СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНО-ФОСФОРНОЙ ЛИГАТУРЫ Российский патент 2001 года по МПК C22C35/00 C22C9/00 

Описание патента на изобретение RU2171310C1

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии получения медно-фосфорных лигатур, которые используются для раскисления меди, сплавов цветных металлов и в качестве припоев.

Известны способы производства медно-фосфористого сплава, в которых предварительно расплавленную медь заливают в ковш с помещенным в него красным фосфором [1] или дозированными порциями подают в герметичный реактор с элементным фосфором [2].

Процессы взрыво- и пожароопасны, связаны с использованием порошка фосфора.

Известен способ [3], по которому в расплавленную медь вводят пары фосфора, полученные при возгонке фосфора в электропечах из фосфористого сырья. Способ сложен в аппаратурном оформлении и имеет низкую производительность.

Известны способы, в которых медь и фосфорсодержащие отходы фосфорного производства плавят в инертной атмосфере [4] или с восстановителем на воздухе [5]. Способы характеризуются высоким содержанием примесей в лигатуре и низким выходом годного материала.

Известен способ получения фосфорсодержащего сплава [6] - (принят в качестве прототипа), согласно которому фосфорсодержащий сплав получают металлотермией с расплавлением продуктов, выделяющихся при взаимодействии соединений фосфора (апатитовый или фосфоритовый концентраты, пятиокись фосфора), реагента-восстановителя (алюминий, магний, кальций) и сплавообразующего металла (медь, железо, никель, титан или их оксиды). Способ включает загрузку в печь шихты, состоящей из смеси оксидных кальций-фосфорсодержащих материалов, восстановителей меди, плавление компонентов при заданной температуре, выпуск продуктов плавки из печи. Способ позволяет получать из апатитового концентрата медно-фосфорный сплав с 9-11% P, 0,9-1,3 Al, 0,3-0,5 Ca. В шлаке содержится 2,2-2,6% фосфора и 4,7-7,1% Cu.

Недостатки способа - большие потери меди со шлаком, обладающим высокой температурой плавления (более 1773 K), сложность разделения продуктов процесса и необходимость рафинирования сплава по Al и Ca в отдельном агрегате.

Задача настоящего изобретения - создание безопасной технологии, не предусматривающей использование красного фосфора и обеспечивающей одностадийное получение медно-фосфорной лигатуры высокого качества.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения медно-фосфорной лигатуры, включающей загрузку в печь шихты, состоящей из смеси оксидных кальций-фосфорсодержащих материалов, восстановителя и меди, плавление компонентов шихты при заданной температуре, выпуск продуктов плавки из печи, согласно изобретению в качестве восстановителя используют металлический кремний, а компоненты шихты берут в количестве, обеспечивающем отношение P2O5 : Si: Cu в пределах 1 : (0,4-1,0) : (2,5-5,0), плавят при 1623-1823 K и раздельным сливом отделяют шлак от лигатуры.

При необходимости получения лигатуры с повышенным содержанием кремния отношение компонентов шихты P2O5 : Si : Cu берут в пределах 1 : (0,6-1,0) : (2,5-5,0).

Новым в предложенном техническом решении является использование металлического кремния при регламентированном соотношении основных составляющих в шихте, а также температурный интервал, позволяющий провести разделение продуктов плавки, выделяемых в жидком виде. Выражением положительного эффекта (в сравнении с прототипом) являются: низкие потери меди со шлаком, легко отделяемым от сплава; меньшие температуры плавления шлака; высокое извлечение фосфора в лигатуру; возможность получения легированного кремнием медно-фосфорного сплава.

Использование в качестве исходного фосфорсодержащего материала апатитового или фосфористового концентратов обеспечивает пожаробезопасность технологии (в отличие от способов с использованием элементного фосфора) и одностадийность процесса (не требуется первоначальное получение элементного фосфора). Апатитовые и фосфоритовые концентраты содержат 38-40% P2O5 и 50-51% CaO. Содержание примесей в концентрате незначительно: SiO2 - до 2,5%, TiO2 - до 0,6%, MgO - 0,5%, Na2O - 0,6%, K2O - 0,4% и Fe2O3 - 0,7%.

Применение кремния в качестве восстановителя оксидных фосфорсодержащих материалов обеспечивает не только выделение элементного фосфора, в дальнейшем реагирующего с медью, но и диоксида кремния, образующего легкоплавкие сплавы SiO2-CaO с оксидом кальция, присутствующим в сырье. Причем, если отношение P2O5 в сырье к вводимому в шихту кремнию менее 1,0:0,4, полное восстановление оксидов фосфора не достигается, а шлаки имеют температуру плавления более 1823 К. Если вводить кремний в количестве, большем предусмотренного выбранным соотношением (P2O5 :Si > 1:1), избыточный восстановитель переходит в лигатуру, качество которой снижается, а температура плавления повышается.

Количество меди в шихте определяется условиями максимально возможного перевода фосфора в лигатуру Cu-P. Если соотношение P2O5:Si:Cu выходит за пределы, указанные в формуле в сторону меньшего количества меди, часть фосфора переходит в газовую фазу. Если количество меди увеличить сверх нормируемого, лигатура содержит менее 6% фосфора, что не отвечает требованиям технических условий и ГОСТ.

