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Anwendungsgebiet der Erfindung
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Molybdän
wird als Nebenprodukt der Kupfermetallurgie mittels selektiver Flotation
in Form der natürlichen Verbindung Molybdänsulfid
erhalten, die als Molybdänit (MoS2)
bezeichnet wird. Für seine Verwendung, hauptsächlich
in der Stahlindustrie, muss es jedoch metallisch oder ein Oxid mit
hoher Reinheit sein.
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Das
Metall wird als eine Ferromolybdänlegierung verwendet und
das Oxid, welches in direkter Form verwendet wird, ist das Molybdäntrioxid.
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Gegenwärtig
wird das Trioxid durch die oxidierende Röstung des Molybdänits
in Etagenöfen erhalten, die ein Produkt mit der gleichen
Art und dem gleichen Gehalt an Verunreinigungen wie in dem zugeführten
Ausgangskonzentrat ergibt.
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Die
Anwendung der Erfindung gestattet es, ein Oxidationsprodukt mit
hoher Reinheit und Gase mit einer SO2-Konzentration
zu erzielen, die für herkömmliche Anlagen zur
Entsorgung und zur Umwandlung in Schwefelsäure geeignet
ist.
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Stand der Technik
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In
der metallurgischen Industrie zur Herstellung von Stahl und Speziallegierungen
werden ungefähr 90% der Weltproduktion von Molybdän
verwendet und in der chemischen Industrie und damit zusammenhängenden
Bereichen 10%.
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Das
Dokument
US 4,523,948 (McHugh
et al.) vom 18. Juni 1985 offenbart eine Methode zur Behandlung
von Molybdänkonzentraten in einem Röstofen in
zwei Zonen in einer vertikalen Anlage mit 12 Stufen oder Etagen
bis zum Erhalten von Molybdäntrioxid in der untersten Etage.
Das resultierende Trioxid enthält die gleiche Art und den
gleichen Gehalt an Verunreinigungen wie das ursprünglich
zugeführte Konzentrat. Die Methode erfordert ein vorangehendes
oder nachfolgendes Reinigungsverfahren zum Beseitigen der übrigen
Elemente. Das erzeugte SO
2 in den Gasen
weist eine sehr geringe Konzentration für eine Umwandlung
in herkömmlichen Anlagen auf.
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Das
Dokument
CL 39762 (Lusarenko
et al.) offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Trioxid mittels
Mikrowellen. Es schlägt eine Scheibe, auf die Mikrowellen
einwirken, zum Herstellen von reinem Trioxid als effizientere Nachrüstung
in den Etagen des Etagenrösters vor. Das Patent existiert,
hat aber eine geringe Bedeutung ohne Anwendungen.
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Die
Erfindung macht sich von dem Etagenröster unabhängig,
trennt Verunreinigungen ab und erzeugt ein Gas mit einer geeigneten
SO2-Konzentration.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Das
Verfahren zur Umwandlung von Molybdänit in Molybdäntrioxid
in der Erfindung beruht auf drei Eigenschaften der Molybdänverbindungen
und das Verfahren kann in drei Stufen unterteilt werden. Die erste
Eigenschaft ist die Halbleitereigenschaft, welche das Molybdänsulfid
entlang einer Achse annimmt, wenn es mit einem elektrischen Feld
hoher Frequenz angeregt wird, die zweite Eigenschaft ist die Sublimation
des Molybdänsulfids und die dritte Eigenschaft ist die
Sublimation des Molybdäntrioxids.
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Die
Stufen des Verfahrens sind:
Erste Stufe: In dieser Stufe der
Sublimation von Molybdänit werden auf der Grundlage der
ersten Eigenschaft variable elektrische und magnetische Felder zum
Erwärmen und Verflüchtigen bei niedriger Temperatur
eingesetzt, wobei von der zweiten Eigenschaft Gebrauch gemacht wird.
Zweite
Stufe: In dieser Stufe der Umwandlung in Molybdäntrioxid
wird das Molybdänsulfid mit einem kontrollierten Strom
von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft in Gegenwart eines
elektrischen Felds hoher Frequenz spontan oxidiert, wobei man sich
auf die dritte Eigenschaft stützt, um das Trioxid gasförmig
und die Verunreinigungen in Form von Feststoffen zu halten.
Dritte
Stufe: In dieser Stufe der Abtrennung des Molybdäntrioxids
wird weiterhin von der dritten Eigenschaft Gebrauch gemacht, aber
durch das Absenken der Temperatur erreicht man die Kondensation
des Molybdäntrioxids als Feststoff in Form von Kristallen.
