Способ получения металлического титана и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области получения металлического титана. Способ включает формирование исходной сырьевой массы в виде содержащей соединения титана водной суспензии, полученной введением в заранее заданный объем воды частиц, содержащих соединения титана. Далее осуществляют перемещение исходной сырьевой массы через последовательно расположенные рабочие зоны обработки, в которых осуществляется восстановление металла с помощью углерода, входящего в состав содержащих его газов, подаваемых в упомянутые рабочие зоны, и посредством воздействия генерируемых в этих зонах переменных вращающихся магнитных полей. В процессе обработки осуществляют осаждение частиц металла с их накоплением и последующей выгрузкой готового металла. Причем процесс проводят без остановки обработки сырьевой массы. При этом в процессе используют водную суспензию, в которой дисперсность частиц в виде руды, содержащей соединения титана, находится в пределах 0,001-1,0 мм и применяют магнитные поля, напряженность которых в рабочих зонах обработки составляет 1·10⁴-1·10⁶ A/м, а частота 40-70 Гц, в количестве от 2 до 6. Готовый металл получают в виде гранул титана. Для осуществления способа представлено устройство. Техническим результатом является снижение затрат и повышение качества продукта. 2 н. и 4 з. п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, а конкретно к способам получения первичного титана из его рудного сырья, а также к используемым для осуществления такого рода процессов устройствам.

К числу наиболее распространенных в России содержащих титан рудных пород следует отнести минерал ильменит (метатитанат железа) FeTiO₃.

Большинство известных технических решений на настоящее время, касающихся технологии получения металлического титана из этого, указанного выше сырьевого материала, строятся на том, что на первых начальных стадиях его обработки из него выделяют соединения железа и диоксид титана (FeO и ТiO₂).

Полученный таким образом новый компонент, включающий в себя сам титан и кислород, и отделенный от железа, затем проходит через целый ряд входящих в технологический процесс получения необходимого конечного продукта стадий, связанных с его переработкой.

Например, получение диоксида титана из исходной титановой руды в соответствии с одним из такого рода известных технических решений, производят с применением водного раствора солей NH₄F или NH₄F₂. Сформированная по окончании этой обработки водяная суспензия подвергается фильтрации с последующим разделением полученного из нее объема на твердый остаток и раствор, который содержит соединения титана.

Затем указанный выше раствор проходит через операции гидролиза и пирогидролиза с выделением из него после окончания второй стадии этой переработки сформированного таким образом твердого осадка (диоксида титана). Этот указанный выше этап проведения такого процесса переработки ранее полученного исходного раствора, то есть пирогидролиз, включает в себя еще и последовательно осуществляемые в ходе его использования технологические переходы.

Первый переход, осуществляющий функцию одного из основных составляющих этот этап главных его звеньев, выполняется при температуре max 450°C, а второй - при величине указанного выше параметра, составляющей max 1000°C (см. патент RU 2392229 «Способ получения диоксида титана с применением водного раствора фторида» С09С 1/36; С22 В 3/04, опубликован 27.02.2009 г.).

Однако применение этого известного технологического решения не обеспечивает получение необходимого конечного продукта, а именно металлического титана, из исходной, содержащей соединения титана и железа рудной породы. При его использовании удается обеспечить лишь выделение из ее состава промежуточного сырья - диоксида титана, которое может использоваться, в конечном итоге, только при продолжении осуществления процесса обработки, лишь в качестве необходимого сырьевого исходного материала для получения самого металла - Ti.

К тому же эта известная технология, включающая в себя все перечисленные ранее стадии ее проведения, отличается высокой энергоемкостью, так как основные ее этапы выполняются при температурах 450°С и 1000°С, а само осуществление последних связано с необходимостью привлечения существенных финансовых и трудовых затрат. Наличие действия всех этих указанных выше негативных факторов препятствует ее широкому применению в условиях действующего в настоящее время промышленного производства.

Наибольшее распространение в отраслях цветной металлургии, в которых производится переработка исходного рудного сырья в металлический титан, получил технологический процесс, при использовании которого содержащий соединения титана и железа материал последовательно проходит через ряд промежуточных переделов, с помощью которых и обеспечивается достижение поставленной потребителем конечной цели - формирование из исходного сырья металлического титана, обладающего достаточно высокой степенью чистоты относительно содержания в нем этого основного элемента.

Классическая технология переработки исходного рудного сырья - ильменита FeTiO₃ включает, таким образом, в себя следующие основные технологические переходы:

а) получение содержащих двуокись титана шлаков из титанового концентрата;

б) шихтовку и приготовление брикетов;

в) хлорирование сырьевых продуктов с получением из них технического тетрахлорида титана;

г) очистка технического тетрахлорида титана;

д) восстановление тетрахлорида титана магнием или натрием в металлическую форму;

е) проведение вакуумной дистилляции для очистки полученной при восстановлении металла титановой губки;

ж) извлечение титановой губки из аппарата для проведения вакуумной; дистилляции и разделение слитка на чистую и «грязную» части.

и) дробление кондиционного объема титанового слитка на более мелкие элементы.

к) вакуумная электродуговая переплавка сформированных из мелких частиц металла титановых электродов в кристаллизаторах с опускающимся дном.

Следует обратить внимание на то, что каждая из указанных выше стадий технологического процесса проведения получения металла из исходной, содержащей соединения титана руды, как правило, сопровождается еще и дополнительными переходами, связанными с необходимостью выполнения обогащения или очистки полученных в ходе их осуществления промежуточных продуктов (см. книгу А.Н.Зеликман, О.Е.Креин, Г.В.Самсонов «Металлургия редких металлов», третье, переработанное и дополненное издание. Москва, Металлургия, 1978 год, стр 215-297 - далее прототип). Наиболее близким к предлагаемому способу в указанной выше известной технологии получения металлического титана является переход, в ходе протекания которого формируют содержащие двуокись титана шлаки, на основе преимущественного применения в нем в качестве основного сырьевого материала состоящего из минерала «ильменит» исходного рудного концентрата.

В ходе проведения восстановительной плавки из такого исходного сырья получают чугун и необходимый для выполнения дальнейшей переработки указанный выше конечный продукт.

Входящие в состав «ильменита» элементы преобразуются в новые компоненты в трехфазных электродуговых установках мощностью от 5000 до 20000 КВА, и для осуществления этого процесса применяются открытые сверху печи, футерованные изнутри магнезитовыми огнеупорами (см. тот же самый источник, стр.231-234).

Для поддержания высоких значений температуры получаемого из рудного материала расплава (1240-1600°С) в толщу составляющих последний слоев погружают рабочие элементы, с помощью которых и формируется применяемое в процессе проведения обработки сырьевых компонентов, физическое поле (в данном случае температурное). В качестве таких рабочих элементов используются графитированные электроды диаметром 500 мм. Указанные выше стержневые «нагреватели» подключены к внешнему источнику для подачи на них электрического питания.

Печь имеет открытый сверху проем для проведения загрузки исходного сырья и нижнюю летку для выпуска готового конечного продукта. В качестве восстановителя при осуществлении известного способа применяется измельченный до 3-4 мм твердый углерод - кокс или антрацит.

Исходное сырье чаще всего формируют в виде брикетов, в состав которых входят исходный рудный материал и содержащее углерод органическое связующее (например, сульфоспиртовая барда, получаемая в качестве отходов переработки древесины в целлюлозу).

Сам цикл такой плавки делится на три периода:

а) расплавление шихты;

б) интенсивное восстановление из нее двуокиси титана;

в) доводка шлака и его прогрев перед сливом.

Полученные по окончании процесса плавки продукты (чугун и шлак из TiO₂) выпускают в общую изложницу через имеющуюся в печи летку.

Температура шлака на выпуске соответствует значению 1570-1650°С.

Общее время плавки в расчете на использование 12 т исходной шихты составляет 4 часа. Расход электроэнергии на проведение получения 1 т содержащего 82-87% TiO₂ шлака соответствует значению 2000 КВт·час.

Плавка исходного сырья может выполняться и с применением содержащего восстановитель - углерод в летучем состоянии природного газа. Подача необходимых для осуществления преобразований сырьевого минерала в конечные продукты его объемов осуществляется непосредственно в толщу размещенного в полости печи жидкого расплава (см. тот же источник, стр.234 вверху).

Обработка газом проводится в кипящем слое, формируемом в самых верхних слоях этой обрабатываемой сырьевой массы. Восстановленный материал на второй стадии осуществления указанного перехода затем заново проплавляют в рудно-термической дуговой печи, вырабатывая с помощью последней все тот же чугун и шлак, состоящий из TiO₂.

Очищенная от примесей других элементов двуокись титана направляется по окончании указанного ранее перехода для выполнения всего набора дополнительных технологических стадий, применение которых позволяет в конечном итоге получить из этого промежуточного продукта чистый металлический титан.

Как наглядно видно из представленных здесь материалов, осуществление известного «классического» способа получения металлического титана из исходного «ильменитового» рудного концентрата в силу высокой степени сложности этой многостадийной, применяемой при его проведении технологии, а также значительной стоимости используемого для осуществления такого рода процесса материалоемкого металлургического оборудования, напрямую связано с необходимостью привлечения значительных затрат финансовых и трудовых ресурсов.

Все отмеченное выше оказывает негативное влияние на получаемые при использовании такого рода «классического» способа переработки исходного рудного материала и характеризует степень его эффективности в случае возможного применения последнего в промышленном производстве, основные его технико-экономическиех показатели.

Кроме всего прочего, некоторые осуществляемые в ходе выполнения этой известной технологией переходы сопровождаются выбросами в окружающую используемые аппараты внешнюю среду высокотоксичных летучих соединений (газообразный хлор, хлористый водород и даже боевое отравляющее вещество - фосген).

Наличие действия указанных выше факторов заставляет отнести этот известный и широко распространенный в металлургическом производстве метод получения металлического титана к категории, определяющей такого рода процессы как «чрезвычайно экологически грязные».

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение затрат, связанных с выполнением переработки применяемого исходного сырьевого материала в металлический титан, а также повышение качественных характеристик получаемого с применением предложенного способа самого этого конечного продукта.

Достижение указанных целей обеспечивается за счет наличия действия при осуществлении предлагаемой технологии обработки исходного рудного сырья следующего набора существенных факторов.

Предложенный способ получения металлического титана предусматривает проведение перед самым началом своего осуществления формирование исходной сырьевой массы в виде содержащей соединения титана водяной суспензии.

Последняя может быть получена путем введения в заранее заданный объем воды частиц, содержащих в своем теле соединения титана. В процессе выполнения предложенного способа проводят еще и перемещение указанной выше сырьевой массы через последовательного расположенные рабочие зоны осуществления обработки. В указанных выше областях выполняют прямое восстановление этого металла с применением для проведения этого действия вещества - углерода. Отмеченный здесь ранее, компонент-восстановитель, в свою очередь, непосредственно входит в состав содержащих этот элемент газов, которые подаются в эти же самые, указанные выше, зоны проведения процесса переработки применяемого исходного сырья.

