelse av legeringens silisiuminnhold. Nærværet av aluminium som reaktant i nær fysisk forbindelse med silisium og det smeltede slagg, stimulerer antagelig reduksjonsmidlet synergistisk til å reagere i en slik utstrekning at magnesiumdamp utvikler seg selv under atmosfærisk trykk, hvorved man eliminerer nødvendigheten av å holde systemet under et høyt vakuum. When working as indicated above, magnesium vapor can be released, even at atmospheric pressure, in quantities corresponding to a very high utilization of the silicon content of the alloy. The presence of aluminum as a reactant in close physical association with silicon and the molten slag presumably synergistically stimulates the reducing agent to react to such an extent that magnesium vapor is developed even under atmospheric pressure, thereby eliminating the necessity of keeping the system under a high vacuum.

Bruken av aluminium/silisium-legeringer med passende sammensetning gir således meget viktige fordeler sammenlignet med bruken av ferrosilisium. En klar fordel er muligheten av å gjennomføre reaksjonen ved eller omtrent ved atmosfærisk trykk. For det annet kan en større andel av silisiuminnholdet i reduksjonslegeringen brukes for å redusere magnesiumoksyd. Dessuten kan det aluminiumoksyd som er nødvendig i slaggen oppnås som et biprodukt av reaksjonen, hvorved forholdet av slaggen til de fremstilte magnesium-metaller fordelaktig kan minskes. The use of aluminium/silicon alloys with a suitable composition thus provides very important advantages compared to the use of ferrosilicon. A clear advantage is the possibility of carrying out the reaction at or approximately at atmospheric pressure. Secondly, a greater proportion of the silicon content of the reduction alloy can be used to reduce magnesium oxide. Moreover, the aluminum oxide that is required in the slag can be obtained as a by-product of the reaction, whereby the ratio of the slag to the magnesium metals produced can advantageously be reduced.

Det er videre funnet at hvis magnesiumoksydinnholdet av slaggen holdes ved en forholdsvis høy konsentrasjon, over ca. 5% og fortrinnsvis mellom 10 og 20%, økes betydelig tilbøyeligheten av silisium til å reagere med magnesiumoksyd for å danne magnesium. Den økede reaksjonshastighet av magnesiumoksyd med både aluminium og silisium øker vesentlig den produktive kapasitet av en .ovn med en bestemt størrelse. Den høye konsentrasjon av magnesiumoksydet i slaggen spiller således eri vesentlig rolle ved fremgangsmåten iføl-ge oppfinnelsen. It has further been found that if the magnesium oxide content of the slag is kept at a relatively high concentration, above approx. 5% and preferably between 10 and 20%, the tendency of silicon to react with magnesium oxide to form magnesium is significantly increased. The increased reaction rate of magnesium oxide with both aluminum and silicon significantly increases the productive capacity of a furnace of a given size. The high concentration of the magnesium oxide in the slag thus plays a significant role in the method according to the invention.

For å holde forholdet mellom slaggen og det fremstilte, magne-siummetall ved den praktisk talt laveste verdi, er det fordelaktig også å opprettholde en forholdsvis høy konsentrasjon av aluminiumoksyd i slaggen, nemlig større enn ca. 15% og fortrinnsvis mellom i 25 og 30%. In order to keep the ratio between the slag and the produced magnesium metal at the practically lowest value, it is also advantageous to maintain a relatively high concentration of aluminum oxide in the slag, namely greater than approx. 15% and preferably between 25 and 30%.

Det er ennvidere funnet at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gir de fordelaktigste resultater når man unngår høye kon-sentrasjoner av kalsiumoksyd i'slaggen og når man brukér konsentra-sjoner av silisiurndioksyd som er større enn ca. 25%, fortrinnsvis mellom 30 og 45%. Konsentrasjonen av kalsiumoksyd bør holdes ved en verdi som er lavere enn ca. 30%, og den bør fortrinnsvis være mellom 10 og 20%. It has further been found that the method according to the invention gives the most advantageous results when high concentrations of calcium oxide in the slag are avoided and when concentrations of silicon dioxide greater than approx. 25%, preferably between 30 and 45%. The concentration of calcium oxide should be kept at a value lower than approx. 30%, and it should preferably be between 10 and 20%.

