-
Verfahren zur Herstellung von Metall- und metalloid-Legierungen und
-Verbindungen Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
von Metall- und Metalloi.d-Legierungen und -Verbindungen mit Kohlenstoff oder Schwefel,
ausgenommen die Erzeugung von kohlenstoffhaltigem Eisen oder Roheisen. Sie ist vorzugsweise
in den Fällen anzuwenden, in denen die Rohstoffe durch Kohle schwer reduzierbar
sind.
-
Das Verfahren ist besonders geeignet zur Herstellung der Legierungen
und Verbindungen von Chrom, Mangan, Silicium, Titan, Molybdän, Vanadin, Nickel und
Phosphor in Verbindung untereinander und mit anderer( Metallen, besonders mit Eisen,
wobei Eisenverbindungen aller Arten, z. B. Ferrosilicum, Ferr omangar, Ferrochrom
u. @dgl., entstehen. Weiter ist das neue Verfahren geeignet zur Herstellung von
Metallcaribiden, besonders Calciumcarbid, und schließlich zur Herstellung der Schwefelalkalien
und der Sulfide der alkalischen Erden, die durch Reduktion der Sulfate bewirkt wird,
überhaupt ist das Verfahren anwendbar zur Herstellung jeglicher Metall- oder Metalloid-Legierungen
und -Verbindungen, Sulfide, Carbide o.,dgl., wenn die Reduktion durch Kohle nicht
eine höhere Temperatur als ungefähr 2500° erfordert.
-
Das vorliegende Verfahren besteht darin, daß man die Ausgangsstoffe,
Oxyde, Sulfate, Carbonate o. dgl. mit der zur Reduktion erforderlichen Kohlenmenge
vermischt und das Gemisch der Einwirkung einer Flamme aussetzt, -die praktisch nur
Kohlenoxyd bzw. Kohlenoxyd und Wasserstoff enthält.
-
Zweckmäßig erzeugt man diese Flamme durch Verbrennung von Brennstoffen,
wie Kohlemehl oder Kohlegrus, 0l oder Kohlewasserstoffen in stark überhitzter Luft.
Die Kohle muß mehlartig fein sein, damit die Verbrennung augenblicklich eintritt.
Vorteilhaft benutzt man eine magere Kohle im feinst= gemahlenen Zustand. Ferner
muß die Druckluft, vermittels derer ,das Kohlemehl in den Verbrennungsraum eingeblasen
wird, so abgemessen sein, daß die erzeugte Flamme praktisch nur aus Kohlenoxyd,
Wasserstoff und Stickstoff besteht, d. h. aus Gasen, die sich den erzeugten, äußerst
leicht oxydierbaren Metallen gegenüber inert verhalten.
-
Wenn die angewendete Luft vorher in einem besonderen Apparat stark
erhitzt wird, so ergibt die Verbrennung der feinzerteilten Brennstoffe zu Kohlenoxyd
eine Temperatur von ungefähr 2500°. Diese Temperatur kann noch gesteigert werden,
wenn die mehlfeine Kohle oder die Kohlenwasserstoffe selbst noch erhitzt werden.
-
Die erzielte hohe Temperatur und die chemische Beschaffenheit der
Atmosphäre gestattet die Durchführung jedes metallurgischen
sowie
überhaupt jedes Reduktionsverfahrens in außerordentlich wirtschaftlicher Weise.
-
Unter Umständen leitet man die Verbrennung so, daß die Reduktion der
bei der Verbrennung entstehenden Kohlensäure vollkommen ist. Man wird den Gehalt
an Kohlensäure in der Flamme um so viel geringer halten, je schwieriger die Reduktion
und je leichter das Produkt wieder oxydierbar ist. Bei der Herstellung von Sulfiden
der Alkalien oder der Erdalkalien z. B. ist die Gegenwart einer kleinen Menge Kohlensäure
in der Erhitzungsflamme nicht von Nachteil. Dagegen bedarf .die Herstellung von
Calciumcarbid der völligen Unterdrückung von Kohlensäure, da sonst das Carbdld oxydiert
wird.
-
Die Ausführung des Verfahrens erfolgt am besten in Flammöfen oder
Drehrohröfen, deren Verwendung in der Metallurgie natürlich an und für sich bekannt
ist. Die Ofenauskleidung kann sauer oder basisch sein, je nach der im Ofen bewirkten
Reduktion. Die feuerfeste Bekleidung im Innern des Ofens kann auch aus Kohlenstoff
(Graphit) bestehen.
-
Will man z. B. Ferromangan herstellen, so führt man nach der Erfindung
auf den Herd eines Flammofens oder .in einem Drehrohrofen Eisen- und Manganoxyd
ein, welches vorher mit einer Menge Kohle gemischt ist, die gerade genügt, um -die
vollständige Reduktion dieser Oxyde zu bewirken. Sofern es erforderlich ist, fügt
man auch noch die notwendigen sauren oder basischen Zuschläge bei. Unter der Wirkung
der gesteigerten Temperatur .des Ofens wird das Eisen- und Manganoxyd zu Metall
reduziert und die Legierung :bildet sich zu derselben Zeit, in der die Gangart sich
mit den zugeführten Flußmittein verbindet und mit diesen zusammen oben als Schlacke
schwimmt. Die Zusammensetzung der beigemischten Flußmittel richtet sich in jedem
Einzelfalle nach .der verlangten chemischen Eigenschaft des Produktes und nach der
Rolle, welche der Zuschlagstoff in der Reaktion selbst spielt.
-
Bei der Durchführung von Reduktionsprozessen ist es bekannt, die für
die Reduktion erforderliche Kohle zuzusetzen. Bei der Eisenherstellung hat man auch
schon versucht, mit Hilfe einer sogenannten reduzierenden Flamme zu arbeiten. Man
erzeugte eine Flamme, die an Kohlenoxyd etwa das Doppelte des Kohlensäuregehaltes
enthielt und- welche die Reduktion herbeiführen sollte. Da man den erstrebten Erfolg
nicht erreichen konnte, fügte man zur Unterstützung der Reduktion den Ausgangsstoffen
auch schon Kohle :bei. Zur Abtrennung des Metalles von der Schlacke mußte man aber
mit einer stark kohlensäurehaltigen Flamme .die Erhitzung vornehmen, da man sonst
nicht die Schmelzung erreichte. Demgegenüber wird nach der Erfindung an Stelle einer
bestenfalls kohlenoxydreichen und stark kohlensäurehaltigen Flamme eine praktisch
nur Kohlenoxyd liefernde Flamme erzeugt und mit dieser Reduktion durch Kohle und
Schmelzung des reduzierten Gutes durchgeführt. Während die bekannten Verfahren stets
schon im Raduktionsprozeß mit Verlusten an Metall arbeiteten, da die Heizflamme
den Reduktionsvorgang behinderte, und außerdem beim Schmelzprozeß eine Oxydation
des Metalles unvermeidlich war, gestattet die Erfindung ohne Schwierigkeiten die
praktisch restlose Überführung oder .in den Ausgangsstoffen enthaltenen Metalle
in die gewünschten Verbindungen. Selbst metallarme Erze, deren Verarbeitung bisher
wirtschaftlich :undurchführbar war, können mit Gewinn als Ausgangsstoffe Verwendung
finden, so z. B. Eisenerze, die nur 35 bis 40 °/o Eisenoxyd enthalten.