EA008966B1 - Производство металлов и сплавов с использованием твердого углерода, полученного из углеродсодержащего газа - Google Patents

Производство металлов и сплавов с использованием твердого углерода, полученного из углеродсодержащего газа Download PDF

Info

Publication number
EA008966B1
EA008966B1 EA200500424A EA200500424A EA008966B1 EA 008966 B1 EA008966 B1 EA 008966B1 EA 200500424 A EA200500424 A EA 200500424A EA 200500424 A EA200500424 A EA 200500424A EA 008966 B1 EA008966 B1 EA 008966B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
carbon
metal
catalyst
production
metals
Prior art date
Application number
EA200500424A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200500424A1 (ru
Inventor
Эмиль Эдвин
Торе Арнесен
Торгейр Виддаль
Кнут Ивар Осер
Хильде Лекен Ларсен
Йохан Арнольд Йохансен
Original Assignee
Элкем Аса
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB0220135A external-priority patent/GB0220135D0/en
Priority claimed from GB0319941A external-priority patent/GB0319941D0/en
Application filed by Элкем Аса filed Critical Элкем Аса
Publication of EA200500424A1 publication Critical patent/EA200500424A1/ru
Publication of EA008966B1 publication Critical patent/EA008966B1/ru

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/127—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by thermal decomposition of hydrocarbon gases or vapours or other carbon-containing compounds in the form of gas or vapour, e.g. carbon monoxide, alcohols
    • D01F9/1271—Alkanes or cycloalkanes
    • D01F9/1272—Methane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/755—Nickel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J25/00—Catalysts of the Raney type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J25/00—Catalysts of the Raney type
    • B01J25/02—Raney nickel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0238—Impregnation, coating or precipitation via the gaseous phase-sublimation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/023—Preparation by reduction of silica or free silica-containing material
    • C01B33/025—Preparation by reduction of silica or free silica-containing material with carbon or a solid carbonaceous material, i.e. carbo-thermal process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B23/00—Obtaining nickel or cobalt
    • C22B23/06—Refining
    • C22B23/065—Refining carbonyl methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/009—General processes for recovering metals or metallic compounds from spent catalysts
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/127—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by thermal decomposition of hydrocarbon gases or vapours or other carbon-containing compounds in the form of gas or vapour, e.g. carbon monoxide, alcohols
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/90—Regeneration or reactivation
    • B01J23/94—Regeneration or reactivation of catalysts comprising metals, oxides or hydroxides of the iron group metals or copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/20—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes from metal carbonyls
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584—Recycling of catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу производства металла или сплава, который включает в себя восстановление металлической руды углеродным материалом, причем этот углеродный материал представляет собой твердый углерод, полученный из углеродсодержащего газа.