Температурный режим плавки шихты 1623-1823 К обеспечивает разделение жидких продуктов (шлак и лигатура) путем раздельного слива. Увеличение температуры сверх указанных пределов ведет к возгонке меди и фосфора, что снижает извлечение, выход лигатуры, а также увеличивает загазованность.

Предлагаемый способ может быть реализован в известных плавильных агрегатах - электрических печах типа ДСП или других, обеспечивающих плавление шихты и слив жидких продуктов.

Изобретение проверено и испытано в лабораторном и опытно-промышленном масштабе.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Пример 1. Фосфорит (26,3% P2O5, 34,3% CaO4, 15,6% SiO2) крупностью менее 1 мм смешивали с порошками металлического кремния (0,5 мм) и меди (0,3 мм), засыпали (масса шихты 100 г) в алундовый тигель, который устанавливали в разогретую до заданной температуры электропечь сопротивления. После расплавления шихты и завершения реакций тигель извлекали из печи, продукты плавки разливали в изложницы. Составы шихты, температура процесса и концентрации основных элементов в медно-фосфорном сплаве приведены в таблице. Согласно полученным данным при отношениях P2O5:Si:Cu в пределах 1:(0,4-1,0):(2,5-5,0) достигается получение лигатур с содержанием фосфора 7-13%. Извлечение фосфора (εp) в лигатуру 63-86%. Содержание меди в шлаках менее 0,5%. Изменение отношения P2O: Si: Cu в шихте снижает показатели по извлечению фосфора в сплав, повышает концентрацию в нем кремния. При температурах менее 1623 К проплавление шихты не достигнуто, что не позволило разделить шлак и лигатуру. Выше 1873 К увеличиваются потери фосфора и меди с газами.

Применение металлического кремния позволяет восстанавливать фосфор из его оксидов, в том числе апатита и фосфорита. Регламентирование соотношения P2O5: Si: Cu в пределах, ограниченных формулой предлагаемого изобретения, обеспечивает получение лигатуры Cu-P с требуемым содержанием фосфора и кремния. Ограничение температуры процесса в пределах 1623-1823 К позволяет получать жидкие продукты и вести разделение шлака и лигатуры.

Таким образом установлены основные параметры процессов для получения медно-фосфорной лигатуры МФ 9-13 по ГОСТ 4515-81, а также меднофосфорной лигатуры с повышенным до 7% содержанием кремния, использованной для раскисления кремнийсодержащих бронз.

Пример 2. Апатитовый концентрат (39,0% P2O5, 50,1% CaO и 2,5% SiO2) смешивали с кремнием Кр-1 (крупность 2 мм) и медной (МО) стружкой (крупность 5 мм). Смесь периодически, по мере расплавления, загружали в дуговую сталеплавильную печь ДСП-0,5. После загрузки последней порции шихты и доведения температуры расплава до 1723 К сливали шлак, а затем лигатуру. Массу компонентов шихты брали в пределах, обеспечивающих соотношение P2O5:Si:Cu равным 1:0,5:2,6. Проплавлено 340 кг апатитового концентрата, 290 кг меди и 55 кг кремния. Полученная лигатура содержала,%: 9,6 P, 0,3 Si и 89,1 Cu. В шлаке обнаружено, %: 0,3 Cu, 3,3 P, 38,6 SiO2 и 42,3 CaO. Извлечение фосфора в лигатуру 62%.

Пример 3. Апатитовый концентрат (состав по примеру 2) смешивали с кремнием Кр-1 (крупность 2 мм). Смесь порциями (по 80 кг) загружали в электропечь ДСП-0,5. После каждой порции смеси на поверхность грузили отходы меди (МО) в виде проволоки (диаметр 0,5-1,5 мм). После загрузки проводили плавку шихты. Температуру доводили до 1773 К, после чего вели раздельный слив продуктов плавки - шлака и лигатуры. Переработано апатитового концентрата 210 кг, меди - 280 кг, кремния - 50 кг. Соотношение в шихте P2O5: Si:Cu равно 1:0,6:3,4. Полученная лигатура содержала 6,1% P, 5,2% Si и 83,3% Cu. Извлечение фосфора в лигатуру 56,8%.

Источники информации
1. Пат. РФ N 2108403. МПК6 C 22 C 1/02, 9/00. Способ получения медно-фосфорной лигатуры. Заявл. 01.07.96.

2. Hofman Н. О. Metallugry of Copper, Iork: The Maple press company, 1924, p.420.

3. Авт.свид. N 208959 СССР6 кл. C 22 C 9/00, 1962.

4. Авт.свид. N 668963 СССР, Кл. C 22 C 1/02, 1977.

5. Авт.свид. N 1444383 СССР, кл. C 22 C 1/02, C 22 B 7/00, 1988.

6. Пат. РФ N 2080405, МПК6 C 22 C 1/10, B 5/04. Способ получения фосфорсодержащего сплава. Заявл. 13.06.95. Полож.реш. 11.03.96.

