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.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНО-ФОСФОРНОЙ ЛИГАТУРЫ | 1996 |
|
RU2108403C1 |
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ МЕДНО-СВИНЦОВЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ОЛОВО И СУРЬМУ | 1999 |
|
RU2154682C1 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНЦОВО-ЦИНКОВЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ОЛОВО И МЕДЬ | 1997 |
|
RU2130501C1 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПИРИТНЫХ ОГАРКОВ | 2000 |
|
RU2172788C1 |
СУЛЬФИДИЗАТОР ДЛЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНО-СУЛЬФИДИРУЮЩЕЙ ШАХТНОЙ ПЛАВКИ ОКИСЛЕННЫХ НИКЕЛЕВЫХ РУД | 2001 |
|
RU2212461C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СИЛУМИНОВ | 2000 |
|
RU2177048C1 |
СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛИ И ФЕРРОСПЛАВОВ | 2000 |
|
RU2184171C2 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОЛОВОСОДЕРЖАЩИХ ЖЕЛЕЗО-МЫШЬЯКОВИСТЫХ СПЛАВОВ | 1994 |
|
RU2094495C1 |
ШИХТА ДЛЯ ОБЕДНЕНИЯ НИКЕЛЬ-КОБАЛЬТСОДЕРЖАЩИХ КОНВЕРТЕРНЫХ ШЛАКОВ | 2004 |
|
RU2258754C1 |
ФЛЮС ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ РУДНОГО И ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ | 2000 |
|
RU2168553C1 |
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.
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. |
Авторы
Даты
2001-07-27—Публикация
2000-02-01—Подача