Description

Настоящее изобретение относится к применению углеродных продуктов, полученных из углеродсодержащего газа, в частности углеродных нановолокнистых продуктов, для производства металлов и сплавов.
Уровень техники
Производство металлов и сплавов, включая псевдометаллы, сплавы псевдометаллов и полупроводники (например, кремний, ферросилиций и т.д.), часто включает в себя восстановление соединения металла (например, оксида или сульфида) с использованием углерода.
Так, например, в производстве кремния диоксид кремния (например, кварц) и углеродный материал (например, кокс, уголь или древесный уголь) вводят в верхнюю часть восстановительной электропечи, имеющей погружные угольные электроды, при этом диоксид кремния восстанавливается, а углерод окисляется. Это может быть упрощенно записано как
8102+20=81+200
Точнее, данная реакция включает в себя промежуточное образование газообразного 810 и 81С, которые реагируют с образованием 81 и СО при температуре примерно 2000°С.
Углерод таким же образом используется в качестве восстановителя в производстве алюминия карботермическим восстановлением оксида алюминия. В этом процессе, описанном в публикации \У0 00/40767 (содержание которой включено в настоящее описание посредством данной ссылки), оксид алюминия нагревают с углеродом для получения металлического алюминия. Металлический продукт содержит карбид алюминия в качестве загрязняющего вещества, но он может быть осажден из расплавленного металла добавлением алюминиевых отходов.
Используемый в этих процессах углерод, получаемый, как это изначально делают, из биологического источника, должен удовлетворять разнообразным требованиям по чистоте, так как загрязнение углерода приводит к примесям в металлическом продукте. Например, когда кремний производят для использования в электронной промышленности, такие требования по чистоте являются особенно строгими. Дополнительно, углерод должен обладать достаточной реакционной способностью.
Давно известно, что взаимодействие углеродсодержащего газа и металлических поверхностей может привести к дегидрированию и росту углеродных усов (нитевидных кристаллов) на такой металлической поверхности. Совсем недавно было обнаружено, что подобные углеродные нитевидные кристаллы, представляющие собой полые углеродные волокна с диаметром примерно от 3 до 10 нм и длиной примерно от 0,1 до 1000 мкм, обладают способностью действовать в качестве резервуаров для хранения водорода (см., например, работу Чэмберса (СйатЬегк) с соавторами в 1. Рйук. СНсш.. В 102: 4253-4256 (1998); и работу Фэна (Раи) с соавторами в СагЬоп 32: 1649-1652 (1999)).
Несколько исследователей пытались получить такие углеродные нановолокна (СИР от англ. сагЬоп папоДЬгек) и изучить их структуру, свойства и потенциальные применения, и такая работа описана в обзорной статье Де Джонга (Бе 1опд) с соавторами в Са1а1. Ксу.-8с1. Епд., 42: 481-510 (2000). Де Джонг предполагает, что возможные применения СИР подразделяются на четыре категории: в качестве электрических компонентов; в качестве добавок к полимерам; для хранения газа; в качестве носителей катализатора. Их применение в качестве восстановителей не предполагается, учитывая относительную сложность их получения по сравнению с производством угля, кокса или древесного угля, и поэтому этот вариант применения ранее не рассматривался.
Как описано Де Джонгом с соавторами (см. выше) и еще в одной обзорной статье Родригеса (Робпдиех) в 1. Ма1ег. Век., 8: 3233-3250 (1993), переходные металлы, такие как железо, кобальт, никель, хром, ванадий и молибден, а также их сплавы катализируют получение СИР из газов, таких как метан, монооксид углерода, синтез-газ (т.е. Н2/СО), ацетилен и этилен. В этой реакции такие металлы могут принимать форму плоских поверхностей, микрочастиц (с обычными размерами примерно 100 нм) или наночастиц (обычно размером примерно 10-50 нм), нанесенных на носитель из инертного материала, например диоксида кремния или оксида алюминия. Металл катализатора должен быть таким металлом, который может растворять углерод или образовывать карбид.
Как Де Джонг с соавторами (см. выше), так и Родригес (см. выше) объясняют, что абсорбции углерода и росту СИР благоприятствуют конкретные кристаллографические поверхности металла катализатора.
Сущность изобретения
Теперь мы установили, что углеродные продукты, полученные из углеродсодержащих газов, такие как углеродные нановолокна, особенно подходят для применения при восстановлении металлической руды.
Особая пригодность СИР для восстановления металлической руды (руд металлов) обусловлена тремя причинами: рост СИР предусматривает диффузию углерода через металлический катализатор, фактически сводя к минимуму присутствие примесей внутри самих СИР; металлический катализатор или какой-нибудь носитель катализатора может быть выбран из материалов, присутствие которых при реакции восстановления руды не приводит к нежелательным примесям в металлическом продукте; и, если требуется, металлический катализатор и/или носитель катализатора может быть легко отделен от СИР перед его применением (СИР) для восстановления руды.
- 1 008966
Таким образом, согласно одному своему аспекту настоящее изобретение предлагает способ производства металла или сплава, который включает в себя восстановление металлической руды углеродным материалом, отличающийся тем, что в качестве упомянутого углеродного материала используют углеродные продукты из углеродсодержащего газа, в частности углеродные нановолокна.
Углеродные продукты могут быть получены из любого газа, пригодного для получения СИЕ, такого как углеводороды с 1-3 атомами углерода (такие, как, например, метан, этин (ацетилен), этен (этилен) и т.д.), монооксид углерода или синтез-газ.
