PL31944B1 - Sposób wytwarzania metali lub stopów, zwlaszcza metali lekkich i ich stopów - Google Patents

Description

Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu wytwarzania metali lub stopów, zwlasz¬ cza metali lekkich i ich stopów przez re¬ dukcje odpowiednich tlenków wzglednie mieszanin tlenków.Sposób wedlug wynalazki; polega na poddawaniu redukcji stopionych produ¬ któw szklistych, zawierajacych tlenek lub kilka tlenków metali w postaci zasadni¬ czo jednorodnego stalego roztworu i pod¬ danych ziarnowaniu. Takie materialy po- siadaja duza powierzchnie skuteczna wskutek malego ich ciezaru objetosciowe¬ go. Na przyklad poddaje sie redukcji przez ogrzewanie mieszanine wegla, np. koksu lub wegla drzewnego wzglednie podobne¬ go materialu weglistego, i zziarnowanego stopionego produktu szklistego, któremu nadano postac o duzej powierzchni przez nagle ochlodzenie w wodzie lub w roz¬ tworach wodnych. Korzystnie Jest reduk¬ cje uskuteczniac w piecu elektrycznym.W przeciwienstwie do znanych sposo¬ bów zastosowanie jako materialu wyjscio¬ wego szklistych produktów stopionych stanowi znaczny postep techniczny, gdyz np. zdolnosc do redukcji i szybkosc prze¬ biegu redukcji materialów szklistych jest wieksza niz materialów krystalicznych, przy czym takie materialy szkliste dzieki ziarnowaniu ich np. w wodze uzyskuja du¬ za powierzchnie skuteczna i maly ciezar objetosciowy.Ciezar objetosciowy stosowanych pro¬ duktów szklistych o podanym skladzie wynosi, w zaleznosci od stopnia zziarno-wania ich, 0,25—0,9 t/m3, podczas gdy ta- kiz ciezar mieszaniny kwarcu i wapienia lub zuzla kotlowego i wapienia wzglednie dolomitu z leksztynami, zawierajacymi we¬ giel, Jub z lupkami wynosi okolo 1,6—2 t/m3 przy zwykle stosowanej wielkosci kawalków. Dzieki stosowaniu wystarcza¬ jacej ilosci wody do ziarnowania mozna uzyskac szklisty produkt stopiony o takim ciezarze objetosciowym, vaby jmpgt on ply¬ wac na powierzchni wody a nawet mógl byc przenoszony w ten sposób dalej.Prócz tego dzieki jednorodnej budowie produktu szklistego wykluczone sa towa¬ rzyszace reakcje uboczne, np. wystepuja¬ ce przy redukcji poszczególnych tlenków lub mieszaniny tlenków, np. reakcje two¬ rzenia sie krzemianów.Równiez trudnosci znanych dotychczas sposobów, polegajace czesciowo na stoso¬ wania; sposobu wedlug wynalazku wcho- temperaturach topnienia jej poszczegól¬ nych tlenków, nie wystepuja w sposobie wedlug wynalazku niniejszego, który poz¬ wala na zmniejszenie do minimum ilosci tworzacego sie zuzla oraz na zwiekszenie dzieki temu wydajnosci procesu. Dzieiki zwiekszeniu szybkosci przebiegu redukcji w porównaniu do szybkosci redukcji kry¬ stalicznych materialów wyjsciowych w po¬ staci luznych kawalków lub w postaci zbrykietowanej uzyskuje sie oszczednosc na zuzyciu pradu elektrycznego.Szczególnie odpowiednie stopione pro¬ dukty szkliste, zawierajace glirike i sluza¬ ce do przerabiania wedlug wynalazku, da sie wytworzyc w znany sposób, np. wed¬ lug patentu niemieckiego nr 687502, wed¬ lug którego mozna pracowac równiez bez fluoru.Jako materialy wyjsciowe do wytwa¬ rzania takich materialów szklistych wed¬ lug wspomnianego