Verfahren zur elektrothermischen Herstellung von metallischem Magnesium durch Reduktion von 1Vlagnesiumverbindungen. Das Verfahren betrifft die elektrother mische Herstellung von metallischem Magne sium aus seinen Verbindungen, insbesondere aus Magnesiumoxyd enthaltenden oder lie fernden Gesteinsarten, durch Reduktion mit Kohle im Strom eines indifferenten Gases, zu welchem Zweck die Ausgangsstoffe üb licherweise mit Kohle zu Elektroden verpresst werden können, zwischen denen man den Lichtbogen übergehen lässt, oder ein Gemisch der Ausgangsstoffe mit Kohle durch den Lichtbogen erhitzt werden kann.
Die gebil deten Magnesiumdämpfe werden in der Regel durch den Gasstrom aus dem Reaktions raum herausgeschafft und in einem besonde ren Kondensationsraum aufgefangen und ver dichtet. Bei diesem Verfahren macht die Kondensation Schwierigkeiten, indem die feinen Metalltröpfchen unter dem Einfluss der bei der Reaktion entstehenden Gase, ins besondere des Kohlenoxyds, an der Ober fläche reoxydiert werden, so dass sie sich mit einer dünnen Oxydhaut überziehen ; hier durch wird das Zusammenfliessen zu grösseren Tropfen und die Gewinnung des Metalles in kompakter Form verhindert.
Das nachträg liche Umschmelzen des Magnesiumstaubes führt gleichfalls nicht leicht zum Ziele, in dem auch hierbei das Zusammenschmelzen durch die die Körnchen umgebende Oxyd haut erschwert oder sogar verhindert wird. Man trachtete daher, wie bei solchen Prozes sen allgemein üblich, die Staubbildung da durch möglichst zu vermeiden, dass die Ab kühlung der Dämpfe nicht plötzlich erfolgt, sondern vom Eintritt in die Vorlage an all mählich bis zur Verflüssigungstemperatur fortschreitet. Das Ergebnis bleibt indes un befriedigend. Auch durch andere Mittel ist es bisher nicht gelungen, den bezeichneten Übel stand in einfacher Weise zu beseitigen.
Es ist andererseits auch schon versucht worden, bei der elektrothermischen Gewin nung des Magnesiums durch Reduktion mit Kohle im Strom eines indifferenten Gases, insbesondere im Wasserstoffstrom, die Kon densation des Metalles durch Abschrecken, also durch plötzliche Abkühlung von der hohen Bildungstemperatur auf die Verflüs sigungstemperatur, zu bewerkstelligen.
Durch den plötzlichen Temperaturabfall wird zwar die Staubbildung ausserordentlich begünstigt; man hat jedoch gehofft, durch die grosse Ab kühlungsgeschwindigkeit die Reoxydation, und daher die Bildung von Oxydhäutchen an der Oberfläche der Metallkörnchen so weit zurückzudrängen, dass ein zu kompaktem Me tall ohne weiteres verarbeitbares Kondensat zu gewinnen wäre. Diese Hoffnung hat sich nicht erfüllt. Das so entstehende amorphe Pulver hat sich im Gegenteil in keiner Weise zusammenschmelzen lassen.
Offenbar beruht das darauf, dass das metallische Magnesium in diesem Gemisch von Magnesiumoxyd und Kohle (die durch Rückzersetzung des beim Prozess entstehenden Kohlenoxyds gebildet wird) kolloidal verteilt ist.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht es nun, einen solchen durch Abschrecken der Dämpfe gewonnenen Magnesiumstaub, zweck mässig nachdem er von den Gasen getrennt wurde, mit Hilfe bestimmter Massnahmen in kompaktes Metall überzuführen.
Das Verfah ren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mag nesiumstaub in einer indifferenten Gasatmo sphäre auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der Verflüchtigung des Magnesiums eintritt. Bei dieser Behandlung kommt unter Aus scheidung des Kohlenstoffes und Magne- siumoxyds, sowie anderer Fremdstoffe (wie Fe oder Si) die Bildung eines Metallregulus zustande. Da sich Magnesium schon in der Nähe seines Schmelzpunktes zu verflüchtigen beginnt, kann dieser Prozess bei hohem Va kuum wenig oberhalb der Schmelztemperatur durchgeführt werden.
