CZ293790B6 - Způsob úpravy metalotermické strusky - Google Patents

Abstract

Úprava metalotermické strusky (4), zejména aluminotermické, silikotermické, nebo jejich kombinace, při redukci těžkých neželezných kovů, zejména V, Ni, Nb, Cr, Mo, Ta, Ti, W, působením tavidel (5), která se přidávají na povrch připravené metalotermické vsázky (2) před vlastní metalotermickou reakcí odpálením a/nebo po ukončení této reakce na povrch vzniklé strusky (4), přičemž vzniká vrstva (6) zreagovaného tavidla a strusky. Vzniklá vrstva (6) obsahuje nízkotavitelná eutektika tavidla (5) a strusky. Tavidla (5) se mohou přidávat na povrch vzniklé strusky (4) po metalotermické reakci od ukončení této reakce až do 20 minut po jejím ukončení, s výhodou 5 až 10 minut po ukončení této reakce. Tavidla (5) se přidávají v množství do 40 % hmotn., s výhodou 20 až 30 % hmotn. na celkovou hmotnost metalotermické vsázky. Tavidla (5) mají velikost částic od prachové formy do maximální velikosti 100 mm, s výhodou 10 až 30 mm. Tavidlo (5) se výhodně dávkuje na povrch metalotermické vsázky (2) a/nebo na povrch vzniklé strusky (4) jednorázově.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu úpravy metalotermické strusky, zejména aluminotermické, silikotermické, nebo jejich kombinace, při redukci těžkých neželezných kovů, zejména V, Ni, Nb, Cr, Mo, Ta, Ti, W, působením tavidel.

Dosavadní stav techniky

Výroba těžkých neželezných kovů, jako je V, Ni, W, B, Mo, Cr, Nb, Ta, Ti z jejich oxidů, kromě klasické redukce v obloukových pecích pomocí uhlíkových redukovadel, je někdy možná pouze za pomoci metalotermických reakcí s Al, Si, Ca, Mg, Ti nebo jejich kombinací.

Pro výrobu neželezných slitin těchto kovů se používají v zásadě dvě technologie, resp. jejich kombinace. První je technologie pomocí redukovadel kupř. Si, Al nebo jejich slitin, takže se jedná o silikotermický nebo aluminotermický proces. Druhou technologií je kombinace silikotermického a aluminotermického pochodu. Dalšími užívanými technologiemi jsou oba shora uvedené procesy za přispění reakce doredukování oxidů neželezných těžkých kovů pomocí elektrického oblouku.

Německý patent DE 3215369 uvádí technologii dávkování kazivce do metalotermické strusky, při níž je do strusky po metalotermické redukci dávkován kazivec. Funkce kazivce je zde dvojí. Kazivec jednak slouží jako ředidlo, ale na druhé straně je přidáván, aby byla umožněna doredukce strusky pomocí přívodu elektrického proudu. Ohřev strusky pak probíhá prostřednictvím zvýšení vodivosti strusky vlivem přidaného kazivce. Jedná se o poměrně finančně nákladnou technologii.

Americký patent US 5 865 872, z roku 1999, řeší problematiku vhodného chemického složení metalotermických strusek. V tomto i předchozím případě se však jedná o zařízení s dodatečným přívodem tepla, které teprve umožní rozpuštění přidávaných ztekucovadel ve strusce.

Do redukčních reakcí těžkých neželezných kovů podle předchozích způsobů se ještě mohou pro regulaci tepelného zabarvení přidávat oxidy železa, železo samé, nebo oxidy Mg, Si nebo jejich kombinace. Přitom vznikají strusky různého chemického složení, a to podle druhu použitých redukovadel.

Přechod k vyšší výtěžnosti redukovaného neželezného kovu je možný jen při snížení obsahu ve strusce. Vzhledem ke zvyšujícím se cenám surovin, hlavně redukovadel, a tlakem na ekologické využívání vznikajících odpadních strusek, vzniká požadavek úpravy technologie se záměrem kvantitativního zvýšení výtěžnosti neželezného kovu, současně s tvorbou vhodné strusky pro další zpracování.

Dosavadní nevýhodou používaných procesů je, že při metalotermickém, zejména aluminotermickém procesu, vznikají strusky, u nichž je výsledným produktem redukční reakce mezi kovem-hliníkem a oxidem redukovaného kovu vznik vysokoteplotních aluminátových sloučenin takových vlastností, které přechází do tuhého stavu dříve než vyredukovaný kov nebo jeho slitina.

