JPS6220833A - 金属マグネシウム製造用団鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、炭素還元法による金属マグネシウムの製造に
係り、更に詳細には金属マグネシウム製造用原料として
の酸化マグネシウム粉末と炭素質原料とよりなる団鉱の
製造方法に係る。

従来の技術 酸化マグネシウムを炭素にて還元することにより金属マ
グネシウムを製造する所謂炭素ｊ！元法は１９３６年よ
り実施されており、その原料としては海水、ドロマイト
より製造された酸化マグネシウム粉末とコークス粉末と
の混合物よりなる団鉱が使用されていた。

発明が解決しようとづる問題点 しかし酸化マグネシウム粉末及びコークス粉末は非常に
固まり難い原料であるため、これらの混合物にステアリ
ン酸の如ぎ結合剤を配合しても十分な団鉱強度を確保す
ることが困難であり、団鉱がそれが炉内へ装入される過
程に於て崩壊し、団鉱の反応性が著しく低下する。その
ため酸化マグネシウムが十分には還元されず、酸化マグ
ネシウムの一部がそのまま残存し、また還元によって生
じた金属マグネシウム中に混入するため、得られる金属
マグネシウムの純度及び歩留りが悪く、このことが一つ
の大きな要因となって炭素還元法は第二数人ｌｌ［！後
に廃止された。

本願発明者らは、炭素還元法に於ける上述の如き問題に
鑑み、種々の実験的研究を行った結果、結合剤として水
分を添加すると団鉱強度が若干向上することに着目し、
酸化マグネシウム粉末の元原料であり、水分含有量の多
い水酸化マグネシウム（Ｍ（１（ＯＨ）２　）粉末をコ
ークス粉末の如き炭素質原料と混合し、該混合物を団塊
化し、これを焼成することにより団鉱強度を飛躍的に向
上させることができ、その結果高純度の金属マグネシウ
ムを歩留り良く製造し得ることを見出した。

本発明は、本願発明者らが行った実験的研究の結果得ら
れた知見に雄き、炭素還元法により高扁度の金属マグネ
シウムを歩留り良＜　”Ａ　Ｗ　”ｌ−ることを可能成
らしめる金属マグネシウム製造用団鉱の製造方法を提供
することを目的としている。

問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、水酸化マグネシウ
ム粉末と炭素質原料とを混合し、該混合物を団塊化し、
該団塊を４００〜７００℃の温度にて焼成する金属マグ
ネシウム製造用団鉱の製造方法、水酸化マグネシウム粉
末と炭素質原料とを混合し、該混合物を団塊化し、該団
塊を４００〜７００℃の温度にて一次焼成し、更に非酸
化性雰囲気中に於て８００℃以上の温度にて二次焼成す
る金属マグネシウム製造用団鉱の製造方法、及び水酸化
マグネシウム粉末と炭素質原料とを混合し、該混合物を
団塊化し、該団塊を４００〜７００℃の温度にて一次焼
成し、該団塊を液状ピッチにて含浸し、該団塊を非酸化
性雰囲気中に於て８００℃以上の温度にて二次焼成する
金属マグネシウム製造用団鉱の製造方法によって達成さ
れる。

発明の作用及び効果 一般に水酸化マグネシウムは粉末状又は粘土状にて市販
されており、通常結晶水を約３０％、吸着水を３〜６％
含有している。かかる水酸化マグネシウムを焼成すると
、吸着水は１５０〜２００℃に於て消散し、結晶水は４
００〜５００℃に於て消失し、水酸化マグネシウムは酸
化マグネシウムに変化する。一方コークス、黒鉛、ピッ
チの如き炭素質原料は酸化性雰囲気中又は水分を含む雰
囲気中にて７００℃以上に加熱されると、酸化されて一
酸化炭素又は二酸化炭素となり、還元能力を喪失する。

