JPH0357170B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属マグネシウムの製造方法に関す
る。

〔従来の技術〕

金属マグネシウムの一製造方法は 2CaO＋2MgO＋Si→ 2Mg＋Ca₂SiO₄ の反応を用いるシリコサーミツク
（silicothermic）手段である。この方法の工業的
応用においてはピツジヨン（Pidgeon）方法即
ち、仮焼したドロマイド（カルシウム−酸化マグ
ネシウム）と珪素の煉炭状粉末が細長の金属製レ
トルトに装填される。該レトルトは一端が真空源
に接続されてレトルト内に真空を作る。レトルト
は炉内に置かれて約1200℃の反応温度に加熱さ
れ、吸熱反応中この温度が保たれる。マグネシウ
ムは反応温度において低い分圧を有しているの
で、気相のマグネシウムを吸引して反応を進める
ために真空に保たれなければならない。レトルト
の冷えた部分にくると、マグネシウムは凝縮す
る。反応の終わりには、凝縮したマグネシウムの
集りが取除かれて別の方法で再熔融されてマグネ
シウムを回収する。

この従来技術は真空条件下での熱供給の困難
さ、極めて悪条件下で高度の熱練技術を使用する
ことの必要さ、反応バツチ操業中真空を使用する
ことの必要さ、理論の約75乃至80％のマグネシウ
ムの回収という制限を含む、相当な問題を有して
いる。

従来技術として、特開昭46−4504号にはマグネ
シウム製造用還元剤として珪素の使用が開示され
ている。この開示は反応凝集システムにおいて蒸
気スペース内に0.2ないし２気圧の分圧の不活性
ガスを含み、０−25％Al、30−50SiO₂、５−30
％MgOおよび残部よりなる溶融スラグを含む反
応域内のマグネシウム酸化物の金属の熱的還元に
よるマグネシウムの製造に関するものである。そ
の工程は特に工程が行なわれる溶融スラグの一部
としてSiO₂の存在が要求される。

シリコサーミツク反応にもとずく他の工業的製
造方法もあるが、之等類似の方法は悪い労働条件
と製造の経済性を含み著るしい欠点がある。

〔課題を解決するための手段〕 本発明は、 式 2CaO＋2MgO＋Si→ 2Mg＋Ca₂SiO₄ によつて酸化マグネシウムと酸化カルシウムと珪
素とを反応させてマグネシウムを製造する方法で
あつて、マグネシウムをガス状で取出すため流動
不活性ガス内で、少くとも1000℃の温度で反応を
行うマグネシウムの製造方法において、前記流動
不活性ガス流が反応に望ましい熱を供するよう予
熱され、酸化マグネシウムと、酸化カルシウム
と、珪素とが750゜乃至1100℃の温度に予熱され、
充てん層反応器に装填され、予熱された流動不活
性ガス流と接触され、予熱された不活性ガス流は
1300゜乃至1600℃の温度の第一部分が反応器へ送
られる固体と並流して流れ、1200゜乃至1400℃の
温度の第二部分が反応器へ送られる固体と向流し
て流れるよう分離流の形で充てん層反応器に供給
されると共に、充てん層反応器から流出するマグ
ネシウム蒸気を含んだガス流は凝集器に送られて
マグネシウムが取出されるもので、 不活性ガスが水素、アルゴン、又はヘリウムで
あること、 ガス状生成物の流れは当初露点に冷却され、次
いで660゜乃至650℃の温度に更に冷却されて液状
でマグネシウムの凝縮を行うこと、 ガス状生成物流からマグネシウムの凝縮用の核
形成部位として作用させるためガス状生成物の流
れと融解マグネシウムの粒滴とを接触させて更に
冷却が行なわれること、 液体アルカリ金属を冷却液として用い間接熱交
換によつて更に冷却が行なわれること、 ガス状生成物の流れは当初その露点に冷却さ
れ、続いてガス状生成物の流れを流動層内で450゜
乃至620℃の温度で固体のマグネシウム粒子と接
触させて、更に冷却されること、 反応が1050゜乃至1350℃の温度で行なわれ、そ
の結果不活性ガス中にマグネシウム蒸気を容量で
1.0乃至8.0％含有する生成物ガス流を得ることを
含む。