Möglicherweise wird unter diesen Bedingungen die Oxydhaut von den Metallkörnchen durch örtliche Destilla- tionsvorgänge entfernt, so dass dann die frei gelegten Tröpfchen zusammenfliessen kön nen. Wie immer sich das verhalten mag, so steht doch die überraschende Tatsache fest, dass aus Magnesiumpulver in dieser Weise kompaktes Metall erschmolzen werden kann, was bisher nicht möglich war.
Enthält das Ausgangsmaterial Begleit- stoffe, wie Eisen, Aluminium, Silizium, Kal zium oder dergleichen in grösserer Menge, wie dies zum Beispiel bei den Magnesiten der Fall ist, so ist es vorteilhafter, den gebildeten Magnesiumstaub in einer indifferenten Gas atmosphäre unter Vakuum durch Zufuhr so grosser Wärmemengen auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes des Magnesiums zu erhitzen, dass das im Staub enthaltene Magnesiummetall abdestilliert. Auch in die sem Fall empfiehlt es sich, unter hohem Va kuum zu arbeiten.
Um Magnesiummetall von höchster Rein heit zu erzeugen, kann das regulinisch ge wonnene Metall nach bekannten Methoden weiter gereinigt werden.
Wenn die Erhitzungstemperatur entspre chend gesteigert wird, kann das gleiche Er gebnis auch ohne Anwendung von verminder tem Druck erzielt werden. Gemäss dieser Ausführungsform des Verfahrens wird also der Magnesiumstaub in einer indifferenten Gasatmosphäre auf eine Temperatur erhitzt, die in der Nähe des Siedepunktes des metal lischen Magnesiums liegt. Offenbar werden auch hierdurch die erwähnten örtlichen De stillationsvorgänge eingeleitet.
Vorzugsweise wird zur Herstellung des Magnesiumstaubes ein Gemisch des zerklei nerten Ausgangsmaterials mit fein verteilter Reduktionskohle in den elektrischen Licht bogen eingeblasen, wie dies für die Reduk tion von Erzen bereits bekannt ist.
Um zu besonders feinen Mischungen mit Kohle zu gelangen, werden die magnesiumhaltigen Ausgangsmaterialien, wie gleichfalls be kannt, mit gepulvertem Kohlenstoff gemischt und mit Hilfe von Bindemitteln, die beim Erhitzen Kohlenstoff zurücklassen (wie Teer- öl, Teer, Pech, Melasse, Asphalt, Asphalt emulsion) verformt, worauf man die Form- linge auf Temperaturen erhitzt, bei denen das Bindemittel verkokt wird, und die so ge wonnenen Briketts schliesslich fein vermahlt.
Beim Einblasen solcher Pulvergemische in den Lichtbogen werden die Reaktionskompo nenten in äusserst kurzer Zeit auf eine sehr hohe Temperatur gebracht, so dass hernach beim Abschrecken der gebildeten Dämpfe ein Magnesiumstaub entsteht, der für die Auf arbeitung nach dem erfundenen Verfahren hervorragend geeignet ist.
Es wird bemerkt, dass es auch schon be kannt ist, durch Reduktion erhaltenes Mag nesiummetall zum Zwecke der weiteren Rei nigung im Wasserstoffstrom zu destillieren. Vorgeschlagen wurde ferner, beim Umschmel zen von metallischem Magnesium die Schmelze während des Schmelzprozesses durch indifferente Gase gegen Oxydation zu schützen. Bekannt ist schliesslich ein Verfah ren zum Reinigen von Magnesium, das darin besteht, dass man Wasserstoff oder ein an deres indifferentes Gas bei Temperaturen, bei denen die Verunreinigungen flüchtig sind, durch oder über das geschmolzene Metall leitet. In allen diesen Fällen liegt das zu rei nigende Metall bereits als kompaktes Metall vor.
Process for the electrothermal production of metallic magnesium by reducing 1Vlagnesium compounds. The method relates to the electrothermal production of metallic magnesium from its compounds, in particular from rock types containing or lying magnesium oxide, by reduction with coal in the flow of an inert gas, for which purpose the starting materials can usually be pressed with coal to form electrodes between which one lets the arc pass, or a mixture of the starting materials with carbon can be heated by the arc.