V článku „Mineralogické vlastnosti a možnosti využití aluminoteimických strusek z výroby niklu a vanadu“ v časopise Rudy 2, 38, z roku 1980, autorů Kňap, Blůml, Král, str. 45-48, jsou uvedeny poznatky, které minerály vznikají při aluminotermických reakcích a ve kterých jsou vázány prvky zúčastňující se reakcí. Pomocí elektronové lokální mikroanalýzy (LMA) byly

-1 CZ 293790 B6 zjištěny ve struskách spinely čistého A1₂O₃ a dále spinely typu MeO.Al₂O₃, kde Me představuje redukovaný kov, nebo zejména alkalické prvky, jako jsou Mg a Ca. A dále jsou zastoupeny v menším obsahu fáze s obsahem Si, Fe apod. Jednotlivé fáze pak představují skupinu sloučenin, které jsou zodpovědné za ztráty získávaných prvků ve struskách. Jak je dále objasněno, je otázka znalostí složení strusky a termodynamických podmínek při aluminotermické výrobě hlavním faktorem rozdělení redukovaného oxidu kovu mezi strusku a kov.

Dále je známo, že aluminotermické strusky se oproti ostatním již známým struskám, které vznikají při výrobě surového železa, oceli nebo neželezných kovů, odlišují. Zatímco při uvedených výrobách plní struska komplexní požadavky, musí fungovat jako zdroj tepla, jako médium pro jeho přenos, nosič kovu a prostředek k jeho rafinaci, je aluminotermická struska výsledkem jednostupňového redukčního pochodu. Dodávání přísad pro zvýšení výtěžku kovu úpravou chemického složení strusky je omezeno jednak hodnotou exotermického tepelného efektu redukční reakce, spotřebou tepla na roztavení přísad, jednak zvyšováním ztrát do strusky následkem zvýšení jejího objemu. Snahou o řešení komplexu uvedených nedostatků bude upravit chemické složení strusky tak, aby se potlačil vznik fází spojených se ztrátou získávaného kovu, snížit teplotu tání strusky tak, aby se umožnilo co nejdelší oddělování kapiček vyredukovaného kovu ze strusky a jejich koagulace a současně aby vznikla struska vhodná pro další zpracování.

V současné době se aluminotermické zpracování oxidů kovů vede tak, že se směs všech látek redukovaných, redukčních a struskotvomých smíchá, nasype se do tavících prostor a zapálí se elektrickým palníkem nebo jiným vhodným zápalným prostředkem, např. vysokotermickou zápalnou třešní, představující zápalnou směs látek. Metalotermická reakce probíhá intenzivním hořením po dobu několika minut. Tato doba je odvislá od řady parametrů, jako jsou objem vsázky, druh a čistota redukční směsi, přítomnost ředidel-tavidel apod., obvykle reakce proběhne do 15 minut.

Následující termodynamický rozbor nám dá představu, jak postupovat při tvorbě vhodných strusek.

Jednou z podmínek, které musíme respektovat, je mít dostatečný tepelný obsah taveniny. Ten je pro redukci hliníkem obecně popsán rovnicí závislosti teploty T_m na tepelném obsahu reakce (Q) při vyloučení tepelných ztrát vyjádřené vztahem (1)

Q - Q Me - Q str + Cp Me Tt Me - Cp Str-Tt Str

T_m= ---------------------------------- (°C) (1)

Cp Me +¾ Str kde T_m je teplota taveniny všech produktů reakce (°C)

Q je tepelný obsah reakce (J/g atom)

Q'Me, Qstr jsou tepelné obsahy roztaveného kovu a strusky při teplotě jejich tání (J/g atom) CpMe, Cpstr jsou molámí tepelné kapacity roztaveného kovu a strusky (J/g atom°C) T_!Me, T_tstr jsou teploty tání kovu a strusky (°C).

Redukce proběhne v ideálních podmínkách téměř kvantitativně. Předpokládejme, že produktem redukce je čistý kov a jedinou struskovou fází je oxid hlinitý, za podmínek vakance kovu ve struskové fázi. Předpokládejme, že se jedná o homogenní soustavu a exploatované veličiny jsou ve standardním stavu, můžeme vztáhnout tepelný obsah (Q) k jednomu gramatomu taveniny.

