Совмещенный карботермический способ получения кальция из карбоната

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу получения кальция, в режиме совмещенного карботермического восстановления карбоната кальция в вакууме. Способ включает приготовление шихты из карбоната кальция, преимущественно из химически осажденного мела или высококачественных отсевов при получении известняков, и углерода, преимущественно из оборотного графита, получаемого на конечной стадии совмещенного карботермического процесса. При этом исходную шихту брикетируют, помещают в печь и нагревают в вакууме ступенчато в одном аппарате в три стадии. На первой стадии проводят диссоциацию карбоната кальция в присутствии углерода при нагреве в диапазоне температур 600-700°C в течение 2-4 часов и остаточном давлении 40-50 Па с удалением монооксида углерода. На второй осуществляют синтез карбида кальция (CaC2) при 1400-1500°C и давлении 100-150 Па с удалением монооксида углерода, на третьей - диссоциацию карбида кальция с получением элементарного кальция и графита при 1300-1400°C и давлении менее 10 Па. Технический результат изобретения заключается в повышении удельной производительности, сокращении технологических операций и использовании дешевого восстановителя - углесодержащих материалов. Экологический эффект изобретения заключается в отсутствии отходов - получающийся на последней стадии углерод представляет собой чистый графит и может быть использован по назначению или для получения исходной смеси - карбонат кальция + углерод. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии и касается способа получения кальция. Изобретение может быть использовано для получения щелочных и щелочно-земельных металлов, но преимущественно оно предназначено для получения кальция при использовании совмещенного карботермического способа восстановления. Способ состоит из трех стадий: диссоциации карбоната кальция в присутствие углерода с получением шихты оксид кальция - углерод; на второй стадии происходит синтез карбида кальция с последующим его разложением на третьей стадии на металлический кальций и углерод, причем все три стадии проводятся в одном цикле и в одном аппарате.

Наиболее близким, принятым за прототип, является Способ получения кальция и устройство для его получения (Патент Российской Федерации №2205241 от 15.03. 2002 г. Бюллетень изобретений №19 от 16 марта 2003 г).

Недостатком данного способа является использование в качестве восстановителя порошка алюминия, стоимость которого в настоящее время достаточно высока, его расход составляет 45-50 кг на кг получаемого кальция, и при этом доля восстановителя в себестоимости составляет более 40%.

Недостатком способа является также невозможность получения высоких извлечений кальция из исходного сырья. Процесс восстановления идет через образование все более бедных по кальцию алюминатов кальция. При этом кальций из более бедных алюминатов не может быть восстановлен из-за термодинамических ограничений. Теоретическое извлечение кальция при низкотемпературном процессе не превышает 65%, при высокотемпературном - не выше 75%. На практике извлечение не достигает 62-72%.

Недостатком способа является также повышенный расход алюминия за счет его частичного (5-6%) окисления диоксидом углерода при диссоциации карбоната кальция на первой стадии процесса восстановления.

Недостатком способа является также большой объем шлаков после алюминотермического восстановления, составляющий 1.5 т на т получаемого кальция, что снижает удельную производительность аппаратов восстановления и необходимость вывоза и утилизации шлаков

Известен способ получения кальция из технического карбида кальция (Доронин Н.А. Кальций. - М.: Госатомиздат, 1962. - 190 с).

Недостатком данного способа является использование технического карбида кальция, получаемого в руднотермических печах из обожженной извести металлургического класса, где содержание оксидов CaO+MgO не превышает 85-88%. Технического карбид кальция из такого сырья содержит до 25% примесей (в основном оксиды кальция и магния), что снижает удельную производительность аппаратов восстановления и нарушает технологический процесс.

Недостатком способа является также невозможность получения кальция высокой степени чистоты из-за прохождения побочных реакций с примесями, содержащимися в техническом карбиде кальция.

Недостатком способа является также необходимость предварительного выделения продуктов побочных реакций, что снижают извлечение кальция из карбида кальция за счет его потерь с отходами, также усложняет конструкцию конденсатора.

В основу изобретения поставлена задача создания способа получения кальция, позволяющего использовать более дешевый восстановитель, повысить удельную производительность, сократить количество технологических операций, снизить энергозатраты.

Поставленная задача решается таким образом, что приготовление шихты ведут из карбоната кальция, преимущественно из химически осажденного мела или высококачественных отсевов при получении известняков, и углерода в качестве восстановителя, преимущественно из оборотного графита, получаемого на конечной стадии, при этом исходную брикетируют и нагрев в вакууме проводят ступенчато в одном аппарате в три стадии, причем на первой стадии осуществляется диссоциация карбоната кальция в присутствии углерода при нагреве в диапазоне температур 600-700°C в течение 2-4 часов и остаточном давлении газов 40-50 Па с удалением монооксида углерода, на второй стадии - синтез карбида кальция (CaC2) при температуре 1400-1500°C и давлении 100-150 Па с удалением монооксида углерода, на третьей - диссоциация карбида кальция с получением элементарного кальция и углерода в виде графита при 1300-1400°C и давлении менее 10 Па.