本発明の第一の方法によれば、結晶水及び吸着水を含有
する水酸化マグネシウム粉末と炭素質原料とが混合され
、該混合物が団塊化され、これにより従来の炭素還元法
に於ける酸化マグネシウム粉末とコークス粉末とよりな
る団鉱に比して高強度の団塊が形成され、該団塊が４０
０〜７００℃の温度にて焼成され、その結果水酸化マグ
ネシウムが酸化マグネジ・クムに転換され、これにより
高強度であり従って反応性に優れた団鉱が形成される。

使用される炭素質原料によっては、水酸化マグネシウム
粉末と炭素質原料との混合物よりなる団塊を４００〜７
００℃の温度にて焼成しても、揮元弁（水分、硫黄分、
各種炭化水素）が残存することがある。本発明の第二の
方法によれば、水酸化マグネシウム粉末と炭素質原料と
を混合し団塊化することにより高強度の団塊が形成され
、該団塊が先ず４００〜７００℃の温度にて一次焼成さ
れることにより水酸化マグネシウムが酸化マグネシウム
に転換され、更に非酸化性雰囲気中に於て８００℃以上
の温度にて二次焼成されることにより、残存する揮発分
が除去されると共に水酸化マグネシウム及び炭素が相互
に反応し易い状態に変化されるので、高強度であり且第
−の方法により得られる団鉱よりも更に反応性に優れた
団鉱を得ることができる。

更に本発明の第三の方法によれば、水酸化マグネシウム
粉末と炭素質原料とを混合し団塊化することにより高強
度の団塊が形成され、該団塊が４００〜７００″Ｃの温
度にて一次焼成されることにより水酸化マグネシウムが
酸化マグネシウムに転換され、その状態にて団塊に一種
の結合剤としての作用をもなす液状ピッチが含浸され、
更に非酸化性雰囲気中に於て８００℃以」二の温度にて
二次焼成されることにより揮発分が除去される共に酸化
マグネシウム及び炭水が相″！：ｉに反応し易い状態に
変化されるので、第−及び第二の方法により待られる団
鉱よりも更に高強度で反応性に優れた団鉱を得ることが
できる。

本発明の方法に於ｔノる炭素質原料はコークス、黒鉛、
ピッチの如く炭素を主成分とし、特に焼成後に於ては酸
化マグネシウムに対し優れた還元作用を発揮する任意の
原料であって良いが、４００〜７００℃の温度に於番プ
る焼成のみが行われる本を発明の第一の方法に於ける炭
素質原料及び本発明の第三の方法に於て４００〜７００
℃の温度に於ける焼成に付される炭素質原料はコークス
粉末。

黒鉛粉末、及びこれらの混合粉末よりなる群より選択さ
れる。また−次焼成及び二次焼成が行われる本発明の第
二の方法に於ける炭素質原料は、コークス粉末、黒鉛粉
末、及びこれらの混合粉末、コークス粉末、黒鉛粉末、
若しくはこれらの混合粉末とピッチ粉末との混合粉末、
コークス粉末、黒鉛粉末、若しくはこれらの混合粉末と
液状ピッチとの混合物よりなる群より選択される。

また本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、４００〜
７００℃の温度に於ける焼成及び８００℃以上の温度に
於ける焼成はそれぞれ１〜５時間、２〜１０時間、好ま
しくは３〜５時間及び５〜１０時間に屋り行われる。

また水酸化マグネシウムと炭素との間の反応性を向上さ
せるためには、水酸化マグネシウム粉末及び炭素質原料
の粒径は小さいことが好ましいが、これらの粉末が粉塵
となって金属マグネシウム中に混入Ｊ−ることを回避し
、またマグネシウム蒸気が団鉱より良好に抜出すことを
確保するためには、これらの粉末の粒径は成る値以上で
あることが好ましい。従って本発明の更に他の一つの詳
細な特徴によれば、水酸化マグネシウム粉末及び炭素質
原料の粉末の平均粒径は２００μｍ以下、好ましくは７
０ｕｍ以下に設定され、粒径０．１μｍ以下の粉末含有
邑は５％以下に設定される。