また、本発明は、 式 2CaO＋2MgO＋Si→ 2Mg＋Ca₂SiO₄ によつて酸化マグネシウムと酸化カルシウムと珪
素とを反応させてマグネシウムを製造する方法で
あつて、マグネシウムをガス状で取出すため流動
不活性ガス内で、少くとも1000℃の温度で反応を
行うマグネシウムの製造方法において、前記流動
不活性ガス流が反応に望ましい熱を供するよう予
熱され、酸化マグネシウムと、酸化カルシウム
と、珪素とが750゜乃至1100℃の温度に予熱され、
充てん層反応器に装填され、予熱された流動不活
性ガス流と接触され、予熱された不活性ガス流は
1300゜乃至1600℃の温度の第一部分が反応器へ送
られる固体と並流して流れ、1200゜乃至1400℃の
温度の第二部分が反応器へ送られる固体と向流し
て流れるよう分離流の形で充てん層反応器に供給
されると共に、充てん層反応器から流出するマグ
ネシウム蒸気を含んだガス流は凝集器に送られて
マグネシウムが取出された後にマグネシウムが取
除かれたガスが再循環されるもので、 不活性ガスが水素、アルゴン、又はヘリウムで
あること、 生成マグネシウム蒸気を含む不活性ガスが冷却
されてその熱を回収し、ガスよりマグネシウムを
凝縮し、不活性ガス流がマグネシウムを取出され
た後に再循環されること、 再循環の不活性ガス流は、当初の冷却中不活性
ガス流を少くとも一部分ガス状生成物流と熱交換
関係で流させて、所望温度に再加熱されること、 反応が1050゜乃至1350℃の温度で行なわれ、そ
の結果不活性ガス中にマグネシウム蒸気を容量で
1.0乃至8.0％含有する生成物ガス流を得ることを
含む。

本発明によればシリコサーミツク方法から金属
マグネシウムを回収する改良された方法が供され
る。

本発明により、酸化マグネシウムと酸化カルシ
ウム及び珪素の反応が、通常は充てん層反応器に
なるべく外部で加熱された不活性ガス流を流して
少くとも約1000℃の温度で、行なわれる。

〔作用〕

外部加熱の不活性ガス流を流すことは、反応用
の熱の供給の作用と、生成するマグネシウムガス
を反応部から取除いて常時マグネシウムガスの蒸
気圧（分圧）をその平衡値以下に保つことにより
マグネシウム生成反応を進行させるための、ガス
状マグネシウムの搬送媒体としての作用との二つ
の機能を有する。充てん層反応器から流出する不
活性ガスはマグネシウムが凝縮されて熱が回収さ
れた後、反応器へ再循環される。

この方法は、従来方法のように環境的又は経済
的問題なしで連続して操業できる。更にマグネシ
ウム製造のための反応率は従来法に較べて同じ温
度で相当増進され、マグネシウムの製造も同じく
増加される。

〔実施例〕

本発明は一例として添付図面について記載され
る。第１図において本発明の一実施例が略図の流
れ図で示される。耐火材内張の充てん層反応器１
０は線１２で予熱されペレタイズされた供給物を
受ける。該供給物は次式の反応を行なうため、粉
末の仮焼ドロマイドと粉末の珪素の均質添加物を
化学当量分含んでいる。

2CaO＋MgO＋Si→ 2Mg＋Ca₂SiO₄ 通常約750゜乃至1100℃、好ましくは約800゜乃至
1000℃の高温に供給ペレツトを予熱するのは予熱
炉１４で行なわれる。予熱炉は流路１６で送られ
た燃料と空気の燃焼と、消費されたガス状生成物
を流路１８で引出している。加熱されるペレツト
は（図示しない）適当なペレツト製造器又は塊体
プレスから流路２０で予熱炉１４に供給される。

