Исследование и разработка получения скандия из кека отвального алюминотермическим методом
Проведение процесса металлотермического восстановления оксидов. Применение техногенного отхода Кадамжайского сурьмяного комбината для изучения скандия. Получение ферросилиция в электродуговой печи путем восстановления кремния из кварца углеродом кокса.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 18.10.2024 |
Размер файла | 22,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование и разработка получения скандия из кека отвального алюминотермическим методом
Тунгучбекова Ж.Т., Шабданова Э.А., Ибраева Ж.А., Акжолова К.П., Мурзубраимов Б.М., Ысманов Э.М.
Аннотация
Для исследования и получения скандия использовали техногенный отход (кек отвальный) Кадамжайского сурьмяного комбината. Для эксперимента взяли 0,05 мкм обогащенную мелкую фракцию кека. Для проведения алюминотермический реакции, взвесили на технических весах 90 г обогащенного кека и 10 г алюминиевый порошок. Для получение скандия в качестве реактора использовали кварцевый тигель, поскольку при реакции в нем не загрязняется полученный продукт, реакция начнется при 810° С. Полное восстановление скандия происходит при 935° С, через 7-8 минут. Для алюминотермической реакции использовали, обогащенный кек Кадамжайского сурьмяного комбината.
Ключевые слова: металлотермическая реакция, фракция, восстановления сырья, взвешивание, кварцевый тигель, реактив, реактор, скандий, алюминиевой порошок, кек отвальная, химический состав, серная кислота, этиловый спирт.
Abstract
RESEARCH AND DEVELOPMENT OF OBTAINING SCANDIUM FROM WASTE CAKE BY ALUMINOTHERMAL METHOD
To study and obtain scandium, we used technogenic waste (waste cake) from the Kadamzhai antimony plant. For the experiment, we took 0.05 pm enriched fine fraction of the cake. To carry out the aluminothermic reaction, we weighed 90 g of enriched cake and 10 g of aluminum powder on technical scales. To obtain scandium, we used a quartz crucible as a reactor, since the reaction in it does not pollute the obtained product, the reaction will begin at 810° C. Complete recovery of scandium occurs at 935° C, in 7-8 minutes. For the aluminothermic reaction, we used enriched cake from the Kadamzhai antimony plant.
Keywords: metallothermic reaction, fraction, raw material recovery, weighing, quartz crucible, reagent, reactor, scandium, aluminum powder, waste cake, chemical composition, sulfuric acid, ethyl alcohol.
Металлотермические процессы впервые подробного исследованы Н. Н. Бекетовым. Ученый указал также на возможность использования этих реакций в промышленности [1].
Для эффективного проведения процесса металлотермического восстановления оксидов необходимо соблюдать следующие основные условия:
количество теплоты, выделяющейся при реакции, должно быть достаточным для нагревания реакционной смеси до температуры, превышающей температуру плавления, как восстанавливаемого оксида металла, так и образующегося продукта;
температуры плавления продуктов реакции, должны быть меньше температуры, достигаемой при реакции;
необходимо использовать безводные оксиды;
восстанавливаемый оксид и металлический алюминий должен быть диаметром 1-3 мм;
для снижения температуры плавления образующегося оксида алюминия в реакционную смесь следует добавлять CaO (для связывания Al2O2 при переводе его в шлак.
марганцовые стали обладают большой прочностью и хорошо сопротивляются ударам. Их используют в машиностроении, при изготовлении пружин, инструментов, танковой брони, наконечников бронебойных снарядов и т.д.
к пирометаллургическим способам относятся металлотермия когда роль восстановителя играет активный металл, образование оксида или галогенида которого сопровождается большим тепловым эффектом. С помощью алюминия получают магний из MgO, кальций (из CaO), стронций (из SnO), ванадий (из V2O3 ), хром (из Cr2O2), марганец (из Mn3O4), кобальт(из Co2O4) и др.
восстановление металлов из оксидов можно осуществлять и с помощью других простых веществ (кремний, алюминий). Такие реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты и называются элементотермическими. С помощью алюмотермии получают многие металлы и их сплавы.