Proto abychom se co nejvíce přiblížili termodynamickému vztahu a reálným podmínkám, je snahou, aby teplota tavení kovu TtMe byla co nejbližší teplotě T_tstr tavení strusky a pak platí

Q*Me + Qstr

Qmin =--------------- (2) n

-2CZ 293790 B6 kde n je množství vznikajících gramatomů v tavenině,

Qmin je měrný tepelný obsah potřebný pro vznik strusky (J).

Z toho vyplývá, aby nedocházelo ke ztrátám kovu ve strusce, je nutno přidat látky tvořící s oxidem hlinitým nízko tavitelné eutektikum.

Termodynamickým rozborem výše uvedených rovnic (1, 2) je zřejmé, že pokud nechceme snížit tepelnou bilanci procesu, a pokud nechceme tím snížit výtěžnost kovu a pokud se chceme co nejvíce přiblížit alespoň stavu popisovaného rovnicí (2), bude nutno snížit bod, respektive interval tání strusky.

Toho se dá docílit několika způsoby. Přidáním kazivce, páleného vápna, oxidu hořečnatého, oxidů železa, křemenného písku, ferosilicia obecně tavidel a podobně, do vsázky před jejím odpalem. To však vede k nežádoucímu nárůstu objemu strusky a tím i ke ztrátám redukovaného prvku obsaženého ve strusce a současně i k nežádoucí spotřebě tepla na roztavení těchto přidávaných složek.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí u způsobu úpravy metalotermické strusky, při redukci těžkých neželezných kovů působením tavidel podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tavidla se přidávají mimo metalotermickou vsázku, před metalotermickou reakcí tj. před odpalem nebo po metalotermické reakci tj. po odpalu. Tavidla se přidávají na povrch připravené metalotermické vsázky před vlastní metalotermickou reakcí odpálením a/nebo po ukončení této metalotermické reakce na povrch vzniklé strusky, přičemž během metalotermické reakce vzniká na povrchu slitiny kovu struska.

Když se tavidla přidávají na povrch připravené metalotermické vsázky před vlastní metalotermickou reakcí odpálením, tak během metalotermické reakce vzniká na povrchu slitiny kovu struska a na jejím povrchu vzniká vrstva zreagovaného tavidla a strusky, obsahující nízkotavitelná eutektika tavidla a strusky.

Když se tavidla přidávají na povrch vzniklé strusky po ukončení metalotermické reakce, potom nejprve během metalotermické reakce vzniká slitina kovu a na jejím povrchu struska, po ukončení metalotermické reakce a přidání tavidel vzniká vrstva zreagovaného tavidla a strusky, obsahující nízkotavitelná eutektika tavidla a strusky. Na povrchu této vrstvy se nachází zbytky nezreagovaného tavidla.

Tavidla se přidávají po metalotermické reakci v časovém rozmezí od bezprostředního ukončení této reakce až do 20 minut. V nej výhodnějším provedení se tavidla přidávají na povrch vzniklé strusky po metalotermické reakci, a to po v časovém rozmezí 5 až 10 minut po ukončení této reakce. Při metalotermické redukci vzniká struska, která reaguje s tavidlem. Vznikající struska obsahuje nízkotavitelná eutektika tavidla a oxidu redukčního kovu.

Hlavní výhodou tohoto vynálezu je snížení teploty tání metalotermické strusky, aniž by došlo ke ztrátám redukovaného kovu, naopak spíše na základě zkoušek dochází k menšímu zlepšení výtěžnosti redukovaného kovu. Přitom v jedné technologické operaci vznikne metalotermická struska s vhodným složením pro následné ekologické zpracování, zejména jako syntetická odsiřovací struska při výrobě železa a oceli s přítomnými nízkotavitelnými minerály a tím nízkou teplotou tání při jejím využití. Předností tohoto vynálezu je elegantní řešení, kdy v jedné operaci při metalotermické výrobě těžkých neželezných kovů se navíc získá další produkt, a to struska pro ocelárenský průmysl. Způsob úpravy strusky podle tohoto vynálezu umožňuje i využití

-3CZ 293790 B6 částečného přebytku tepla metalotennické reakce k roztavení, natavení a zreagování složek tavidla se struskou vzniklou metalotermickou reakcí. Tím, že na povrchu strusky vznikne vrstva /reagovaného tavidla a strusky, která obsahuje nízkotavitelná eutektika tavidla a strusky, se zlepší rozpouštění aluminátových nebo silikátových sloučenin v ocelárenských struskách. Též se sníží energetické nároky na ohřev strusek a zrychlí se ocelárenský pochod.