Прямое восстановление этого металла, то есть титана, из его рудных соединений производится под воздействием генерируемых в области проведения переработки исходного сырья переменных вращающихся магнитных полей. Полученные отмеченным ранее образом частицы металла осаждаются прямо в полости применяемого устройства с проведением последующей выгрузки уже накопленной в его объеме массы этого готового конечного продукты. Процесс изготовления указанного выше металла к тому же еще и производят без выполнения остановок перерабатываемой в устройстве исходной сырьевой массы. Отличие предложенной технологии от ближайшего технического аналога заключается в том, что в качестве перерабатываемого исходного сырья используют водяную суспензию, в которой дисперсность входящих в состав последней твердых рудных частиц, содержащих соединения титана, находится в пределах 0,001-1,0 мм, а их концентрация в ее общем объеме соответствует величине 40-70%. Кроме того, при проведении процесса ее переработки применяются магнитные поля, напряженность которых в рабочих зонах составляет значение 1×10⁴÷1×106 А/м, а частота 40-70 Гц, а количество самих этих областей, в которых и выполняется генерация последних, соответствует величине от 2-х до 6 единиц. Сам же этот готовый конечный продукт, сформированный в ходе проведения переработки исходного сырья, то есть изготовленный в устройстве металл, получается в виде гранул. Следует отметить еще и то, что при осуществлении предложенной технологии обработки к исходному сырью производится подача струй сжатого газа под избыточным давлением 0,1-0,6 кгс/см². Перемещение же перерабатываемой сырьевой массы, при осуществлении процесса обработки, производят через последовательно расположенные рабочие зоны, через которые она и проходит, при соблюдении условия осуществления ее непрерывного механического перемешивания.

Указанное выше действие осуществляется на протяжении всего пути производимого сырьевой массой ее собственного продольного переноса с применением для выполнения последнего вращающегося вокруг своей оси шнека.

Устройство для получения металлического титана, используемое при осуществлении предложенного способа, содержит в своем составе, полый корпус. Этот корпус предназначен для размещения в его полости обрабатываемой исходной сырьевой массы. Предложенное устройство также имеет еще и рабочие элементы, обеспечивающие формирование воздействующих на частицы руды, содержащие соединения титана, и молекулы восстановителя переменных вращающих магнитных полей. Эти указанные выше рабочие элементы выполнены в виде катушек соленоидов, соединенных с внешним источником электрического питания. Полость корпуса этого обрабатывающего устройства имеет изоляцию от окружающей ее внешней среды.

Силовые рабочие элементы, в которых производится установка электрических обмоток-катушек, которые точно таким же образом тоже входят в состав конструкции этого же самого устройства, изготовлены из состыкованных между собой пластин из магнитопроводящею материла. Последние имеют форму замкнутого прямоугольного контура, при этом общее количество такого рода контуров составляет величину от 2-х до 6 штук, кроме того, непосредственно прямо в теле, составляющих указанные выше сборные узлы, как бы отдельных их деталей размещены электрические обмотки-катушки, то есть по три единицы в каждом из них и последние выполняют в них функции соленоидов. Каждая из этих обмоток-катушек соединена с соответствующей отдельной фразой внешнего трехфазного источника питания.

При этом в одном из этих рабочих элементов, который входит в состав каждого из используемых в конструкции такого устройства магнитных контуров, выполнен сквозной паз, габариты которого обеспечивают размещение прямо в нем отмеченного ранее его полого корпуса.

Сам этот корпус оказывается, таким образом, как бы расположенным в последовательно установленных на равном расстоянии друг от друга, указанных выше магнитных контурах и охватывается с наружной своей поверхности образующими такого рода сквозной установочный паз, магнитопроводящими их элементами.

Следует отметить еще и то, что этот сборочный узел снабжен размещенным в его полости и осуществляющим перемещение находящейся в ней сырьевой массы по направлению от передней зоны этого узла к самой задней его части вращающимся вокруг своей оси шнеком. Указанный выше вращающийся шнек имеет собственный привод, который и обеспечивает его угловые перемещения с заданной скоростью. При всем этом, на наружной поверхности корпуса устройства под наклоном по отношению к последней размещены равномерно отстоящие один от другого ряды подающих сжатый газ сопел.

Кроме того, в переднем конце указанного выше сборного устройства выполнено отверстие, которое сообщается с полостью находящегося над ним загрузочного бункера,

А на заднем его конце имеется люк для проведения выгрузки готового металла, полученного в виде гранул титана, в установленный под этим люком накопитель.

Отличительной особенностью проведения исполнения предложенного устройства является еще и то, что корпус смонтирован с наклоном его продольной оси симметрии к уровню горизонта и при этом его передний конец приподнят, а задний опущен и указанный выше угол наклона составляет величину 10-20°.

Это устройство также еще имеет закрепленные на корпусе последнего, проходящие сквозь его стенки полые патрубки, установленные на его переднем и заднем концах, которые снабжены редукционными клапанами.

Полость этих отмеченных ранее «выхлопных» патрубков напрямую сообщается с внутренним объемом самого этого корпуса.

Введение всех перечисленных выше особенностей выполнения предлагаемого способа, а также и указанных выше новых конструктивных признаков в состав используемого при его проведении устройства позволяет коренным образом изменить характер протекания процесса формирования металлической титана при осуществлении переработки применяемого для его получения исходного сырьевого материала.

В связи с изложенным выше последний начинает приобретать следующие характерные именно для него отличия.

Во-первых, разница в выполнении известных решений и предлагаемого способа заключается уже в том, что при осуществлении последнего в самой начальной стадии этого процесса проводится операция так называемого «тонкого помола» кусков исходной руды, содержащей соединения титана.

При ее проведении используются любые известные в промышленном производстве методы дробления комкового материала, например, выполняемые при помощи шаровых мельниц. При применении для достижения этой цели указанного выше устройства куски исходной сырьевой массы, используемой в предлагаемом способе при его выполнении, растирались с помощью последних на частицы руды, имеющие габаритные размеры от 0,001 до 1,0 мм.

Осуществление этого перехода, то есть «размола» крупных комков породы, и обеспечивало в дальнейшем возможность формирования из полученных с его помощью мелких частиц состоящей из соединений титана руды, вязкой, однородной, не расслаивающейся на отдельные составляющие в течение длительного временного периода времени массы - водяной суспензии. Для того же, чтобы создать последнюю, потребуется только произвести добавление к полученному таким образом объему из твердых частиц руды необходимого количества воды (30-60% от суммарной массы этого материала). После выполнения такого действия полученная таким образом двухкомпонентная субстанция тщательно перемешивается. Для осуществления этой операции может использоваться любое предназначенное для осуществления указанной цели оборудование, например обыкновенная лопастная механическая мешалка.

Сформированная по окончании ее проведения однородная «грязеобразная» порция объема водяной суспензии 2, состоящая из этих двух указанных выше веществ, помещается затем в полость загрузочного бункера 1, входящего в состав используемого для переработки этого сырьевого материала устройства. После завершения этапа такой загрузки сразу же и одновременно подключаются к внешнему источнику питания все обмотки-катушки 15, входящие в состав контуров 5, и, кроме того, вступает в работу привод вращения подающего шнека 4, а также выполняется подсоединением обдувочных сопел 6 к внешней, подводящей сжатый воздух под избыточным давлением магистрали. Через загрузочное отверстие «В», находящиеся в самой нижней части бункера 1 порции сырьевого материала 2 проваливаются вниз, попадая во внутреннею полость корпуса 3 применяемого для обработки устройства. Попавшие туда объемы ранее полученной указанным выше образом водяной суспензии 2 подхватываются лопастями вращающегося подающего шнека 4 и передвигаются с помощью последнего по внутренней полости корпуса по направлению от его переднего конца до самой задней его части. В процессе их такого «проталкивания» вращающиеся лопасти шнека 4 производят дробление более крупных порций помещенного в полость корпуса 3 сырья на более мелкие, периодически осуществляя их подъем на определенную высоту выше уровня горизонта, а также и сброс их оттуда через определенные промежутки времени в самую нижнюю зону корпуса 3. Через какое-либо относительно небольшое количество выполненных вокруг продольной оси симметрии оборотов шнека 4 заполняющая полость корпуса 3 масса перерабатываемого материала 2 выносится лопастями последнего в область воздействия создаваемого самым первым из установленных контуров 5 переменного вращающегося магнитного поля.

Формирование последнего протекает со следующими характерными особенностями, наличие которых и предопределяет получение при осуществлении предлагаемого способа требуемого положительного эффекта. При рассмотрении причин, приводящих к появлению этих факторов его воздействия, надо вспомнить о том, что монтаж корпуса 3, заполненного текучей массой обрабатываемой в нем сырьевой суспензии, произведен в выполненных с этой целью сквозных пазах «Б» применяемых в устройстве магнитных генераторов (см. фиг.1). Т.е. фактически корпус 3 используемого устройства проложен через оставленные в них для этой цели искусственно созданные «щели» (т.е. пазы «Б»). При этом такая его «прокладка» осуществлена с формированием однотипных монтажных зазоров «а» в местах прохода его наружной поверхности через тело любого контура 5, входящего в эту применяемую для обработки магнитную систему.

Кроме того, следует отметить еще и то, что входящие в нее магнитные генераторы 5 размещены на одинаковом друг от друга расстоянии.

В связи с тем, что входящие в каждый из магнитных контуров 5 по три единицы в расчете на один генератор обмотки-катушки 15 в момент осуществления процесса обработки включаются во внешнюю электрическую цепь, то вследствие этого каждая из них начинает выполнять функцию соленоида. При этом надо указать дополнительно еще и на то, что каждая имеющаяся в любом контуре 5 обмотка-катушка 15 подсоединяется при включении к своей подводящей ток только для нее, соответствующей фазе трехфазного внешнего источника электрического питания.

При выполнении такого подключения любая отдельно взятая из этих обмоток-катушек 15 начинает генерировать вокруг себя магнитное переменное поле.

Эти полученные в зонах установки обмоток-катушек 15 индивидуальные поля, проходя через объем включающих в себя такого рода соленоиды и составляющих каждый отдельный контур магнитопроводящих элементов 14, суммируются в них с формированием в каждом контуре 5 в конечном итоге единого общего.

Так как для подачи на обмотки-катушки 15 используется переменный электрический ток, то и соответственно, такое суммарное магнитное поле, создающееся в зоне «Д» каждого контура 5 в момент прохождения через нее обрабатываемой сырьевой массы, тоже будет переменным (см. фиг.1).

Кроме того, в связи с тем, что каждая из используемых для питания входящих в состав генератора 5 трех обмоток - катушек 15 фаз применяемого внешнего подающего энергию источника имеет соответствующие угловые смещения составляющих ее синусоидальных импульсов относительно соседних, то созданное с их помощью суммарное магнитное поле еще и как бы «вращается» в той области, где и осуществляется его воздействие. Формируемый же внутри разорванного установочным пазом «Б» в каждом отдельно взятом контуре 5 результирующий магнитный поток стремится соединить образованные этим искусственно выполненным расчленением его половины в единое целое, совершая своего рода «прыжок» через разделяющие их воздушное пространство, а также, соответственно, через размещенные на траектории его полета прилегающие к этой зоне объемы внутренней полости самого корпуса 3 этого устройства (см. фиг.1). Т.е. траектория его перемещения внутри любого отдельно взятого контура 5 будет представлять собой своего рода «замкнутую петлю», стягивающую в целостный конструктивный массив сформированные выполненным в теле последнего искусственным разрывом, и составляющие его отдельные части. Таким образом, расположенные рядом с магнитными генераторами соответствующие зоны во внутренней полости корпуса 3 как бы превращаются в своеобразные ступеньки, с опорой на которые такого рода переход между рабочими элементами 14 в применяемых для обработки контурах 5 и становится осуществимым с минимально возможными потерями энергии.

Т.е. заполненные перерабатываемой водяной суспензией объемы корпуса 3 выполняют в момент осуществления соединения разделенных пазом «Б» половин контура в единое целое формируемыми в нем физическими полями роль замыкающих соединительных звеньев для генерируемых и создаваемых с помощью этих систем самих возникающих в них магнитных потоков.

Все перечисленное выше и обеспечивает максимально возможную концентрацию силовых линий создаваемых в устройстве магнитных полей непосредственно в зонах протекания преобразования сырьевых частиц в необходимый конечный продукт.