更に本発明の方法に於て使用されるコークス及びピッチ
は石炭系及び石油系の何れであってもよい。

本発明の方法によりＩｌＪ造された団鉱が金属マグネシ
ウムＶ造装置内の非酸化性雰囲気中にて加熱されると、
下記の反応式に従って酸化マグネシウムが炭素により還
元されてマグネシウム蒸気となる。

Ｍｑ　Ｏ＋Ｃ−＞Ｍａ　＋ＧＯ かくして発生したマグネシウム蒸気はそれを急冷するこ
とにより固体の金属マグネシウムとして回収されて良い
。

尚本明細世に於ける全てのパーセンテージは重量パーセ
ントである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例１ 第１図に示されている如く、平均粒径５〜６μｍの宇部
化学株式会社製の水酸化マグネシウム粉末と、平均粒径
２０μｍのコークス粉末とをコークス粉末含有量が１８
％となるよう配合し、これを宝工機株式会社製のミキサ
（商品名マイクロスピードミキサ）を用いて混合し、該
混合粉末を大塚鉄鋼株式会社製のブリケットマシン（商
品名ブリケットマシンに型）にて長袖１５Ωｍ、短軸１
０ＣＩの楕円断面を有するアーモンド状の団塊に団塊化
し、更にかくして得られた団塊を加熱炉内にて５００℃
に２時間加熱することによって焼成し、これにより実質
的に酸化マグネシウムと炭素とのみよりなる団鉱を形成
した。

次いでかくして製造された団鉱を圧縮試験機にて圧縮す
ることにより、団鉱の圧壊強度（団鉱が圧壊し始める強
度）を測定した。その結果を下記の表１に示ず。

表　　１ 実施例　　圧壊強度　　　平均純度　　歩留り１　　４
〜６ｋｇ　　７７％　　　８４％２　　６〜８ｋｇ　　
８２％　　　８７％３　１５〜２０ｋｃ＋　　　８５％
　　　８８％４　１４〜１８ｋｇ　　８３％　　　８６
％５　１８〜２２ｋｇ　　８７％　　　８９％６　１９
〜２７ｋｇ　　８８％　　　９０％７　　１８〜３０ｋ
ｇ　　　９０％　　　９２％化較例　　２〜３ｋ（］　
　　７３％　　　８２％次いで第２図に示されている如
き金属マグネシウム製造装置を用意した。第２図に於て
、１は還元炉を示しており、該還元炉は断熱材２により
炉外より断熱された状態にてヒータ３により炉室４内が
加熱されるようになっている。還元炉１の上方には団鉱
を貯容する団鉱装入用ホッパー５が配置されており、該
ホッパーは炉室内へ供給される団鉱６の量を制御する制
御弁７を介して炉室内と連通している。炉室４は還元炉
４の側壁に設けられた末広ノズル８を経て真空室９と連
通しており、該真空室は真空ポンプ１０により所定の減
圧状態に維持されるようになっている。また真空室９内
には金属マグネシウム捕集板１１が末広ノズル８に整合
して設けられており、これにより炉室４内にて発生され
た金属マグネシウムの蒸気が末広ノズル８により自己断
熱冷却され、高速にて金属マグネシウム捕集板１１に衝
突し、該捕集板上にクラウン状の金属マグネシウム１２
として捕集されるようになっている。

上述の如く構成された金属マグネシウム製造装置を用い
て、上述の如く製造された団鉱に対し下記の表２に示さ
れた条件にて熱還元を行い、得られた金属マグネシウム
の平均純度及び歩留りを測定した。その結果を上掲の表
１に示す。

