DE1016025B

DE1016025B - Verfahren zur Herstellung von Reinmangan durch Destillation im Vakuum

Info

Publication number: DE1016025B
Application number: DEG18449A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Alfons Fuchs; Franz Brenthel; Dipl-Ing Richard Fey; Dr-Ing Rudolf Fichte
Original assignee: ELEKTROMETALLURGIE GmbH; HC Starck GmbH
Current assignee: ELEKTROMETALLURGIE GmbH; HC Starck GmbH
Priority date: 1955-11-24
Filing date: 1955-11-24
Publication date: 1957-09-19

Description

Verfahren zur Herstellung von Reinmangan durch Destillation im Vakuum Mangan läßt sich wegen. seines relativ hohen Dampfdruckes leicht im Vakuum destillieren. In, der Literatur finden sich Hinweise, aus Manganmetall ein Reinstmangan durch Vakuumdestillation. zu gewinnen, jedoch konnten die 25 Jahre zurückliegenden Arbeiten nicht über den Laboratoriumsmaßstab hinausgeführt werden und ergaben wirtschaftlich und technisch völlig unbefriedigende Ausbeuten. Die Herstellung eines bereits verhältnismäßig reinen Manganmetalls, welches als Ausgangsstoff für die Vakuumdestillation verwendet werden könnte, ist mit derart hohen Kosten vorbelastet, so daß eine Gewinnung von. Reinstmangan auf diesem Wege unwirtschaftlich sein würde. Zudem enthält das immer auf metallothermlischem Wege: hergestellte Mangan.metall stets Metalle, wie Aluminium oder Magnesium, die das Mangankondensat zwangläufig verunreinigen, so daß ein. Metall hohen Reinheitsgrades von etwa 98 %, insbesondere aber ein solches mit mehr als 99,9% Mangan im technischen Maßstab überhaupt nicht erreichbar ist.
Zweck der Erfindung ist, ein Verfahren der Reinmanganherstellung anzugeben, das von einem einfach und billig herzustellenden handelsüblichen Ausgangsstoff ausgeht, die erwähnten hinderlichen Beimengungen nicht enthält und zu Reinheitsgraden von 980/0 und mehr Mangan führt, insbesondere aber zu Mangangeha,lte;n von mehr als 99,9°/o.
Die Erfindung besteht darin, eine handelsübliche Mangen.-Eisen-Legierung der Destillation im Vakuum zu unterwerfen. Vorzugsweise wird ausgegangen von Ferromangan. Ferromangan ist besonders in der Form des Ferromangan affine geeignet, das den im na,chfoIgenden noch aufgeführten Bedingungen hinsichtlich der Zusammensetzung entspricht.
Der Ausgangsstoff wird,im Vakuum erhitzt und bei einem Vakuum von besser a;ls 1 Torr, vorzugsweise 10-1 bns 10-4 Torr, und einer Temperatur von. etwa 1200 bis 1300° C destilliert. Das abdestillieren.de Mangan wird an einem wassergekühlten Kondensator in kompakter Form niedergeschlagen, der sich vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Schmelzgefäßes befindet.
Die Begleitelemente des Mangans im Ferromangan, die auf die Destillation einen. Einfluß ausüben, sind Eisen, Silizium und Kohlenstoff sowie geringe-, Phosphor, Blei, Arsen, Zink, Zinn und Kupfer.
Um deren Einfluß auf die Güte des Kondensats auszuschalten, sind erfindungsgemäß verschiedene Arbeitsbedingungen einzuhalten.
Eisen stört auch in höheren Konzentrationen im Temperaturgebiet von 1200 bis 1300° C nicht, da der Dampfdruck wesentlich niedriger liegt als der des Mangans. Erfindungsgemäß läßt sich ein hinreichend eisenarmes Mangandestillat erzielen., wenn man dafür sorgt, daß der Man:gangehalt im Destillatio.nsrückstand etwa 30 % nicht unterschreitet.
Dagegen ist Silizium nachteilig. Wegen der Verbindungsbildung zwischen Mangan und Silizium wird der Dampfdruck des Mangans stark herabgesetzt, und bei höheren Siliziumgehalten gehen auch Silizium und Eisen mit in das Destillat über, da dann zur Erzielung einer technisch interessanten Manga.nverdampfung höhere Temperaturen erforderlich sind. Beispielsweise erreicht bei einem Siliziumgehalt von. 29% im Destillationsrückstand der Siliziumgehalt im Destillat bereits 0.5% bei 0,14% Eisen. Gehalte. bis zu 6% Silizium im Destillationsrückstand können dagegen zugelassen werden, ohne d.aß Silizium in. das Destillat übergeht; daher ist erfindungsgemäß der Siliziumgehalt der Ausgangslegierung so zu wählen, d.aß der Siliziumgehalt im Rückstand 60/a nicht übersteigen kann.
Kohlenstoff ist bis zu einem bestimmten Gehalt unschädlich, und zwar muß die Schmelze bis zum Schluß der Destillation ungesättigt an Kohlenstoff sein. Wird die Sättigung an Kohlenstoff überschritten., so scheidet sich ein graphithaltiger Deckel auf der flüssigen Schmelze aus, der die weitere Destillation behindert. Um das Gebiet der Sättigung, die bei den in Frage kommenden Temperaturen bei etwa 3 % Kohlenstoff liegt, zu bleiben, darf das Ausgangsmaterial etwa 1 %Kohlenstofl- haben. EinKohlenstoffgeholt von etwa 10/0, wie er im Ferromangan affine üblich ist, ist also brauchbar. Dagegen ist das Hochofen-Ferromangan mit 6 bis 7 %- Kohlenstoff als Ausgangsmaterial nicht geeignet.
-.Eine Entgasung der Schmelzervor der Destillation ist wen der Gefahr der C-Aufnahme des Mangankondensats aus Kohlenoxydgas und aus mechanischen Gründen, nämlich um Spritzer zu vermeiden, zweckmäßig: Diese Entgasung kann beim Ferromangan affine bei nicht zu hohem Vakuum oder durch eine Spülgasbehandlung z. B. mit Wasserstoff oder In.e:rtgas vorgenommen werden. Um diese Entgasung erfolgreich durchführen zu können, muß auch das Tiegelmaterial entsprechend ausgewählt werden. Es darf nicht mit dem Kohlenstoff des Ferromangans unter Bildung von C O reagieren.. Als brauchbares Tiegelmaterial erwiesen sich beispielsweise hoch tonen dehaltige Silikate.
Von den weiter möglichen Verunreinigungen. des Ferromangans stören Kupfer, Nickel, Kobalt und Zinn infolge ihrer niedrigen Dampfdrücke und Phosphor, Arsen und Schwefel wegen ihrer starken Ahbindung nicht, zumal sie im Ausgangsmaterial nur in geringer Konzentration enthalten sind. Dagegen stören Blei und Zink. Das normale Ferromangan enthält diese Elemente nur in Spuren, so daß keine Auswirkungen auf das Mangandestillat eintreten. Sind diese leichter verdampfbaren Elemente aber aus irgendeinem Grunde in höherem Maße vorhanden, so empfiehlt es sich, diese in einer Vorverdampfungsperiode abzudampfen. Das Vorkondensat mit den Verunreinigungen wird vom Hauptkondensat des Reinstmangans getrennt gehalten. Beispiel Aus einem Ferromangan affine mit 76% Mn, 191/o Fe, 1,17% Si, 0,16% P, 0,97% C, 0,001% S wurde ein Reinstmangan mit mehr als 99,9% Mn bei 1200 bis 1250° C und einem Vakuum von 10-1 bis 10-3 Torr abdestilliert und zu kompaktem Metall kondensiert.
Die Verunreinigungen im Kondensat waren:

Fe 0,01 0/0

5i 0,006 0/0

Ni < 0,001 0/0

Cu 0,01 0/0

Pb 0,003 %

S 0,001 0%

As nicht nachweisbar

C 0,01 0/0

O 0,001 0/0

H 0,00021/o (2 m3/100 g)

N < 0,001 0/a

Es wurden etwa 75 0/a des, Manganinhalts vom Ferromangan als Kondensat gewonnen.. Im Destillationsrückstand waren Eisen und die Verunreinigungen Cu, Si, P, C, S auf etwa den dreifachen Wert vom Ausgangsmaterial angestiegen.
Das nach dem Verfahren. gemäß der Erfindung hergestellte Reinmangan ist in hervorragendem Maße geeignet zur Herstellung von Legierungen der Metalle Titan und Aluminium sowie der Schwermetalle. Bei dieser Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Metalls kann auch so vorgegangen werden, daß von dem Reinstmangan zunächst eine Vorlegierung erstellt und diese für die Legierungsarbeit verwendet wird.

Claims

P A T E X T A N S P P Ü C I I E 1. Verfahren zur Herstellung von metallischem Mangan von hoher Reinheit, z. B. mit mehr als 98 % Mangan, insbesondere mehr als 99,9 % Mangan, durch Destillation im Vakuum, dadurch gekennzeichnet, daß eine handelsübliche Mangan-Eisen-Legierung, vorzugsweise Ferromangan affine, als Ausgangsstoff gewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Ausgangslegierung bei der Destillation auf etwa 1200 bis 1300°C und der Druck unter 1 Torr, vorzugsweise 10-1 bis 10-4 Torr, gehalten wird, wobei die Temperatur durch die Dampfdrücke der Begleitelemente und Verunreinigungen in der Ausgangslegierung und den angestrebten Reinheitsgrad im Mangankondensat bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ferromangan als Ausgangsmaterial das Mitverdampfen des Eisens auf einer von der gewünschten Reinheit des Kondensates abhängigen Höhe gehalten wird, indem im Destillationsrückstand eine Mindestkonzentration an Mangan, vorzugsweise von etwa 300/0, nicht unterschritten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumgehalt der Ausgangslegierung so gewählt wird, daß die Siliziumanreicherung im Destillationsrückstand etwa 6% nicht übersteigen kann.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt der Ausgangslegierung so gewählt wird, daß die Kohlenstoffanreicherung im Destillationsrückstand die Sättigungsgrenze bei Destillationstemperattir nicht erreicht.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zu destillierende Gut zuvor entgast und in einen Tiegel aufgenommen wird, dessen Werkstoff mit Kohlenstoff nicht reagiert.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß leichter siedende Verunreinigungen, wie Blei, Zink u. dgl., sofern sie in ungewöhnlichem Maße im handelsüblichen Ferromangan vorliegen, durch eine kurze Vordestillation vor der Hauptmenge des Mangans abdestilliert und abgetrennt werden. B. Verwendung des nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7 hergestellten reinen Manganmetalls als Werkstoff zum Legieren der Metalle Titan und Aluminium sowie der Schwermetalle, gegebenenfalls unter Benutzung einer mit Reinmangan erstellten Vorlegierung.