Если мысленно представить, что требуется провести соединение в единую фигуру кривых, проходящих через конечные точки, фиксирующие положение конца результирующего суммарного вектора такого магнитного потока в процессе осуществления последним колебательных угловых пространственных перемещений с заданной частотой (40-70 Гц) за определенный заранее выбранный промежуток времени, то указанным выше образом с помощью этих линий и будет получена пространственная фигура, представляющая собой трехкоординатный «эллипсоид». Следует отметить то, что этот пространственный эллипсоид (см. зону «Д» на фиг.1, фиг.2) располагается в зонах корпуса 3, заполненных обрабатываем сырьевым материалом 2, практически перекрывая всю находящуюся в этой области его массу своим собственным телом.

Имеющее место сужение переднего и заднего концов этого эллипсоида «Д» обусловлено, прежде всего, увеличением значения магнитного сопротивления, неизбежно появляющегося ввиду возникновения монтажных зазоров «а», образующихся при проведении размещения корпуса 3 в «щели», сформированной системой последовательно расположенных друг за другом установочных пазов «Б». Последние, в свою очередь, выполнены в используемых для выполнения переработки генераторах 5. В связи же с тем, что полученный указанным выше образом этот результирующий вектор совершает весь этот набор из колебательных пространственных перемещений непосредственно в объеме, занятом обрабатываемой средой 2, то на находящиеся в нем частицы титановой руды, а также на подаваемые в эту же область молекулы газов, окиси углерода, метана, обрушивается целая серия создаваемых этим вектором и периодически повторяющихся (40-70 Гц) «толчков» и «ударов». При этом нанесение их производится сразу же со всех сторон и с использованием всего набора направлений их возможного воздействия.

Все эти явления возникают вследствие того, что результирующий суммарный вектор магнитного потока, генерируемый непосредственно в зоне осуществления обработки, с заданной в устройстве частотой (40-70 Гц) совершает колебательные угловые перемещения в указанных областях с высокой скоростью меняя не только свое пространственное положение, но и свою величину (последний движется внутри вытянутого по продольной оси пространственного эллипсоида). Под влиянием этих искусственно созданных в слоях перерабатываемого сырья и объемах возникших в его массе газовых пузырей, интенсивно воздействующих на указанные компоненты такого рода «силовых» факторов, в зонах переработки исходного материала начинают протекать следующие процессы.

К причинам, обслуживающим их появление, следует отнести прежде всего то, что в результате выполняемого этим магнитным потоком мощного энергетического воздействия неизбежно активируются входящие в качестве исходных структур, используемых при построении этих компонентов, атомы их молекул. Электроны последних при этом переходят на более высокие орбиты относительно их ядра. При этом разрываются ранее имевшиеся между ними ковалентные молекулярные связи, и в этих областях обработки появляются вновь созданные там ионы, образующиеся из числа ранее входивших в состав исходных молекулярных соединений составляющих их элементов.

В самих же этих подвергнутых такому магнитному «облучению» и заполненных обрабатываемым материалом областях, в конечном итоге, возникают активированные молекулярные фрагменты, синтезированные из ранее составлявших и входивших в рецептуру используемой сырьевой смеси ее отдельных компонентов, а также и из заполняющих пузыри пропускаемого через суспензию газов, из которых и состоят струи подаваемого в нее сжатого воздуха.

При протекании в последующем в областях такого магнитного воздействия целого ряда реакций все полученные в ходе их осуществления соединения формируют в толще применяемой суспензии кристаллические «зародыши» нового, ранее отсутствующего в ее составе элемента - самого металлического титана.

При рассмотрении всего комплекса протекающих в зонах обработки физико-химических процессов, надо еще вспомнить и следующее. Входящие в состав используемой при обработке водяной суспензии частицы титановой руды пересекают генерируемые в устройстве магнитные поля за счет подхвата этих составляющих сырьевой массы и последующего переталкивапия их с одних участков полости корпуса 3 на другие, осуществляемого при помощи лопастей вращающегося шнека. Воздействие указанных выше элементов, кроме дробления крупных порций исходного сырья на более мелкие объемы, заставляет последние перемещаться в области максимально возможной концентрации силовых линий генерируемого там магнитного поля по сложной пространственной траектории (т.е. возможные точки их нахождения определяются координатами x, y, z). Таким образом, под влиянием этого принудительного и непрерывно выполняемого переноса шнеком слоев применяемого сырьевого материала 2 составляющие последние частицы, попадая в зоны «Д» (см. фиг.1), многократно меняют свою первоначальную ориентацию, тем самым открывая наиболее удобный доступ к составляющим их кристаллическим структурам, генерируемым в указанных областях магнитным потокам.

Производимое же с достаточно высокой частотой такого рода «прокручивание» указанных сырьевых микрообъемов относительно собственных «осей симметрии» в процессе пересечения сформированных в полости корпуса 3 системы воздействующих на последние магнитных полей и предопределяет, в конечном итоге, оптимальную величину скорости преобразования частиц исходного материала в металл, а также и полноту его осуществления (т.е. создает предпосылки для ликвидации появления возможности «встраивания» инородных примесей в формирующуюся при обработке в получаемом конечном продукте кристаллическую решетку).

С учетом всего изложенного раньше, можно прийти к выводам, что в процессе осуществления операций «омагничевания» в объеме заполняющей корпус 3 водяной суспензии, толщу которой «пронзают» газовые пузыри, создающиеся при подаче к ее слоям струй сжатого воздуха, протекают следующие реакции:

FeTiO₃→FeO+TiO₂;

CO₂→C⁺⁴+2O2^-2;

CH₄→C⁺⁴+4H⁺,

H₂O→2H++O^-2;

2FeO+O-2→Fe₂O₃;

TiO₂+C+4→Ti⁺⁴+CO₂;

H⁺+H⁺→H₂; O^-2+O^-2→O₂;

Ti⁺⁴+4e→Ti⁰;

FeO+CO₂→FeCO₃

и так далее, прямые и обратные молекулярные преобразования со смещением химического равновесия в сторону формирования в зоне их протекания металлического титана и отходящих в окружающую устройство для проведения обработки атмосферу выделяемых в процессе их осуществления микрообъемов указанных выше газообразных продуктов.

Таким образом, проведенное ранее их рассмотрение четко показывает, что полученный из углеродосодержащих молекул, входящих в состав атмосферы газов (CO₂; CH₄) в ходе выполнения наносимых по ним «магнитных ударов», ион углерода и отнимает у молекулы диоксида титана TiO₂ вырабатываемый при ее распаде атомарный кислород, соединяясь при этом с последним. Сам же этот компонент - диоксид титана был высвобожден из состава содержащего его исходного соединения - метатитаната железа в ходе осуществления его дробления на отдельные, ранее входившие в него фрагменты (TiO₂ и FeO), выполняемого с помощью воздействия ранее отмеченного и используемого для достижения аналогичных целей силового фактора (интенсивно проводимого «магнитного облучения»). Кроме указанных выше в зоне обработки протекают и обратные реакции с формированием объемов газа, имеющих в условиях этого мощного и непрерывно выполняемого энергетического воздействия минимум своей внутренней энергии (H₂O, Н₂, О₂ и CO₂). В силу наличия действия всего указанного выше комплекса условий полученный таким образом металлический титан представляет собой устойчивые по отношению к влиянию всех вышеперечисленных внешних факторов кристаллы, которые не переходят в соединение с другими находящимися рядом с ними компонентами в условиях этого интенсивно проводимого энергетического воздействия.

Другие вещества «загрязнители», также входящие в состав имеющихся в исходном сырье примесей, точно таким же образом, как и сам металлический титан, будут преобразованы в новые кристаллические структуры, в последующем которые и будут составлять появляющиеся по завершении процесса обработки порошкообразные мелкодисперсные шлаки.

Полученные же указанным выше способом в самой первой по счету зоне, где и осуществляется указанное выше магнитное воздействие, «зародыши» из металлического титана стремятся под действием сил гравитации переместиться в нижнюю часть полости корпуса 3. Передвигаясь в слоях заполняющей последнюю водяной суспензии 2 в вертикальном направлении - из верхней точки своего первоначального размещения в самую нижнюю, эти «зародыши» из вновь полученного металла захватывают по дороге мелкие частицы руды из окружающей их со всех сторон сырьевой массы и «облачаются» в состоящее из них своеобразное покрытие (как бы нацепляя на себя сшитую из этих компонентов «шубу»). Как правило, достичь самой нижней области корпуса 3 им так и не удается, так как они неизбежно в процессе выполнения своего перемещения сталкиваются с поверхностью изменяющей свое угловое положение лопасти вращающегося в полости корпуса 3 шнека 4. Подхватываясь последней, они вместе с не прореагировавшими в силу действия какого-либо комплекса неблагоприятных для этого условий порциями исходного сырьевого материала 2, «проталкиваются» шнеком дальше. Т.е. попадают в область воздействия второго, установленного на заданном удалении от первого, магнитного контура 5.

Такое продвижение перерабатываемой массы используемого сырьевого материала по направлению от переднего конца корпуса 3 к его задней части облегчается за счет установки его под углом к уровню горизонта. Значение этого угла составляет 10-20°. Досылаемая в зону формирования вторым применяемым в устройстве контуром 5, интенсивно воздействующим на окружающую его область пространства магнитного потока, эта масса сырьевого материала 2 проходит через те же самые преобразования, что и имели место в зоне магнитного «облучения», осуществляемого самым первым из применяемых в устройстве магнитных генераторов 5.

Отличие в проведении процессов обработки в указанных выше областях корпуса 3 будет состоять только в том, что в зону генерации магнитного потока, создаваемого вторым контуром 5, будут попадать не только находящиеся в объеме водяной суспензии частицы руды, но и нацепившие на себя «шубу», состоящую из последних, «зародыши» уже полученного кристаллического титана. В итоге, под воздействием формируемого вторым контуром мощного магнитного поля в пересекающей зону его наложения массе исходного сырья дополнительно к уже имеющимся добавляются и вновь созданные мелкие центры из кристаллизующегося там металла.

Наросшая же на ранее возникших «зародышах» «шуба» из мелких частиц руды превращается в силу наличия действия указанных выше факторов, в полноценное металлическое покрытие. Т.е. мелкий кристаллик титана за счет выполнения такого рода «прироста», протекающего при переводе покрывающей его наружную поверхность состоящей из частиц руды «шубы» во вновь сформированную на ее основе металлическую структуру, существенно увеличивает свои первоначально полученные размеры. Покидая зону обработки, создаваемая с помощью магнитного потока, формируемого вторым по счету генератором используемого устройства, и преобразованная указанным выше способом сырьевая масса 2 продолжает осуществлять процесс своего перемещения по полости корпуса 3.

Схема его выполнения точно соответствует той, что была указана и раньше, при описании особенностей проведения операции переноса объемов этого же материала внутри такого устройства в зону установки на нем первого по счету генератора 5.

За счет этого и обеспечивается неизбежность поступления частично переработанного сырьевого материала 2 уже и в зону выполнения интенсивного магнитного воздействия, осуществляемого с помощью третьего по счету из числа применяемых в устройстве однотипных магнитных контуров 5.

Разобранные ранее процессы преобразования соединений титана в металл в области воздействия формируемого и в третьем контуре 5 магнитного поля будут протекать в последней точно таким же образом, как и в зонах установки других используемых в устройстве генераторов 5, т.е. первого и второго.

Особенность их выполнения будет состоять только в том, что практически все входящие в состав водяной суспензии частицы руды оказываются «присоединенными» к формирующимся в этой части корпуса устройства новым кристалликам металла.

Такие вновь полученные металлические зародыши обязательно «оденут» в этой зоне оставшиеся микрообъемы этой руды прямо на себя, используя их в качестве своеобразного сырьевого покрытия, сформированного из этих их последних находящихся в этой зоне ее остатков.

Таким образом, на одном из завершающих этапов такого рода обработки полученная в зоне воздействия третьего по счету магнитного контура и преобразованная под воздействием генерируемого им магнитного потока сырьевая масса передается вращающимся шнеком 4 на другой участок полости корпуса 3, еще дальше отодвинутый от его переднего конца.