Foreliggende oppfinnelse vedrører som det fremgår av The present invention relates, as appears from

det foran anførte fremstilling av metallisk magnesium ved termisk reduksjon av magnesiumoksyd. Magnesiumoksyd bringes i en reaksjonssone i kontakt med et reduksjonsmiddel for å produsere magnesium som fordampes og gjenvinnes ved kondensering. Disse generelle trekk ved foreliggende fremgangsmåte er ikke nye. the aforementioned production of metallic magnesium by thermal reduction of magnesium oxide. Magnesium oxide is brought into contact with a reducing agent in a reaction zone to produce magnesium which is evaporated and recovered by condensation. These general features of the present method are not new.

Nyheten ved foreliggende oppfinnelse er den spesielle måte fremgangsmåten utføres på, nemlig: i en spesiell slagg med visse oksyderingsmidler og reduksjonsmidler og under spesifikke betingelser som skal klargjøres i forbindelse med en ytterligere omtale av teknikkens nivå . The novelty of the present invention is the special way in which the method is carried out, namely: in a special slag with certain oxidizing agents and reducing agents and under specific conditions that will be clarified in connection with a further discussion of the state of the art.

Den primære forskjell mellom de fremgangsmåter som er åpenbart i flesteparten av de tidligere foreslåtte arbeidsmåter The primary difference between the methods is obvious in most of the previously proposed methods of working

som er prosesser av typen "fast tilstand" og hvor reaksjonen skri-der frem godt og vel under smeltepunktet for de reagerende stoffer, må sees å ligge i den kjensgjerning at foreliggende fremgangsmåte utføres i en smeltet slagg. Den smeltede slagg tilveiebringer et flytende reaksjonsmedium med de fordeler som dette medfører eller innebærer og som ikke kan sammenlignes med et system i "fast tilstand". which are processes of the "solid state" type and where the reaction progresses well below the melting point of the reacting substances, must be seen to lie in the fact that the present method is carried out in a molten slag. The molten slag provides a liquid reaction medium with the advantages that this entails or implies and which cannot be compared to a "solid state" system.

I US-patent 3 129 094 er det beskrevet reduksjonen av magnesium i nærvær av ferrosilisium i en slagg av en viss sammensetning som er meget forskjellig fra den spesielle sammensetning som e.r kommet til anvendelse ved foreliggende fremgangsmåte. US patent 3 129 094 describes the reduction of magnesium in the presence of ferrosilicon in a slag of a certain composition which is very different from the particular composition used in the present method.

Patentskriftet anvender ferrosilisium som reduksjonsmiddel og reaksjonen utføres ved 1300-1400°C mens foreliggende fremgangsmåte anvender aluminium-silisium og en temperatur over 1400°C. Videre er det ingen antydning-om at oksydasjonsmidlet inneholder The patent uses ferrosilicon as reducing agent and the reaction is carried out at 1300-1400°C, while the present method uses aluminium-silicon and a temperature above 1400°C. Furthermore, there is no indication that the oxidizing agent contains

en hovedmengde av magnesiumoksyd.. a major quantity of magnesium oxide..

Den slagg som anvendes i henhold til US-patent 2 286 204 er overordentlig omfattende og åpenbarer ikke den spesielle slagg som anvendes ved foreliggende fremgangsmåte. Videre anvendes slag gen ved en annen og forskjellig prosess hvor karbon er reduksjonsmidlet. The slag used according to US patent 2,286,204 is extremely comprehensive and does not disclose the particular slag used in the present method. Furthermore, slag is used in another and different process where carbon is the reducing agent.

Det norske patent 57 911 er rettet på en fremgangsmåte The Norwegian patent 57 911 is directed to a method

ved temperaturer under smeltepunktet for reaksjonsresiduene og det anvendes en annen og forskjellig slagg. Formålet for foreliggende oppfinnelse er å opprettholde en sur slagg og å øke MgO-konsentrasjonen i slaggen, hvilket er utenfor området for det som er angitt i det norske patentskrift. at temperatures below the melting point of the reaction residues and a different and different slag is used. The purpose of the present invention is to maintain an acidic slag and to increase the MgO concentration in the slag, which is outside the range of what is stated in the Norwegian patent document.