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In
der ersten Stufe des Verfahrens wird das Molybdänkonzentrat
einem Produkt aus elektrischen und magnetischen Feldern ausgesetzt
mit dem Ziel, seine Temperatur auf kontrollierte Weise bis auf 350°C
zu erhöhen, da bei dieser Temperatur das Molybdänsulfid
in gasförmigem Zustand vorliegt und außerdem,
falls in irgendeiner Charge Arsensulfid vorhanden ist, dieses ebenfalls
in gasförmigem Zustand vorliegt.
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In
der zweiten Stufe werden die gasförmigen Produkte der ersten
Stufe einem elektrischen Feld in Gegenwart von Sauerstoff ausgesetzt,
um die Sulfide zu oxidieren und so Molybdäntrioxid (MoO3), Arsentrioxid (As2O3) und Schwefeldioxid (SO2)
herzustellen. Die Temperatur dieser Stufe sollte in dem Bereich
von 800–850°C gehalten werden.
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Sowohl
die erste als auch die zweite Stufe des Verfahrens wird in dem ersten
Körper 5 des Reaktors in 3 durchgeführt.
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Schließlich
wird in der dritten Stufe das Molybdäntrioxid durch Kondensation
selektiv abgetrennt, wobei die Temperatur der Gase mittels einer Injektion
von frischer Luft leicht abgesenkt wird, womit man erreicht, dass
der Rest der Komponenten im gasförmigen Zustand gehalten
wird. Die dritte Stufe des Verfahrens wird in dem zweiten Körper
(11) des Reaktors in 3 durchgeführt.
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Kurze Beschreibung der Abbildungen
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Die
beigefügten Abbildungen, die zum besseren Verständnis
der Erfindung enthalten sind und in diese Beschreibung aufgenommen
sind und einen Teil dieser darstellen, veranschaulichen eine Ausführungsform
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung.
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1 zeigt
eine grafische Darstellung des elektromagnetischen Spektrums und
eine Definition der in der Methode der vorliegenden Erfindung eingesetzten
Frequenzen und veranschaulicht eine Untersuchung der Mikrowellenbestrahlung
auf verschiedene Arten von Konzentraten.
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2 zeigt
eine grafische Darstellung der Erwärmung durch elektromagnetische
Induktion mit niedriger Frequenz durch das Leiten eines Stroms durch
eine Wickelspule eines Leiters.
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3 zeigt
einen schematischen Aufriss des Reaktors der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine schematische Draufsicht des Reaktors der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der Erfindung
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Bezugnehmend
auf die 1 sieht man in der grafischen
Darstellung des elektromagnetischen Spektrums und der Definition
der in dieser Methode eingesetzten Frequenzen den eingesetzten Frequenzbereich,
der 2000 MHz bis 3000 MHz beträgt, in welchem das Molybdänit
vom Typ "p" oder "n" die größte Leitfähigkeit
entlang einer seiner Achsen aufweist, wobei die größte
Erwärmung und Deformation der Dipole durch die angewandten
variablen elektrischen Felder auftritt.
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Die 2 gibt
eine grafische Darstellung der Erwärmung durch elektromagnetische
Induktion mit niedriger Frequenz mittels eines Stromflusses in einer
Wickelspule eines Leiters wieder. Die induzierten Ströme
in der leitenden Substanz in dem Spulenkern sind letztlich für
die Erwärmung durch den Joule'schen Effekt verantwortlich.
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In
der ersten Zone des Reaktors wird die Erwärmungswirkung
(Dipolrotation) mittels der Anregung durch das variable elektrische
Feld erreicht, welches das Molybdänit (MoS2)
in eine leitfähige Substanz umwandelt, wobei das induzierende
elektromagnetische Feld in unmittelbarer Form dem Dipol ausreichend
Energie übertragen kann, um eine Verdampfung herbeizuführen
und später die Oxidation mit gasförmigem Sauerstoff
einzuleiten.
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Die 3 gibt
eine bevorzugte Ausführungsform wieder, bei der das Verfahren
der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, wobei ein
Reaktor gezeigt ist, der aus zwei sich ergänzenden Körpern
aufgebaut ist.
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Es
ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein geschlossenes Verfahren
handelt, wobei der Wärmeverlust niedrig ist und die Reaktionswärme der
Oxidation nach der Verdampfung und dem Einleiten der Oxidation unmittelbar
oder spontan ist.
