Способ получения металлов

 

Использование: в металлургии для получения металлов путем твердофазного восстановления твердым углеродистым восстановителем. Сущность изобретения: слой восстанавливаемого вещества размещают сверху слоя углеродистого восстановителя в реакционном объеме с герметичным сводом, а восстановление осуществляют в атмосфере атомарного водорода, отводя образующиеся газообразные продукты снизу реакционной зоны.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению металлов методом твердофазного восстановления твердым углеродистым восстановителем.

Известен способ получения феррохрома, включающий получение смеси руды, угля и шлакообразователей и последующий обжиг смеси во вращающейся печи, в котором восстановление осуществляют в атмосфере окиси углерода за счет твердофазного взаимодействия оксидов и углерода сначала при температуре 1100-1250^оС, затем при температуре 1400-1480^оС и, наконец, при температуре 1480-1580^оС в течение 1,5.4 ч [1] К недостаткам известного способа относятся значительные энергозатраты, большая продолжительность процесса, а также низкая степень восстановления металлов. Это связано с тем, что дымовые газы, содержащие газообразные продукты реакции восстановления и углеводороды, в составе которых 60-80% водорода свободно улетучиваются из печи и водород в реакции восстановления не участвует, а восстановление оксидов осуществляется в основном окисью углерода и углеродом.

Наиболее близким к предлагаемому является выбранный в качестве прототипа способ получения губчатого железа, включающий укладку в реакционном объеме восстанавливаемого вещества и углеродистого восстановителя несмешивающимися слоями, нагрев и восстановление в атмосфере окиси углерода за счет твердофазного взаимодействия восстанавливаемого вещества с углеродистым восстановителем [2] К недостаткам прототипа также относятся низкая степень восстановления, большая продолжительность и высокая трудо- и энергоемкость процесса.

Это также объясняется тем, что образующиеся в процессе твердофазного взаимодействия восстанавливаемого вещества с углеродистым восстановителем газообразные продукты свободно улетучиваются из реакционной зоны. В результате химическая активность атомарного водорода, регенерируемого углеродистым восстано- вителем из паров воды, поглощенной и/или химически связанной восстанавливаемым веществом в твердофазном углеродвосстановительном процессе, не используется, а восстановление осуществляется в основном окисью углерода.

Предлагаемый способ позволяет устранить указанные недостатки, а именно интенсифицировать процесс и повысить степень восстановления при снижении трудо- и энергозатрат.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения металлов, включающем укладку в реакционном объеме восстанавливаемого вещества и углеродистого восстановителя слоями, нагрев и восстановление за счет твердофазного взаимодействия восстанавливаемого вещества с углеродистым восстановителем, согласно изобретению слой восстанавливаемого вещества размещают сверху слоя углеродистого восстановителя в реакционном объеме с герметичным сводом, восстановление осуществляют в атмосфере атомарного водорода, при этом образующиеся газообразные продукты отводят снизу реакционной зоны.

Восстановление восстанавливаемого вещества до металла за счет твердофазного взаимодействия с углеродистым восстановителем при размещении слоя восстанавливаемого вещества сверху слоя углеродистого восстановителя в реакционном объеме с герметичным сводом осуществляется атомарным водородом, регенерируемым углеродистым восстановителем из паров воды, химически связанной или поглощенной восстанавливаемым веществом, который, обладая свойством вытеснять из представленного ему объема более тяжелые газы при отводе образующихся газообразных продуктов снизу реакционной зоны, транспортирует из нее кислород и смещает при этом равновесие реакции восстановления, например, оксидов вправо, обеспечивает течение ее практически до полного восстановления оксидов Восстановленные металлы сегрегируются от невосстановленных шлакообразующих оксидов, концентрируются в виде корольков, которые, спекаясь, образуют конгломерат, подобный слитку.

П р и м е р 1. В реакционный объем с герметичным сводом загружали слоями окись железа (Fe₂O₃) марки "Ч" и молотый нефтяной кокс при объемном соотношении 1:1. Слой восстанавливаемой окиси железа размещали при этом сверху слоя кокса.

Подготовленную таким образом шихту нагревали в реакционном объеме наружным обогревом до температуры 1100.1150^оС, отводя образующиеся газообразные продукты твердофазного химического взаимодействия снизу реакционной зоны.

При этом атомарный водород, регенерируемый твердым углеродом из паров воды, химически связанной и/или поглощенной восстанавливаемым веществом, вытесняет образующиеся газообразные продукты (окись углерода) из реакционного объема сверху вниз и, занимая его полностью, восстанавливает окись железа.

После двухчасовой выдержки и последующего охлаждения анализировали химический состав полученного спека. Массовая доля железа составила 99,88% П р и м е р 2. Окись кобальта (СаО) и нефтяной кокс аналогично условиям примера 1 нагревали до температуры 1300^оС и выдерживали в течение 2 ч. Анализ химического состава продукта восстановления показал практически 100%-ное содержание кобальта (Si 0,02% Al 0,01% Mg 0,01% Ca 0,02; Fe 0,05%).

П р и м е р 3. Железорудный концентрат химического состава, мас. Fe 62,5; SiO₂ 4,26; Al₂O₃ 2,57; MnO 0,06; CaO 0,101; MgO 3,37; TiO₂ 0,254 и нефтяной кокс аналогично условиям примера 1 нагревали до температуры 1200^оС и выдерживали в течение 3 ч.

Продукт восстановления разделили на металлическую и шлаковую составляющие.

Анализ металлической составляющей показал практически 100%-ное содержание железа с незначительной долей примесей, мас. Si 0,1; Al 0,03; Mg 0,02; Ca 0,01; Mn нет, Ti нет.

Анализ шлаковой составляющей выявил следующий химический состав, мас. Si 40; Al 8,1; Mg 1,5; Ca 0,2; Fe 4,0; Mn 10,0; Ti 3,0; П р и м е р 4. Окись кремния и нефтяной кокс аналогично условиям примера 1 нагревали при температуре 1500-1600^оС в течение 1,5-2 ч. Анализ химического состава продуктов восстановления показали, что он представляет собой 100% -ный карбид кремния кубической структуры.

П р и м е р 5. Аналогично примеру 1 полиметаллическую сульфидную руду, содержащую сульфиды железа, никеля, кобальта и нефтяной кокс, нагревали в течение 2 ч при температуре 750-800^оС в реакционном объеме с герметичным сводом.

Вскрытие реакционного объема показало, что образовавшийся спек имеет свойственные чистому сплаву металлов магнитные свойства.

П р и м е р 6. Химически чистый сульфид молибдена и нефтяной кокс аналогично условиям примера 1 нагревали при температуре 800-900^оС в течение 1,5-2 ч.

Анализ химического состава металлической составляющей показал, что он представляет собой 100%-ный молибден.

Таким образом, предлагаемый способ благодаря отличительным признакам, выполненным согласно изобретению, позволяет интенсифицировать получение металлов твердофазным углеродвосстановительным процессом, повысить степень их извлечения, а также за счет возможности осуществления процесса с большей скоростью при более низких температурах существенно снизить трудо- и энергозатраты.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ, включающий укладку в реакционном объеме восстанавливаемого вещества и углеродистого восстановителя слоями, нагрев и восстановление за счет твердофазного взаимодействия восстанавливаемого вещества с углеродистым восстановителем, отличающийся тем, что слой восстанавливаемого вещества размещают сверху слоя углеродистого восстановителя в реакционном объеме с герметичным сводом, а восстановление осуществляют в атмосфере атомарного водорода, при этом образующиеся газообразные продукты отводятся снизу реакционной зоны.