Když se tavidla přidají na povrch strusky po odpalu, a zůstane část tavidel nezreagována. Zbytek nezreagovaného tavidla není na závadu, neboť se tavidlo stejně musí přidávat při pozdějších běžných technologických ocelárenských operacích.

Podle tohoto vynálezu se tavidla nepřidávají do metalotennické vsázky, ale na povrch k odpálení připravené vsázky, což snižuje ztráty redukovaného kovu ve strusce, jak je dosud obvyklé, když se tavidla přidávají do vsázky. Tavidla, která se přidávají na povrch metalotennické vsázky, pouze proreagují žádoucím způsobem se vznikající struskou a v konečném důsledku brání odvodu tepla ze zreagované vsázky. Rozdíl ve stupni zreagování tavidel s povrchem metalotermické vsázky před a po odpalu - metalotennické reakce, je závislý na velikosti vsázky. Dávkování před odpalem se využívá u vsázek menších, okolo 1000 kg vsázky. Dávkování tavidel po odpalu se využívá u vsázek větších. U malých vsázek jsou tepelné ztráty natolik významné, že je vhodnější dávkování tavidel na povrch vsázky před odpalem. U větších vsázek, kdy je tepelný přebytek metalotennické reakce dostatečně vysoký, je vhodné dávkovat tavidla bezprostředně po reakci nebo v definovaném časovém rozmezí po této reakci. Čím větší je reakční vsázka, tím později je možné dávkovat tavidla.

Tavidla se mohou přidávat v množství do 40 % hmotn., vztaženo na celkovou, hmotnost metalotennické vsázky. Optimální je, když se tavidla přidávají v množství 20 až 30 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost metalotennické vsázky. Pokud by se tavidel přidalo více než 40 % hmotn. vztaženo na celkovou hmotnost metalotennické vsázky, nedošlo by k úplnému a ani částečnému proreagování tavidla s povrchem vznikající strusky vzhledem k jeho velkému množství. Výpočty i zkoušky potvrdily, že optimální množství přídavku tavidel se pohybuje od 10 do 30 % hmotn. na vsázku, což zaručuje technologicky optimální proreagování tavidla s povrchem strusky v optimálním časovém limitu do 20 minut.

Přidávaná tavidla mají velikost částic od prachové formy do maximální velikosti 100 mm, s výhodou mají zrnitost v rozmezí 10 až 30 mm. Definovaná velikost částic zajišťuje, že tavidla během prudké reakce nebo těsně po ní, nejsou stržena z povrchu vsázky do odtahu. Prachová forma tavidel může být v někteiých případech pro určitá tavidla vhodná, zejména když je potřeba, aby tavidla lépe proreagovala se vznikající struskou. Jedná se zejména o tavidla s vyšší měrnou hmotností, jako jsou kazivec a kryolit. U některých typů tavidel, jako např. u páleného vápna, se mohou použít i větší kusy. Optimální velikost částice představují zrna o velikosti 10 až 30 mm, která jsou vhodná u tavidel s menší měrnou hmotností, jako pálené vápno.

Nejlepších výsledků se dosahuje, když metalotermickou vsázkou je aluminotermická vsázka a/nebo silikotermická vsázka, a přidávané tavidlo je alespoň jedno tavidlo ze skupiny tavidel, zahrnujících kazivec, pálené vápno, kryolit, oxidy železa, křemenný písek, oxid hořečnatý, dolomitické vápno, fluorid hlinitý nebo jejich kombinace. Silikotermickou vsázkou se dosahuje vysoké výtěžnosti redukovaného kovu, avšak tato vsázka je méně používaná, protože použité redukovadlo - křemík je poměrně nákladné. Strusky ze silikotermické redukce jsou hůře využitelné pro vysoký obsah SÍO2. Aluminotermická technologie je ve srovnání se silikotermickou technologií jednodušší a je většinou dostupnější z hlediska redukovadla hliníkové krupice. Z aluminotermické vsázky se získá struska s obsahem minimálně 70 % hmotn. oxidu hlinitého, která je velmi dobře využitelná v druhotném zpracování, např. při výrobě cementu, a případně syntetických strusek pro metalurgii železa a oceli.