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Wie
aus den 3 und 4 ersichtlich
ist, setzt sich der Reaktor aus einem ersten Körper (5) und
einem zweiten Körper (11) zusammen, das Material
der Beschichtung der äußeren Oberfläche
von jedem Körper ist wärmebeständig und
innen weisen sie eine feuerfeste Auskleidung auf, welche die Reaktionskammern
von dem äußeren Medium thermisch isoliert hält.
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Das
Molybdänsulfidkonzentrat mit oder ohne Schwefel und Öle
wird von einem Speisetrichter (1) zugeführt, der
es in eine Zufuhreinrichtung (2) abgibt, die einen axial
angeordneten bzw. mit der Achse verbundenen Fördermechanismus
aus einem magnetischen Material bzw. für Magnetismus suszeptiblen Material
(mecanismo de avance solidario en el eje con material susceptible
a magnetismo) besitzt, welcher das Sulfid in eine Umwandlungszone
einbringt. In dieser Zone, in der die erste Stufe des Verfahrens ausgeführt
wird, wird das Molybdänsulfid durch das elektrische Feld
von ersten Magnetronen (4) mit einer Frequenz im Bereich
von 2500–3500 MHz ionisiert, um mittels eines variablen
Magnetfelds mit 2500 Hz, das von der Wickelspule (3) erzeugt
wird, erwärmt zu werden, wobei nur das Molybdänit
verdampft wird. Die Verunreinigungen gehen nicht in den gasförmigen
Zustand über, bleiben fest und bewegen sich weiter nach
unten. Das gasförmige Molybdänsulfid wird anschließend
mit zweiten Magnetronen (6) angeregt und mit einer Zufuhr
von Luft (7), entweder normaler Luft oder mit Sauerstoff
angereicherter Luft, unter Wärmefreisetzung zum Trioxid
oxidiert, wobei Temperaturen bis 850°C erreicht werden.
Die Feststoffteilchen der Verunreinigungen, welche in dem ersten
Körper (5) keine Gase erzeugen, werden entnommen
und mittels einer Extraktionsschnecke (8) gesammelt.
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Die
heißen Gase von dem ersten Körper (5) werden
mittels einer ersten Leitung (9) zu dem zweiten Körper
(11) geleitet, wobei diese Gase hauptsächlich
aus Molybdäntrioxid, Schwefeldioxid und Stickstoff bestehen
und, falls in dem Ausgangskonzentrat Arsen als Verunreinigung vorhanden
war, dieses in der Gasphase hin zu dem zweiten Körper (11) als
Arsentrioxid vorliegt. In dem zweiten Körper (11) wird
kalte Luft mittels einer zweiten Leitung (10) hinzugefügt,
um die Gase auf Temperaturen unter 600°C adiabatisch abzukühlen.
Dies ist in dem Verfahren in diesem zweiten Körper zum
Kristallisieren von Molybdäntrioxid unter seinem Sublimationspunkt von
grundlegender Bedeutung.
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In
dem zweiten Körper (11) sinken bzw. setzen sich
die durch Kondensation gebildeten Kristalle ab und werden durch
eine untere Leitung (13) entnommen. Die Gase mit 600°C
werden zur Kühlung und Reinigung durch eine obere Leitung
(12) abgeführt.
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Die
vorliegende Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Erhalten von
Molybdänsulfid in einem Oxidationsreaktor gerichtet.
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Die
globalen Stufen des Verfahrens sind:
- (A) Sublimation
von Molybdänit, wobei auf der Grundlage der ersten Eigenschaft
variable elektrische und magnetische Felder zum Erwärmen
und Verflüchtigen bei niedriger Temperatur eingesetzt werden,
wobei von der zweiten Eigenschaft Gebrauch gemacht wird.
- (B) Umwandlung in Molybdäntrioxid, das Molybdänsulfid
wird mit einem kontrollierten Strom von Luft oder mit Sauerstoff
angereicherter Luft in Gegenwart eines elektrischen Feldes hoher
Frequenz spontan oxidiert, wobei man sich auf die dritte Eigenschaft
stützt, um das Trioxid gasförmig und die Verunreinigungen
in Form von Feststoffen zu halten.
- (C) Abtrennung des Molybdantrioxids, es wird weiterhin von der
dritten Eigenschaft Gebrauch gemacht, aber durch das Absenken der
Temperatur erreicht man die Kondensation des Molybdantrioxids als
Feststoff in Form von Kristallen.