Как будет ясно из вышеупомянутого обсуждения, используемые здесь термины металл и сплавы охватывают металлы, содержащие один или более чем один элемент, а также полупроводники и другие материалы, которые являются металлическими по некоторым, но не по всем свойствам. Металл или сплав, полученный способом по настоящему изобретению, представляет собой любой металл или сплав, обычно производимый посредством карботермического восстановления, включая железо, кремний, алюминий и ферросплавы, такие как ферросилиций, ферромарганец, ферроникель, феррохром и другие. Металл или сплав, полученный способом по настоящему изобретению, предпочтительно содержит кремний или алюминий, а особенно предпочтительно представляет собой кремний, ферросилиций (Ее8|) и алюминий.
СИЕ, используемые в способе по настоящему изобретению, могут содержать или не содержать катализатор и/или носитель катализатора, применяемый при его собственном получении. В тех случаях, когда производимый согласно способу по изобретению металл содержит кремний, то применяемые СИЕ преимущественно приготавливают с использованием катализатора на носителе из диоксида кремния (поскольку удаление носителя катализатора из СИЕ в таком случае не требуется). Таким же образом, в тех случаях, когда производимый металл представляет собой алюминий, то применяемые СИЕ предпочтительно представляют собой СИЕ, приготовленные с использованием катализатора на носителе из оксида алюминия. Более того, в тех случаях, когда производимый металл представляет собой гафний, титан или цирконий (металлы, которые имеют важное значение в качестве катализаторов в полимерной промышленности), то применяемые СИЕ предпочтительно представляют собой СИЕ, приготовленные с использованием катализатора на носителе из оксида гафния, диоксида титана или диоксида циркония.
В случаях, когда металл, производимый согласно способу по изобретению, не содержит кремния или алюминия (или не должен содержать кремний или алюминий в нерегламентированных количествах), то применяемые СИЕ могут быть получены с использованием катализатора на носителе из диоксида кремния или оксида алюминия, причем носитель отделяют от СИЕ перед тем, как СИЕ используют при восстановлении руды. Однако альтернативно и предпочтительно получать СИЕ с использованием металлического катализатора без носителя или металлического катализатора, нанесенного на сыпучий (порошкообразный) носитель, который не вносит вклад в нежелательные уровни содержания примесей. Таким сыпучим носителем может быть, например, полимер (предпочтительно не содержащий серы, фосфора и бора полимер), углерод (например, СИЕ) или неорганическое соединение (предпочтительно оксид, карбид или нитрид), элементарные компоненты которого не будут вносить вклада в ненадлежащие уровни содержания примеси, например оксид элемента или одного из элементов в производимом металле. Такие носители предпочтительно являются пористыми или, говоря более конкретно, предпочтительным образом они имеют площадь поверхности, которая больше площади поверхности гладкой сферической частицы такого же размера, предпочтительно по меньшей мере в 20 раз больше. Вообще желательно, чтобы такие сыпучие носители не состояли из химических соединений серы, фосфора или бора.
В случаях, когда металл или сплав, производимый согласно способу по изобретению, содержит переходный металл, в котором может растворяться углерод или который может образовывать карбиды, то особенно предпочтительно использовать такой же самый металл в качестве катализатора для приготовления СИЕ для применения в реакции восстановления руды, так как в этом случае отделение металлического катализатора от СИЕ не является необходимым. Таким образом, например, для производства ферросилиция предпочтительно получать СИЕ, используя железо на диоксиде кремния или железо на катализаторе из СИЕ.
Производство СИЕ, пригодных для применения в соответствии с настоящим изобретением, детально описано в заявке на патент Великобритании № 0311811.4 и РСТ-заявке № РСТ/6В03/02221, содержания которых включены в настоящее описание посредством этой ссылки.
В тех случаях, когда желательно отделить металл катализатора или носитель катализатора от СИЕ перед тем, как СИЕ применяют при восстановлении руды согласно изобретению, то это может быть осуществлено, например, путем обработки кислотой или щелочью и/или путем термической обработки, например до температуры свыше 1000°С, предпочтительно свыше 2000°С, например от 2200 до 3000°С. Таким образом, например, термическая обработка СИР, содержащих 1 мас.% никеля, при 2500°С уменьшила содержание никеля до 0,0017 мас.%. Альтернативно, металл катализатора может быть отделен от СИЕ путем обработки монооксидом углерода с образованием летучих карбонилов металла. Обычно это будет подразумевать обработку монооксидом углерода при повышенных температуре и давлении, например составляющих по меньшей мере 50°С и по меньшей мере 20 бар, предпочтительно от 50 до 200°С
- 2 008966 и от 30 до 60 бар. Предпочтительно монооксид углерода пропускают струей через ΟΝΕ. и карбонил металла уносится в потоке монооксида углерода. Особенно предпочтительно поток монооксида углерода из ΟΝΕ проходит через слой пористого сыпучего материала носителя катализатора (например. оксида алюминия. диоксида кремния. диоксида титана и т.д.) таким образом. чтобы произвести свежий катализатор для получения ΟΝΕ.
Для применения при восстановлении руды ΟΝΕ предпочтительно агломерируют с получением гранул с максимальным размером от 1 до 20 мм (например. диаметром). более предпочтительно от 3 до 13 мм. ΟΝΕ могут быть использованы сами по себе или в комбинации с дополнительным углеродным материалом. например углем. коксом или древесным углем. В случае применения ΟΝΕ в комбинации с какимлибо другим углеродным материалом ΟΝΕ предпочтительно составляют по меньшей мере 25 мас.%. более предпочтительно по меньшей мере 50 мас.%. особенно предпочтительно по меньшей мере 75 мас.%. еще более предпочтительно по меньшей мере 90 мас.% от общего количества углеродного материала. Таким образом. количество ΟΝΕ в такой комбинации может быть выбрано таким. что суммарный уровень содержания нежелательных элементарных примесей в углеродном материале находится в допустимых пределах для конкретного металла. производимого по реакции восстановления. Так. например. при производстве кремния для солнечных элементов общее содержание фосфора в углероде должно быть менее 5 миллионных долей (по массе). в то время как для электронной промышленности оно должно быть ниже 200 миллионных долей (по массе).