充てん層反応器１０は反応器の頂部と底部と
に、又はその近くに夫々加熱不活性ガス流入路２
２と２４を有し、反応器１０内の加熱ガスと予熱
されたペレツトとが並流方向と向流方向になるよ
うに流す。流路２２の加熱ガスは通常約1300゜乃
至約1600℃、好ましくは約1450゜乃至1600℃の温
度で供給され、流路２４の加熱ガスは通例約
1200゜乃至1400℃の温度で供給される。ガス流間
の温度差は予熱ペレツトを約1050゜乃至約1350℃、
好ましくは約1050゜乃至約1250℃の温度という所
望する通例の反応温度に加熱して吸熱反応の間、
この温度を保つために要求される。つまり、流路
２２のより高温の加熱ガスはペレツトと並流とな
り、予備加熱されたペレツトを必要な反応温度に
急速に高め、その温度に維持する。流路２４のよ
り低温の加熱ガスはペレツトと向流となり、これ
により反応温度を維持すると共に、反応したペレ
ツトからマグネシウム蒸気をストリツピングする
ものである。

なお、所望により、例えば電気抵抗加熱器又は
ガスプラズマ電弧（図示せず）を用いて反応器１
０の内容物の補加加熱も行なわれる。

充てん層反応器１０内で反応が起つてガス状マ
グネシウムと固体の珪酸カルシウムとを作る。反
応物と気体反応生成物とは高反応性である。水素
は通例強力な還元ガスであつて、反応に対して不
活性であり、流入路２２と２４から充てん層反応
器１０へ供給される不活性ガスとして用いられ
る。他の適当な商用ガスはアルゴンとヘリウムで
ある。反応器１０は固体とマグネシウム蒸気の両
方に不活性な材料で内張りされていなければなら
ない。この目的のためには、精製した酸化マグネ
シウム耐火材、又は炭化珪素耐火材が適当であ
る。排出管３２で空気冷却後に廃棄物を流路３０
で排出する前に珪酸カルシウムを冷却するため、
冷却ガス流が流路２８で下部の固体排出区域２６
に流される。流路２８で送られたガス流は反応器
１０内の残溜ガスと合流する。

流路２２，２４，２８で充てん層反応器１０へ
送られる不活性ガスの量は、マグネシウム蒸気を
容量で約1.0乃至8.0％含んで流路３４の生成ガス
流を作るためには、反応器１０に入る供給ペレツ
トの量に関連して通常充分である。

不活性ガスの量が多くなるとマグネシウムの濃
度が稀くなる。ガス量が少ないと、この製造方法
は資本投下並びに運転費の両方の点から廉価にな
る。然し乍らガス量が余りに少ないと、充分高温
にするため反応器に充分な熱を運ぶことができ
ず、マグネシウムガスによる不活性ガスの飽和を
来し、これが反応を押える。正しい設計条件のも
とでは、この方法は、外部の熱供給だけで操業す
るが、装填物とガスの両方の温度を高めるため補
助的に反応内を加熱すると、製造方法に融通性を
加える。然し乍らこのような補助加熱は反応器の
複雑性を増す。従つて不活性ガスの選択された流
れ割合と、不活性ガスの供給量とは当業技術者に
は直ぐになしうる技術的、経済的考察の注意深い
均衡の結果である。反応器１０よりの排出ガス流
における好ましいマグネシウム濃度は反応器１０
に選定された特定設計と製造工程の残溜物によつ
て、容量で約1.5乃至6.0％である。これについて
は後に詳記する。

流路３４の生成ガス流は熱交換器３６を通り、
ここで熱は生成ガス流から除かれて、流路３８で
熱交換器３６に送られる再循環の不活性ガス流を
予熱するのに用いられる。熱交換器３６は通例精
製された酸化マグネシウム耐火材、又は炭化珪素
耐火材のマグネシウム−抵抗内張のある再生形の
ものである。また熱交換器３６は金属材料で作ら
れた外套の管形又は板形でもよい。生成ガス流は
熱交換器３６で通常露点と云われるマグネシウム
の凝縮温度の直ぐ上を保つ温度に冷却される。露
点は凝縮と共に変り、設定された物理化学式を用
いて直ぐに計算される。