Вследствие этого такого рода материал поступает в итоге в зону установки в устройстве четвертого по счету контура 5.

В процессе же осуществления последней, «финишной» части этапа обработки в указанной выше области, размещенной в зоне действия генерируемого четвертым контуром магнитного потока, из поступившего туда объема материала, уже «насыщенного» мелкими и крупными кристаллическими «зародышами» титана, удаляются последние остатки находящихся в нем частиц руды. Указанные компоненты переводятся в кристаллики металла и в последующем, попадая под воздействие того же самого, создаваемого в этой же зоне магнитного потока, начинают выполнять функции «строительного раствора», обеспечивающего соединение слипающихся на этом участке корпуса между собой мелких «зародышей» в более крупные гранулы.

Исходя из изложенного выше, можно предположить, что в зоне монтажа именно этого, последнего четвертого магнитного генератора 5 интенсивно протекают процессы синтеза крупных кусков металла из более мелких. Осуществление последних обеспечивается, прежде всего, за счет использования эффекта так называемого «склеивания» находящихся там мелких кристаллических образований, которые, в силу его наличия, соединяются между собой и образуют при этом более массивные «агрегаты».

Т.е. на данном временном промежутке процесса осуществления переработки сырьевого материала наиболее заметным на этом этапе ее проведения фактором, будет являться формирование крупных кусков металла из находящихся в зоне выполнения такого рода операции всяких присутствующих там его мелкоразмерных «крупинок».

Так как обработка сырья производится без использования каких-либо промежуточных, связанных с ее выполнением остановок, то полученные в указанной выше области корпуса 3 «укрупненные» гранулы металла 10 переносятся шнеком 4 к плоскости выходного проема «Г» (см. фиг.1). Передвинутые его лопастями на открытую поверхность этого участка полости корпуса 3, гранулы 10 под действием силы тяжести соскальзывают в этот не имеющий никаких ограждений проем и, в конечном итоге, попадают в полость используемого для их сбора накопительного бункера 9 (см. фиг.1). Процесс обработки исходного сырья по окончании этого ее четвертого этапа можно считать уже законченным.

После открытия его заслонки 13 производится вывод накопленного в бункере 9 материала в любую, удобную для выполнения его последующей транспортировки технологическую тару.

Убыль объемов сырьевого материала 2 по мере осуществления непрерывного процесса его переработки в полости корпуса 3 постоянно компенсируется за счет подачи туда новых порций последнего из соединенного входным проемом «В» объема загрузочного бункера 2, который при помощи его напрямую сообщается с последней. Так как применяемый сырьевой материал 2 представляет собой вязкую пластическую массу, то по мере уменьшения ее объема в полости переднего конца корпуса 3 новые порции последней легко проходят из бункера 1 на освободившееся там место, не испытывая при этом каких-либо дополнительных затруднений (т.е. подача их выполняется «самотеком»).

Образующиеся в процессе восстановления металла из его сырьевых соединений газы, а также накопленные в полости корпуса 3 избыточные объемы воздуха автоматически удаляются из полости корпуса 3 с помощью установленных на переднем и заднем его концах полых патрубков 7, снабженных редукционными клапанами 8. Вывод оттуда этих указанных газовых составляющих производится за счет выброса их в окружающую устройство наружную атмосферу в момент срабатывания настроенного на заданное избыточное давление и входящего в состав конструкции патрубка 7 редукционного клапана 8.

Эксплуатация используемого при осуществлении предлагаемого способа устройства может производиться в круглосуточном режиме, с выполнением его остановок только с целью проведения необходимого ему ремонта.

Кроме гранул полученного обработкой металлического титана 10, в бункер-накопитель 9 попадают и формирующиеся в ходе ее выполнения из входящих в состав применяемого сырья различных примесей шлаковые отходы, имеющие форму мелкодисперсного зернистого порошка.

В связи с тем, что гранулы из титана и такого рода попадающие в полость бункера 9 вместе с ними шлаки имеют резко отличающиеся друг от друга размеры (габариты гранул титана находятся в диапазоне от 6 до 12 мм, а габаритные размеры отходов составляют величину от 0,5 до 1,5 мм), то последующее разделение этих конечных продуктов при выгрузке их из бункера может без особых трудностей осуществляться с применением системы, включающей в свой состав обыкновенные калиброванные сита.

В качестве исходного сырья для выполнения предлагаемого способа могут использоваться любые рудные породы, в состав которых в качестве одного из составляющих их компонентов входят соединения титана.

Переработка последних может осуществляться без привлечения каких-либо дополнительных операций для осуществления их предварительной подготовки или очистки, за исключением тех, что позволяют преобразовывать руду в применяемые при проведении дальнейшей обработки концентраты.

Если сырье будет «бедным» по содержанию в нем соединений титана, то, соответственно, будут падать и показатели, характеризующие процентное соотношение выхода металла из объемов применяемого для его получения исходного материала. Однако с учетом высокой степени чистоты вырабатываемого с помощью предложенного способа конечного продукта использование последнего даже и в этом случае будет отнесено к процессам, проведение которых можно считать вполне экономически оправданным.

Обработка водяной суспензии, осуществляемая в соответствии с предложенной технологией, производится при напряженности переменных вращающихся магнитных полей, замеряемой непосредственно в зоне ее выполнения, составляющей величину в 1·10⁴→1·10⁶ А/м.

Частота колебаний этих магнитных полей при этом находится в пределах 40-70 Гц. При выполнении предложенного способа для получения титана из исходного сырья использовалась смонтированная на корпусе устройства четырехконтурная магнитная система.

Как показала экспериментальная проверка, такая система может включать в свой состав указанные выше составные элементы в количестве от двух до шести единиц. Выбор именно такой схемы установки магнитных генераторов в количестве от 2-х до 6 единиц на корпусе используемого для выполнения обработки устройства определяется, прежде всего, наличием следующих соображений.

При применении в устройстве только одного контура, а не двух, создаются условия для осуществления «врастания» в формирующиеся в зонах обработки металлические гранулы большого количество атомов чужеродных элементов, которые обязательно присутствуют в составе используемого для переработки сырьевого материала.

При увеличении же количество такого рода генераторов свыше шести единиц не достигается получение какого-либо дополнительного положительного эффекта в процессе выполнения переработки водяной суспензии. В то же время применение избыточного числа таких составных элементов в используемой в устройстве магнитной системе приводит к ее усложнению и увеличивает необходимые для проведения обработки сырья эксплуатационные затраты.

Исходя из изложенного выше, при получении металлического титана обработка применяемого сырьевого материала была проведена при помощи системы, состоящей из равномерно расставленных вдоль корпуса устройства генераторов с использованием в ней их оптимального количества - т.е. в системе применялось четыре контура.

Общая длина корпуса, используемого для осуществления предложенной технологии устройства, составила 1,5 м. Его габаритные размеры, т.е. ширина и высота входящего в конструкцию устройства указанного выше его основного узла, т.е. корпуса, соответствовали величине 0,2 м×0,2 м (в поперечном сечении - корпус представляет собой квадрат).

Диапазон возможных изменений углов наклона этого корпуса к уровню горизонта находится в пределах 10-20°.

В данном конкретном случае при осуществлении экспериментов, данные о выполнении которых приведены ниже, этот угол наклона составлял 15°.

Для упрощения конструкции магнитного контура установка на корпусе устройства такого рода составных его элементов проводилась под углом 90° к плоскости наружной поверхности последнего. Т.е. эти контуры в процессе выполнения их монтажа, соответственно, тоже имели угол наклона по отношению к вертикали, равный тем же 15°. При использовании указанного выше варианта их установки равномерно охватывающий корпус устройства сквозной паз, выполненный в каждом из применяемых в этой системе генераторов, представлял собой обычный прямоугольный параллелепипед (а не сложную фигуру, формируемую при пересечении пространственного объема тела рабочего элемента проходящей под углом наклона к нему секущей плоскостью).

Во входящий в состав предлагаемого устройства загрузочный бункер пред началом осуществления процесса получения металлического титана загружалось по 200-240 кг исходного сырьевого материала(или 340-350 кг сформированной на его основе смеси).

Последняя представляла из себя полученную при проведении размешивания мелких частиц титановой руды в заданном объеме воды двухкомпонентную водяную суспензию.

Применяемая в этой суспензии титановая руда была извлечена из наиболее близко расположенного ее месторождения, в котором производилась ее разработка для удовлетворения нужд использующего ее в качестве сырья действующего металлургического производства. Перед началом проведения приготовления водяной суспензии выполнялась операция по разбивке ее крупных кусков на более мелкие с помощью обычной шаровой мельницы.

Получаемые при этом частицы исходного сырья имели габаритные размеры в диапазоне от 0,001 мм до 1 мм. Время обработки указанного выше объема сырья с применением такого рода четырехконтурной системы и использовании приводимого ранее диапазона значений напряженности переменного магнитного поля составляло 105-120 мин (1,75-2 часа).

Выход металлического титана в расчете на применение 200-240 кг в составе водяной суспензии указанной выше титановой руды достигал величины в 61,3-72,8 кг (т.е. 29,71-30,65% от общего ее применяемого объема).

Эти показатели достаточно близко подходят к теоретически возможному пределу, определяющему количество вырабатываемого из исходного сырья металла при указанном ниже процентном содержании соединений титана в используемой при осуществлении процесса обработки руде.

Степень чистоты полученного при осуществлении предлагаемого способа металла соответствует величине его содержания, равной 99,999992%.

В случае же необходимости сохранения полученного значения чистоты изготовленного при помощи предложенного способе металла в процессе его накопления и дальнейшей транспортировки может использоваться для изоляции сформированного таким образом конечного продукта от неблагоприятных внешних воздействий инертная газовая среда. Эта среда может включать в свой состав достаточно распространенный в отраслях промышленного производства газ аргон.

Следует отметить еще и то, что сформированные такого рода обработкой металлические гранулы 10 имеют практически идеальную кристаллическую решетку лишь с небольшим количеством искажающих ее геометрически правильные очертания дислокаций.

Сам этот металл, кроме этого, обладает достаточно низкими значениями удельного объемного электрического сопротивления ρ, которые соответствуют значению 13,3 Н·Ом·М. Удельный объемный его вес составляет величину в 4,2 г/см³.

Температура плавления полученного предложенным способом металлического титана равна величине 1880°С.

Полученные переработкой сырья с помощью предложенного способа гранулы титана имеют габаритные размеры от 6 до 12 мм, а также форму, представляющую собой каплю «неправильного очертания» цвета «мокрого асфальта» с матовым оттенком.

Наряду с такими гранулами металла в состав полученного при осуществлении предложенного способа конечного продукта входят и порошковые мелкодисперсные зернистые отходы, образующиеся из входящих в состав исходного сырья различных примесей (Fe, Si, Ca, Al). Они имеют габаритные размеры в пределах от 0,5 до 1,5 мм, а их количество относительно исходной массы применяемой для формирования водяной суспензии породы достигает значения 56-67%.

Остальные продукты переработки представлены сформировавшимися в полости корпуса устройства и выброшенными оттуда в наружную атмосферу объемами вновь полученных там газов.

Занимаемая используемым устройством в случае проведения переработки указанного сырья с помощью предложенной технологии производственная площадь составляет 2,5-3,0 м².

Количество вырабатываемого с его применением металла соответствует значению в 0,75-0,8 тонны при условии проведения работы в трехсменном режиме.

Количество затрачиваемой электрической энергии для получения указанного выше объемов последнего, находится в пределах 2,5-2,8 тыс.кВт·час.

Классические способы получения титана из такого же исходного сырья требуют ее использования в объемах, не меньшх чем 8-10 тыс.кВт·час. Помимо всего прочего, полученный известными способами титан необходимо пропускать еще и через операции по его «вакуумному рафинированию».