Кальций является готовой продукцией, а углерод используется для подготовки шихты для первой стадии процесса, что на 50% снижает потребность в углероде.

Получаемый на последней стадии углерод обладает свойствами графита и при необходимости и при потребности может быть использован по назначению, как готовая продукция. Таким образом, совмещенный карботермический процесс получения кальция имеет только газовые выбросы, состоящие из преимущественно из диоксида углерода, и не имеет твердых отходов.

В таблице приведены конкретные примеры осуществления способа.

Состав шихты Стадии Температура, °C Давление, Па Время, час Извлечение Ca, %
1 CaCO3+4C 1 600-700 40-50 2
2 1400-1500 100-150 4
3 1300-1350 Менее 10 8 97

Способ получения кальция в режиме совмещенного карботермического восстановления карбоната кальция в вакууме, включающий приготовление шихты из карбоната кальция и углерода, брикетирование ее и нагрев в вакууме ступенчато в одном аппарате в три стадии, на первой из которых проводят диссоциацию карбоната кальция в присутствии углерода при нагреве в диапазоне температур 600-700°C в течение 2-4 ч и остаточном давлении 40-50 Па с удалением монооксида углерода, на второй - синтез карбида кальция (CaC2) при 1400-1500°C и давлении 100-150 Па с удалением монооксида углерода и на третьей - диссоциацию карбида кальция с получением элементарного кальция и графита при 1300-1400°C и давлении менее 10 Па, при этом приготовление шихты ведут из карбоната кальция, преимущественно из химически осажденного мела или высококачественных отсевов при получении известняков, и углерода, преимущественно из оборотного графита, получаемого на третьей стадии совмещенного карботермического процесса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения карбида кальция. Способ включает термическую обработку дробленых известняка и угля с отводом газообразных продуктов, которые используют для производства углекислоты.

Изобретение относится к получению редкоземельных металлов. Способ включает углетермическое восстановление оксидного соединения редкоземельного металла в вакууме с получением порошка карбида редкоземельного металла, свободного от остатков примеси кислорода.
Изобретение относится к способу переработки кианитового концентрата и может быть использовано при производстве глинозема, корундовых огнеупоров, керамики, силумина и алюминия.

Изобретение относится к способу переработки твердых или расплавленных веществ и/или пирофоров, в частности, легких фракций, образующихся при измельчении. .

Изобретение относится к технологиям восстановления металлов из неорганических оксидов. .
Изобретение относится к способу обеднения твердых медно-цинковых шлаков. .

Изобретение относится к способу переработки железотитанового концентрата. .
Изобретение относится к области металлургии олова и может быть использовано для получения олова при переработке касситеритовых концентратов. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к восстановлению оксидов металлов углеродсодержащими веществами и получению конечного продукта в различном фазовом состоянии.
Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано для получения кальций-стронциевого сплава. .

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способам получения одно и/или двухкомпонентных растворов солей. .
Изобретение относится к металлургии и касается способа вскрытия перовскитового концентрата в вакууме. Способ включает карботермическую обработку в вакууме. При этом перед карботермической обработкой готовят шихту, состоящую из перовскитового концентрата и углеродосодержащего материала в соотношении, пригодном для образования карбида кальция, карбидов и оксикарбидов титана. Вскрытие проводят в одном аппарате в две стадии. На первой стадии карботермическую обработку ведут при температуре 1100-1300°С и остаточном давлении 10-100 Па с образованием твердой смеси карбидов кальция, карбидов и оксикарбидов титана. Вторую стадию проводят при температуре 1400-1500°С и давлении 5-10 Па для диссоциации карбида кальция и его отгонки с получением элементарных кальция и углерода и с концентрированием в остатке содержащихся в перовскитовом концентрате ценных компонентов титана, тантала, ниобия и редкоземельных металлов, которые подвергают хлорированию. Технический результат изобретения заключается в повышении удельной производительности, сокращении технологических операций и использовании дешевого восстановителя - углесодержащих материалов. 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к переработке лопаритового концентрата. Заявляемый способ пирометаллургической переработки лопаритового концентрата включает три этапа: восстановительный, плавильный и окислительный. Восстановительный этап включает углетермическое восстановление концентрата при ограниченном количестве углерода в системе, благодаря чему восстанавливаются только тугоплавкие металлы (ТМ) до их карбидов и получается в итоге технологическая смесь оксидов редкоземельных элементов (РЗЭ) и карбидов ТМ. Второй - плавильный этап обеспечивает разделение оксидов РЗЭ и карбидов ТМ. Разделение РЗЭ и карбидов ТМ осуществляют путем растворения карбидов ТМ в жидком железе. В результате образуется чугун, содержащий ТМ, и шлак, представляющий собой целевой продукт - оксиды РЗЭ. На третьем - окислительном этапе чугун, содержащий ТМ, обрабатывают кислородом, в результате чего образуется сталь и шлак на основе целевого продукта - оксидов ТМ. Техническим результатом является получение двух целевых продуктов - оксидов РЗЭ и оксидов ТМ, которые используются для их переработки по известным технологиям.