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In
der Stufe (A) des Verfahrens wird das Molybdänkonzentrat
einem Produkt aus elektrischen und magnetischen Feldern ausgesetzt
mit dem Ziel, seine Temperatur auf kontrollierte Weise bis auf 350°C
zu erhöhen, da bei dieser Temperatur das Molybdänsulfid
im gasförmigen Zustand vorliegt und außerdem,
falls in irgendeiner Charge Arsensulfid vorhanden ist, dieses ebenfalls
im gasförmigen Zustand vorliegt.
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In
der Stufe (B) werden die gasförmigen Produkte der ersten
Stufe einem elektrischen Feld in Gegenwart von Sauerstoff ausgesetzt,
um die Sulfide zu oxidieren und so Molybdäntrioxid (MoO3), Arsentrioxid (As2O3) und Schwefeldioxid (SO2)
herzustellen. Die Temperatur dieser Stufe muss in dem Bereich von
800–850°C gehalten werden.
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Die
Stufen (A) und (B) des Verfahrens werden in dem ersten Körper
(5) des Reaktors durchgeführt, der in den 3 und 4 gezeigt
ist.
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Schließlich
wird in der Stufe (C) das Molybdäntrioxid durch Kondensation
selektiv abgetrennt, wobei die Temperatur der Gase durch die Injektion von
frischer Luft leicht abgesenkt wird, womit man erreicht, dass der
Rest der Komponenten im gasförmigen Zustand gehalten wird.
Die Stufe (C) des Verfahrens wird in dem zweiten Körper
(11) des Reaktors in den 3 und 4 durchgeführt.
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Die
spezifischen Stufen des Verfahrens sind:
- (a)
Zuführen des Molybdänsulfidkonzentrats mit oder
ohne Schwefel und Öle von einem Speisetrichter (1),
der es in eine Zufuhrvorrichtung (2) abgibt, die einen
axial angeordneten Fördermechanismus aus einem magnetischen
Material besitzt, welcher das Sulfid in eine Umwandlungszone einbringt;
- (b) Ionisieren des Molybdänsulfids durch ein elektrisches
Feld von ersten Magnetronen (4) mit einer Frequenz im Bereich
von 2500–3500 MHz, um mittels eines variablen Magnetfelds
mit 2500 Hz, das von der Wickelspule (3) erzeugt wird,
erwärmt zu werden, wobei nur das Molybdänit verdampft
wird;
- (c) Fallenlassen der Verunreinigungen, die nicht in den gasförmigen
Zustand überführt werden und die fest bleiben;
- (d) Anregen des gasförmigen Molybdänsulfids
mit zweiten Magnetronen (6) und mit einer Zufuhr von Luft
(7), entweder normaler Luft oder mit Sauerstoff angereicherter
Luft, wird es unter Wärmeentwicklung zum Trioxid oxidiert,
wobei Temperaturen bis 850°C erreicht werden;
- (e) Entnehmen und Sammeln der Feststoffteilchen der Verunreinigungen,
welche in dem ersten Körper (5) nicht in den gasförmigen
Zustand übergehen, mittels einer Extraktionsschnecke (8);
- (f) Leiten der heißen Gase von dem ersten Körper (5)
mittels einer ersten Leitung (9) zu dem zweiten Körper
(11), wobei diese Gase hauptsächlich aus Molybdäntrioxid,
Schwefeldioxid und Stickstoff bestehen und, falls in dem Ausgangskonzentrat Arsen
als Verunreinigung enthalten war, dieses in der gasförmigen
Phase hin zu dem zweiten Körper (11) als Arsentrioxid
vorliegt;
- (g) Hinzufügen von kalter Luft in dem zweiten Körper
(11) mittels einer zweiten Leitung (10), um die Gase
auf Temperaturen unter 600°C adiabatisch abzukühlen.
Dies ist in dem Verfahren in diesem zweiten Körper zum
Kristallisieren von Molybdäntrioxid unter seinem Sublimationspunkt
von grundlegender Bedeutung;
- (h) Entnehmen der durch Kondensation gebildeten Kristalle aus
dem zweiten Körper (11) mittels einer unteren
Leitung (13);
- (i) Abführen der Gase mit 600°C zur Abkühlung und
Reinigung durch eine obere Leitung (12).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4523948 [0006]
- - CL 39762 [0007]