Наличие указанного выше обстоятельства обуславливает то, что для получения указанного конечного продукта потребуется привлечь еще и дополнительное количество применяемой при осуществлении такого рода «доочистке» металла все той же самой электрической энергии. В результате всего указанного ее употребляемые для проведения обработки объемы заведомо превысят уже указанные ранее пределы.

Предложенный способ получения металла выполняется при комнатной температуре (17-27°С), а обработка сырья производится под действием избыточного давления, величина которого лишь незначительно превышает атмосферное (на 0,1÷0,6 кгс/см²).

Скорость вращения проталкивающего сырьевой материал от начала корпуса устройства к его концу шнека имеет относительно малые значения и составляет 6-10 об/мин.

Используемые при осуществлении предложенного метода получения металла технологические режимы назначены исходя из следующих соображений.

Напряженность применяемого для получения металла переменного вращающего магнитного поля, замеренная непосредственно в зонах воздействия на перерабатываемое сырье генерируемыми в устройстве магнитными потоками, как уже указывалось, составляет 1·10⁴÷1·10⁶ А/м.

Применение меньших, чем указанные выше, ее значений этого параметра - 1·10⁴ А/м не обеспечивает формирование условий, гарантирующих выделение металла из его соединений, входящих в состав исходной сырьевой массы. Использование же более высоких значений этого же параметра, чем 1·10⁶ А/м, не позволяет обеспечить достижение какого-либо дополнительного положительно эффекта. В то же время увеличение величины напряженности применяемых в устройстве магнитных полей свыше указанных пределов - 1·10⁶ А/м потребует дополнительных затрат используемой для формирования последних электрической энергии.

Те же самые факторы определяют и подбор диапазона частот колебаний, в пределах которого осуществляется генерация переменных магнитных полей.

Т.е. при применении значений частоты меньших чем 40 Гц затрудняется протекание процесса выделения металлического титана из его соединений при осуществлении предложенной технологии.

Получаемые в процессе генерации таких переменных магнитных полей результирующие векторы магнитных потоков воздействуют в этом случае на обрабатываемые частицы руды с недостаточной степенью интенсивности.

Т.е. такие результирующие векторы в окружающих их объемах водяной суспензии, включающей в себя твердые крупицы породы, перемещаются слишком «вяло».

Наоборот, при значении величины частоты более высокой, чем 70 Гц, указанные выше векторы передвигаются в зонах своего воздействия настолько стремительно, что попадающие на траекторию их пространственного переноса частицы руды не успевают вступить с ними во взаимодействие. Опять-таки и в этом случае не гарантируется создание оптимальных условий для получения при обработке необходимого конечного продукта.

Назначение применяемых при получении металла интервалов времени (1,75-2,0 часа), произведено, основываясь на следующем. При значениях используемого при переработке сырья временного промежутка, меньшего чем 1,75 часа (105 минут), не успевают полностью закончиться необходимые для формирования этого необходимого конечного продукта структурные преобразования в самих частицах используемой для обработки сырьевой массы.

При применении же временного интервала в случае, если его величина становится большей чем 2,0 часа, не обеспечивается достижение какого-либо дополнительного положительного эффекта. Но при этом использование этих превышающих необходимую величину временных промежутков приводит к неизбежному увеличению суммарных затрат, связанных с выполнением такого рода процесса переработки исходного сырья в указанный выше конечный продукт.

Исходя из этих же соображений назначена и величина избыточного давления подаваемого через внешнюю магистраль к раздающим его соплам сжатого воздуха. Объемы последнего поступают к этим элементам, имея избыточное давление 0,1÷0,6 кгс/см².

При величинах в поступающих к этим соплам объемах сжатого воздуха избыточного давления, меньших чем 0,1 кгс/см², падают показатели, характеризующие производительность выполняемого процесса получения металлического титана. При значениях же этого параметра, больших чем 0,6 кгс/см², не удается обеспечить дополнительную интенсификацию его выполнения.

В то же время при использовании значений величины избыточного давления в объемах подаваемого к таким элементам устройства сжатого воздуха, больших, чем эта указанная выше величина, возрастают затраты необходимой для его получения и подвода в области проведения обработки применяемой электрической энергии.

Процентное содержание частиц руды в составе используемой в процессе обработки водяной суспензии, имеющее величину 40-70%, назначено исходя из наличия действия следующих факторов.

При концентрации такого рода компонента в последней, меньшей чем 40%, применяемый сырьевой материал превращается в «бедный», что отрицательно сказывается на показателях эффективности процесса переработки сырья, так как существенно уменьшается выход необходимого конечного продукта.

При увеличении же его содержания выше значения в 70% перерабатываемая сырьевая масса резко снижает показатели, определяющие степень ее пластичности. Это, в конечном итоге, существенно затрудняет выполнение процесса перемещения ее из загрузочного бункера в полость корпуса устройства, а также и последующий перенос составляющих массу сырья объемов такого материала по внутренней поверхности последнего.

Наличие же указанного выше обстоятельства так же отрицательно сказывается на результатах, обеспечиваемых при выполнении предложенной технологии получения металлического титана.

Размеры частиц применяемых для получения водяной суспензии частиц руды, габариты которых находятся в пределах 0,001-1,0 мм, назначены исходя из необходимости формирования с их применением устойчивой «грязеобразной» сырьевой массы.

Последняя не должна расслаиваться на отдельные составляющие за необходимый для полного завершения процесса временной промежуток.

Выбор значений углов наклона 10-20°продольной оси корпуса устройства к линии горизонта произведен с учетом возможности влияния на процесс переработки сырьевого материала следующих обстоятельств.

При значениях угла такого наклона, меньших чем 10°, существенно замедляется скорость прохождения вязкой водяной суспензии от начала корпуса устройства до самого его конца. Это может негативно повлиять на качественные характеристики получаемого с применением предложенного метода конечного продукта.

Наоборот, при увеличении указанного угла до величины, превышающей 20°, процесс перемещения может ускориться настолько, что в перерабатываемой сырьевой массе не успеют пройти необходимые структурные преобразования. Это обстоятельство, как и в разобранном выше варианте, может тоже отрицательно сказаться на результатах, характеризующих эффективность выполнения процесса.

Диапазон скоростей (6-10 об/мин), в пределах которого проводится вращение шнека, назначен с учетом следующих соображений. При вращении его с угловой скоростью, меньшей чем 6 об/мин, перемещение сырьевой массы внутри корпуса устройства замедляется настолько значительно, что выход необходимого конечного продукта под влиянием этого фактора будет существенно снижен. При величинах же угловой скорости вращения шнека, превышающих значение в 10 об/мин, содержащий частицы руды перерабатываемый материал может при прохождении через формируемые в корпусе устройства области его восстановления до металла пересечь последние за неоправданно короткий промежуток времени.

Наличие этого обстоятельства будет служить в этом случае очевидной помехой для протекания в последнем необходимых для получения конечного продукта структурных превращений.

В связи со всем этим принятый диапазон скорости вращения шнека в корпусе и задается в пределах 6-10 об/мин.

Для осуществления процесса получения металлического титана, осуществляемого с применением предложенного способа, использовалась порода, содержащая руду, в состав которой входили соединения последнего и железа («ильменит»). Необходимые для осуществления ряда приводимых ниже экспериментов ее объемы были изъяты из наиболее близко расположенного карьера, в котором и проводилось извлечение залегающей в нем руды, для удовлетворения соответствующих нужд действующего металлургического производства. Применяемая в качестве основного компонента для получения исходного сырьевого материала такая руда содержала в своем составе следующие соединения:

TiFeO₃ - 42.6%;

FeO - 30.8%;

Fe₂O₃ - 15.7%;

SiO₂ - 1.8%;

Al₂O₃ - 2.6%.

Соединения других входящих в состав руды элементов примесей - Са; Mg; Na; H₂O - остальное до 100%.

Для проведения всех указанных ниже экспериментов по получению металлического титана с использованием предложенного способа применялось однотипное сырье, сформированное на основе применения указанного выше концентрата, содержащего метатитинат железа (TiFeO₃), имеющее один и тот же указанный выше состав.

Перед началом приготовления загружаемой в перерабатывающее устройство водяной суспензии осуществлялось измельчение кусков применяемой в ней титановой руды с помощью шаровой мельницы, с получением из них частиц последней, дисперсность которых соответствовала значению 0,001-1,0 мм. Входящие в состав исходного сырья примеси - соединения Са, Fe, Al, Si, Na, Mg на конечных этапах обработки превращались в мелкодисперсный зернистый порошок белого цвета с кремовым оттенком.

Размолотая таким образом на мелкие частицы, содержащая соединения титана исходная порода затем заливалась необходимым объемом водопроводной воды и перемешивалась в ней до получения из этих двух компонентов однородной вязкой водяной суспензии.

После получения последней производилась загрузка сформированного этой операцией объема суспензии непосредственно в бункер самого используемого для получения металла устройства. Далее процесс выполнения предлагаемого способа иллюстрируется при помощи ряда приводимых ниже примеров.

Пример 1. В загрузочный бункер с емкостью последнего 350 л помещалась водяная суспензия, содержание в которой частиц титановой руды с дисперсностью 0,001-1,0 мм составляло 245 кг, или 70%. Остальную массу загрузки составила вода - 105 л, или 30% от всего объема используемой суспензии.

После окончания операции загрузки одновременно включались: привод вращения обеспечивающего подачу сырья шнека 4 со скоростью 6 об\мин, электрические обмотки катушки 15 во всех четырех смонтированных на корпусе 3 устройства генераторах 5, а через все сопла 6 осуществлялась подача сжатого воздуха. Поступление его к последним из внешней магистрали производилось под избыточным давлением 0,6 кгс/см². Корпус 3 применяемого устройства имел наклон к уровню горизонта. Величина такого угла наклона составляла 15°. Напряженность генерируемых во всех четырех контурах 5, равномерно размещенных вдоль корпуса 3 предложенного устройства магнитных полей, замеренная непосредственно в рабочих зонах «Д» с помощью датчика Холла и измерительного моста, составляла 1·10⁴ А/м. Частота их колебаний соответствовала значению 70 Гц. Время обработки в этом примере равнялось 2,0 часам (120 мин). Проходящая по корпусу 3 предложенного устройства водяная суспензия 2 из частиц титановой руды под воздействием формируемых в контурах 5 магнитных потоков была превращена в набор из металлических гранул титана и шлаковые отходы, имеющие структуру мелкозернистого порошка, состоящего из входящих в состав исходного сырья соединений - примесей.

Таким образом, по окончании процесса переработки водяной суспензии, был получен металлический титан, количество которого составило величину, равную 72,8 кг - 29,71%, от всей используемой массы породы, а также порошковые отходы, вес которых составлял величину, равную 131,2 кг. Габаритные размеры «зернышек», из которых состоял шлак, находились в пределах от 0,5 мм до 1,5 мм, а сами его частицы имели белый цвет с кремовым оттенком.

Остальной объем переработанной руды был представлен выпущенными через отводящие патрубки 7 объемами газов (СО₂; H₂O; H₂; О₂), которые были отправлены непосредственно в окружающую устройство атмосферу.

Полученные обработкой гранулы металла имели каплеобразную форму и габаритные размеры от 6 до 8 мм. Степень чистоты полученного такой обработкой металла относительно содержания в нем титана имела значение 99,999993%.

Значение удельного объемного электрического сопротивления полученного указанным выше образом титана соответствует величине - 13,1·Н·Ом·М.

Пример 2. Обработка исходного сырья осуществлялась в соответствии с той же схемой, что была указана и в примере 1.

Количество использованного для приготовления водяной суспензии материала, содержащего титановую руду (ильменит), составило 140 кг, или 40% от ее массы, остальное вода - 210 л/кг, или 60% от общего объема водяной суспензии.