Přidání tavidel na povrch metalotennické vsázky a/nebo nově vzniklé strusky podle tohoto vynálezu je řešeno jednorázovým dávkováním, zejména páleného vápna či kazivce nebo kryolitu,

-4CZ 293790 B6 na ještě ne úplně ztuhlou, plastickou hladinu vznikající strusky. Tím, že ke kontaktu tavidel a strusky dochází ještě v plastickém stavu, dojde k částečné reakci mezi povrchem metalotermicky vzniklé strusky a tavidlem, a tím i snížení teploty tání povrchových vrstev strusky. To příznivě přispívá i k prodloužení doby, po kterou má možnost koagulovat vyredukovaný kov a klesat ke dnu, kde se shromažďuje, aniž by docházelo k jeho nežádoucím reverzibilním reakcím a ztrátám žádoucího prvku do strusky. Způsob úpravy strusky podle tohoto alternativního řešení z - důvodu limitujícího množství reakcí uvolněného tepla umožňuje, že část přidávaného tavidla se stačí rozpustit ve strusce a část může být nezreagována a zachována na povrchu.

Může se využít jednoho druhu tavidla, nebo jejich směsí. Podle následného způsobu využití strusek se volí i druh tavidla. Např. pro využití aluminotermických strusek ve výrobě oceli a železa jsou vhodná jako tavidla pálené vápno či kazivec či kryolit, případně v různých poměrech, pro účinné chemické reakce.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je podrobně popsán dále na příkladných provedeních, schematicky znázorněných na připojených výkresech, z nich představuje obr. 1 stávající stav techniky, obr. 2 dávkování tavidel na odpal připravenou vsázku, obr. 3 dávkování tavidel po odpalu na vzniklou strusku.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1 (Obr. 1)

Stávající stav techniky:

Obr. 1 znázorňuje stav techniky.

V horní části obr. la) je znázorněn svislý řez odpalovací pánví 1 s metalotermickou vsázkou 2 připravenou k odpalu. V dolní části obr. Ib) je znázorněn svislý řez odpalovací pánví 1, v jejíž dolní části se nalézá vyredukovaný kov, resp. slitina 3, nad ní se nalézá vytvořená metalotermická struska 4.

Obr. la) tedy schematicky znázorňuje stávající stav techniky před odpalem a obr. Ib) stav techniky po odpalu.

Metalotermická vsázka 2 sestává z cca 1860 kg V₂O₅, 960 kg Al redukovadla, 150 až 170 kg železa nebo z cca 1860 kg V₂Os, 150 až 170 kg železa, 690 kg Si redukovadla.

Základní rovnice probíhající při redukci kovu jsou ukázány na příkladné redukci V₂Os a kovovým Si a Al.

Přidávané Fe při reakci vždy tvoří s vyredukovaným V slitinu 3 FeV.

Struska 4 je tvořena oxidem příslušného redukovadla, tj. SiO₂, A1₂O₃ a zbytky nevyredukovaného oxidu příslušného kovu, tedy V.

2/5 V₂O₅ + Si = 4/5 V + SiO₂ (1700 °C je teplota tání SiO₂)

-5CZ 293790 B6

2/5 V₂O₅ + 4/3 Al = 4/5 V + 2/3 A1₂O₃ (2050 °C je teplota tání A1₂O₃).

Levá strana rovnice představuje vždy vstupní materiály ve vsázce 2, pravá strana rovnice představuje zjednodušeně vznikající produkty reakce.

Nejnižší teplota T_ďev tání slitiny FeV je 1680 °C, což ukazuje že teploty tání strusek jsou vyšší než je teplota tání vlastní slitiny.

Příklad 2 (Obr. 2)

Silikotermická vsázka 2 a dávkování tavidla 5 těsně před odpalem:

Obr. 2 znázorňuje úpravu vsázky podle tohoto vynálezu v konkrétním příkladném provedení. V horní části obr. 2a) je znázorněn svislý řez odpalovací pánví 1 s metalotermickou vsázkou 2 připravenou k odpalu, překrytou dávkou tavidla 5, připraveného k reakci. V dolní části obr. 2b) je znázorněn svislý řez odpalovací pánví 1, v jejíž dolní části se nalézá vyredukovaný kov, resp. slitina 3, nad ní se nalézá vytvořená metalotermická struska 4 a vrstva 6 zreagovaného tavidla se struskou podle níže uvedených rovnic.

Obr. 2a) tedy schematicky znázorňuje úpravu strusky metalotermické vsázky podle tohoto vynálezu před odpalem a obr. 2b) po odpalu.

Vsázka 2 se skládá z cca 1860 kg V₂O_s,150 až 170 kg Fe, 690 kg Si redukovadla. Ke vsázce se přidává jako tavidlo 5 pálené vápno v množství 490 kg, tedy v množství cca 18% hmotn. z celkové hmotnosti vsázky 2 .Tavidlo 5 se přidává v tomto případě před odpalem.