表　　２ 炉室内温度：　　１８００℃ 炉室内圧カニ　　３０〜５０Ｔｏｒｒ 真空室圧カニ２〜５Ｔｏｒｒ また比較の目的で、第３図に示されている如く、平均粒
径５〜６μｍの宇部化学株式会社製の酸化マグネシウム
（Ｍ！ＪＯ）粉末（商品名軽焼マグネシア）と平均粒径
２０μｍのコークス粉末とをコークス粉末含有料が２４
％となるよう配合して混合し、該混合物を団塊化し、該
団塊を４５０℃にて３０分間乾燥させることにより団鉱
を形成した。

かくして形成された団鉱について上述の実施例の場合と
同様の圧縮試験を行って団鉱の圧壊強度を測定し、また
第２図に示された金属マグネシウム製造装置を用いて熱
還元を行い、得られた金属マグネシウムの平均純度及び
歩留りを測定した。その結果を上掲の表１に示す。

表１より、上述の実施例によれば、従来の製造方法によ
り得られた団鉱に比して高強度の団鉱を８４３ａするこ
とができ、また熱還元によりｊｑられる金属マグネシウ
ムの純度及び歩留りを向上させることができることが解
る。

尚コークス粉末の代りに平均粒径６μｍの日本黒鉛商事
株式会社製の黒鉛粉末（商品名ト１△Ｇ１５）が使用さ
れた点を除ぎ、この実施例と同一の条件にて団鉱を製造
し試験を行ったところ、この実施例の場合と同様に良好
な結果が得られた。

実施例２ 第４図に示されている如く、実施例１に於て使用された
水酸化マグネシウム粉末及びコークス粉末と同一の水酸
化マグネシウム粉末及びコークス粉末をコークス粉末含
有量が１８％となるよう配合して混合し、該混合物を団
塊化し、該団塊を加熱炉により５００℃にて２時間加熱
することにより焼成し、更に加熱炉により不活性°雰囲
気中にて１０００℃に８時間加熱することによって焼成
し、実質的に酸化マグネシウムと炭素とのみよりなる団
鉱を形成した。

かくして形成された団鉱について、実施例１の場合と同
様の要領にて圧縮試験を行って圧壊強度を測定し、また
第２図に示された金属マグネシウム製造装置を用いて上
掲の表２に示された条件にて熱還元を行い、（ｑられた
金属マグネシウムの平均純度及び歩留りを測定した。そ
の結果を上掲の表１に示す。

表１より、この実施例によれば、実施例１により得られ
る団鉱よりも更に高強度の団鉱を得ることがて・き、ま
た得られる金属マグネシウムの純度及び歩留りを更に向
上させることができることが解る。

実施例３ 第５図に示されている如く、実施例１に於て使用された
水酸化マグネシウム粉末及びコークス粉末と同一の水酸
化マグネシウム粉末及びコークス粉末と、平均粒径７４
μｍの旭コークス株式会社製のタールピッチ粉末（商品
名ボンド５０）とをコークス粉末及びタールピッチ粉末
含有量がそれぞれ１２％、１０％となるよう配合して混
合し、該混合物を団塊化し、該団塊を加熱炉により５０
０℃にて２時間加熱することにより焼成し、更に加熱炉
により不活性雰囲気中にて１００℃に８時間加熱するこ
とによって焼成し、これにより実質的に酸化マグネシウ
ムと炭素とのみよりなる団鉱を形成した。

かくして得られた団鉱について、実施例１の場合と同様
の要領にて圧縮試験を行って圧壊強度を測定し、また第
２図に示された金属マグネシウム製造装置を用いて上掲
の表２に示された条件にて熱還元を行い、得られた金属
マグネシウムの平均純度及び歩留りを測定した。その結
果を上掲の表１に示す。

表１より、この実施例によれば、比較例、実施例１及び
２の何れよりも高強度の団鉱を製造することができ、ま
た得られる金属マグネシウムの純度及び歩留りを向上さ
せることができることが解る。