Кремний часто получают в виде сплава с железом (ферросилиций) сильным накаливанием смеси SiO2 , железной руды и угля. Сплавы содержащие до 20% Si, могут быть, изготовлены в доменных печах, более высоко процентные в электрической дуге. Ферросилиций не посредственно используется для изготовления кислота упорных изделий так как уже при 15% Si (кремний) на металл не действуют все обычные кислоты, кроме солянкой, а при 50% Si -- перестает действовать(HNO3, HCL, H2SO4)ra нее. Важнейшее применение ферросилиций исходит в металлургии, где он употребляется введение кремния в различные сорта специальной сталей и чугунов.
МеО + SiO2 + 3С = MeSi + 3СО 2МеО + 3Si = 2MeSi + SiO2
Это алюминотермическая реакция.
МеО + Al(Mg) + SiO2 + S = MeSi + шлак содержащий (Al. Мд и S) [2].
Для получения ферросилиция использовали тяжелые фракции сурьмяных отходов Кадамжайского сурьмяного комбината. Для приготовления шихты из техногенных отходов взвесить 80 г, железной стружки 16 г и в качестве восстановителя используют 4,0 полукокс, полученный из угля Чангет Узгенского угольного бассейна.
Плавления шихты проводилось в электродуговой печи при 1220-13000С.
Восстановление кремния углеродом происходит по реакции SiO2 + 2С = Si + 2Со
В случае избытка восстановится образуется также SiO2 + 3С = Si + 2Со
В этом случае присутствия железа разрушает карбид кремния оксидом кремния (SiO2) по реакции 2SiC+SiO2 = 2Si + 2CoSi + Fe = FeSi
Ферросилиций получают в электродуговой печи путем восстановления кремния из кварца углеродом кокса, непрерывным процессом, при постоянный загрузки шихтовых материалов и периодических выпусках сплавов и шлака. Для шихтовых материалов используют «тяжелые» фракции промышленных отходов Кадамджайского сурьмяного комбината (штейн, шлак) Узгенской кокс и железные стружки [3].
В баланс стоимости производства ферросилиция основное место занимает расход электроэнергии, на долю который приходится до 40% затраты и более. Поэтому основным техноэкономическим показателей производство ферросилиция и кремния является удельной расход электроэнергии. Его рассчитывает на базовую тонну те. в пересчете на тонну FeSi с базовым содержанием ведущего элемента [4].
В процессах брикетирования порошковых металлургических материалов широко применяется неорганические вяжущие вещества (цемент, глина, жидкое, стекло). При брикетирование ферросилиций активно взаимодействует с щелочным компонентом жидкого стекла. Кремний из ферросилиция взаимодействует с гидроксилом натрия и переход в диоксид кремния [5, 6].
Исследованы и определены состав элементов техногенных отходов атомноэмиссионный методом, что приближено к количественным методам испарения пробы с применением угольного электрода [7].
Для получения лантана в качестве реактора использовали танталовый тигель, поскольку при реакции в нем не загрязняется полученный продукт, реакция начнется при 500С. Полное восстановление лантана происходит при 9500С, через 2 часа для литиетермической реакции использовали, обогащенный хлорид лантана. Получен металлический лантан в виде крупных кристаллов чистотой 99,6% массы) [8].
Исследование скандия проводилось фотометрическим методом при длине волны 670 нм в кюветах с толщиной поглощающего слоя 20 мм, с реагентом арсеназо-III в кислой рН 1-2 среде содержание скандия из техногенных отходов (шлак отвальный) составляют 96,4 мг. Для восстановления скандия восстановительную реакцию хлорида скандия проводили в бомбе с применением металлического натрия. Растворим не редкоземельную примесь (нежелательный не редкоземельный элемент в редкоземельном продукте) в HCl. Растворенные примеси осаждали органическим и неорганическим реагентом, фильтровали вакуумным способом, сушили и получили хлорид скандия. Для восстановления скандия восстановительную реакцию использовали хлорида скандия проводили в бомбе с применением металлического натрия. Полученный продукт металлический скандий содержит около 99,8% Sc и 0,2% различных примесей [9].
Установлено, что выход, из состава продукта проходящий через сито от 0,8 до 0,3 мкм составляют примерно 2-9%, а выход из состава продукта проходящего через сито от 0,2 до 0,05 мкм составляет 20%. Для исследования использовали 0,05 мкм мелкая фракция [10, 11].
Химический состав техногенных отходов (кек отвальная), исследован рентгенофлуоресцентным методом (Таблица 1).