Anvendelsen av ferro-silisium-aluminiumlegeringer er blitt foreslått tidligere. De spesielle legeringer som f.eks. er foreslått i de tyske patenter nr. 722 449; 806 171 og 1 053 791, og i US-patent 2 971 833 adskiller seg fra de som kommer til anvendelse ved foreliggende fremgangsmåte. The use of ferro-silicon-aluminium alloys has been suggested previously. The special alloys such as is proposed in German Patent No. 722,449; 806,171 and 1,053,791, and in US patent 2,971,833 differ from those used in the present method.

Det som er åpenbart i den tidligere norske søknad 1684/68 adskiller seg fra gjenstanden for foreliggende søknad hvilket fremgår klart når man sammenligner de typer av slagg som kommer i betraktning. I søknad 1684/68 er slaggen basisk, mens ved foreliggende fremgangsmåte er den sur. Nyheten ved foreliggende søknad beror derfor bl.a. på definisjonen av slaggen som dannes ved foreliggende fremgangsmåte. Videre skal bemerkes at bruken av en sur slagg er mere tilfredsstillende enn en basisk slagg. Fig. 1 er et tre-komponenters diagram som viser de foretrukne sammensetninger av kalsiumoksyd, aluminiumoksyd og silisiumdioksyd i den smeltede slagg. Fig. 2 er et tre-komponenters diagram som viser .de foretrukne sammensetninger av den reduserende legering. What is obvious in the previous Norwegian application 1684/68 differs from the subject matter of the present application, which is clear when comparing the types of slag that come into consideration. In application 1684/68, the slag is basic, while in the present method it is acidic. The novelty of the present application is therefore due, among other things, to on the definition of the slag formed by the present method. Furthermore, it should be noted that the use of an acidic slag is more satisfactory than a basic slag. Fig. 1 is a three-component diagram showing the preferred compositions of calcium oxide, alumina and silicon dioxide in the molten slag. Fig. 2 is a three-component diagram showing the preferred compositions of the reducing alloy.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen erkarakterisert vedbruken av en aluminium-silisiumlegering for å redusere magnesiumoksyd i reaksjonssonen av en reduksjonsovn ved temperaturer over 1400°C og ved nærværet av et smeltet slaggbad med den generelle sammensetning: The method according to the invention is characterized by the use of an aluminium-silicon alloy to reduce magnesium oxide in the reaction zone of a reduction furnace at temperatures above 1400°C and in the presence of a molten slag bath with the general composition:

Den fordelaktigste sammensetning av det smeltede slagg synes å være ca. 20% kalsiumoksyd, ca. 15% ganesiumoksyd, ca. 30% The most advantageous composition of the molten slag seems to be approx. 20% calcium oxide, approx. 15% ganesium oxide, approx. 30%

aluminiumoksyd og ca. 35% silisiumdioksyd. aluminum oxide and approx. 35% silicon dioxide.

Alternativt kan sammensetningen av det smeltede slagg de-fineres ved hjelp av kurver vist på fig. 1. Således dekker det brede sammensetningsområde av den smeltede slagg de slagger som har 5-25%. magnesiumoksyd, og kalsiumoksyd, silisiumdioksyd og aluminiumoksyd i de mengder som er representert av kurven 10 på fig. 1. På lignende måte omfatter det foretrukne sammensetningsområde av den smeltede slagg 10-20% magnesiumoksyd og de resterende komponenter i de mengder som er vist av kurven 12 på fig. 1. Det bør nevnes at de på fig. 1 angitte prosentmengder angår for enkelthetens skyld den smeltede slagg uten dens magnesiumoksydinnhold, dvs. 5-25% Alternatively, the composition of the molten slag can be defined by means of curves shown in fig. 1. Thus, the wide composition range of the molten slag covers those slags that have 5-25%. magnesium oxide, and calcium oxide, silicon dioxide and aluminum oxide in the amounts represented by curve 10 in fig. 1. Similarly, the preferred composition range of the molten slag comprises 10-20% magnesium oxide and the remaining components in the amounts shown by curve 12 in fig. 1. It should be mentioned that those on fig. 1 stated percentages relate, for the sake of simplicity, to the molten slag without its magnesium oxide content, i.e. 5-25%

og fortrinnsvis 10-20% av den samlede slagg. således utgjør den samlede mengde av de tre komponenter 100%, men representerer sammensetningen av slaggen unntatt magnesiumoksyd. and preferably 10-20% of the total slag. thus the total amount of the three components amounts to 100%, but represents the composition of the slag excluding magnesium oxide.