Также при производстве кремния для электронной промышленности общее содержание бора в углероде должно быть менее 30 миллионных долей (по массе).
Способ восстановления руды согласно изобретению может быть осуществлен с использованием условий и относительных количеств руды и углеродного материала. традиционных для восстановления таких же руд с использованием традиционных углеродных материалов. например в печах. работающих при температурах вплоть до 2000°С или даже выше.
Твердый углеродный продукт может быть использован также в виде агломератов такого углеродного продукта с одной (одним) или большим количеством руд или минералов. Таким образом. при производстве кремния могут быть использованы агломераты. содержащие твердый углеродный продукт и кварц.
Согласно своему дополнительному аспекту настоящее изобретение предлагает применение твердого углеродного продукта. полученного из газообразных углеводородов. в частности углеродных нановолокон. при восстановлении руд с образованием металлов.
Согласно еще одному своему аспекту настоящее изобретение предлагает металл и сплав. произведенный согласно способу по изобретению.
Подробное описание изобретения
Теперь изобретение будет описано далее со ссылкой на следующие неограничивающие примеры. среди которых примеры 1-3 описывают получение ΟΝΕ. применяемых в способе по изобретению. а пример 4 демонстрирует реакционную способность ΟΝΕ по δίΘ.
Пример 1. Получение ΟΝΕ.
Углеродсодержащий газ (90 мол.% (молярных) метана и 10 мол.% водорода) при давлении 5 бар был введен с расходом 400 мл/мин и при температуре 550°С в горизонтальный трубчатый реактор. имеющий конический участок. увеличивающийся в поперечном сечении в направлении движения потока. Перед началом реакции 0.3 г выщелоченного по алюминию никельалюминиевого интерметаллического катализатора (Лтрегка!® 8К Νΐ 3704 от компании Н.С. 81агек СтЬН & Со КС. СоДаг. Сегшапу) были помещены в самое узкое место реактора. Газовый поток поддерживали в течение 30 ч. причем за это время прекращалось образование ΟΝΕ.
Пример 2. Получение ΟΝΕ.
Углеродсодержащий газ (90 мол.% метана и 10 мол.% водорода) при давлении 5 бар был введен с расходом 400 мл/мин и при температуре 550°С в горизонтальный трубчатый реактор. имеющий конический участок. увеличивающийся в поперечном сечении в направлении движения потока. Перед началом реакции 0.3 г выщелоченного по алюминию. содержащего 68% никеля/32% железа алюминиевого интерметаллического катализатора (Лтрегка!® δΚ Νΐ Εе 6816 от компании Н.С. 31агек СтЬН & Со КС. СоДаг. Сегтапу) были помещены в самое узкое место реактора. Газовый поток поддерживали в течение 30 ч. причем за это время прекращалось образование ΟΝΕ.
Пример 3. Получение ΟΝΕ.
0.04 г интерметаллического катализатора (δΚ-Νί 5546 от компании Н.С. 31агек СтЬН & Со КС. как описано ранее) поместили в горизонтальный трубчатый реактор. Реактор нагревали до температуры 480°С со смесью азот:водород (мольное соотношение 1:1) со скоростью 400°С/ч. Затем метан при 480°С и 6 бар пропускали через реактор в течение 30 мин с расходом 1.6 л/мин. Температуру реактора повышали до 630°С со скоростью 600°С/ч и пропускали через реактор при 630°С и 6 бар в течение 24 ч смесь газов. содержащую 1.6 л/мин СН (углеводорода). 250 мл/мин водорода и 40 мл/мин азота. Выход углеродного продукта составлял в диапазоне от 13.6 до 15 г С (углерода). то есть от 340 до 370 г углерода на
- 3 008966 грамм катализатора. Аналогично, можно получить 6-8 г углерода, используя трехчасовой период получения.
Пример 4.
С№, полученные согласно примеру 1, были испытаны на реакционную способность по δίΟ. ΟΝΕ поместили в реакционную камеру.
Реакционная способность по 8ίΘ была измерена посредством стандартизованного метода, в котором газовую смесь, состоящую из 13,5% 8ίΘ, 4,5% СО, остальное - аргон, пропускают через слой испытываемого материала при температуре примерно 1650°С. Когда газовая смесь вступает в контакт с углеродным материалом в этом слое, то большее или меньшее количество 8ίΟ (г) будет реагировать с углеродом с образованием δίΟ и газообразного СО. Анализируют содержание СО в газовой смеси, прошедшей через углеродные материалы в этом слое, и рассчитывают количество δίΟ, которое прореагировало с углеродом с образованием δίΟ. Количество δίΟ, которое проходит через этот слой не прореагировавшим, дает показатель реакционной способности, так как низкое количество δίΟ отражает высокую реакционную способность, в то время как высокое количество δίΟ отражает низкую реакционную способность. Этот метод описан в статье Реакционная способность восстановительных материалов в производстве кремния, богатых кремнием ферросплавов и карбида кремния (Кеасбубу οί гебисбоп ша!епа1к ίη 1Пс ргобисйоп οί δίΐίοοη. δίΙίοοη-ΓίοΗ Гетто а11оук апб δί1ίοοη-ΟαΓϋί6ο) авторов ГКг. Тике! и О. Каапекк, ΑΙΜΕ Ε1. Гигпасе СопГетепсе, δΐ. Ьо1к, Μίκκ, Эес. 1979.
Для ΟΝΕ, испытанных в этом примере, было получено реакционное число в 2100 мл δίΟ. Это показывает, что ΟΝΕ имеют примерно такую же самую реакционную способность по δίΟ, как нефтяной кокс, который в настоящее время используют в качестве восстановительного материала при карботермическом производстве кремния из кварца.
Этот пример показывает, что ΟΝΕ хорошо подходят для применения в качестве углеродного восстановительного материала в производстве металлов и сплавов.

