способ восстановления металлов из оксидов

Формула изобретения

Способ восстановления металлов из оксидов, включающий приготовление гомогенной смеси ультрадисперсного порошка оксида металла и тонкодисперсного угольного порошка, подачу приготовленной смеси под давлением в высокотемпературную зону, формируемую струей плазмотрона, сопло которого встроено под углом в канал, примыкающий к шахте, последующее разложение оксида металла с образованием расплава оксида металла и углекислого газа, который подают в верхнюю часть упомянутой шахты и выводят из нее через фурмы для выпуска газа, а готовый продукт в виде восстановленного металла выводят через летки в нижней части шахты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологиям восстановления металлов из неорганических оксидов.

Для восстановления необходимо разрушить энергии внутримолекулярных связей. Количественно такие связи хорошо изучены и являются справочными величинами [1]. На практике наиболее распространенной технологией восстановления является углеродная, когда выделяемая при окислении углерода энергия (395 кДж/моль) разрушает внутримолекулярные связи в молекулярных частицах, находящихся в зоне «горения» углерода. В частности, для разрушения внутримолекулярных связей в магнетите (FeO·Fe₂O₃) требуется затратить энергию в количестве 1117 кДж/моль.

Для улучшения производственных характеристик применяется футеровка реакционной части доменных печей углеродистым материалом [2], комбинированное дутье с топливными добавками [3], подача через дополнительные фурмы кислорода и природного газа [4], газогенератор, соединенный каналом с шахтой в нижней ее части [5], электропечь с использованием полых и сплошных углеродных электродов [6], плазмотрон с электродами, выполненными в виде соосно расположенных с зазором между ними графитовых труб [7], расплавление оксидов железа окислительной плазменной струей смеси кислорода с природным газом. Дополнительно, за срезом сопла плазмотрона подают природный газ, при конверсии которого образуются водород и пироуглерод [8].

Наиболее близким аналогом является технология плазмохимического восстановления металлов, описанная в работе [9]. Установка включает загрузочный бункер с оксидом металла, зону высокотемпературного разложения сырья струей плазмотрона (реактор), осадительные камеры и фильтры, снабженные устройством встряхивания для выгрузки восстановленного металлического порошка. Недостатком данной технологии является высокая энергоемкость процесса, требующего постоянной работы плазмотрона, а плазмообразующая струя должна быть восстановительной, например водородной.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат при восстановлении металлов из оксидов.

Техническим результатом изобретения является возможность восстановления металлов из оксидов с использованием дешевого окислителя - тонкодисперсного угольного порошка, смешанного в необходимом стехиометрическом соотношении с тонкодисперсным порошком оксида металла.

Технический результат достигается тем, что шихта готовится в виде гомогенной смеси ультрадисперсных порошков оксида металла с углеродом и подается в высокотемпературную зону расплава (разложения) оксида. Освобождаемый из оксидов кислород связывается с углеродом, и образующийся углекислый газ выводится затем из процесса через фильтр. «Зажигает» процесс плазмотрон, оксид металла разлагается и освобождаемый кислород окисляет углерод (тонкодисперсный угольный порошок) и в дальнейшем необходимая температура поддерживается выделяемым теплом (4900 кДж/кг).

Сущность изобретения поясняется рисунком, на котором 1 - емкость, в которой содержится гомогенная смесь ультрадисперсных порошков оксида и углерода в необходимом для данного оксида стехиометрическом соотношении, 2 - плазмотрон, инициирующий высокотемпературную зону в канале 3. За этим каналом расположена емкость 4 с фильтром 5 и форсункой 6. Порошок металла выводится через канал 7.

Технология реализуется следующим образом.

Под действием разрежения, создаваемого форсункой 6, смесь

тонкодисперсных порошков оксида металла и угля поступает в канал 3, плазмотрон 2 «зажигает» оксид и в дальнейшем температура в канале поддерживается окислением углерода. Углекислый газ через фильтр 5 выводится из процесса, а металлический порошок накапливается в бункере 4 и выводится через канал 7.

Источники информации

1. Константы неорганических веществ: справочник / Р.А.Лидин, Л.Л.Андреева, В.А.Молочко. - М.: Дрофа, 2008 г.

2. RU № 2133291, опубл. 20.07.1999.

3. RU № 2086657, опубл. 10.08.1997.

4. US № 5100313, опубл. 31.03.1992.

5. RU № 2095710, опубл. 10.11.1997.

6. RU № 2121518, опубл. 10.11.1998.

7. RU № 1387423, опубл. 10.03.1997.

8. RU № 2371490, опубл. 27.10.2009.

9. RU № 2238824, опубл. 27.10.2004 (Прототип).