Таблица 1 XRF-,SCIENTIFI ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ХЕ3Е-960 (США) [11]
Химические элементы |
Кек отвальный, мг/кг.(ppm) |
Химические элементы |
Кек отвальный, мг/кг.(ppm) |
|
As |
190±9 |
Ca |
303.2К±0.9К |
|
Pb |
60±7 |
Sc |
1273±154 |
|
Sb |
5067±32 |
Au |
5±1,2 |
|
К |
622±205 |
S |
11.4К±0.8К |
|
Hg |
14±7 |
Cd |
12±7 |
|
Fe |
125±8 |
Cr |
52±13 |
Экспериментальная часть
Для исследования и получения скандия использовали техногенные отходы (кек отвальный). Кек отвальный образуется вакуумной фильтрации раствора в процессе выщелачивание антимонита. Для исследования взяли 0,05 мкм обогащенную мелкую фракцию кека. В лабораторных условиях можно сделать установки для получения скандия алюминотермическим методом. В качестве реактора использовали кварцевый тигель, поскольку при реакции в нем не загрязняется полученный продукт. Можно использовать корундовый, шамотный и глиняный тигель, но при этом полученный продукт загрязняется кремнием и другими веществами. Кроме того кварцевый тигель выдержит до 12000С. Реакция начнется при 8100С. Полное восстановление скандия происходит при 9350С, через 78 минут. Состав композиции и результаты измерения времени горения и температуры представлены в Таблице 2.
Таблица 2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ГОРЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ
Состав смеси масс % |
Время горения мин |
Температура 0С |
|
10% обогащенный кек + 12% алюминовый порошок + зажигательная смесь |
7-8 |
930 |
В процессе металлотермической процессе нами было получено скандий и другие побочные продукты. Данные реакции можно описать в виде следующим реакции ScCl3 +3 Al = Sc+ 3AlCl
Процесс алюминотермической реакции для получение скандия показан на Рисунке.
Рисунок. Схема технология получения скандия: 1 - дробление сырья, 2 - сушка, 3 - весовая, 4 - кварцевый емкость и композиционный смесь, 5 - зажигательный смесь, 6 - металлический скандий, 7 - шлак
Вывод
Для получения скандия в качестве реактора использовали кварцевый тигель, поскольку при реакции в нем не загрязняется полученный продукт. Реакция начиется при 8100С.
Полное восстановление скандия происходит при 9350С через 7-8 минут. металлотермический оксид скандий электродуговой
Список литературы
1. Бекетов Н. Н. Исследования над явлениями вытеснения одних элементов другими: Дисс. ... д-р хим. наук. Харьков, 1965.
2. Поволоцкий Д. Я., Рощин В. Е., Рысс М. А. Электрометаллургия стали и ферросплавов. М.: Металлургия, 1984. 568 с.
3. Ысманов Э. М. Получение ферросилиция из сурьмяных отходов Кадамжайского сурьмяного комбината электродуговым способом // Вестник Ошского государственного университета. 2016. №4. С. 170-173.
4. Еднерал Ф. П., Филиппов А. Ф. Расчеты по электрометаллургии стали и ферросплавов. М.: Металлургиздат, 1962. 231 с.
5. Технологическая инструкция ТИ-Ф-01-01 ОАО «Кузнецкие ферросплавы». Новокузнецк, 2001. 110 с.
6. Технологическая инструкция ТИ 44-01-2007 ОАО «Кузнецкие ферросплавы». Новокузнецк, 2007. 18 с.
7. Эркинбаева Н. А., Ташполотов Ы., Ысманов Э. М. Исследование химического состава промышленных отходов Кадамжайского сурьмяного комбината // Бюллетень науки и практики. 2020. Т 6. №12. С. 73-78.
8. Эркинбаева Н. А. Получение лантана литиетермическим методом // Бюллетень науки и практики. 2024. Т. 10. №3. С. 65-68.
9. Эркинбаева Н. А., Ысманов Э. М., Ташполотов Ы. Технология получения редкоземельных элементов из шлака Кадамжайского сурьмяного комбината с применением неорганических и органических реагентов методом осаждения // Тенденции развития науки и образования. 2021. №74-2. С. 143-147.
10. Ибраева Ж. А., Шабданова Э. А., Тунгучбекова Ж. Т., Акжолова К. П., Мурзубраимов Б. М., Ысманов Э. М. Технология извлечения скандия из кека Кадамжайского сурьмяного комбината // Бюллетень науки и практики. 2023. Т. 9. №11. С. 317-322.