Claims (7)

1. Способ производства металла или сплава, который включает в себя восстановление металлической руды твердым углеродным материалом, отличающийся тем, что в качестве упомянутого твердого углеродного материала используют углеродные нановолокна, полученные из углеродсодержащего газа вне реактора восстановления.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердый углеродный материал получают из углеводородного газа.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердый углеродный материал получают из синтез-газа.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый металл или сплав содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из кремния, алюминия, титана, циркония, гафния, марганца, хрома, железа и никеля.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что упомянутый металл представляет собой кремний или ферросилиций.
6. Способ по любому из пп.4 и 5, отличающийся тем, что в качестве упомянутых углеродных нановолокон применяют углеродные нановолокна, полученные с использованием катализатора на носителе из диоксида кремния.
7. Применение углеродных нановолокон, полученных из углеродсодержащего газа, в качестве восстановителя для восстановления руд с образованием металлов и сплавов.
EA200500424A 2002-08-29 2003-08-28 Производство металлов и сплавов с использованием твердого углерода, полученного из углеродсодержащего газа EA008966B1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0220135A GB0220135D0 (en) 2002-08-29 2002-08-29 Use
GB0319941A GB0319941D0 (en) 2003-08-26 2003-08-26 Method
PCT/NO2003/000297 WO2004048621A1 (en) 2002-08-29 2003-08-28 Production of metals and alloys using solid carbon produced from carbon-containing gas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200500424A1 EA200500424A1 (ru) 2005-08-25
EA008966B1 true EA008966B1 (ru) 2007-10-26