冷却された生成物ガス流は流路４０で熱交換器
３６を離れてガス洗浄器４２を通り、ここで同伴
して来た固形物等を除き、ライン４４を通つて金
属スプラツシユ凝集器４６に向かう。金属スプラ
ツシユ凝縮器４６ではガス流は更にマグネシウム
の凝縮温度以下、通常約660゜乃至650℃の範囲、
好ましくは655℃の温度のマグネシウムの溶融点
近くに冷却される。

気相マグネシウムの冷却と凝縮は、凝縮器４６
の液体マグネシウムのプール４８から流路５０で
液体マグネシウムを引出して、このマグネシウム
を熱交換器５２に流して行なわれる。熱交換器で
は液体マグネシウムが流路５４で送られた水で所
望の冷却温度に冷やされる。熱交換器５２での冷
却は蒸気を発生し、この蒸気は流路５６で取除か
れて、系列の発電に用いられる。

凝縮器５２から流路５８に流れる冷却された液
体マグネシウムの一部は、流路６０で液体マグネ
シウム生成物として取除かれ、鋳物鋳造用又は適
当な固状物を供するように送られる。流路５８に
おける残りの冷却液体マグネシウムは凝縮器４６
の気体空間６２に噴出されてガス流中の気相マグ
ネシウムの凝縮用核生成部位として働らく。この
液体マグネシウムの滴は適当な機械的撹拌器で作
られる。その結果生じる冷却した溶融マグネシウ
ムは凝縮器４６のプール４８に集められる。

マグネシウム蒸気の凝縮に続き、不活性ガス流
が流路６４で送風機６６に再循環される。流路６
４は亦所望によりマグネシウム粒子の流動層を含
む（図示しない）流動層凝縮器を有し、ここでは
ガス流が冷やされて残溜マグネシウムを除く。マ
グネシウムはその融点で約２乃至３mmHgのガス
圧を有す。流動層凝縮器の目的は、不活性ガスの
再圧縮と再循環前に凝縮器４６を出るガス流に未
だ残つている残留マグネシウムを除くことにあ
る。この種の流動層凝縮器は通常約450゜乃至550
℃好ましくは530℃の温度で操業される。

送風機６６用の動力は凝縮器５２で発生した蒸
気を用いる蒸気タービンから供される。送風機６
６は不活性ガス流を、一部は流路２８で直接充て
ん層反応器１０と、一部は流路３８で熱交換器３
６に再循環させる。熱交換器３６では、再循環ガ
ス流は通例生成物ガス流３４から回収された熱
で、反応器１０を出るガス流の温度と約10゜乃至
100℃以内の温度に温められて、その後流路６８
により、給電を受けているガス加熱器７０に流れ
る。加熱ガス流２２と２４は前記夫々の温度で充
てん層反応器１０に流入させるために、ガス加熱
器７０を通す。

第１図につき記載した方法は、反応物が反応器
１０に連続供給され、廃棄物が反応器から連続放
出され、マグネシウム蒸気が連続して反応器から
引出され、マグネシウムガス搬送用の不活性ガス
が連続再循環されて、連続的である。もし補充が
あつたとしても補充の不活性ガスの需要が少な
く、回収熱が再利用されることでこの方法は熱効
率がある。

第２図の実施例については、この実施例はガス
流からマグネシウムを凝縮する方法を除けば第１
図の例と類似である。第１図の参照番号が両図に
共通なものについて用いられる。第２図図示のよ
うに流路４４でマグネシウム蒸気を含む冷却され
た不活性ガス流はマグネシウム凝縮器１００で冷
却されて液体マグネシウムを作り、このものは流
路６０で引出される。