11. Укелеева А. З., Шабданова Э. А., Шапакова Ч. К., Жусупова Ж. Ж., Мурзубраимов Б., Ысманов Э. М. Исследование гранулометрического состава техногенных отходов Кадамжайского сурьмяного комбината // Бюллетень науки и практики. 2023. Т. 9. №5. С. 395399.
References
1. Beketov, N. N. (1965). Issledovaniya nad yavleniyami vytesneniya odnikh elementov drugimi: Diss. ... d-r khim. nauk. Khar'kov. (in Russian).
2. Povolotskii, D. Ya., Roshchin, V. E., & Ryss, M. A. (1984). Elektrometallurgiya stali i ferrosplavov. Moscow. (in Russian).
3. Ysmanov, E. M. (2016). Poluchenie ferrosilitsiya iz sur'myanykh otkhodov Kadamzhaiskogo sur'myanogo kombinata elektrodugovym sposobom. Vestnik Oshskogo gosudarstvennogo universiteta, (4), 170-173. (in Russian).
4. Edneral, F. P., & Filippov, A. F. (1962). Raschety po elektrometallurgii stali i ferrosplavov. Moscow. (in Russian).
5. Tekhnologicheskaya instruktsiya TI-F-01-01 OAO “Kuznetskie ferrosplavy” (2001). Novokuznetsk. (in Russian).
6. Tekhnologicheskaya instruktsiya TI 44-01-2007 OAO “Kuznetskie ferrosplavy” (2007). Novokuznetsk. (in Russian).
7. Erkinbaeva, N., Tashpolotov, Y, & Ysmanov, E. (2020). Research of the Chemical Composition of Industrial Waste of the Kadamzhay Antimony Combine. Bulletin of Science and Practice, <5(12), 73-78. (in Russian).
8. Erkinbaeva, N. (2024). Preparation of Lanthanum by the Lithium-thermic Method. Bulletin of Science and Practice, 10(3), 65-68. (in Russian).
9. Erkinbaeva, N. A., Ysmanov, E. M., & Tashpolotov, Y. (2021). Tekhnologiya polucheniya redkozemel'nykh elementov iz shlaka Kadamzhaiskogo sur'myanogo kombinata s primeneniem neorganicheskikh i organicheskikh reagentov metodom osazhdeniya. Tendentsii razvitiya nauki i obrazovaniya, (74-2), 143-147. (in Russian).
10. Ibraeva, Zh., Shabdanova, E., Tunguchbekova, Zh., Akzholova, K., Murzubraimov, B., & Ysmanov, E. (2023). Technology for Extraction of Scandium From Cake of Kadamzhay Antimony Plant. Bulletin of Science and Practice, 9(11), 317-322. (in Russian).
11. Ukeleeva, A., Shabdanova, E., Shapakova, Ch., Zhusupova, Zh., Murzubraimov, B. & Ysmanov, E. (2023). Study of the Granulometric Composition of Technogenic Wastes of the Kadamzhai Antimony Plant. Bulletin of Science and Practice, 9(5), 395-399. (in Russian).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Способы получения алюминиево-кремниевых сплавов. Процесс углетермического восстановления оксидов кремния и алюминия. Механизм и кинетика процесса восстановления алюмосиликатных шихт в диапазоне составов силикоалюминия с использованием восстановителя.
автореферат [439,3 K], добавлен 16.06.2009Рассмотрение электролитического и металлотермического методов получения лантаноидов. Метод восстановления окислов в вакууме с одновременной дистилляцией металлов. Металлургический расчет процесса восстановления фторидов редкоземельных металлов кальцием.
курсовая работа [282,6 K], добавлен 30.01.2011Процессы разложения плавильных материалов. Процессы восстановления в доменной печи: термодинамика и кинетика восстановления оксидов. Влияние разных факторов на параметры этого процесса и их связь с технико-экономическими показателями доменной плавки.
контрольная работа [826,4 K], добавлен 30.07.2011Механическое оборудование печи. Форма и размеры плавильного пространства электродуговой печи. Футеровка основной электродуговой печи. Электрооборудование печи. Выплавка стали методом полного окисления. Жаропрочные стали и сплавы. Системы газоотвода.