I foretrukne utføreIsesformer for oppfinnelsen er sammensetningen av det smeltede slagg slik at forholdet av aluminium- og magnesiumoksyder til silisiumdioksyd er lavere enn 1,6:1, at den samlede mengde av aluminium- og magnesiumoksyder er mindre enn 50% av slaggen og at forholdet av kalsium- og magnesiumoksyder til silisiumdioksyd er lavere enn 1,6:1. In preferred embodiments of the invention, the composition of the molten slag is such that the ratio of aluminum and magnesium oxides to silicon dioxide is lower than 1.6:1, that the total amount of aluminum and magnesium oxides is less than 50% of the slag and that the ratio of calcium and magnesium oxides to silicon dioxide is lower than 1.6:1.

De fleste metallurgiske slagger har et høyt innhold av CaO - minst 40% og vanligvis 50%, av og til ennå mere. Slike slagger er kjent som basiske slagger og de erkarakterisert vedet forholdsvis skarpt smeltepunkt og danner en flytende slagg med lav viskositet ved liten overhetning. Slagg med den tidligere angitte sammensetning er på den andre side betegnet som sure slagger og de erkarakterisert vedet temmelig ubestemt smeltepunkt, og de danner temmelig viskøse, glassaktige slagger som krever betydelig overhetning for å oppnå en lavere viskositet. Most metallurgical slags have a high content of CaO - at least 40% and usually 50%, sometimes even more. Such slags are known as basic slags and they are characterized by a relatively sharp melting point and form a liquid slag with low viscosity when slightly overheated. Slags with the previously stated composition are, on the other hand, referred to as acid slags and they are characterized by a rather indefinite melting point, and they form rather viscous, glassy slags that require considerable superheating to achieve a lower viscosity.

De tidligere angitte sammensetninger dekker et vidt område av smeltepunktet. innenfor dette område er mange kombinasjoner mulige, men de må velges omhyggelig da det er nødvendig å danne en slagg i hvilken blandinger av oksyder er slik at det oppnås en passende kombinasjon av smeltepunkt og viskositet. For å oppnå dette kan et flussmiddel, f.eks. flusspat, tilsettes til slaggen om ønsket. The previously stated compositions cover a wide range of the melting point. within this range many combinations are possible, but they must be chosen carefully as it is necessary to form a slag in which mixtures of oxides are such that a suitable combination of melting point and viscosity is obtained. To achieve this, a flux, e.g. fluorspar, is added to the slag if desired.

Oksydasjonsmidlet som innføres i reaksjonssonen er hen-siktsmessig en blanding av oksyder, såsom magnesiumoksyd og kalsiumoksyd. En stor del av oksydasjonsmidlet er imidlertid magnesiumoksyd, dvs. magnesiumoksyd-malm. En mindre del av oksydasjonsmidlet kan være. kalsinert dolomitt, en ekvimolar kombinasjon av magnesiumoksyd, avledet fra CaMg (002)2» Det er imidlertid ikke nødvendig å bruke kalsinert dolomitt.i oksydasjonsmidlet, og magnesiumoksyd alene er tilfredsstillende i visse tilfeller. I hvert tilfelle må The oxidizing agent which is introduced into the reaction zone is expediently a mixture of oxides, such as magnesium oxide and calcium oxide. However, a large part of the oxidizing agent is magnesium oxide, i.e. magnesium oxide ore. A smaller portion of the oxidizing agent can be. calcined dolomite, an equimolar combination of magnesium oxide, derived from CaMg(002)2» It is not necessary, however, to use calcined dolomite in the oxidizing agent, and magnesium oxide alone is satisfactory in certain cases. In each case must

det mplare forhold av magnesiumoksyd til kalsiumoksyd i oksydasjonsmidlet være minst 2:1. the mplar ratio of magnesium oxide to calcium oxide in the oxidizing agent be at least 2:1.