patentu moga byc sto¬ sowane nie nadajace sie do zuzytkowania lub bardzo zanieczyszczone materialy su¬ rowe i nie wyzyskiwane dotychczas pro¬ dukty odpadkowe, jak odkrywikowe okru¬ chy gliniaste, popioly z wegla kamiennego lub brunatnego, zuzle hutnicze lub podob¬ ne materialy, które wedlug wynalazku mo¬ ga byc wyzyskiwane do otrzymywania me¬ tali.Poniewaz przy utrzymywaniu wlasci¬ wej atmosfery gazowej podczas wytwarza¬ nia stopionych produktów szklistych na dnie pieca zbieraja sie latwo dajace sie re¬ dukowac ciezkie metale i zanieczyszcze¬ nia, np. zelazo lub podobne metale, oraz fosfor, siarka, arsen itd., które moga byc latwo oddzielone od piroduktu szklistego, przeto mozna latwo regulowac zawartosc tych metali ciezkich w produkcie szkli¬ stym, zaleznie od stopnia redukcji ich.Jako materialy wyjsciowe do wykony¬ wania sposobu wedlug wynalazku wcho¬ dza w rachube równiez wolne od zawar¬ tosci glinki stopione produkty szkliste, jak równiez produkty szkliste z innych materialów wyjsciowych, które posiadaja maly ciezar objetosciowy i duza powierz¬ chnie, co mozna osiagnac np. przez ziar¬ nowanie ich w wodzie.Na przyklad moga byc stosowane pro¬ dukty szkliste nastepujacego typu.Uklad Si021 Si02 — CaO, „ Si02 — MgO, „ Sl02 — Al2Os, „ Si02 — Fe203(FeO), Si02 — CaO — Fe203 (FeO), Si02 — MgO — Fe2Os (FeO) lub Si02 — Al203 — Fe2Os(FeO).Nastepnie wedlug wyzej przytoczonych patentów otrzymuje sie prodiikty typu Si02 — A/203 — CaO lub Si02 — A120S — CaÓ — Fe20B(FeO), przy czym wapno mo¬ ze byc czesciowo lub w calosci zastapione przez MgO.Oprócfc produktów szklistych, zawiera¬ jacych jako glówny skladnik krzemionke, mloga byc stosowane rówmiez produkty, w których wystepuja ozesictoiwd lub w calosci — 2 —inne tworniki szkla, np.-B203r Ti02l Hf02t Ge02, jak rówtniez tlenki ziem rzadkich, które zastepuja czesciowo ltilb calkowicie krzemionke.Prziez redukcje tych produktów szkli¬ stych uzyskuje sie zawarte w nich w po¬ staci tlenków odpowiednie metale oraz ich stopy, a wiec np.: Si, Si—Ca, Si—Fe, Si— Al, Si — Ca — Fe, Si — Al — Fe, Si —Al— Ca, Si —Al—Fe lub Si—Al —Ca —Fe, w których Ca moze byc dzesciowo lub cal¬ kowicie zastapione przez Mg.Korzystnie jest stosowac produkty szkliste, stosunkowo ubogie w zanieczysz¬ czenia, np. metalami ciezkimi, fosforem, siarka itd. Duzy stopien czystosci takich produktów szklistych umozliwia wytwa¬ rzanie stopów metalowych o szczególnie pozadanym stopniu czystosci. Do wytwa¬ rzania stopów zawierajacych zelazo daja sie równiez z korzyscia zastosowac iszkli- ste produkty o duzej zawartosci zelaza i innych metali ciezkich.Do wytwarzania metalicznego krzemu sposobem wedlug wynalazku niniejszego stosuje sie ziarnowane szklo krzemowe, przy wytwarzaniu zas zelazo-krzemu o du¬ zej zawartosci krzemu, stosuje sie mate¬ rialy z odpowiednim dodatkiem stopionej krzemionki. Poniewaz wedlug wynalazku niniejszego osiaga sie, praktycznie biorac, calkowita redukcje przerabianych produk¬ tów szklistych, przeto uzyskuje sie dalsza korzysc polegajaca na tym, ze sklad che¬ miczny produktów koncowych moze byc z góry ustalany w waskich granicach, co stanowi znaczny postep