Základní rovnice probíhající při redukci kovu jsou ukázány na příkladné redukci V₂O₅ a kovovým Si:

2/5 V₂O₅ + Si = 4/5 V + SiO₂ (1700 °C)

2/5 V₂O₅ + Si + CaO = 4/5 V + CaO.SiO₂ (1540 °C)

2/5 V₂O₅ + Si + 2CaO = 4/5 V + 2CaO. SiO₂ (2130 °C)

2/5 V₂O₅ + Si + 3/2 CaO = 4/5 V + 1/2 3CaO.2SiO₂ (1475 °C)

2/5 V₂O₅ + Si + 3CaO = 4/5 V + 3CaO. SiO₂ (1900 °C)

Přidávané Fe při reakci vždy tvoří s vyredukovaným V slitinu 3 FeV.

Struska 4 je tvořena oxidem příslušného redukovadla, tj. SiO₂ a zbytky nevyredukovaného oxidu příslušného kovu, tedy V.

Vrstva 6 tavidla a strusky je tvořena kombinací SiO₂, CaO.SiO₂, 2CaO.SiO₂, 3CaO.2SiO₂, 3CaO.SiO₂, a rovněž zbytkem nevyredukovaného oxidu V.

Ve výše uvedených rovnicích jsou v závorkách uvedeny teploty tání vznikajících produktů reakce, které jsou vždy nižší než teploty tání čistých složek, jak je uvedeno dále:

T.Aips · 2050 °C, T_tCeO : 2570 °C, T_tF._v :1680°C.

Teploty tání reakcí vzniklých produktů, jak je zřejmé, jsou nižší než u čistých sloučenin a v mnohém se blíží nebo jsou dokonce nižší než teplota tání FeV, nebo jiných slitin a kovů.

-6CZ 293790 B6

Podle shora uvedených redukčních reakcí lze nahradit V2O5 jiným oxidem, zejména NiO, Nb₂O₃, MoO3, TiO₂, Ta₂O₅, WO₃.

Příklad 3 (Obr. 2)

Aluminotermická vsázka 2 s přídavkem páleného vápna před odpalem:

Příkladné provedení je znázorněno na obr. 2. Metalotermickou reakci zde představuje reakce mezi hliníkem a příslušným oxidem kovu.

Vsázka 2 se skládá z cca 1860 kg V₂O₅, 960 kg Al redukovadla, 150 až 170 kg železa, páleného vápna 590 kg před odpalem. Tavidlo 5 tj. pálené vápno se tedy přidává ke vsázce v množství cca 20 %, vztaženo na celkovou hmotnost vsázky 2.

Základní rovnice probíhající při redukci kovu jsou ukázány na příkladné redukci V₂O₅ a kovovým Al:

2/5 V₂O₅ + 4/3 Al = 4/3 V + 2/3 A1₂O₃

2/5 V₂O₅ + 4/3 Al + 2/3 CaO = 4/5 V + 2/3 Al₂O₃.CaO (1600 °C)

2/5 V₂O₅ + 4/3 Al + 2CaO = 4/5 V + 2/3 Al₂O₃.3CaO (1535 °C)

2/5 V₂O₅ + 4/3 Al + 10/9 CaO = 4/5 V + 2/9 3Al₂O₃.5CaO (1455 °C)

2/5 V₂O₅ + 4/3 Al + 2/5 CaO = 4/5 V + 2/15 5Al₂O₃.3CaO (1720 °C)

Přidávané Fe vytvoří s vyredukovaným V slitinu 3 FeV.

Struska 4 je tvořena oxidem příslušného redukovadla, tj. A1₂O₃ a zbytky nevyredukovaného oxidu příslušného kovu, tedy V.

Vrstva 6 tavidla a strusky je tvořena kombinací A1₂O₃, Al₂O₃.CaO, Ai₂O₃.3CaO, 3Al₂O₃.5CaO, 5Al₂O₃.3CaO, a rovněž zbytkem nevyredukovaného oxidu V.

Ve výše uvedených rovnicích jsou v závorkách uvedeny teploty tání vznikajících produktů reakce, které jsou vždy nižší než teploty tání čistých složek, jak je uvedeno dále:

T, ai_A : 2050 °C, T_tc^ : 2570 °C, T_tFeV :1680°C.