Det vil være klart at hvis en magnesiumoksydholdig dolo-mittsten med et forholdsvis stort forhold av magnesiumoksyd til kalsiumoksyd-innhold er tilgjengelig, kan det være fordelaktig å erstatte vanlig dolomittisk kalk, delvis eller helt , med kalk dannet fra en slik sten, og å minske derved mengden av magnesiumoksyd som trenges som magnesiumoksyd. På den annen side, hvis dolomittisk kalk ikke er tilgjengelig eller ikke er ønsket, er det klart at kalk dannet fra kalksten kan brukes for å skaffe det kalsiumoksyd som er nødvendig for dannelsen av en passende slagg. It will be clear that if a magnesium oxide-bearing dolo-midstone with a relatively large ratio of magnesium oxide to calcium oxide content is available, it may be advantageous to replace ordinary dolomitic lime, in part or in whole, with lime formed from such a stone, and to reduce thereby the amount of magnesium oxide that is needed as magnesium oxide. On the other hand, if dolomitic lime is not available or is not desired, it is clear that lime formed from limestone can be used to provide the calcium oxide necessary for the formation of a suitable slag.

Ved fremgangsmåten ifølge, oppfinnelsen er det meget fordelaktig å holde i reaksjonssonen en temperatur på minst ca. 1400°C In the method according to the invention, it is very advantageous to keep the reaction zone at a temperature of at least approx. 1400°C

for å oppnå gode reaksjonsbetingelser, men temperaturer høyere enn ca. 1700°C er uønsket da de skaffer vanskelige konstruksjons- og arbeidsproblemer. Det er derfor fordelaktig å bruke en slagg hvis smeltepunkt ikke er høyere enn ca. 1600°C, for å kunne bruke tilstrekkelig overhetning for å gjøre slaggen tilstrekkelig flytende uten å trenge overdrevenet høye temperaturer. Således, foretrekkes en temperatur på ca. 1400-1700°Ci reaksjonssonen, skjønt i visse tilfeller er høyere eller lavere temperaturer hensiktsmessige og kan være ønsket. to achieve good reaction conditions, but temperatures higher than approx. 1700°C are undesirable as they create difficult construction and working problems. It is therefore advantageous to use a slag whose melting point is not higher than approx. 1600°C, to be able to use sufficient superheat to make the slag sufficiently fluid without needing excessively high temperatures. Thus, a temperature of approx. 1400-1700°Ci the reaction zone, although in certain cases higher or lower temperatures are appropriate and may be desired.

på den annen side kan slagg med' forholdsvis høy viskosi- on the other hand, slag with a relatively high viscosity can

tet brukes ved foreliggende fremgangsmåte, fordi det ikke finnes i ovnen noe lag av fast materiale gjennom hvilket slaggen må passere tet is used in the present method, because there is no layer of solid material in the furnace through which the slag must pass

for å nå tappehullet og fjernes fra ovnen. således er problemet to reach the drain hole and removed from the oven. thus is the problem

med slaggviskositeten ikke så stort som i de fleste metallurgiske prosesser, men det utgjør allikevel ennå en faktor som krever opp-merksomhet . with the slag viscosity not as great as in most metallurgical processes, but it is still a factor that requires attention.

Generelt er sammensetningen av slaggen bestemt i foreliggende prosess av forholdet av aluminium til silisium innført som re-duks jonsmidlet , av graden av utnyttelsen av silisium som reduksjonsmiddel, hvilket av økonomiske grunner bør være størst mulig, og av de relative mengder av magnesiumoksyd innført som magnesia og som dolomittisk kalk. In general, the composition of the slag is determined in the present process by the ratio of aluminum to silicon introduced as the reducing agent, by the degree of utilization of silicon as reducing agent, which for economic reasons should be as large as possible, and by the relative amounts of magnesium oxide introduced as magnesia and as dolomitic limestone.

Det her brukte uttrykk "aluminium-silisium-legering" om fatter de reduksjonsmidler som når de tilsettes til det smeltede slagg i reaksjonssonen av en reduksjonsovn, som beskrevet ovenfor, The term "aluminium-silicon alloy" used here includes those reducing agents which, when added to the molten slag in the reaction zone of a reduction furnace, as described above,

gir metallisk aluminium og silisium. gives metallic aluminum and silicon.

