Школа по плазмохимии для молодых ученых России и стран СНГ

[ О Школе|Лекции|Секция 1|Секция 2|Секция 3|Секция 4|Секция 5|Cодержание |

ПЛАЗМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЖИДКОЙ ФАЗЕ

Яковлев Е.А., Альжанов М.К., Максимов Е.В.

Padolko@pmicro.kz

Химико-металлургический институт Национального центра по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан

Использование плазменно-дуговых печей с жидкой ванной расплава имеет то неоспоримое преимущество перед струйными реакторами, что позволяет выдерживать вещество в зоне высоких температур в течение длительного времени. Однако плаэменный метод вскрытия и подготовки минерального сырья является энергоемким, поэтому он используется только в случаях его несомненного преимущества по сравнению с традиционными способами подготовки, например:

1. Плазменные процессы, в которых при производстве основного продукта попутно выделяется полуфабрикат сопутствующего продукта, обладающего высокой стоимостью.
2. Плазменные процессы, которые заменяют процессы выщелачивания, обработку кислотами и т.д., являющиеся многостадийными и экологически вредными.

В качестве первого примера рассмотрена технология выплавки стали в плазменнодуговой печи из атасуйской руды, содержащей германий в качестве сопутствующего элемента, который необходимо выделить из руды и сконцентрировать для дальнейшей переработки. При восстановительном обжиге сырья, содержащего германий в окисленной форме, последний возгоняется в результате образования летучего низшего оксида за счет частичного восстановления GeO₂. Возгонка германия осуществлялась на первом этапе выплавки стали в плазменно-дуговой печи мощностью 10 кВт^*. В качестве шихтовых для испытаний использовалась атасуйская руда фракции 1-3 мм Карагандинского металлургического комбината. Исходное содержание германия составило 20г/т руды. Для получения восстановительного газа использовались реакции неполного окисления пропан-бутана в воздухе (табл.1).

Таблица 1

Характеристика восстановительного газа в плазменно-дуговой печи

Плазмотрон зажигали на воздухе, затем в воздух подавалась пропан-бутановая смесь и происходила ее конверсия. После прогрева печи проводили загрузку печи атасуйской руды примерно равными порциями по 73 г на 5-й, 8-й, 12-й и 20-й минутах.

* Описание плазменно-дуговой печи приведено в докладе: Яковлев Е.А. Лабораторная плазменная установка для проведения процессов в жидкой фазе.

Общее время плавки 28 минут. Ход плавки ровный, без особенностей ( отсутствие локальных выбросов, резких изменений температур и т.п.). На 23-й минуте был изменен состав газа в сторону увеличения отношения СО/СО2 с 0.96 до 1.8 (пп.2 табл.1). В результате плавки в печи был получен застывший расплав, в котором железо восстановилось до FeO. Для того, чтобы после возгонки германия получить сталь, плавка продолжалась при составе газа, приведенном в пп.3 табл.1.

Возгоны, осевшие на фильтре содержали германий в количестве 1000 г/т, что при обычной пирометаллургической технологии достигается лишь при двукратной перегонке. Химический анализ показал, что степень возгонки германия из атасуйской руды составила более 80 %. При выплавке стали с одновременным улавливанием германия стоимость полученной продукции увеличивается на 33% при тех же расходах электроэнергии и газа.

В качестве второго примера рассмотрена технология плазменного вскрытия вольфрамитового концентрата с получением вольфрамового ангидрида как альтернатива современному термо-гидрометаллургическому методу. В плазменнодуговой печи в воздушной атмосфере вольфрамит (Fe,Mn)WO₄ разлагался на окислы железа, марганца и вольфрама. Последний возгонялся при высокой температуре и, охлаждаясь в холодильнике, оседал на фильтре. Эксперименты по разложению вольфрамитового концентрата проводились аналогично возгонке германия. В результате плавления и последующего затвердевания концентрата содержащийся в нем природный вольфрамит (Fe,Mn)WO₄ трансформировался в “искусственный” вольфрамит (Fe,Mn)(WO₄)₂.

Электронно-микроскопическим методом были определены размеры частиц возгонов: размер частиц на фильтре составлял 0,06-0,18 мкм, на стенках циклона - 0,8-1,7 мкм. Содержание WO₃ определялось методом аммиачного выщелачивания в 25% растворе аммиака при 70 ^оС и представлено в табл.2.

Таблица 2

Распределение WO₃ в продуктах плавки

Таким образом степень разложения вольфрамита за относительно короткий период плавки и при наличии больших тепловых потерь составила 20%, что является удовлетворительным показателем.

При сравнении с возгонкой германия следует обратить внимание (табл 3) на благоприятные условия для возгонки германия в плазменнодуговой печи и неблагоприятные для возгонки вольфрамита. Температура перегрева расплава (Тпер) выше температуры его плавления (Тпл) на 700-1000 К. Поэтому для атасуйской руды температура перегрева будет выше температуры эффективной возгонки (Твозг), а для вольфрамитового концентрата - ниже.

Таблица 3

[ О Школе|Лекции|Секция 1|Секция 2|Секция 3|Секция 4|Секция 5|Cодержание |