реферат [1,4 M], добавлен 28.01.2009Тенденция к использованию более богатого по содержанию кремния ферросилиция и брикетов и комплексных сплавов на основе ферросилиция и кристаллического кремния. Физико-химические свойства кремния. Шихтовые материалы для производства ферросилиция.
курсовая работа [696,9 K], добавлен 02.02.2011Изучение принципа работы солнечного элемента. Описание технологии получения поликристаллического кремния карботермическим методом и путем водородного восстановления трихлорсилана. Разработка технологической планировки цеха по производству мультикремния.
дипломная работа [4,8 M], добавлен 13.05.2012Сущность метода зонной плавки. Физико-химические свойства германия. Применение германия в полупроводниковых приборах. Получение технического кремния восстановления природного диоксида SiO2 (кремнезем) в электрической дуге между графитовыми электродами.
реферат [125,4 K], добавлен 25.01.2010Неисправности оборудования и их классификация. Основные виды износа деталей. Экономическая целесообразность их восстановления. Расчет ремонтных размеров. Составление технологического процесса восстановления детали. Расчет режимов обработки, нормы времени.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 26.04.2010Перспективные методы восстановления изношенных деталей. Техническая характеристика трубчатой вращающейся печи. Разработка технологии восстановления блока опорного. Выбор типового оборудования и приспособлений. Расчет режимов резания, оси роликов, шпонок.
дипломная работа [1001,4 K], добавлен 09.12.2016Способы получения вольфрама из соединений. Конструкция печи для восстановления вольфрамового ангидрида, ее достоинства и недостатки. Расчет материального баланса восстановления вольфрамового ангидрида. Коэффициент теплопроводности асбестового картона.
курсовая работа [570,5 K], добавлен 02.06.2017Производство и применение катализаторов синтеза аммиака. Строение оксидного катализатора, влияние на активность условий его восстановления. Механизм и кинетика восстановления. Термогравиметрическая установка восстановления катализаторов синтеза аммиака.
дипломная работа [822,5 K], добавлен 16.05.2011Химические и физические методы получения наноструктур. Получение золей путем жидкофазного восстановления. Матричный синтез и радиолиз. Плазменное напыление и газофазное компактирование. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Диспергирование и измельчение.
курсовая работа [4,6 M], добавлен 10.01.2014Назначение и конструктивно-технологическая характеристика корпуса водяного насоса. Характер дефектов и способы их устранения. Схема технологического процесса восстановления, маршрутная карта, режимы восстановления. Оформление технологической документации.
контрольная работа [29,0 K], добавлен 27.04.2010Сырье и углеродистые восстановители, применяемые при производстве кремния. Перерасчет компонентов на золу каменного угля, нефтяного кокса, древесного угля, древесной щепы. Химический состав кремниевого расплава, полученного в результате моделирования.
курсовая работа [175,4 K], добавлен 07.06.2014Проектирование технологии восстановления вала ротора электродвигателя для трактора. Создание технологического процесса дефектации, маршрута восстановления детали. Выбор рационального способа, расчет себестоимости. Ремонтные материалы и оборудование.
курсовая работа [165,8 K], добавлен 17.05.2012Определение коэффициентов повторяемости дефектов изношенных деталей. Обоснование способов восстановления изношенных поверхностей. Определение удельной себестоимости восстановления. Разработка технологической документации. Режимы механической обработки.
курсовая работа [198,3 K], добавлен 07.04.2014Разработка единичного технологического процесса ремонта детали, входящей в сборочную единицу машины. Выбор рационального способа восстановления детали, расчет экономической эффективности. Анализ возможных дефектов детали и требований к их устранению.
курсовая работа [516,6 K], добавлен 04.06.2011Особенности конструкции гильз цилиндров. Основные дефекты и причины возникновения. Выбор способа восстановления гильз, его критерии и обоснование. Устройство и работа, расчет приспособления для восстановления гильз гальваномеханическим способом.
дипломная работа [2,9 M], добавлен 27.02.2011Технология производства прокалки кокса в трубчатой вращающейся печи. Параметры контроля и управления. Описание приборов и средств контроля. Датчики расхода. Датчики давления. Преобразователь термоэлектрический ТСП. Обозначение метрологической поверки.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 31.07.2008Описание возможных дефектов работы коленчатого вала. Особенности наиболее рациональных способов восстановления дефектов. Разработка схемы и методики технологического процесса восстановления детали. Определение норм времени на выполнение операции.
контрольная работа [144,7 K], добавлен 23.01.2014