Подача воздуха к обрабатываемому сырью осуществлялась под избыточным его давлением, равным 0,1 кгс/см².

Привод вращения шнека обеспечивал скорость его углового перемещения, равную 10 об/мин. Угол наклона корпуса устройства к линии горизонта остался тот же, что был указан в примере 1-15°. Напряженность генерируемых во всех четырех контурах 5, магнитных полей в зонах «Д», составляла 1·10⁶ А/м, при частоте их 40 Гц.

Время проведения процесса обработки составляло 105 минут (1,75 часа). Полученный после окончания процесса обработки объем, состоящий из титановых гранул, имел вес 42,9 кг (30,64% от всей использованной массы руды). Количество сформировавшихся в результате проведения обработки шлаков составило 89,6 кг.

Оставшаяся часть используемого для получения металла сырья была затрачена на формирование объема выпущенных из устройства в наружную атмосферу газов. Степень чистоты полученного обработкой металла соответствовала значению 99,999991%.

Полученные гранулы металлического титана имели габаритные размеры от 8 до 10 мм.

Отходы, сформировавшиеся в ходе переработки сырья, представляли собой порошок из зерен с габаритами 0,5-1,5 мм.

Удельное объемное электрическое сопротивление этого металла было равно значению (13,3 Н·Ом·м.

Пример 3. Обработка полученной из частиц титановой руды («ильменита») водяной суспензии производилась в соответствии со схемой, указанной в примерах 1, 2.

Количество входящей в состав применяемой водяной суспензии титановой породы составляло 200 кг, или 57,14% от всей ее массы. Остальной ее объем был представлен водой - 150 литров, или 42,86%. Подача сжатого воздуха к обрабатываемому сырью выполнялась под избыточным его давлением в 0,4 кгс/см².

Вращение шнека осуществлялось со скоростью 8 об/мин. Угол наклона корпуса устройства к линии горизонта был таким же, что и в примерах 1,2-15°. Напряженность всех создаваемых в областях «Д» магнитных полей, которые были размещены в зонах действия всех используемых в устройстве четырех генераторов, составляло величину в 6·10⁵ А/м, а частота последних была равна 50 Гц. Временной промежуток, по истечению которого была осуществлена переработка всего объема исходного сырья в необходимый конечный продукт, составило 111 мин (1,85 часа). Полученная в результате выполнения обработки масса металла имела вес 61,3 кг, или 30,65% от всего количества использованной для его получения руды.

Вес сформировавшихся вместе с металлом объема отходов составлял 117,3 кг. Остальная масса использованного для получения металла сырьевого материала была превращена в газы, которые были выведены из полости применяемого для выработки титана устройства, прямо в окружающую его атмосферу. Габаритные размеры полученных по окончании процесса гранул титана находились в пределах от 10 до 12 мм.

Степень чистоты сформированных указанным выше образом гранул из указанного выше относительно содержания в них металла составила значение 99,999992%.

Удельное объемное электрическое сопротивление полученного с помощью предложенного способа титана соответствовало величине 13,2 Н·Ом·м.

Габаритные размеры сформировавшихся по окончании выполнения процесса переработки сырья мелкозернистых порошковых отходов составили величину 0,5-1,5 мм.

Из всех представленных выше примеров наглядно видно, что получение металлического титана, отличающегося высокой степенью чистоты, а также и обладающего соответствующими низкими показателями своего удельной электропроводности, может осуществляться с применением широко распространенных и используемых для удовлетворения нужд действующего металлургического производства рудных пород («ильменита»).

Последние при выполнении предлагаемого способа не подвергаются очистке от содержащихся в них примесей, представленных другими распространенными в природе элементами. Наличие указанных выше обстоятельств позволяет предполагать, что применение предложенного способа получения металлического титана может оказаться достаточно эффективным в случае его использования для удовлетворения соответствующих потребностей в этом металле действующего промышленного производства.

В дальнейшем, в представленных ниже материалах, излагаются конструктивные принципы, в соответствии с которыми выполняется используемое для осуществления этого способа устройство. Наличие последних, в конечном итоге, и обеспечивает получение в процессе его применения необходимого положительного эффекта.

Используемое для осуществления предложенного способа устройство изображено на фиг.1-2.

На фиг.1 изображены разрез корпуса устройства и схема размещения обеспечивающих переработку исходного сырья магнитных контуров.

На фиг.2 - поперечный разрез по А-А корпуса устройства, выполненный на том его участке, на котором установлен сам используемый в многоконтурной системе и составляющий ее магнитный генератор.

На фиг.1-2, кроме того, в свою очередь еще изображены:

Позиция 1 - загрузочный бункер, с помещенной в его объем массой перерабатываемого исходного сырья 2.

Позиция 2 - обрабатываемый исходный материал, состоящий из размолотых предварительно кусков титановой руды и воды.

Позиция 3 - корпус устройства, во внутренней полости которого и протекает процесс обработки исходного сырья 2.

Позиция 4 - винтовой спиральный шнек, лопасти которого осуществляют перемещение перерабатываемого сырья от переднего конца корпуса 3 к его заднему.

Позиция 5 - смонтированные с зазорами «а» на корпусе 3 обрабатывающие сырье магнитные контуры, имеющие угол наклона к наружной поверхности корпуса, равный 90°.

Позиция 6 - проходящие насквозь через стенки корпуса 3 сопла, осуществляющие подачу струй сжатого воздуха к массе перерабатываемого сырьевого материала и размещенные на корпусе 3 отстоящими друг от друга на одинаковых расстояниях рядами.

Позиция 7 - полые патрубки, закрепленные на передней и задней частях корпуса 3, нижний конец которых заходит во внутренний объем корпуса 3, а верхний обеспечивает сообщение полости последнего с наружной атмосферой.

Позиция 8 - отделяющий нижний конец патрубка 7 от верхнего редукционный клапан, осуществляющий выпуск поступающих из полости корпуса 3 объемов газа, в случае, если давление в ней превышает заданную его настройкой величину.

Позиция 9 - накопительный бункер, в который осуществляется сброс полученных обработкой в полости корпуса 3 ее конечных продуктов.

Позиция 10 - попавшие в объем накопительного бункера гранулы металлического титана и сброшенные туда же порошковые шлаковые отходы.

Позиция 11 - стойки для закрепления корпуса 3 устройства под заданным углом к линии горизонта на самом его основании.

Позиция 12 - такие же стойки, обеспечивающие фиксацию в определенном заранее положении применяемых в устройстве магнитных контуров 5.

Позиция 13 - заслонка, при помощи которой открывается нижняя часть бункера 9, в случае, когда последний оказывается заполнен целиком.

Позиция 14 - магнитопроводящие элементы, контура 5, с помощью которых создаются оптимальные условия для прохождения генерируемого в их объеме суммарного магнитного потока.

Позиция 15 - электрические обмотки-катушки, выполняющие функцию соленоидов и обеспечивающие при включении их в электрическую цепь формирование переменных магнитных полей.

Позиция 16 - выполненные на переднем и заднем концах шнека 4 оси, с помощью которых обеспечивается его непрерывное вращение в полости корпуса 3.

Буквами «А» - образующиеся в процессе монтажа корпуса 3 в сквозном пазе «Б» магнитного контура установочные воздушные зазоры.

Буквой «Б» - выполненный в одном из составляющих магнитный контур элементов 14 сквозной паз, в полости которого размещается корпус 3 используемого устройства.

Буквой «В» - сформированный в корпусе 3, на участке, примыкающем к нижнему концу бункера 1 входной проем, через который производится подача сырьевого материала в его внутреннюю полость.

Буквой «Г» - аналогичный выходной проем в корпусе 3, через который осуществляется удаление из последнего полученных там конечных продуктов.

Буквой «Д» - пространственные эллипсоиды, формируемые в процессе колебательного углового перемещения генерируемых магнитными контурами 5 результирующих векторов суммарных магнитных потоков.

Буквами «φ« - углы наклона продольной оси симметрии корпуса 3 к уровню горизонта - 10°-20°, а также торцевых плоскостей установленных на корпусе 3 генераторов 5 относительно линии вертикали - 10°-20°.

Следует дополнительно обратить внимание еще и на то, что указанное на фиг.1-2 устройство для осуществления предложенного способа имеет следующие особенности своего конструктивного исполнения, а именно:

Закрепление корпуса 3 под заданным углом к линии горизонта к поверхности основания производится с использованием системы из стоек 11 (см. фиг.1). Аналогично осуществляется и размещение используемых в устройстве и тоже смонтированных с наклоном к наружной поверхности корпуса 3 генераторов 5 - т.е. с применением поддерживающих их стоек 12.

Вращение же винтового шнека 4 выполняется на осях 16, проходящих сквозь торцевые стенки корпуса 3 и закрепленных там в соответствующих подшипниках (на чертеже не показаны). Одна из этих осей 16 имеет кинематическую связь с внешним приводом вращения шнека 4 (на чертеже не показан). Подающие струи воздуха к сырьевой массе 2 сопла 6 (см. фиг.1) размещены вдоль тела корпуса 3 равномерно, образуя чередующиеся ряды. При этом они как бы расположены по периметру получаемого при сечении этого же корпуса 3 квадрата, если мысленно провести через него секущую плоскость, расположенную под пространственным углом к его продольной оси, значение которого равно 90°(т.е. по трем составляющим сторонам периметра полученного таким образом квадрата, за исключением самой нижней его составляющей).

Сопла 6 также закреплены на равных друг от друга расстояниях и имеют относительно той поверхности, к которой они присоединяются, как тангенциальные, так и радиальные углы наклона в 30-45°(на чертеже эти углы не отображены). Применение именно такой схемы расстановки сопел 6 на наружной поверхности корпуса 3 (т.е. под двумя углами наклона) позволяет не только обеспечить подачу необходимых для протекания процесса восстановления металла из его соединений порций применяемого для этого газа, но и осуществлять при этом дополнительно, в момент попадания в полость корпуса формируемых в них струй сжатого воздуха, интенсивное перемешивание находящихся в зоне воздействия последних микрообъемов перерабатываемого сырья 2.

С целью упрощения конструкции предлагаемого устройства его корпус 3 в поперечном своем сечении имеет форму квадрата, в центре которого смонтирован вращающийся в нем винтовой спиральный шнек 4. Соответственно, сквозной паз «Б», выполняемый для размещения в генераторах 5 корпуса 3, имеет простую прямоугольную форму, что обеспечивается за счет наличия углов наклона (их торцевых плоскостей относительно вертикали).

Следует еще и указать, что на фиг.1 показаны закрепленные на корпусе 3 магнитные контуры 5 - первый из четырех прикрепляемых, установленный около его самой передней части, и последний - четвертый, наиболее близко смещенный к заднему его концу.

Второй и третий из контуров 5 на фиг.1 не показаны, так как они попали в зону условного разрыва, выполненного примерно на половине всей длины корпуса 3, для упрощения чтения чертежа.

Размещение всех четырех генераторов 5 вдоль корпуса 3 производится на одинаковом расстоянии их друг от друга и от переднего и заднего его концов.

Установка всех магнитных контуров 5 на наружной поверхности корпуса 3 предлагаемого устройства производится с помощью выполненных в них сквозных прямоугольных пазов «Б», через которые и проходит тело последнего. В процессе монтажа этих магнитных генераторов 5 на корпусе 3 и создаются отмеченные на фиг.1-2 воздушные зазоры «а», наличие которых и обеспечивает возможность проведения их размещения в этих зонах, равномерно расположенных по всей длине корпуса 3.

Работа предлагаемого устройства в процессе получения титана из используемого для этого сырья протекает следующим образом.