Похожие патенты RU2171310C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНО-ФОСФОРНОЙ ЛИГАТУРЫ 1996
  • Селиванов Е.Н.
  • Чумаров В.М.
  • Данилушкин А.Л.
  • Суэтин Ю.Л.
  • Гибалкин В.С.
RU2108403C1
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ МЕДНО-СВИНЦОВЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ОЛОВО И СУРЬМУ 1999
  • Казанцев Г.Ф.
  • Барбин Н.М.
  • Моисеев Г.К.
  • Ватолин Н.А.
RU2154682C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНЦОВО-ЦИНКОВЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ОЛОВО И МЕДЬ 1997
  • Казанцев Г.Ф.
  • Барбин Н.М.
  • Моисеев Г.К.
  • Ватолин Н.А.
RU2130501C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПИРИТНЫХ ОГАРКОВ 2000
  • Шин С.Н.
  • Гуляева Р.И.
RU2172788C1
СУЛЬФИДИЗАТОР ДЛЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНО-СУЛЬФИДИРУЮЩЕЙ ШАХТНОЙ ПЛАВКИ ОКИСЛЕННЫХ НИКЕЛЕВЫХ РУД 2001
  • Окунев А.И.
RU2212461C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СИЛУМИНОВ 2000
  • Казанцев Г.Ф.
  • Барбин Н.М.
  • Бродова И.Г.
  • Моисеев Г.К.
  • Ватолин Н.А.
  • Башлыков Д.В.
  • Манухин А.Б.
RU2177048C1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛИ И ФЕРРОСПЛАВОВ 2000
  • Лекомцев Б.П.
  • Островский Я.И.
  • Кириченко Н.Ф.
  • Жучков В.И.
  • Мальцев Ю.Б.
  • Заякин О.В.
  • Вотяков А.Г.
  • Нарыжный В.Д.
  • Фадеев В.Г.
RU2184171C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОЛОВОСОДЕРЖАЩИХ ЖЕЛЕЗО-МЫШЬЯКОВИСТЫХ СПЛАВОВ 1994
  • Чумарев В.М.
  • Красиков С.А.
  • Шашмурин В.А.
  • Шульгин В.В.
RU2094495C1
ШИХТА ДЛЯ ОБЕДНЕНИЯ НИКЕЛЬ-КОБАЛЬТСОДЕРЖАЩИХ КОНВЕРТЕРНЫХ ШЛАКОВ 2004
  • Селиванов Е.Н.
  • Чумарев В.М.
  • Книсс В.А.
  • Федичкин С.А.
RU2258754C1
ФЛЮС ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ РУДНОГО И ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ 2000
  • Шин С.Н.
  • Чумарев В.М.
  • Гуляева Р.И.
  • Ржевский А.П.
RU2168553C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 171 310 C1

Реферат патента 2001 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНО-ФОСФОРНОЙ ЛИГАТУРЫ

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии получения медно-фосфорных лигатур, которые используются для раскисления меди, сплавов цветных металлов и в качестве припоев. Способ включает загрузку в печь шихты, состоящей из смеси оксидных кальций-фосфорсодержащих материалов, восстановителя и меди, плавление при заданной температуре и выпуск продуктов плавки из печи, при этом в качестве восстановителя используют металлический кремний, а компоненты шихты, взятые в количестве, обеспечивающем отношение Р2O5 : Si : Cu в пределах 1 : (0,4-1,0) : (2,5-5,0), плавят при 1623-1823К и раздельным сливом отделяют шлак от лигатуры. Способ обеспечивает одностадийное получение медно-фосфорной лигатуры высокого качества и безопасную технологию, исключающую использование красного фосфора. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 171 310 C1

1. Способ получения медно-фосфорной лигатуры, включающий загрузку в печь шихты, состоящей из смеси оксидных кальцийфосфорсодержащих материалов, восстановителя и меди, плавление компонентов шихты при заданной температуре, выпуск продуктов плавки из печи, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют металлический кремний, а компоненты шихты, взятые в количестве, обеспечивающем отношение P2O5 : Si : Cu в пределах 1 : (0,4 - 1,0) : (2,5 - 5,0), плавят при 1623 - 1823 K и раздельным сливом отделяют шлак от лигатуры. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение P2O5 : Si : Cu поддерживают в пределах 1 : (0,6 - 1,0) : (2,5 - 5,0), обеспечивающих получение лигатуры с повышенным содержанием кремния.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2171310C1

RU, 2080405 C1, 27.05.1997
RU, 2108403 C1, 10.04.1998
RU, 2098497 C1, 10.12.1997
SU, 208959, 17.01.1968
SU, 1444383 A1, 15.12.1988
SU, 1488343 A1, 23.06.1989
GB, 1281971, 19.07.1972
US, 4357161, 02.11.1982.

RU 2 171 310 C1

Авторы

Чумарев В.М.

Селиванов Е.Н.

Данилушкин А.Л.

Мимонов А.В.

Королев О.Е.

Пряничников Е.В.

Вусатый Г.М.

Даты

2001-07-27Публикация

2000-02-01Подача