Teploty tání reakcí vzniklých produktů jsou nižší než u čistých sloučenin aluminotermické reakce a přidávaného tavidla nebo jsou dokonce nižší než teplota tání FeV, nebo jiných slitin a kovů. Tato úprava strusek podle tohoto příkladného provedení vynálezu umožní delší dobu vycezování vyredukovaného kovu ze strusky. Tím se zvýší výtěžnost kovu.

Příklad 4 (Obr. 3)

Aluminotermická vsázka 2 a tavidlo 5, dávkovaná po odpalu:

Obr. 3 znázorňuje úpravu vsázky podle tohoto vynálezu v konkrétním příkladném provedení. V horní části obr. 3a) je znázorněn svislý řez odpalovací pánví £ s metalotermickou vsázkou 2 připravenou k odpalu. V dolní části obr. 3b) je znázorněn svislý řez odpalovací pánví £, na jejímž dně je vyredukovaný kov, resp. kovová slitina 3, nad níž leží metalotermická struska 4. Nad metalotermickou struskou 4 je vrstva 6 zreagovaného tavidla se struskou podle níže uvedených

-7CZ 293790 B6 rovnic. Nad vrstvou 6 zreagovaného tavidla se struskou se nachází zbývající nezreagované tavidlo 5.

Vsázka 2 se skládá z cca 1860 kg V2O5, 960 kg Al redukovadla, 150 až 170 kg železa, páleného vápna 550 kg. Pálené vápno jakožto tavidlo 5 bylo použito ve velikosti částic od prachové formy do 30 mm. Tavidlo 5 bylo dávkováno jednorázově na povrch vsázky 2 v době 15 minut po odpalu, tj. po zapálení vsázky 2 palníkem nebo zápalnou třešní.

Základní reakce podle rovnic probíhajících při redukci kovu jsou ukázány na příkladné redukci V2O5 a kovovým Al:

2/5 V₂O_S + 4/3 Al = 4/5 V + 2/3 A1₂O₃

2/5 V2O5 + 4/3 Al + 2/3 CaO = 4/5 V + 2/3 Al₂O₃.CaO (1600 °C)

2/5 V₂O₅ + 4/3 Al + 2CaO = 4/3 V + 2/3 Al₂O₃.3CaO (1535 °C)

2/5 V₂O₅ + 4/3 Al + 10/9 CaO = 4/5 V + 2/9 3Al₂O₃.5CaO (1455 °C)

2/5 V2O5 + 4/3 Al + 2/5 CaO = 4/9 V + 2/15 5Al₂O₃.3CaO (1720 °C)

Ve výše uvedených rovnicích jsou v závorkách uvedeny teploty tání vznikajících produktů reakce, které jsou vždy nižší než teploty tání čistých složek, jak je uvedeno dále:

TtAips : 2050 °C, T_tc«o : 2570 °C, T_tF._v :1680°C.

V základních shora uvedených reakcích jsou popsány reakce s vápnem. Obzvláště v tomto případě lze přídavek tavidla 5 vápna lze nahradit přídavkem jiných tavidel, jako např. kazivec, layolit, dolomitické vápno, nebo fluorid hlinitý či jejich kombinace. Tyto přísady zabezpečují lepší ředění strusek a tvorbu ještě níže tavitelných eutektik.

Příklad 5 (Obr. 3)

Aluminotermická vsázka 2 a tavidlo 5, dávkované po odpalu:

Příkladné provedení je znázorněno na obr. 3. Metalotermickou reakci zde představuje reakce mezi hliníkem a příslušným oxidem kovu.

Vsázka 2 se skládá z cca 1860 kg V₂O₅, 960 kg Al redukovadla, 150 až 170 kg železa, páleného vápna 250 kg. Bylo použito pálené vápno o zrnitosti do 50 mm. Do 5 minut po odpalu zápalnou třešní či elektrickým palníkem bylo provedeno přidání tavidel 5 na povrch zreagované vsázky 2.