После загрузки сырьевого материала 2 в полость загрузочного бункера 1 включается привод вращения расположенного в полости корпуса 3 винтового спирального шнека 4. Одновременно с началом проведения проворачивания входящих в состав этого узла его криволинейных лопастей подключаются к источнику внешнего питания все электрические обмотки-катушки 15, размещенные в магнитопроводящих элементах 14 применяемых в составе устройства четырех магнитных контуров 5. В этот же момент времени предварительно подготовленная пластичная сырьевая масса 2 через загрузочное отверстие «В» поступает из бункера 1 во внутреннюю полость корпуса 3.

Ее объемы на самом первом этапе выполнения процесса обработки попадают в его переднюю, лежащую в самой верхней зоне устройства часть. Следует отметить, что уровень размещения по вертикали конструктивных элементов корпуса 3 относительно линии горизонта регулируется соответствующей подборкой длины используемых для закрепления его основания стоек 11 (см. фиг.1). Поступающие в указанную выше область корпуса 3 порции сырьевого материала подхватываются криволинейными лопастями вращающегося шнека 4, перемешиваются, и их общая масса разделяется с участием последних на отдельные, ранее составляющие ее микрообъемы. Полученные указанным выше образом мелкие порции водяной суспензии 2, продолжая совершать процесс такого поступательного перемещения, попадают в зону генерации мощного магнитного потока «Д», который создается с помощью самого первого из четырех используемых генераторов 5 (см. фиг.1). Досылаемые в эту часть полости корпуса 3 микрообъемы сырьевого материала 2 неизбежно пересекают размещенные там и сконцентрированные на относительно небольшой площади силовые линии формируемого в этой области переменного вращающегося магнитного поля. Следует дополнительно обратить внимание еще и на то, что навстречу создающимся с помощью шнека 4 потокам, состоящим из микрообъемов используемого сырьевого материала, посылаются струи сжатого воздуха, которые образуются в закрепленных на наружной поверхности корпуса соплах 6. Последние подключаются к подающей сжатый воздух под избыточным давлением (0,1-0,6 кгс/см²) внешней питающей их магистрали (на чертеже не показана) в тот же самый момент времени, когда в работу вступают и остальные обслуживающие процесс обработки системы предлагаемого устройства (сеть питания магнитных контуров 5, привод вращения подающего шнека 4).

Благодаря наличию радиальных и тангенциальных углов наклона сопел 6 по отношению к наружной поверхности корпуса 3 (на чертеже не показаны) формируемые ими струи сжатого воздуха, встречаясь с такими же соседними, образуют в местах такого пересечения своего рода «завихрения». Так как точки такого «скрещивания» генерируемых в полости 3 потоков сжатого воздуха, как правило, попадают в зоны прохождения перемещаемых в ней микрообъемов сырья 2, то, встречаясь с составляющими их слоями, возникающие там «вихри» обеспечивают их дополнительное и интенсивное перемешивание.

Кроме этого, они осуществляют и главную свою функцию - добавляют к активированным с помощью мощного магнитного потока молекулярным фрагментам, входящим в состав применяемой водяной суспензии, необходимый для их восстановления до металла углерод. Последний, как отмечалось ранее, входит в состав углеродосодержащих газов, присутствующих в обыкновенном атмосферном воздухе.

Как и остальные сырьевые компоненты, молекулы этих газов, попадая в зону «Д», активируются под воздействием генерируемого в этой области мощного магнитного потока и разрушаются в ней при помощи его с образованием в указанном выше объеме ионов углерода - восстановителя. Поступление же этих ионов к находящимся в зоне максимально возможной концентрации силовых линий генерируемого в этой части полости корпуса 3 магнитного поля, активированным при участии последнего, фрагментам сырьевых компонентов и обеспечивает оптимальные условия для протекания процесса восстановления металлического титана из содержащих этот элемент его соединений. Таким образом, покидая область внутренней полости корпуса 3, размещенная в зоне установки первого по счету генератора 5 и проталкиваемая шнеком 4 масса сырьевого материала «обогащается» мелкими кристаллическими зародышами полученного там металла. Последние равномерно распределяются в ее объеме за счет продолжающегося процесса интенсивного перемешивания порций сырьевого материала как вращающимися лопастями шнека, так и струями подаваемого в корпус 3 сжатого воздуха.

После прохождения зоны установки первого контура 5 объемы заполняющей полость корпуса 3 водяной суспензии 2, под воздействием все тех же лопастей вращающегося вокруг собственной продольной оси шнека 4, проталкиваются дальше, уже в зону генерации магнитного потока, создаваемого вторым контуром 5. Последний отстоит от первого контура 5 на заранее выбранном и одном и том же одинаковом для расстановки применяемых в устройстве магнитных контуров расстоянии (на чертеже второй контур не показан, так как он попадает в зону условно выполненного разрыва корпуса устройства на две приблизительно одинаковые половины). Перемещение обрабатываемых сырьевых масс по направлению от переднего конца корпуса 3 к его заднему облегчается за счет наличия угла наклона его продольной оси к линии горизонта (для изображенного на фиг.1 устройства угол равен 15°). При прохождении порций обрабатываемого сырьевого материала через такую же область «Д» второго магнитного контура 5, размещенного на заданном удалении от места установки самого первого, на входящие и составляющие последние компоненты воздействует генерируемый там магнитный поток. Вследствие этого и в этой зоне будут наблюдаться те же самые явления, что имели место при преобразовании такого рода соединений в необходимый конечный продукт и в области монтажа в устройстве самого первого по счету такого же контура.

Каких-либо существенных отличий протекающие и в том, и в другом случае такого рода процессы не имеют. Единственно, что следует отметить, так это то, что покинувшая зону размещения второго магнитного контура 5 масса сырьевого материала 2 будет еще в большой степени обогащена дополнительно образованными в этой области новыми кристалликами металла. При этом последние, ранее сформированные в области установки самого первого генератора, увеличат свои первоначальные габариты за счет присоединения к составляющим их наружным слоям кристаллической решетки вновь возникших в зоне воздействия потока второго контура мелких кристалликов этого металла. Увеличение размеров ранее полученных «зародышей» будет происходить и за счет восстановления превращаемых в металл ранее налипших на их поверхность мелких частиц титановой руды. То есть при этом протекает процесс преобразования покрывающей их «шубы» в металлическую кристаллическую решетку, разрастающуюся на последних с использованием наружных составляющих эти «зародыши» слоев в качестве применяемой для этого материальной основы по мере продолжения указанного этапа проведения обработки. Такого рода «обогащенная», полученная в указанных областях металлом сырьевая масса 2 перемещается и дальше по плоскости установленного с наклоном корпуса 3 применяемого для обработки устройства. «Подталкивание» ее по направлению от его передней части к задней, как уже отмечалось ранее, продолжает осуществляться криволинейными лопастями непрерывно вращающегося на осях 16 винтового шнека 4. Следуя по этой заданной конструкцией используемого устройства траектории, «проложенной» в полости корпуса 3, микрообъемы уже насыщенной металлом на предыдущих этапах обработки сырьевой массы, в конечном итоге, подходят к области интенсивно выполняемого воздействия магнитного потока, формируемого все в той же зоне «Д» на участке установки на корпусе 3 уже третьего по счету генератора 5.

В указанной выше области будут наблюдаться все те же самые процессы, что имели место и в разобранных ранее случаях и характерные особенности протекания которых были подробно рассмотрены при анализе явлений, сопровождающих восстановление металла из его сырьевых соединений, выполняемое в зонах воздействия формируемых при помощи первого и второго контуров 5 магнитных полей. Опять же к незначительным отличиям, выявляемым после прохождения обрабатываемыми порциями сырьевой массы и этой, расположенной в зоне монтажа третьего по счету контура 5 области, следует отнести наличие действия там следующего обстоятельства.

В прошедших зону установки третьего по счету магнитного генератора объемах перерабатываемого материала уже практически не содержатся частицы входящей в состав исходного сырья титановой руды. Отдельные «крупицы» последней захватываются разросшимися в зоне воздействия третьего контура укрупненными гранулами полученного там металла. Оставшиеся после прохождения и этого указанного выше участка мелкие «зернышки» из соединений титана оказываются полностью израсходованными для формирования на наружной поверхности последних состоящего из них своеобразного покрытия («шубы»).

Одетые в него металлические гранулы, в конечном итоге, покидают и эту зону. Сформированное там их скопление переносится подающим шнеком 4 в расположенные на удалении от нее другие области полости корпуса 3, перемещаясь все дальше и дальше по направлению к заднему концу последнего (третий контур 5, как и второй, попадает в зону выполнения условного разрыва корпуса устройства, на чертеже не показан), последовательно проходя на этом пути по всей его поверхности. Полученное ранее, это указанное скопление металлических гранул в конце концов оказывается в зоне «Д», попадая под воздействие магнитного потока, генерируемого последним по счету из числа примененных в устройстве генераторов, т.е. четвертым магнитным контуром 5. Следует отметить еще и то, что в процессе прохождения указанной выше области, тоже находящейся прямо на пути перемещения используемого сырьевого материала, в полученных на предшествующих «финишному» этапах обработки скоплениях перерабатываемого в устройстве исходного продукта практически полностью заканчивается весь комплекс необходимых структурных преобразований.

Входящие же в качестве отдельных составляющих указанных выше скоплений гранулы металла к этому моменту времени приобретают степень чистоты, определяемую по процентному содержанию в них титана, позволяющую отнести этот продукт к группе «достигший требуемых I кондиций». При завершении комплекса необходимых преобразований исходного сырья, выполняемого в зоне воздействия указанного выше магнитного потока, полученного с применением четвертого по счету магнитного генератора, налипшие на поверхность проходящих через нее гранул и создающие на последней своеобразное неметаллическое покрытие мелкие частицы руды переформировываются в обволакивающие их новые слои, состоящие из того же самого титана.

Из-за наличия действия всех указанных выше обстоятельств, и протекает процесс укрупнения находящихся в этой области кристаллических «зародышей», которые дополнительно увеличивают свои первоначально полученные габаритные размеры.

Кроме того, этот же самый эффект будет иметь место при осуществлении «слипания» в этой же зоне между собой мелких кристаллических «крупинок» из титана, при взаимном соединении которых и образуются достаточно крупные куски металла.

Таким образом, на этой завершающей стадии обработки вся исходная сырьевая масса оказывается целиком переработанной, а полученные в области установки последнего четвертого магнитного контура 5 укрупненные в ней гранулы металла 10 переправляются из нее продолжающим совершать обороты вокруг собственной продольной оси шнеком 4, освобождая эту зону от своего присутствия и попадая, в конечном итоге, в задний конец корпуса 3 используемого устройства. Дойдя до этой указанной его части, которая занимает горизонтальный уровень, расположенный ниже, чем тот, что используется для размещения верхнего конца корпуса 3, гранулы 10, а также образовавшиеся вместе с ними мелкозернистые шлаки, наталкиваются на расположенный прямо на пути их движения выходной проем «Г» (см. фиг.1). В силу этого все указанные выше продукты проваливаются в последний и, в конечном итоге, попадают на дно накопительного бункера 9. По мере заполнения его полости указанными выше компонентами, осуществляется открытие заслонки 13, которое обеспечивает их удаление с высыпкой последних в используемую для этого технологическую тару (на чертеже не показана). В случае необходимости сохранения полученной обработкой степени чистоты металла, как накопление его гранул, так и их последующая транспортировка может осуществляться под слоем защитной атмосферы, состоящей из инертного газа - аргона (на чертеже не показано).

Убыль объемов исходного сырьевого материала 2 по мере его расхода компенсируется за счет подачи новых порций последнего из полости загрузочного бункера 1, сообщающейся с объемом корпуса 3 через входной проем «В» (см. фиг.1). Поступление их в указанную часть корпуса устройства из полости бункера 1, т.е. в его передний конец, осуществляется самотеком.

По мере увеличения величины затрат помещенного в загрузочный бункер исходного сырьевого материала 2 в последний производится загрузка его новых объемов. В силу этого процесс переработки сырья в металл выполняется в предлагаемом устройстве без каких-либо его остановок и перерывов.