Изобретение относится к переработке лопаритового концентрата. Способ включает измельчение концентрата и пирометаллургическое вскрытие концентрата в два этапа. На первом этапе проводят углетермическое восстановление натрия из концентрата путем испарения натрия при давлении p=10-50 Па, температуре Т=1000 К и содержании углерода относительно концентрата mC=2,9 мас.%, пары натрия выводят из реакционного объема и конденсируют при температуре Т=300 К. На втором этапе проводят дальнейшее углетермическое восстановление полученного обогащенного концентрата при давлении p=10-50 Па, температуре Т=2000 К и содержании углерода относительно обогащенного концентрата mC=28 мас.% с восстановлением оксидов тугоплавких металлов до карбидов в конденсированной фазе и переходом оксидов редкоземельных элементов в газовую фазу, которую отводят из реакционного объема и конденсируют при температуре Т=300 К. Обеспечивается пирометаллургическая переработка лопаритового концентрата без применения вредных реагентов, повышается степень извлечения натрия, редкоземельных элементов и тугоплавких металлов. 1 ил.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению олова из касситеритовых концентратов. Способ получения олова включает приготовление шихты смешиванием касситеритового концентрата с углем и флюсующими добавками, состоящими из карбоната натрия и хлорида натрия, и восстановительную плавку шихты при температуре 870°C. Затем ведут охлаждение полученного расплава и отделение металла от шлака. При этом расплав шихты при плавке облучают наносекундными электромагнитными импульсами в течение 10-30 мин. Техническим результатом изобретения является повышение содержания олова в составе чернового металла и сокращение продолжительности плавки. 1 табл., 2 пр.

Группа изобретений относится к получению металла карботермическим восстановлением оксида металла. Способ включает карботермическое восстановление оксида металла для получения смешанного газового потока, содержащего металл и оксид углерода, поддержание смешанного газового потока при повышенной температуре, достаточной для предотвращения повторного образования оксида металла, выпуск смешанного газового потока из реактора через присоединенное к нему суживающееся-расширяющееся сопло для мгновенного охлаждения этого потока до температуры, при которой не происходит повторное образование оксида металла, отделение и сбор металла. Сопло дополнительно нагревают за счет непосредственного взаимодействия с реактором, и/или за счет использования системы индукционного нагрева, и/или за счет прямой теплопередачи. Температуру поверхности сопла, находящейся в контакте со смешанным газовым потоком, поддерживают на уровне, достаточном для предотвращения осаждения на указанной поверхности продуктов из указанного смешанного газового потока. Реактор содержит суживающееся-расширяющееся сопло для выпуска смешанного газового потока, выполненное с возможностью упомянутого нагрева. Обеспечивается исключение образования осадка на поверхности сопла. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 пр.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу получения кальция, в режиме совмещенного карботермического восстановления карбоната кальция в вакууме. Способ включает приготовление шихты из карбоната кальция, преимущественно из химически осажденного мела или высококачественных отсевов при получении известняков, и углерода, преимущественно из оборотного графита, получаемого на конечной стадии совмещенного карботермического процесса. При этом исходную шихту брикетируют, помещают в печь и нагревают в вакууме ступенчато в одном аппарате в три стадии. На первой стадии проводят диссоциацию карбоната кальция в присутствии углерода при нагреве в диапазоне температур 600-700°C в течение 2-4 часов и остаточном давлении 40-50 Па с удалением монооксида углерода. На второй осуществляют синтез карбида кальция при 1400-1500°C и давлении 100-150 Па с удалением монооксида углерода, на третьей - диссоциацию карбида кальция с получением элементарного кальция и графита при 1300-1400°C и давлении менее 10 Па. Технический результат изобретения заключается в повышении удельной производительности, сокращении технологических операций и использовании дешевого восстановителя - углесодержащих материалов. Экологический эффект изобретения заключается в отсутствии отходов - получающийся на последней стадии углерод представляет собой чистый графит и может быть использован по назначению или для получения исходной смеси - карбонат кальция + углерод. 1 табл.

Наверх