第１図図示の溶融マグネシウムとの直接熱交換
に較べ間接熱交換が凝縮器１００内で用いられ
る。溶融アルカリ金属類が流路１０２で凝縮器１
００に送られて、流路４４で入つて来るガス流を
冷やしてガス流からマグネシウムを金属管面に凝
縮させて、溶融マグネシウム生成プール１０３を
作り、そこから流路１０４を介してマグネシウム
生成物流が取出される。加熱されたアルカリ金属
類は流路１０６で熱交換器１０８に引出され、該
熱交換器には流路１１０で水が送られてアルカリ
金属類を凝縮器１００へ供するに望ましい温度に
冷やす。熱交換器から生ずる蒸気は発電に使用す
るため流路１１２で回収される。

第３図の実施例も不活性ガス流からマグネシウ
ムを回収する他の方法を示す。第１図の参照番号
も亦両図と共通のものについて用いられる。この
例では流路４４とマグネシウム蒸気含有のガス流
が供される流動層凝縮器１２０を用いてマグネシ
ウムが固体粒子の形で回収される。固体マグネシ
ウム粒子の層は不活性ガスで流動され保持され、
凝縮器１２０は流路１２２で送られる水でコイル
とジヤケツトを介して間接的に冷却されて蒸気を
発生し、この蒸気は流路１２４で取除かれるか、
タービン１２６用の動力発生に用いられる。

流動層は通常約450゜乃至約620℃好ましくは約
500゜乃至550℃の温度に保たれて、流動層内でマ
グネシウムを粒で凝縮する。マグネシウム粒子は
流動層凝縮器から流路１２８で間欠、又は連続し
て取除かれる。

〔発明の効果〕

本発明の作用効果について説明すると、酸化カ
ルシウム、酸化マグネシウムと珪素の反応は流動
不活性ガス流中で行なわれ、ガスの形状において
マグネシウムは取出される。この流動不活性ガス
流は反応に望ましい熱を与えるために予熱され
る。酸化マグネシウム、酸化カルシウムおよび珪
素は750゜〜1000℃の温度に予熱され、そして充て
ん層反応器に送入される。充てん層反応器中で、
これらの反応体は部分的に共に流れまた部分的に
対向して流れる予熱流動不活性ガス流により接触
される。予熱ガス流は、約1300℃〜約1600℃の温
度を有する部分が反応器に送られる固体と共に並
流で流れ、また1200゜〜1400℃の温度を有する第
二部分が反応器に送られる固体と向流で流れるよ
うな分割流の形で充てん層反応器へ送られる。こ
れらの作用は従来技術（特開昭46−4504号）には
なく、従つて本発明によれば前に説明した従来技
術における問題点を解消することができた。