Так как в процессе восстановления металла из его соединений в зоне его протекания образуются объемы ранее отсутствующих там газов, формирующих в полости корпуса 3 так называемые газовые «пузыри», следовательно, и повышается величина создаваемого там избыточного давления, то для ликвидации возможного негативного воздействия этих факторов выполняется периодический выброс накапливаемых в полости корпуса этих летучих соединений непосредственно в наружную атмосферу.

Удаление последних, а также избыточных объемов подаваемого в корпус 3 сжатого воздуха осуществляется при помощи установленных на его передней и задней частях, сообщающихся напрямую с его полостью патрубков. Открытие последних осуществляется редукционными клапанами 8 в моменты времени, когда величина избыточного давления в полости корпуса 3 превышает ту, что задана технологией переработки. Регулировка же момента срабатывания запорных элементов в клапанах 8 произведена с учетом этого определенного таким образом значения величины избыточного давления (см. фиг.1).

За счет всего указанного выше и обеспечивается беспрепятственное перемещение перерабатываемой сырьевой массы 2 вдоль всей полости корпуса 3, без осуществления каких-либо ее остановок там из-за местного повышения величины избыточного давления на ее каких либо отдельных участках.

Применяемые в устройстве внешние блоки электрического питания магнитных контуров 5 снабжаются дополнительно электронными управляющими схемами, с помощью которых выполняются необходимые изменения частоты подаваемого на обмотки-катушки 15 переменного электрического тока, его силы и напряжения (на чертеже не показаны). Благодаря этому обеспечивается возможность получения в зоне обработки магнитных полей с заранее заданными значениями их напряженности, а также их частоты.

Минимально возможное количество обслуживающих работу устройства магнитных контуров соответствует двум, однако в этом случае приходится использовать низкооборотный привод вращения подающего шнека, что создает дополнительные трудности в процессе осуществления его эксплуатации и обслуживания.

Максимально возможное количество последних может доходить до шести единиц. Дальнейшее увеличение их количества свыше указанного значения приводит к тому, что все эти дополнительные генераторы будут работать практически в «холостую».

Кроме того, применение магнитных контуров в таком количестве, превышающем указанный выше предел, приводит к усложнению используемого для переработки сырья устройства и отрицательно сказывается на его эксплуатационных показателях.

В качестве наиболее оптимального варианта в предложенной конструкции устройства была использована магнитная система, включающая в свой состав четыре контура. Наличие положительного влияния этого обстоятельства и обеспечило достаточно высокую эффективность выполнения указанной выше технологии переработки сырья, обусловленную применением именно этого варианта такого конструктивного исполнения предлагаемого устройства. Достигнутые в процессе использования для достижения указанных выше целей такого типа предложенной конструкции устройства технико-экономические показатели, характеризующие степень эффективности выполняемой с его помощью обработки, позволили определить следующее.

При длине устройства в 1,5 м и ширине его с учетом габаритов обслуживающих его систем в 1,2 м, а также при толщине и высоте его корпуса 0,2×0,2 м и в случае эксплуатации его с применением трехсменного режима обеспечивается получение 0,7-0,8 тонны металлического титана за одни сутки. Степень чистоты полученного металла составляла значение 99,999992%. Размеры сформированных с его помощью гранул титана имели значение от 6 до 12 мм. Расход электроэнергии в расчете на одну тонну полученного металла составляет 2,0-2,5 тыс.кВт/ч.

В качестве исходной содержащей соединения титана сырьевой массы применялся титановый концентрат, полученный из содержащей соединения титана и железа породы («ильменита»), месторождение которой было расположено рядом с местом проведения ее переработки.

Для разделения собранных в полости накопительного бункера конечных продуктов, т.е. гранул металлического титана и сброшенных в нее же порошкообразных шлаков, извлеченная из бункера масса этого материала, пропускалась через систему, состоящую из набора обычных калиброванных сит.

Так как указанные выше компоненты имеют существенные отличия в габаритных размерах, то после прохождения этих накопленных в бункере 9 продуктов через указанную выше калибровочную систему они легко разделяются на составляющие общую насыпную массу фракции - гранулы металлического титана и синтезированные в процессе обработки из входящих в исходное сырье примесей шлаковые отходы.

Для подачи воздуха к раздаточным соплам 6 используется внешняя питающая магистраль (на чертеже не показана), сжатый воздух под избыточным давлением в которую подается при помощи обычного компрессора. Указанный выше компрессор может иметь любое конструктивное исполнение.

Для проведения ремонта или необходимого технического обслуживания работающей в «непрерывном» режиме установки выбирается момент времени, когда загрузочный бункер 2, а также весь объем полости корпуса 3 будут освобождены от проходящего по ним сырьевого материала, т.е. последний должен быть выработан до нуля.

После этого отключаются все обслуживающие устройства системы - т.е. отсоединяются от источника питания все входящие в состав магнитных контуров 5 обмотки-катушки 15, а также останавливается привод вращения подающего сырье шнека 4 и перекрывается подающая сжатый воздух к соплам 6 внешняя магистраль.

По окончании выполнения всех указанных выше этапов устройство может быть использовано для проведения на нем необходимого комплекса работ, обеспечивающих возможность использования его для дальнейшей эксплуатации.

Повторный запуск его в работу осуществляется следующим образом. Прежде всего загрузочный бункер 1 заполняют необходимым объемом перерабатываемого сырья 2, затем в указанном ранее порядке производится включение всех обслуживающих работу устройства систем, и после этого процесс переработки исходного сырья 2 в металл протекает в соответствии с указанной выше схемой его выполнения (т.е. опять используется так называемый «непрерывный цикл»).

Учитывая все изложенное выше, можно прийти к следующему заключению. Использование предлагаемого способа получения металлического титана, а также применяемого для его осуществления устройства, обеспечивает существенное уменьшение необходимых для проведения переработки исходного сырья в конечный продукт затрат электрической энергии. То есть применение предлагаемых технических решений создает условия для сокращения ее расхода в 8-15 раз по отношению к количеству, необходимому при выполнении многоэтапного процесса восстановления титана из его руды, осуществляемого при помощи состоящих из различного вида металлургического оборудования, сложных составных технологических систем.

Кроме того, в случае осуществления обработки содержащего соединения титана исходного сырья, с применением предлагаемого метода, полностью отпадает необходимость использования веществ и материалов (газообразный хлор, твердый кокс), попадание образующихся при использовании которых газов в атмосферу (HCl, Cl, СО, фосген) может привести к загрязнению окружающей это производство природной среды и нанести вред здоровью человека.

Следует дополнительно отметить еще и то, что в отличие от известных в настоящее время способов для такого рода технологий производства металла, проводимых с помощью предложенного способа, в качестве пригодного для использования при его осуществлении исходного сырья могут применяться руды, содержащие любые возможные формы имеющихся в природе соединений титана, переработанных в содержащие его соединения концентраты.

Сам процесс получения этого металла из рудного сырья, которое раньше никогда не рассматривалось в качестве пригодного для промышленного его применения, может выполняться в непрерывном режиме без проведения каких либо дополнительных его технологических остановок.

Получаемый из недефицитной и широко распространенной в природной среде титановой породы металл отличается высокой степенью чистоты 99,999992% и такими же показателями удельной электрической проводимости, тугоплавкости, обладает незначительным удельным объемным весом и может быть, в связи с наличием всех этих качеств, использован для удовлетворения нужд действующего промышленного производства без проведения дополнительных операций по его финишной доработке.

Внедрение предлагаемого процесса, а также и применяемого в ходе его выполнения устройства в производство не требует привлечения значительных капиталовложений и не связано с необходимостью использования существенных трудовых затрат, а также длительных сроков времени, необходимых для проведения подготовки производства.

Выбор входящих в состав предлагаемого устройства материалов и узлов произведен с учетом возможности использования в качестве последних аналогичных, широко распространенных и применяемых в оборудовании, предназначенном для выполнения похожих на предложенную технологий.

Само же это предлагаемое устройство отличается высокой степенью простоты его конструктивного исполнения и вследствие этого имеет повышенную эксплуатационную надежность.

1. Способ получения металлического титана, включающий формирование исходной сырьевой массы в виде содержащей соединения титана водной суспензии, полученной введением в заранее заданный объем воды частиц, содержащих соединения титана, перемещение исходной сырьевой массы через последовательно расположенные рабочие зоны обработки, в которых осуществляется восстановление металла с помощью углерода, входящего в состав содержащих его газов, подаваемых в упомянутые рабочие зоны, и посредством воздействия генерируемых в этих зонах переменных вращающихся магнитных полей, осаждение полученных частиц металла с их накоплением и последующей выгрузкой готового металла, причем процесс проводят без остановки обработки сырьевой массы, отличающийся тем, что используют водную суспензию, в которой дисперсность частиц в виде руды, содержащей соединения титана, находится в пределах 0,001-1,0 мм, при этом применяют магнитные поля, напряженность которых в рабочих зонах обработки составляет 1·10⁴-1·10⁶ A/м, а частота 40-70 Гц, в количестве от 2 до 6 и готовый металл получают в виде гранул титана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе обработки производят подачу струй сжатого газа под избыточным давлением 0,1-0,6 кгс/см².

3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что перемещение исходной сырьевой массы производят через последовательно расположенные рабочие зоны обработки в условиях непрерывного механического перемешивания сырьевой массы, выполняемого на протяжении всего пути перемещения, с помощью вращающегося вокруг своей оси шнека.

4. Устройство для получения металлического титана способом по любому из пп. 1- 3, содержащее полый корпус, предназначенный для размещения в его полости обрабатываемой исходной сырьевой массы, силовые рабочие элементы, обеспечивающие формирование воздействующего на частицы руды, содержащей соединения титана, и молекулы восстановителя переменного вращающегося магнитного поля, которые выполнены в виде катушек-соленоидов и соединены с внешним источником электрического питания, причем полость корпуса изолирована от окружающей ее внешней среды, а рабочие элементы в количестве от 2 до 6 штук выполнены из состыкованных между собой пластин из магнитопроводящего материала в форме замкнутого прямоугольного контура, причем в теле составляющих эти контуры отдельных деталей размещены электрические обмотки-катушки по три единицы в каждом отдельном контуре, выполняющие функции соленоидов, и каждая из них соединена с соответствующей отдельной фазой внешнего трехфазного источника питания, при этом в одном из рабочих элементов, входящем в состав каждого из применяемых в устройстве контуров, выполнен сквозной паз, габариты которого обеспечивают размещение в нем упомянутого полого корпуса, при этом корпус расположен в последовательно установленных на равном расстоянии друг от друга упомянутых контурах и охватывается с наружной своей поверхности образующими этот сквозной паз магнитопроводящими элементами, причем корпус снабжен размещенным в его полости и осуществляющим перемещение находящегося в полости сырьевой массы по направлению от передней зоны корпуса к задней его части вращающимся вокруг своей оси шнеком, имеющим собственный привод, обеспечивающий угловые перемещения с заданной скоростью, при этом на наружной поверхности корпуса под наклоном по отношению к последней размещены равномерно отстоящие один от другого ряды подающих сжатый газ сопел, в переднем конце корпуса выполнено отверстие, которое сообщено с полостью находящегося над ним загрузочного бункера, а задний конец корпуса снабжен люком для выгрузки готового металла в виде гранул титана в установленный под люком накопитель.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что корпус смонтирован с наклоном его продольной оси симметрии к уровню горизонта, при этом его передний конец приподнят, задний опущен, а угол наклона составляет 10-20°.

6. Устройство по любому из пп. 4 или 5, отличающееся тем, что на корпусе закреплены проходящие сквозь его стенки полые патрубки, установленные с его переднего и заднего концов и снабженные редукционными клапанами, причем полость последних напрямую сообщена с внутренним объемом корпуса.