Základní reakce podle rovnic probíhajících při redukci kovu jsou ukázány na příkladné redukci V₂O₅ a kovovým Al:

2/5 V2O5 + 4/3 Al = 4/5 V + 2/3 A1₂O₃

2/5 V2O5 + 4/3 Al + 2/3 CaO = 4/5 V + 2/3 Al₂O₃.CaO (1600 °C)

2/5 V₂O₅ + 4/3 Al + 2CaO = 4/5 V + 2/3 Al₂O₃.3CaO (1535 °C)

2/5 V₂O₅ + 4/3 Al + 10/9 CaO = 4/5 V + 2/9 3Al₂O₃.5CaO (1455 °C)

2/5 V2O5 + 4/3 Al + 2/5 CaO = 4/5 V + 2/15 5Al₂O₃.3CaO (1720 °C)

Ve výše uvedených rovnicích jsou v závorkách uvedeny teploty tání vznikajících produktů reakce, které jsou vždy nižší než teploty tání čistých složek, jak je uvedeno dále:

T_tA1A ; 2050 «C, T_ICao : 2570 “C, T_tF._v : 1680 ^eC.

-8CZ 293790 B6

Větší granulometrii přidávaných tavidel 5 můžeme v tomto případě použít bezprostředně po reakci, protože se sníží výhoz prachových podílů.

Uvedené příklady provedení nejsou vyčerpávající. Jsou možné jiné kombinace tavidel 5 a redukovadel a redukovaných oxidů kovů v rámci rozsahu myšlenky patentových nároků tohoto vynálezu.

Průmyslová využitelnost

Řešení je vhodné pro metalurgii těžkých neželezných kovů a výrobu železa a oceli.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob úpravy metalotermické strusky, zejména aluminotermické, silikotermické, nebo jejich kombinace, při redukci těžkých neželezných kovů, zejména V, Ni, Nb, Cr, Mo, Ta, Ti, W, působením tavidel, vyznačující se tím, že tavidla (5) se přidávají na povrch připravené metalotermické vsázky (2) před vlastní metalotermickou reakcí odpálením a/nebo po ukončení této metalotermické reakce na povrch vzniklé strusky (4), přičemž během metalotermické reakce vzniká na povrchu slitiny (3) kovu struska (4).
2. 2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že tavidla (5) se přidávají na povrch připravené metalotermické vsázky (2) před vlastní metalotermickou reakcí odpálením, během metalotermické reakce vzniká na povrchu slitiny (3) kovu struska (4) a na jejím povrchu vrstva (6) zreagovaného tavidla a strusky, obsahující nízkotavitelná eutektika, tavidla (5), strusky (4) a oxidy redukovaného kovu.
3. 3. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že tavidla (5) se přidávají na povrch vzniklé strusky (4) po ukončení metalotermické reakce, přičemž nejprve během metalotermické reakce vzniká slitina (3) kovu a na jejím povrchu struska (4), po ukončení metalotermické reakce a přidání tavidel (5) vzniká vrstva (6) zreagovaného tavidla a strusky, vzniklá vrstva (6) obsahuje nízkotavitelná eutektika tavidla (5) a strusky (4), a na povrchu této vrstvy (6) se nachází zbytky nezreagovaného tavidla (5).
4. 4. Způsob úpravy podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vy zn aču j í cí se tí m, že tavidla (5) se přidávají na povrch vzniklé strusky (4) po metalotermické reakci, a to v časovém rozmezí od bezprostředního ukončení této reakce až do 20 minut po jejím ukončení, výhodně v časovém rozmezí 5 až 10 minut po ukončení této reakce.
5. 5. Způsob úpravy podle některého z předcházejících nároků 1 až 4 nebo jejich kombinace, vyznačující se tím, že tavidla (5) se přidávají v množství do 40 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost metalotermické vsázky (4), výhodně v množství 20 až 30 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost metalotermické vsázky (2).
6. 6. Způsob úpravy podle některého z předcházejících nároků 1 až 5 nebo jejich kombinace, vyznačující se tím,že tavidla (5) mají velikost částic od prachové formy do maximální velikosti 100 mm, výhodně v rozmezí 10 až 30 mm.
7. 7. Způsob úpravy podle některého z předcházejících nároků 1 až 6 nebo jejich kombinace, vyznačující se tím, že tavidlo (5) se dávkuje na povrch metalotermické vsázky (2) a/nebo na povrch vzniklé strusky (4) jednorázově.

   -9CZ 293790 B6
8. 8. Způsob úpravy podle některého z předcházejících nároků 1 až 7 nebo jejich kombinace, vyznačující se tím, že metalotermickou vsázkou (2) je aluminotermická vsázka a/nebo silikotermická vsázka, a přidávané tavidlo je alespoň jedno tavidlo ze skupiny tavidel, 5 zahrnujících kazivec, pálené vápno, kryolit, oxidy železa, křemenný písek, oxid hořečnatý, dolomitické vápno, fluorid hlinitý nebo jejich kombinace.