Bruken av Al-Si-Fe-legeringer som reduksjonsmiddel kan være fordelaktig, særlig på grunn av at disse aluminium-silisium-legeringer er lett tilgjengelige. Aluminium i form av slike legeringer kan fremstilles ved velkjente smelteprosesser i elektrisk ovn. Når aluminiuminnholdet av legeringen øker, er en liten meng- The use of Al-Si-Fe alloys as a reducing agent can be advantageous, particularly because these aluminium-silicon alloys are readily available. Aluminum in the form of such alloys can be produced by well-known melting processes in an electric furnace. When the aluminum content of the alloy increases, a small amount

de jern fordelaktig, eller av og til nødvendig for å hindre en over-dreven forflyktigelse av aluminium og silisium fra ovnen. Det an- they iron advantageous, or sometimes necessary to prevent an excessive volatilization of aluminum and silicon from the furnace. The an-

tas vanligvis at aluminiuminnholdet av slike legeringer er av prak-tiske grunner begrenset til høyst ca. 60%. I disse tilfeller er jerninnholdet vanligvis større enn ca. 5%. it is usually assumed that the aluminum content of such alloys is for practical reasons limited to a maximum of approx. 60%. In these cases, the iron content is usually greater than approx. 5%.

For en maksimal utnyttelse av silisiuminnholdet er det For a maximum utilization of the silicon content it is

på den annen side fordelaktig å ha et forholdsvis lavt jerninnhold i reduksjonsmidlet ifølge oppfinnelsen. Men dette ønskemål må ba-lanseres mot den gunstige virkning av jerninnholdet på omkostnin- on the other hand, it is advantageous to have a relatively low iron content in the reducing agent according to the invention. But this aspiration must be balanced against the beneficial effect of the iron content on costs.

gene ved fremstillingen av reduksjonsmidlet, som nevnt ovenfor. genes in the production of the reducing agent, as mentioned above.

Et jerninnhold på ca. 10% synes tilfredsstillende når dis- An iron content of approx. 10% seems satisfactory when dis-

se faktorer tas i betraktning, men det kan være høyere eller lave- se factors are taken into account, but it can be higher or lower-

re uten å fravike fra oppfinnelsens ramme, f.eks. 0-20%. re without deviating from the scope of the invention, e.g. 0-20%.

Etter å ha overveiet alle disse faktorer: produksjons-omkostningene, konsentrasjonen av aluminium og silisium, bruken av sammensetningen og egenskapene av silisiumslaggen, forholdet av slaggen til det dannede magnesium, sammensetningen og egenska- After considering all these factors: the production costs, the concentration of aluminum and silicon, the use of the composition and properties of the silicon slag, the ratio of the slag to the magnesium formed, the composition and properties of

per av slaggen, mengden og sammensetningen av den oppbrukte leger- per of the slag, the quantity and composition of the spent alloy

ing - får man følgende legeringssammensetninger som kan brukes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. ing - the following alloy compositions are obtained which can be used in the method according to the invention.

Innenfor området for disse legeringssammensetninger er forholdet av silisium til aluminium minst 0,8:1, fordelaktig større enn 1:1 og fortrinnsvis minst 1,4:1. Within the range of these alloy compositions, the ratio of silicon to aluminum is at least 0.8:1, advantageously greater than 1:1 and preferably at least 1.4:1.

Alternativt kan sammensetningen av aluminium-silisium-reduksjonsmidlet ifølge oppfinnelsen representeres ved hjelp av tre-komponenters -diagrammet av fig. 2. Således ligger generelt sammensetningen av reduksjonsmidlet innenfor området begrenset av kurven 20 på fig. 2. Fortrinnsvis ligger sammensetningen av re-duks jonsmidlet innenfor området begrenset av kurven 22 på fig. 2. Alternatively, the composition of the aluminium-silicon reducing agent according to the invention can be represented by means of the three-component diagram of fig. 2. Thus, in general, the composition of the reducing agent lies within the area limited by the curve 20 in fig. 2. Preferably, the composition of the reducing agent lies within the area limited by the curve 22 in fig. 2.

De følgende eksempler skal vise de tekniske og økonomiske fordeler av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, men uten å be-grense oppfinnelsen. The following examples shall show the technical and economic advantages of the method according to the invention, but without limiting the invention.

EKSEMPLER EXAMPLES

De følgende operasjoner utføres i en elektrisk reduksjonsovn koblet til et kondenseringskammer. Arbeidsmetoden består i å chargere ovnen med slagg og å tilføre varme inntil en passende viskositet er nådd ved en temperatur på over ca. 1400°C, hvoretter ok-sydas jonsmidlet og reduksjonsmidlet chargeres i små porsjoner. Periodisk tappes den smeltede slagg og eventuell ferrosilisiumlegering.Tilsetningen av oksydasjonsmidlet og reduksjonsmidlet og tappingen av slaggen og "oppbrukt" ferrosilisium "gjennomføres på The following operations are carried out in an electric reduction furnace connected to a condensing chamber. The working method consists of charging the furnace with slag and adding heat until a suitable viscosity is reached at a temperature of over approx. 1400°C, after which the ionic agent and the reducing agent are charged in small portions. Periodically, the molten slag and any ferrosilicon alloy are drained. The addition of the oxidizing agent and the reducing agent and the draining of the slag and "spent" ferrosilicon" are carried out on

en slik måte at sammensetningen av slaggen er i det vesentlige konstant. Prosessen utføres i det vesentlige kontinuerlig. such a way that the composition of the slag is essentially constant. The process is essentially carried out continuously.