この記載の総括として、本発明は従前技術の環
境問題とエネルギー変換問題に遭遇することな
く、マグネシウムの連続したエネルギー効率的生
成をするものである。本発明の範囲内で変更が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマグネシウム製造方法の一実
施例の略図的流れ図、第２図は本発明マグネシウ
ム製造法の第二実施例の略図的流れ図、第３図は
本発明マグネシウム製造法の第三実施例の略図的
流れ図である。 １０……充てん層レトルト、１２，１６，１
８，２０，２２，２４，２８，３４，３８，４
０，４４，５０，５４，５６，５８，６０，６４
……流路、１４……加熱器、３２……排出管、３
６……熱交換器、４２……ガス洗浄器、４６……
凝縮器、５２……熱交換器、６６……送風器、７
０……ガス加熱器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 式 2CaO＋2MgO＋Si→ 2Mg＋Ca₂SiO₄ によつて酸化マグネシウムと酸化カルシウムと珪
   素とを反応させてマグネシウムを製造する方法で
   あつて、マグネシウムをガス状で取出すため流動
   不活性ガス内で、少くとも1000℃の温度で反応を
   行うマグネシウムの製造方法において、前記流動
   不活性ガス流が反応に望ましい熱を供するよう予
   熱され、酸化マグネシウムと、酸化カルシウム
   と、珪素とが750゜乃至1100℃の温度に予熱され、
   充てん層反応器に装填され、予熱された流動不活
   性ガス流と接触され、予熱された不活性ガス流は
   1300゜乃至1600℃の温度の第一部分が反応器へ送
   られる固体と並流して流れ、1200゜乃至1400℃の
   温度の第二部分が反応器へ送られる固体と向流し
   て流れるよう分離流の形で充てん層反応器に供給
   されると共に、充てん層反応器から流出するマグ
   ネシウム蒸気を含んだガス流は凝集器に送られて
   マグネシウムが取り出されることを特徴とするマ
   グネシウムの製造方法。 ２ 不活性ガスが水素、アルゴン、又はヘリウム
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のマグネシウムの製造方法。 ３ ガス状生成物の流れは当初露点に冷却され、
   次いで660゜乃至650℃の温度に更に冷却されて液
   状でマグネシウムの凝縮を行なうことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のマグネシウムの
   製造方法。 ４ ガス状生成物流からマグネシウムの凝縮用の
   核形成部位として作用させるため、ガス状生成物
   の流れと融解マグネシウムの粒滴とを接触させ
   て、更に冷却が行なわれることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項に記載のマグネシウムの製造方
   法。 ５ 液体アルカリ金属を冷却液として用い、間接
   熱交換によつて更に冷却が行なわれることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載のマグネシウム
   の製造方法。 ６ ガス状生成物の流れは当初その露点に冷却さ
   れ、続いてガス状生成物の流れを流動層内で450゜
   乃至620℃の温度で固体のマグネシウム粒子と接
   触させて更に冷却されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のマグネシウムの製造方
   法。 ７ 反応が1050゜乃至1350℃の温度で行なわれ、
   その結果不活性ガス中にマグネシウム蒸気を容量
   で1.0乃至8.0％含有する生成物ガス流を得ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項の
   何れかに記載のマグネシウムの製造方法。 ８ 式 2CaO＋2MgO＋Si→ 2Mg＋Ca₂SiO₄ によつて酸化マグネシウムと酸化カルシウムと珪
   素とを反応させてマグネシウムを製造する方法で
   あつて、マグネシウムをガス状で取出すため流動
   不活性ガス内で、少くとも1000℃の温度で反応を
   行うマグネシウムの製造方法において、前記流動
   不活性ガス流が反応に望ましい熱を供するよう予
   熱され、酸化マグネシウムと、酸化カルシウム
   と、珪素とが750゜乃至1100℃の温度に予熱され、
   充てん層反応器に装填され、予熱された流動不活
   性ガス流と接触され、予熱された不活性ガス流は
   1300゜乃至1600℃の温度の第一部分が反応器へ送
   られる固体と並流して流れ、1200゜乃至1400℃の
   温度の第二部分が反応器へ送られる固体と向流し
   て流れるよう分離流の形で充てん層反応器に供給
   されると共に、充てん層反応器から流出するマグ
   ネシウム蒸気を含んだガス流は凝集器に送られて
   マグネシウムが取出された後にマグネシウムが取
   除かれたガスが再循環されることを特徴とするマ
   グネシウムの製造方法。 ９ 不活性ガスが水素、アルゴン、又はヘリウム
   であることを特徴とする特許請求の範囲第８項に
   記載のマグネシウムの製造方法。 １０ 生成マグネシウム蒸気を含む不活性ガスが
   冷却されてその熱を回収し、ガスよりマグネシウ
   ムを凝縮し、不活性ガス流がマグネシウムを取出
   された後に再循環されることを特徴とする特許請
   求の範囲第８項または第９項に記載のマグネシウ
   ムの製造方法。 １１ 再循環の不活性ガス流は、当初の冷却中不
   活性ガス流を少くとも一部分ガス状生成物流と熱
   交換関係で流させて、所望温度に再加熱されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載のマ
   グネシウムの製造方法。 １２ 反応が1050゜乃至1350℃の温度で行なわれ、
   その結果不活性ガス中にマグネシウム蒸気を容量
   で1.0乃至8.0％含有する生成物ガス流を得ること
   を特徴とする特許請求の範囲第８項乃至第１１項
   の何れかに記載のマグネシウムの製造方法。