techniczny.Sposób wedlug wynalazku daje zatem mozliwosc wytwarzania metali i ich sto¬ pów w sposób stosunkowo prosty, nowo¬ czesny i ekonomiczny.Uzyskane metale lub stopy moga po¬ siadac taki sklad chemiczny, aby mogly byc w prosty i szczególnie ekonomiczny sposób poddawane dalszej przeróbce na czyste metale lub stopy o okreslonym skla¬ dzie chemicznym, np. przez przetapianie, elektrolize, rafinowanie lub przez doda¬ wanie innych metali lub stopów.Na przyklad ciekly produkt redukcji, skladajacy sie z aluminium, krzemu, wap¬ nia i zelaza, moze byc spuszczany w ogrza¬ ne zbiorniki i poddawany powolnemu ochladzaniu. Przy tym oddziela sie szcze¬ gólnie lekki stop, wapnia, aluminium i krze¬ mu od szczególnie ciezkiego stopu wegli¬ ków wapnia, aluminium, krzemu i zelaza, który mozna latwo oddzielic.Przyklad I. Kwarc w 'kawalkach, np. kwarcyt, przetapia sie w piecu elektrycz¬ nym i nastepnie poddaje sie go ziarnowa¬ niu w wodzie, np. przez doprowadzanie go strumieniem do wody, przy czym na ten strumien przed spuszczeniem go z pieca dziala sie strumieniem wody. W ten spo¬ sób zapewnione zostaje dobre zziarnowa- nie oraz uzyskuje sie szklisty material o bardzo malym ciezarze objetosciowym, który moze byc latwo odprowadzany, po¬ niewaz plywa na powierzchni wody.Uzyskane zziarnowane szklo krzemion¬ kowe posiada bardzo duza powierzchnie i maly ciezar objetosciowy. Wydajnosc wynosi np. 95%.Zziarnowany produkt wysuszony na powietrzu i bez specjalnego przemialu zo¬ staje nastepnie zmieszany z weglem drze¬ wnym, wzietym w ilosci 510 kg wegla drzewnego na 1 'tone pnoduktu szkliste¬ go. Otrzymana mieszanine przetapia sie w piecu elektrycznym.Z 2,5 ton zziarnowanego i wysuszone¬ go na powietrzu szklistego produktu krze- mionkowegK) uzyslkuije sie 1 tone krzemu metalicznego.Przyklad II. Mieszanine lupku wegla kamiennego, skladajacego sie w rozzarzo¬ nym stanie z okolo 48% A/203, 52% Si02 i 10% wegla, w wysuszonym stanie trak¬ tuje sie tak, jak w przykladzie I. Wydaj¬ nosc wynosi 85% wagpwych wysuszone-- go materialu wyjsciowego. — 3 —Z mieszaniny 2,2 tan szklistego pro¬ duktu krzemionkowego i 1050 kg wegla drzewnego uzyskuje sie przez redukcje 1 tone stopu aluminiowo -krzemowego, skladajacego sie z okolo 40% aluminium i 60% krzemu.Przyklad III. Leksztyn weigla brunatne¬ go (sklad chemiczny w rozzarzonym sta¬ nie wynosi okolo 60% Si021 30% A/203, 2,5% Fe2On i 7,5% luigówców (tlenków potasowców) i innych zanieczyszczen) trak¬ tuje sie podobnie, jak w przykladzie L Z 1,75 ton materialu wyjsciowego uzysku¬ je sie 1 tlone produktu szklistego, zawiera¬ jacego w przyblizeniu 65% Si02, 33% Al203 i 0,15% Fe203 (reszte stanowi strata pod^ ozas zarzenia). Z mieszaniny 2,2 ton tego produktu i 1020 kg wegla drzewnego uzy¬ skuje sie pnzez redukcje 1 tone stopu, skla¬ dajacego sie z okolo 65% krzemu i 35% aluminium.Przyklad IW Mieszanine 300 kg palo¬ nego wapna i 750 kg kwarcu traktuje sie podobnie jak w przykladzie L Uzyskuje sie 1 tone produktu szklistego, zawieraja¬ cego okolo 25% tlenku wapnia i 75% krzemionki przy zawartosci zelaza okolo 0,15%.Przy przetapianiu mieszaniny 2,3 ton tego produktu i 1000 kg wegla