Det i ovnen innførte oksydasjonsmiddel og reduksjonsmiddel og den tappede slagg hadde de i tabell I viste sammensetninger. Reaksjonene fant sted ved temperaturer som også er vist i tabell I og magnesiumdamp ble utviklet og kondensert ved atmosfæretrykk. Slaggsammensetningene er også vist i tabell I. The oxidizer and reducer introduced into the furnace and the drained slag had the compositions shown in Table I. The reactions took place at temperatures also shown in Table I and magnesium vapor was developed and condensed at atmospheric pressure. The slag compositions are also shown in Table I.

Fra td)ell I kan det sees at utnyttelsen av reduksjonsmidler var høy, for forholdet av den brukte legering til det dannede magnesium var lavt (0,7-1,1). Ennvidere var forholdet av den dannede slagg til det dannede magnesium også lavt (1,6:2,5). Sammenlignet med tidligere kjente prosesser, hvor slaggforholdet vanligvis er ca. 6:1, har det minskede forhold ifølge oppfinnelsen selvsagt en meget gunstig virkning på økonomien av prosessen. Dessuten til-later evnen av å fremstille magnesium ved atmosfæretrykk at man kan drive foreliggende fremgangsmåte som en kontinuerlig prosess, og gjør den ennå mere økonomisk for visse anvendelser. From td)ell I it can be seen that the utilization of reducing agents was high, because the ratio of the alloy used to the magnesium formed was low (0.7-1.1). Furthermore, the ratio of the slag formed to the magnesium formed was also low (1.6:2.5). Compared to previously known processes, where the slag ratio is usually approx. 6:1, the reduced ratio according to the invention obviously has a very favorable effect on the economy of the process. Moreover, the ability to produce magnesium at atmospheric pressure allows the present process to be operated as a continuous process, and makes it even more economical for certain applications.

I visse eksempler er temperaturen av den smeltede slagg høyere enn ønsket, f.eks. i eksempel 2, 5 og 6. I slike tilfeller kan et flussmiddel tilsettes for å forbedre viskositeten uten å kreve overdrevent høye temperaturer. Generelt er det fordelaktig å innstille driftsbetingelsene av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med henblikk på sammensetningen og mengdene av de innførte råmaterialer, slaggsammensetningen og temperaturen av reaksjonssonen, så at dét vesentlige alt aluminium og den største del av silisium i reduksjonsmidlet reagerer med magnesiumoksyd for å danne magne- In certain examples, the temperature of the molten slag is higher than desired, e.g. in examples 2, 5 and 6. In such cases, a flux can be added to improve viscosity without requiring excessively high temperatures. In general, it is advantageous to set the operating conditions of the method according to the invention with a view to the composition and quantities of the introduced raw materials, the slag composition and the temperature of the reaction zone, so that essentially all aluminum and the largest part of silicon in the reducing agent reacts with magnesium oxide to form magnetic

sium. Fortrinnsvis holdes ovnen ved eller omtrent ved atmosfære- sium. Preferably, the oven is kept at or approximately at atmospheric

trykk, skjønt vakuum kan brukes, og vakuum kan i visse tilfeller foretrekkes. pressure, although vacuum may be used, and vacuum may be preferred in certain cases.

Under visse betingelser kan det være fordelaktig å konden-sere magnesium under et lavere trykk, f.eks. helt ned til 0,5 atmos-færer, ved å brukeLen inert gass, såsom helium, argon eller hydro- Under certain conditions it may be advantageous to condense magnesium under a lower pressure, e.g. down to 0.5 atmospheres, by using an inert gas, such as helium, argon or hydrogen

gen, for å holde i det lukkede ovn-kondensatorsystem et totalt trykk på ca. 1 atmosfære. gen, to maintain in the closed furnace-condenser system a total pressure of approx. 1 atmosphere.

