DE1016025B

DE1016025B - Process for the production of pure manganese by distillation in vacuo

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.Process for the production of pure manganese by distillation in vacuo Manganese can be because of. easily distill in vacuo due to its relatively high vapor pressure. In the literature there are references to a pure manganese from manganese metal Vacuum distillation. to win, however, the work that was done 25 years ago was able to win are not carried out beyond the laboratory scale and resulted economically and technically completely unsatisfactory yields. Making one already proportionate pure manganese metal, which is used as a raw material for vacuum distillation is preloaded with such a high cost that an extraction of. Pure manganese would be uneconomical in this way. In addition, it always contains by metallothermal means: produced manganese.metall always metals, such as aluminum or magnesium, which inevitably contaminate the manganese condensate, so that a. metal high degree of purity of about 98%, but especially one with more than 99.9% manganese cannot be achieved at all on an industrial scale.

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.The purpose of the invention is to specify a process for producing pure manganese, which is based on a commercially available raw material that is easy and cheap to produce, does not contain the hindering additions mentioned and to degrees of purity of 980/0 and more manganese, but especially to a manganese content of more than 99.9%

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.The invention consists in a commercially available manganese iron alloy to be subjected to distillation in vacuo. Ferromanganese is preferably used as a starting point. Ferromanganese is particularly suitable in the form of ferromanganese affine, which corresponds to the im the following conditions with regard to the composition.

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.The starting material is heated in vacuo and at a vacuum of better a; ls 1 Torr, preferably 10-1 bns 10-4 Torr, and a temperature of. approximately Distilled from 1200 to 1300 ° C. The abdestillieren.de manganese is attached to a water-cooled Condenser deposited in a compact form, which is preferably located in the immediate vicinity Near the melting vessel.

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.The accompanying elements of the manganese in the ferromanganese, which are due to the distillation a. Exert influence are iron, silicon and carbon as well as low, phosphorus, Lead, arsenic, zinc, tin and copper.

Um deren Einfluß auf die Güte des Kondensats auszuschalten, sind erfindungsgemäß verschiedene Arbeitsbedingungen einzuhalten.In order to eliminate their influence on the quality of the condensate, are according to the invention to comply with various working conditions.

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.Iron also interferes in higher concentrations in the temperature range of 1200 to 1300 ° C not because the vapor pressure is much lower than that of the Manganese. According to the invention, a manganese distillate that is sufficiently low in iron can be achieved. if you make sure that the manure content in the distillation residue is about 30% does not fall below.

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.In contrast, silicon is disadvantageous. Because of the connection between Manganese and silicon, the vapor pressure of manganese is greatly reduced, and at higher silicon contents, silicon and iron also pass into the distillate, then higher temperatures to achieve a technically interesting Manga evaporation required are. For example, with a silicon content of. 29% in Distillation residue the silicon content in the distillate is already 0.5% with 0.14% iron. Contents. In contrast, up to 6% silicon in the distillation residue can be permitted without the silicon passing into the distillate; therefore is according to the invention choose the silicon content of the starting alloy so that the silicon content in the Arrears cannot exceed 60 / a.

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.Carbon is harmless up to a certain level, namely the melt must be unsaturated in carbon by the end of the distillation. If the saturation of carbon is exceeded, a graphite-containing one separates out Lid on the liquid melt, which hinders further distillation. Around the area of saturation, which at the temperatures in question is around 3 % Carbon remains, the starting material may contain about 1% carbon to have. A carbon fetched of about 10/0, as found in ferromanganese affine is common, so it is useful. In contrast, the blast furnace ferromanganese is with 6 to 7% - carbon not suitable as a starting material.

-.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.Degassing the melt before distillation is at risk the C uptake of the manganese condensate from carbon dioxide gas and for mechanical reasons, namely to avoid splashes, useful: This degassing can be done with ferromanganese affine with not too high a vacuum or by a purge gas treatment z. B. with hydrogen or In.e: rtgas. In order to carry out this degassing successfully too the crucible material must also be selected accordingly. It's not allowed react with the carbon of the ferromanganese to form C O. As useful Crucible material turned out to be, for example, silicates with a high clay content.

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.Of the other possible impurities. disturb the ferromanganese Copper, nickel, cobalt and tin due to their low vapor pressures and phosphorus, Arsenic and sulfur are not, because of their strong binding, especially since they are in the starting material are only contained in low concentrations. Lead and zinc, on the other hand, interfere. That normal ferromanganese only contains traces of these elements, so there is no effect step on the manganese distillate. These are more easily vaporizable elements though for some reason it is more present, so it is advisable to use it in to evaporate a pre-evaporation period. The precondensate with the impurities is kept separate from the main condensate of the pure manganese. Example from a Ferromanganese affine with 76% Mn, 191 / o Fe, 1.17% Si, 0.16% P, 0.97% C, 0.001% S was a pure manganese with more than 99.9% Mn at 1200 to 1250 ° C and a vacuum of 10-1 to 10-3 torr distilled off and condensed to compact metal.

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.The impurities in the condensate were: 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 undetectable C 0.01 0/0 O 0.001 0/0 H 0.00021 / o (2 m3 / 100 g) N <0.001 0 / a About 75% of the manganese content was obtained from the ferromanganese as condensate. In the distillation residue, iron and the impurities Cu, Si, P, C, S had risen to about three times the value of the starting material.

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.That after the procedure. Pure manganese produced according to the invention is extremely suitable for the production of alloys of metals Titanium and aluminum as well as heavy metals. With this use of the invention The metal produced can also be proceeded in such a way that from the purest manganese First a master alloy is created and this is used for the alloy work will.

Claims

PATEXTA NS PP Ü C IIE 1. Process for the production of metallic manganese of high purity, e.g. B. with more than 98% manganese, in particular more than 99.9% manganese, by distillation in vacuo, characterized in that a commercially available manganese-iron alloy, preferably ferromanganese affine, is selected as the starting material.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the temperature of the starting alloy in the distillation to about 1200 to 1300 ° C and the pressure is kept below 1 Torr, preferably 10-1 to 10-4 Torr, where the temperature is determined by the vapor pressures of the accompanying elements and impurities determined in the starting alloy and the desired degree of purity in the manganese condensate will.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that in ferromanganese as a starting material the co-evaporation of the iron on one of the desired The level of purity of the condensate is maintained by adding in the distillation residue a minimum concentration of manganese, preferably of about 300/0, not fallen below will.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the silicon content the starting alloy is chosen so that the silicon concentration in the distillation residue cannot exceed about 6%.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that that the carbon content of the starting alloy is chosen so that the carbon enrichment the saturation limit in the distillation residue is not at the distillation temperature achieved.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the to The material to be distilled is previously degassed and taken up in a crucible, its material does not react with carbon.

7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that that lower-boiling impurities such as lead, zinc and the like, provided that they are unusual Dimensions are available in commercially available ferromanganese through a short pre-distillation be distilled off and separated off before the bulk of the manganese. B. Use of the pure manganese metal produced by the process according to Claims 1 to 7 as a material for alloying the metals titanium and aluminum as well as heavy metals, possibly using a master alloy made with pure manganese.