実施例４ 第６図に示されている如く、実施例１に於て使用された
水酸化マグネシウム粉末と同一の水酸化マグネシウム粉
末と、平均粒径６μｍの日本黒鉛商事株式会社製の黒鉛
粉末（商品名ｔ−ＩＡＧ　１５　）と、実施例３に於て
使用されたタールピッチ粉末と同一のタールピッチ粉末
とを黒鉛粉末及びタールピッチ粉末含有量がそれぞれ１
２％、１０％となるよう混合された点を除き、上述の実
施例３の場合と同一の要領及び同一の条件にて実質的に
酸化マグネシウムと炭素とのみよりなる団鉱を形成した
。

かくして形成された団鉱について、実施例１の場合と同
様の要領にて圧縮試験を行って圧壊強度を測定し、また
第２図に示された金属マグネシウム製造装置を用いて上
掲の表２１．：示された条件にて熱還元を行い、得られ
た金属マグネシウムの平均純度及び歩留りを測定した。

その結果を上掲の表１に示す。

表１より、この実施例によれば、実施例３の場合と同等
の圧壊強度を有する団鉱を製造することができ、また実
施例２の場合と同等に得られる金属マグネシウムの純度
及び歩留りを向上させることができることが解る。

実施例５ 第７図に示されている如く、実施例１に於て使用された
水酸化マグネシウム粉末及びコークス粉末と同一の水酸
化マグネシウム粉末及びコークス粉末と、加熱された液
状のタールピッチ（旭コークス株式会社製「ボンド５ｏ
」）とをコークス粉末及びタールピッチ含有量がそれぞ
れ１２％、１０％となるよう配合して混合された点を除
き、上述の実施例３の場合と同一の要領及び条件にて実
質的に酸化マグネシウムと炭素とのみよりなる団鉱を形
成した。

かくして形成された団鉱について、実施例１の場合と同
様の要領にて圧縮試験を行って圧壊強度を測定し、また
第２図に示された金属マグネシウム製造装置を用いて１
掲の表２に示された条件にて熱還元を行い、１ｑられた
金属マグネシウムの平均純度及び歩留を測定した。その
結果を１掲の表１に示す。

表１より、この実施例によれば、比較例及び実施例１〜
４の何れよりも高強度の団鉱を製造することができ、ま
た得られる金属マグネシウムの純度及び歩留りを向上さ
せることができことが解る。

実施例６ 第８図に示されている如く、実施例１に於て使用された
水酸化マグネシウム粉末と同一の水酸化マグネシウム粉
末と、実施例４に於て使用された黒鉛粉末と同一の黒鉛
粉末とを黒鉛粉末含有量が１３％となるよう配合して混
合し、該混合物を団塊化し、該団塊を加熱炉により５０
０℃にて２時間加熱することにより焼成し、かくして焼
成された団塊に１５０℃の液状のタールピッチを（旭コ
ークス株式会社製「ボンド５０」）含浸させ、該団塊を
加熱炉により不活性雰囲気中にて１０００℃に８時間加
熱することにより焼成し、これにより実質的に酸化マグ
ネシウムと炭素とのみよりなる団鉱を形成した。

かくして形成された団鉱について、実施例１の場合と同
様の要領にて圧縮試験を行って圧壊強度を測定し、また
第２図に示された金属マグネシウム製造装置を用いて１
掲の表２に示された条件にて熱還元を行い、得られた金
属マグネシウムの平均純度及び歩留りを測定した。その
結果を１掲の表１に示す。

表１より、この実施例によれば、比較例及び実施例１〜
５の何れよりも高強度の団鉱を製造することができ、ま
た得られる金属マグネシウムの純度及び歩留りを向上さ
せることができることが解る。

実施例７ 第９図に示されている如く、黒鉛粉末の代わりに実施例
１に於て使用されたコークス粉末と同一のコークス粉末
が使用された点を除ぎ、上述の実施例６の場合と同一の
要領及び同一の条件にて実質的に酸化マグネシウムと炭
素とのみよりなる団鉱を形成した。