The magnesium vapors that are formed are usually carried out of the reaction chamber by the gas stream and collected and compressed in a special condensation chamber. In this process, the condensation causes difficulties in that the fine metal droplets are reoxidized on the surface under the influence of the gases formed during the reaction, in particular the carbon oxide, so that they are covered with a thin oxide skin; This prevents the confluence into larger drops and the extraction of the metal in a compact form.
The subsequent remelting of the magnesium dust also does not easily achieve the goal in which the melting together is made more difficult or even prevented by the oxide skin surrounding the granules. As is generally the case with such processes, efforts were therefore made to avoid the formation of dust as much as possible by preventing the vapors from cooling suddenly, but instead progressing gradually from entering the receiver to the liquefaction temperature. The result, however, remains unsatisfactory. Also by other means it has so far not been possible to eliminate the specified problem in a simple manner.
On the other hand, attempts have already been made in the electrothermal production of magnesium by reduction with coal in the flow of an inert gas, especially in the hydrogen flow, to condense the metal by quenching, i.e. by sudden cooling from the high formation temperature to the liquefaction temperature, to accomplish.
Due to the sudden drop in temperature, the formation of dust is extremely favored; However, it was hoped that the reoxidation, and therefore the formation of oxide membranes on the surface of the metal granules, would be pushed back so far that a too compact Me tall easily processable condensate would be won by the great cooling rate. This hope has not been fulfilled. On the contrary, the amorphous powder thus produced could not be melted together in any way.
Apparently this is based on the fact that the metallic magnesium in this mixture of magnesium oxide and carbon (which is formed by the decomposition of the carbon oxide produced during the process) is colloidally distributed.
The present method now makes it possible to convert such magnesium dust obtained by quenching the vapors, expediently after it has been separated from the gases, into compact metal with the help of certain measures.
The process is characterized in that the magnesium dust is heated in an inert gas atmosphere to a temperature at which the magnesium evaporates. With this treatment, a metal regulator is formed with the elimination of carbon and magnesium oxide, as well as other foreign substances (such as Fe or Si). Since magnesium begins to volatilize in the vicinity of its melting point, this process can be carried out at a high vacuum a little above the melting temperature.
Possibly under these conditions the oxide skin is removed from the metal granules by local distillation processes so that the exposed droplets can then flow together. Whatever the case, the surprising fact is that compact metal can be melted from magnesium powder in this way, which was previously not possible.
If the starting material contains accompanying substances such as iron, aluminum, silicon, calcium or the like in large quantities, as is the case with magnesites, for example, it is more advantageous to supply the magnesium dust formed in an inert gas atmosphere under vacuum to heat so large amounts of heat to a temperature above the boiling point of magnesium that the magnesium metal contained in the dust distills off. In this case, too, it is advisable to work under a high vacuum.
In order to produce magnesium metal of the highest purity, the regulated metal can be further purified using known methods.
If the heating temperature is increased accordingly, the same result can be achieved without the use of reduced pressure. According to this embodiment of the method, the magnesium dust is heated in an inert gas atmosphere to a temperature which is close to the boiling point of the metallic magnesium. Apparently, this also initiates the aforementioned local distillation processes.
Preferably, a mixture of the crushed starting material with finely divided reducing carbon is blown into the electric arc for the production of the magnesium dust, as is already known for the reduction of ores.
In order to achieve particularly fine mixtures with coal, the magnesium-containing starting materials, as is also known, are mixed with powdered carbon and with the help of binders that leave carbon behind when heated (such as tar oil, tar, pitch, molasses, asphalt, asphalt emulsion), whereupon the moldings are heated to temperatures at which the binding agent is coked, and the briquettes obtained in this way are then finely ground.
When such powder mixtures are blown into the arc, the reaction components are brought to a very high temperature in an extremely short time, so that afterwards, when the vapors formed are quenched, a magnesium dust is produced which is ideally suited for processing according to the invented method.
It is noted that it is already known to distill magnesium metal obtained by reduction in a hydrogen stream for the purpose of further purification. It has also been proposed to protect the melt against oxidation by inert gases during the melting process of metallic magnesium. Finally, a method for purifying magnesium is known, which consists in passing hydrogen or another inert gas through or over the molten metal at temperatures at which the impurities are volatile. In all of these cases, the metal to be cleaned is already present as a compact metal.