Способ переработки дисперсного минерального сырья и плазменный реактор для его осуществления
Владельцы патента RU 2291211:
Институт физико-технических проблем Севера СО РАН (RU)
Изобретение относится к плазменной технологии в металлургическом производстве, а именно к способам и устройствам для переработки дисперсных материалов, и может быть использовано для получения чистых элементов. В способе сырье и восстановительный газ подают во встречном плазменному потоку направлении, а невосстановленное сырье направляют по замкнутому каналу в зону восстановления до момента окончательного восстановления и конденсации металла. Плазменный реактор содержит плазмотрон, каналы для подачи дисперсного материала, тигель из тугоплавкого материала, причем тигель состыкован с анодом плазмотрона. Восстановительная камера неразрывно связана с циркуляционной камерой, с выполненными в ней под одинаковым углом к оси реактора радиальными каналами с возможностью подачи сырья во встречном плазменному потоку направлении. Изобретение позволяет максимально полно переработать минеральное сырье за счет непрерывной подачи дисперсного порошка и невосстановленного сырья непосредственно в плазменную струю во встречном направлении по замкнутому циклу с возможностью достижения максимальной теплопередачи от плазмы к восстановленному элементу, обеспечивая повышение эффективности переработки дисперсного минерального сырья. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к плазменной технологии в металлургическом производстве, а именно к способам и устройствам для переработки дисперсных материалов, и может быть использовано для получения чистых элементов.
Известен способ получения порошков тугоплавких металлов, выбранный в качестве прототипа заявляемого способа и заключающийся в плазменном восстановлении их из оксидов, включающем введение порошкообразного материала в плазменную струю, испарение его в плазменной струе и конденсацию [Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей. М. - 1987. - С.59-71}.
Недостатки известного способа заключаются в малой производительности, невозможности комплексной переработки многокомпонентного сырья.
Известное устройство для плазменного переплава материалов, выбранное в качестве прототипа, содержит плазмотрон, каналы для подачи дисперсного материала, тигель из тугоплавкого материала, причем тигель пристыкован к аноду плазмотрона [Патент 0415858, ЕР, Н 05 Н 1/42, публ. 25.01.95].
Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность плазменной переработки из-за низкого к.п.д. расплавления дисперсных материалов.
Задачей изобретения является повышение эффективности переработки дисперсного минерального сырья.
Поставленная задача достигается тем, что в способе переработки дисперсного минерального сырья, заключающемся в плазменном восстановлении их из оксидов, включающем введение порошкообразного материала в плазменную струю, испарение его в плазменной струе и конденсацию, согласно изобретению сырье и восстановительный газ подают во встречном плазменному потоку направлении, невосстановленное сырье направляют по замкнутому каналу в зону восстановления до момента окончательного восстановления и конденсации металла. Поставленная задача достигается также тем, что в плазменном реакторе, содержащем плазмотрон, каналы для подачи дисперсного материала, тигель из тугоплавкого материала, причем тигель пристыкован к аноду плазмотрона, согласно изобретению восстановительная камера неразрывно связана с циркуляционной камерой, с выполненными в ней под одинаковым углом к оси реактора радиальными каналами с возможностью подачи сырья во встречном плазменному потоку направлении.
Предложенный способ и конструкция плазменного реактора способствуют непрерывной подаче исходного дисперсного порошка и невосстановленного сырья в восстановительную камеру во время всего процесса переработки.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается подачей сырья в плазменную струю во встречном направлении по замкнутому циклу, а плазменный реактор - выполнением циркуляционной камеры и радиальных каналов для подачи дисперсного порошка.
Заявляемый плазменный реактор схематически изображен на чертеже.
Плазменный реактор состоит из плазмотрона 1, тугоплавкого тигеля 2, анода 3, восстановительной камеры 4, циркуляционной камеры 5 и радиальных каналов 6 для подачи дисперсного порошка. Циркуляционная камера 5 и каналы 6 для подачи дисперсного порошка выполнены в корпусе восстановительной камеры 4.
Плазменный реактор работает следующим образом.
После зажигания основной дуги через каналы 6 в восстановительную камеру 4 реактора непосредственно в плазменную струю во встречном к ней направлении подаются дисперсное минеральное сырье в виде порошка и восстановительный газ. В восстановительной камере 4 происходит реакция восстановления при высокой температуре, восстановленный элемент под действием динамического давления плазмы выходит за пределы камеры 4, часть невосстановленного сырья по каналам циркуляционной камеры 5 поступает обратно в восстановительную камеру 4. Например, при подаче касситерита и оксида углерода непосредственно в струю плазмы, сформированной плазмотроном в восстановительной камере, во встречном плазменному потоку направлении, в результате восстановительной реакции можно получить олово и углекислый газ.
Использование предлагаемого способа переработки дисперсного минерального сырья и конструкции плазменного реактора позволяет максимально полно переработать минеральное сырье за счет непрерывной подачи дисперсного порошка и невосстановленного сырья непосредственно в плазменную струю во встречном направлении по замкнутому циклу с возможностью достижения максимальной теплопередачи от плазмы к восстановленному элементу, тем самым обеспечивая повышение эффективности переработки дисперсного минерального сырья.
1. Способ переработки дисперсного минерального сырья, включающий его введение в виде порошкообразного материала в плазменную струю, восстановление оксидов, испарение и конденсацию металла, отличающийся тем, что сырье и восстановительный газ подают во встречном плазменному потоку направлении, а невосстановленное сырье направляют по замкнутому каналу в зону восстановления до окончательного восстановления.
2. Плазменный реактор для переработки дисперсного минерального сырья, содержащий плазмотрон, восстановительную камеру, каналы для подачи дисперсного сырья, тигель из тугоплавкого материала, состыкованный с анодом плазмотрона, отличающийся тем, что восстановительная камера неразрывно связана с циркуляционной камерой, в которой выполнены под одинаковым углом к оси реактора радиальные каналы для подачи сырья во встречном плазменному потоку направлении.