drzewnego w piecu elektrycznym uzyskuje sie 1 tone stopu krzemowo - wapniowego, zawiera¬ jacego okolo 25—28% wapnia i 72—75% krzemu.Przyklad V. 200 kg technicznego tlen¬ ku magnezu (okolo 35% straty podczas zarzenia i 64% zawartosci tlenku magne¬ zu) przetapia sie z 200 kg palonego wapna i 750 kg technicznego kwacu podobnie jak w przykladzie L Uzyskuje sie 1 tone pro¬ duktu magnezowo - wapniowe - krzemowe¬ go, który zawiera okolo 10% tlenku ma¬ gnezu, 20% tlenku wapna i 70% krze¬ mionki przy 0,2 zawartosci zelaza. Przez ogrzewanie mieszaniny 2 ton tego produk¬ tu i 1000 kg wegla drzewnego, az do otrzy¬ mania dajacego sie spuszczac stopu, uzy¬ skuje sie 1 tone stopu magnezowo - wap¬ niowo - krzemowego, który zawiera oko¬ lo 5% magnezu, 15% wapnia i 80% krze¬ mu.Przyklad VI. Z mieszaniny 1000 kg lupku wegla kamiennego o skladzie che¬ micznym, jak w przykladzie II, i 500 kg palonego wapna uzysktye sie sposobem wedlug przykladu I 1350 kg produktu szklistego o malym ciezarze objetoscio¬ wym, zawierajacego okolo 30% CaO, 35% Si02 i 35% At2Os.Przez redukcje tego produktu przy do¬ datku wegla wynoszacym 1150 kg na 2,2 tony produktu uzyskuje sie 1 tone stopu wajmioWo - krzemowo - aluminiowego, za¬ wierajacego okolo 40% krzemu, 40% alu¬ minium i 20% wapnia.Przy stosowaniu innych sposobów re¬ dukcji uzyskuje sie podobne wyniki. Przy stosowaniu srodków redukcyjnych, zawie¬ rajacych zelazo, lub elektrod, zawieraja¬ cych zelazo, w piecu elektrycznym, np. przy dodaniu antracytu lub koksu z nafty, wprowadza sie do wytworzonych stopów zelazo, którego zawartosc moze wynosic kil¬ ka procentów wzglednie w pewnych przy¬ padkach te zawartosc zelaza zwieksza sie w inny sposób. PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. Sposób wytwarzania metali lufo sto¬ pów, zwlaszcza lekkich metali i ich sto¬ pów przez redtukcje tlenków wzglednie mie¬ szanin tlenków, znamienny tym, ze stopio¬ ny szklisty produkt o malym ciazarze ob¬ jetosciowym, zawierajacy jeden lufo kilka tlenków i posiadajacy duza skuteczna po¬ wierzchnie dzieki ziarnowaniu, go w wo¬ dzie, poddaje sie redukcji, nip. pnzez ogrze¬ wanie go w obecnosci wegla, az do uzyska¬ nia roztopionego stopu.
2. 2. Sposób wedlug zaistrz. 1, znamienny tym, ze redukcji poddaije sie produkt szMi- — A —sty, uzyskany przez przetapianie takich ma¬ terialów wzglednie mieszaniny materialów wyjsciowych, w której stosunek skladników jest dobrany talk, aby uzyskany produkt szklisty po poddaniu go ziarnowaniu, np. w wodzie, posiadal maly ciezar objetoscio¬ wy, przy czym otrzymany produkt szklisty poddaje sie rediukcji ewentualnie w mie¬ szaninie z innymi produktami szklistymi i (lub) innymi materialami dodatkowymi.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1—2, znamien¬ ny tym, ze stosuje sie produkt szklisty, nie- zawierajacy metali ciezkidh lub zawieraja¬ cy je tylko w nieznacznej ilosci.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1—3, zna¬ mienny tym, z^ produkty redukcji przera¬ bia sie na inne metale luib stopy przez ¦wy¬ tapianie lub rafinowanie. Z witt erstocks- Aktiengesellschaft Zastepca: inz. J. Wyganawski rzecznik patentowy 40248 PL