Family

ID=31979996

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200500424A EA008966B1 (ru) 2002-08-29 2003-08-28 Производство металлов и сплавов с использованием твердого углерода, полученного из углеродсодержащего газа
EA200500343A EA008271B1 (ru) 2002-08-29 2003-08-29 Способ производства катализатора для получения углеродных нановолокон

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200500343A EA008271B1 (ru) 2002-08-29 2003-08-29 Способ производства катализатора для получения углеродных нановолокон

Country Status (10)

Country Link
EP (2) EP1546419B1 (ru)
AT (1) ATE363548T1 (ru)
AU (2) AU2003302459A1 (ru)
BR (2) BR0313863A (ru)
DE (2) DE60314162T2 (ru)
EA (2) EA008966B1 (ru)
ES (2) ES2283879T3 (ru)
NO (1) NO20051428L (ru)
PL (1) PL203779B1 (ru)
WO (2) WO2004048621A1 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7868333B2 (en) * 2006-12-21 2011-01-11 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process for demetallization of carbon nanotubes
CN101298642B (zh) * 2008-06-16 2010-04-14 东北大学 用碳热还原法制备钛硅铝合金的方法
US20110018179A1 (en) 2009-06-29 2011-01-27 Bairong Li Metal reduction processes, metallurgical processes and products and apparatus
WO2015178499A1 (ja) * 2014-05-21 2015-11-26 Jnc株式会社 ニッケル−珪素合金の製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3999981A (en) * 1974-08-05 1976-12-28 Ontario Research Foundation Production and recovery of metallic carbides from ores and concentrates
US4460556A (en) * 1982-04-29 1984-07-17 Siemens Aktiengesellschaft Method for producing high purity Si for solar cells
WO2000047784A2 (fr) * 1999-02-11 2000-08-17 Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo Nauchno-Poroizvodstvennoe Obiedinenie 'kompozit' Procede de production de silicium metallique
WO2002095079A1 (en) * 2001-05-21 2002-11-28 Alcoa Inc. Method for aluminum recovery from al-vapor and aluminum suboxide containing off-gases produced by carbothermic reduction of alumina
DE10220075A1 (de) * 2002-05-04 2003-11-13 Fne Gmbh Verfahren zur Herstellung von Silicium hoher Reinheit und Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE787869A (nl) * 1971-08-30 1973-02-23 Shell Int Research Werkwijze voor het verwijderen van nikkelverontreinigingen uit polymeren
US5165909A (en) * 1984-12-06 1992-11-24 Hyperion Catalysis Int'l., Inc. Carbon fibrils and method for producing same
JP2000143220A (ja) * 1998-11-02 2000-05-23 Shimadzu Corp 炭素の精製方法及び金属の回収方法
GB0211789D0 (en) * 2002-05-22 2002-07-03 Statoil Asa Process