かくして形成された団鉱について、実施例１の場合と同
様の要領にて圧縮試験を行って圧壊強度を測定し、また
第２図に示された金属マグネシウム製造装置を用いて１
掲の表２に示された条件にて熱還元を行い、得られた金
属マグネシウムの平均純度及び歩留りを測定した。その
結果を１掲の表１に示す。

表１より、この実施例によれば、比較例及び実施例１〜
６の何れよりも、高強度の団鉱を製造することができ、
また得られる金属マグネシウムの純度及び歩留りを向上
さぼることができることが解る。

尚実施例５〜７に於て他の実施例に比して良好な結果が
得られたのは、液状のタールピッチが一種の結合剤とし
ての機能をも果し、これにより圧壊強度が向上されたこ
とによるものと推測される。

以上に於ては、本発明を幾つかの実施例について詳細に
説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能
であることは当業名にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による団鉱の製造方法の一つの実施例を
示す工程図、第２図は本発明の方法により製造された団
鉱を用いて金属マグネシウムを製造する際に使用されて
よい金属マグネシウム製造装置を示す解図、第３図は従
来の金属マグネシウム製造用団鉱の製造方法を示す工程
図、第４図乃至第９図はそれぞれ本発明による団鉱の製
造方法の一つの実施例を示す工程図である。 ゴ・・・還元炉、２・・・断熱材、３・・・ヒータ、４
・・・炉室、５・・・団鉱装入用ホッパー、６・・・団
鉱、７・・・制御弁、８・・・末広ノズル、９・・・真
空室、１０・・・真空ポンプ、１１・・・金属マグネシ
ウム捕集板、１２・・・金属マグネシウム 特　許　出　願　人　　　トヨタ自動車株式会社代　　
　理　　　人　　　弁理士　明石　昌毅第　１　図 第　２　図 第５図 第６図 第７図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）水酸化マグネシウム粉末と炭素質原料とを混合し
   、該混合物を団塊化し、該団塊を４００〜７００℃の温
   度にて焼成する金属マグネシウム製造用団鉱の製造方法
   。
2. （２）特許請求の範囲第１項の金属マグネシウム製造用
   団鉱の製造方法に於て、前記炭素質原料はコークス粉末
   、黒鉛粉末、及びこれらの混合粉末よりなる群より選択
   された原料であることを特徴とする金属マグネシウム製
   造用団鉱の製造方法。
3. （３）水酸化マグネシウム粉末と炭素質原料とを混合し
   、該混合物を団塊化し、該団塊を４００〜７００℃の温
   度にて一次焼成し、更に非酸化性雰囲気中に於て８００
   ℃以上の温度にて二次焼成する金属マグネシウム製造用
   団鉱の製造方法。
4. （４）特許請求の範囲第３項の金属マグネシウム製造用
   団鉱の製造方法に於て、前記炭素質原料はコークス粉末
   、黒鉛粉末、及びこれらの混合粉末、コークス粉末、黒
   鉛粉末、若しくはこれらの混合粉末とピッチ粉末との混
   合粉末、コークス粉末、黒鉛粉末、若しくはこれらの混
   合粉末と液状ピッチとの混合物よりなる群より選択され
   た原料であることを特徴とする金属マグネシウム製造用
   団鉱の製造方法。
5. （５）水酸化マグネシウム粉末と炭素質原料とを混合し
   、該混合物を団塊化し、該団塊を４００〜７００℃の温
   度にて一次焼成し、該団塊を液状ピッチにて含浸し、該
   団塊を非酸化性雰囲気中に於て８００℃以上の温度にて
   二次焼成する金属マグネシウム製造用団鉱の製造方法。
6. （６）特許請求の範囲第５項の金属マグネシウム製造用
   団鉱の製造方法に於て、前記炭素質原料はコークス粉末
   、黒鉛粉末、及びこれらの混合粉末よりなる群より選択
   された原料であることを特徴とする金属マグネシウム製
   造用団鉱の製造方法。