Som velkjent er titan og andre metalliske oksyder av og As is well known, titanium and other metallic oxides of and

til tilstede i råmaterialer brukt for fremstilling av en aluminium-silisiumlegering, og det tilsvarende metall er derfor av og til tilstede i den dannede legering. Nærværet av slike "tramp"-metall- to be present in raw materials used for the production of an aluminium-silicon alloy, and the corresponding metal is therefore occasionally present in the alloy formed. The presence of such "tramp" metal-

er forstyrrer ikke fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og kan tåles eller elimineres ved passende metallurgiske metoder. is not interfering with the process according to the invention, and can be tolerated or eliminated by suitable metallurgical methods.

Det er innenfor rammen for oppfinnelsen mulig å bruke man- It is within the scope of the invention possible to use man-

ge forskjellige kombinasjoner av sammensetningen av legeringen og slaggen, mens man ennå opprettholder den ønskede lave slaggforhold og den høye utnyttelse av de metalliske reduksjonsmidler, idet det lukkede ovnkondensatorsystem drives vesentlig ved atmosfæretrykk, hvorved man kan drive ovnsprosessen på kontinuerlig måte. Arbeids-temperaturen holdes fordelaktig over ca. 1400°C, en temperatur som er tilstrekkelig lav for å unngå alvorlige driftsvanskeligheter, give different combinations of the composition of the alloy and the slag, while still maintaining the desired low slag ratio and the high utilization of the metallic reducing agents, the closed furnace condenser system being operated essentially at atmospheric pressure, whereby the furnace process can be operated continuously. The working temperature is advantageously kept above approx. 1400°C, a temperature sufficiently low to avoid serious operational difficulties,

men tilstrekkelig høy for å opprettholde en tilfredsstillende flui-ditet i den dannede slagg. but sufficiently high to maintain a satisfactory fluidity in the slag formed.

Det er også mulig å erstatte legeringen med blandingen It is also possible to replace the alloy with the mixture

av ferrosilisium eller silisium og skrapaluminium-metall eller med legeringer som er syntetisk erholdt fra den for det beskrevne formål, og å erstatte dolomittisk kalk og magnesia helt eller del- of ferrosilicon or silicon and scrap aluminum metal or with alloys synthetically obtained from it for the purpose described, and to replace dolomitic lime and magnesia in whole or in part-

vis med kalk med høyt magnesiumoksydinnhold. show with lime with a high magnesium oxide content.

Claims

1"Procedure for the production of magnesium by metallothermal reduction of magnesium oxide, where a silicon-aluminium alloy acting as a reducing agent and an oxidizing agent are introduced into the reaction zone of a reduction furnace, whose reaction zone is kept at a temperature of 1400°C-1700°C and the furnace is operated approximately at atmospheric pressure or under vacuum, whereby magnesium vapor is developed from the reaction zone and magnesium is condensed and recovered as a product, characterized by the use as reducing agent of an alloy containing 25-50% by weight aluminum, 40-65% by weight silicon and 0-20 % iron by weight, where the ratio of silicon to aluminum is at least 0.8:1, and a mixture of magnesium oxide and calcium oxide containing at least 50% by weight of magnesium oxide and with a molar ratio of magnesium oxide to calcium oxide of at least 2:1 is used as the oxidizing agent , and that in the reaction zone a molten slag is formed which contains on a weight basis, with the exception of other components, 5-25% magnesium oxide, 15-35 % alumina, 25-50% silicon dioxide and less than 30% calcium oxide.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that an alloy containing 30-40% aluminum, 50-60% silicon and approx. 10% iron and has a ratio of silicon to aluminum of at least 1:1.

3. Method as stated in claim 1 or 2, characterized in that the molten slag contains 10-20% calcium oxide, 10-20% magnesium oxide, 25-30% aluminum oxide and 30-45% silicon oxide.

4. Method as stated in claim 4, characterized in that an inert gas consisting of argon, helium or hydrogen is introduced into the steam chamber of the oven.

5. Procedure as stated in one of the preceding claims, characterized by that. the ratio of aluminum and magnesium oxides to silicon oxide in the slag is lower than 1.6, that aluminum and magnesium oxides make up less than 50% of the slag and that the ratio of calcium and magnesium oxides to silicon dioxide in the slag is lower than 1.6.