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3999981A (en) * 1974-08-05 1976-12-28 Ontario Research Foundation Production and recovery of metallic carbides from ores and concentrates
US4460556A (en) * 1982-04-29 1984-07-17 Siemens Aktiengesellschaft Method for producing high purity Si for solar cells
WO2000047784A2 (fr) * 1999-02-11 2000-08-17 Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo Nauchno-Poroizvodstvennoe Obiedinenie 'kompozit' Procede de production de silicium metallique
WO2002095079A1 (en) * 2001-05-21 2002-11-28 Alcoa Inc. Method for aluminum recovery from al-vapor and aluminum suboxide containing off-gases produced by carbothermic reduction of alumina
DE10220075A1 (de) * 2002-05-04 2003-11-13 Fne Gmbh Verfahren zur Herstellung von Silicium hoher Reinheit und Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003302459A1 (en) 2004-06-18
DE60317795D1 (de) 2008-01-10
NO20051428L (no) 2005-05-25
WO2004048621A1 (en) 2004-06-10
ES2283879T3 (es) 2007-11-01
ES2297261T3 (es) 2008-05-01
EP1546419A1 (en) 2005-06-29
PL203779B1 (pl) 2009-11-30
BR0313863A (pt) 2005-07-05
EA200500343A1 (ru) 2005-08-25
EP1546419B1 (en) 2007-05-30
EA200500424A1 (ru) 2005-08-25
ATE363548T1 (de) 2007-06-15
AU2003260755A1 (en) 2004-03-19
DE60317795T2 (de) 2008-11-20
EP1532301B1 (en) 2007-11-28
EA008271B1 (ru) 2007-04-27
DE60314162D1 (de) 2007-07-12
DE60314162T2 (de) 2007-09-06
BR0313858A (pt) 2005-07-05
WO2004020714A1 (en) 2004-03-11
EP1532301A1 (en) 2005-05-25
PL374539A1 (en) 2005-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9783416B2 (en) Methods of producing hydrogen and solid carbon
Oyama et al. Preparation and characterization of early transition metal carbides and nitrides
JP4233633B2 (ja) 炭化水素のスチームリフォーミング法
WO2014151135A2 (en) Direct combustion heating
Tripathy et al. On the carbonitrothermic reduction of vanadium pentoxide
JPH02289497A (ja) 炭化珪素ホイスカーの製造プロセス及び種晶剤
EA008966B1 (ru) Производство металлов и сплавов с использованием твердого углерода, полученного из углеродсодержащего газа
AU2019252154B2 (en) Pyrolysis of methane with a molten salt based catalyst system
JP3817703B2 (ja) コイル状炭素繊維の製造方法及び製造装置
Ilinich et al. Growth of nitrogen-doped carbon nanotubes and fibers over a gold-on-alumina catalyst
Yao Exploration on synthesis of activated carbon supported molybdenum carbide, nitride and phosphide via carbothermal reduction route
EP0272773B1 (en) Process for production silicon carbide whiskers
KR102385377B1 (ko) 합금 촉매 화합물 및 합금 촉매 화합물 제조 방법
ZA200501760B (en) Method for removal of metal contaminants
Yatsimirsky et al. The influence of carrier on the critical phenomena in CO oxidation over NiO
Arabczyk et al. Preparation of nanocrystalline iron carbide by reaction of iron with methane
JPH0789800A (ja) ＴｉＣウイスカーの製造方法
ES2941508T3 (es) Procedimiento para el refinado de masas fundidas de silicio en bruto por medio de un mediador particulado
Meyer KIT-Forschung (GPS)-Publikationen-Catalytic behaviour of nickel nanoparticles: gasborne vs. supported state
US6787121B1 (en) Solid state reduction of oxides
JPH0477399A (ja) ＳｉＣウイスカーの製造方法
JPH01290600A (ja) 炭化ケイ素ウィスカーの製造法
JPH0530763B2 (ru)
JPS6131311A (ja) 炭化珪素粉末の製法
JPH01301595A (ja) 窒化ケイ素ウィスカーの製造法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM BY KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU