способ получения металлов и их сплавов

Формула изобретения

1. Способ получения металлов и их сплавов, включающий нагрев оксидов металлов до высоких температур вплоть до температур, превышающих их температуру плавления и восстановление с наложением магнитного поля, отличающийся тем, что в процессе восстановления на оксиды металлов накладывают неоднородное магнитное поле.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе нагрева и восстановления используют смесь оксидов различных металлов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев и восстановление оксидов металлов осуществляют в защитной среде или вакууме.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения металлов и сплавов.

Известны способы получения металлов из руд путем восстановления их из оксидов [1]

Общим для этих способов является то, что оксиды металлов (руда, концентрат) смешивают с восстановителем (например, кокс, уголь) и шлакообразующими материалами, нагревают до температуры, при которой осуществляется реакция восстановления, а затем охлаждают полученный металл.

К недостаткам этих способов следует отнести многостадийность процесса, обязательное наличие в шихте восстановителя, значительный ущерб, наносимый окружающей среде.

Известны способы обработки металлических расплавов путем наложения электромагнитного поля [2] Однако они имеют своей целью только достижение более высокого уровня усвоения модификаторов и легирующих добавок или выделение и удаление неметаллических включений из расплавленного металла. В предложенных способах конструктивные и технологические условия не позволяют осуществлять восстановление оксидов металлов.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способов восстановления руд [3]

В указанном изобретении с целью интенсификации процесса восстановления материал в парамагнитном состоянии подвергают воздействию переменного магнитного поля. Наложение переменного магнитного поля приводит к возникновению магнитострикции, что вызывает непрерывное движение частиц, образующих кристаллы ферромагнетика и как бы расшатывает кристаллическую решетку, увеличивает подвижность ионов, облегчая твердофазную диффузию и фазовые превращения при восстановлении. Возникновение упругих напряжений различного знака в кристаллической решетке также может ускорить диффузию ионов в твердых фазах. Таким образом, предложенный способ интенсифицирует процесс диффузии за счет наложения переменного магнитного поля. Восстановление же оксидов, как и во всех известных способах, осуществляется за счет действия восстановителей (твердого углерода восстановительного газа), что не исключает таких недостатков, как многостадийность процесса, значительные энергозатраты, ущерб, наносимый окружающей среде.

В основу изобретения поставлена задача создания принципиально нового экологически чистого способа получения металлов и сплавов, исключающего частично или полностью использование твердых, жидких или газообразных восстановителей, в котором восстановление оксидов металлов происходит за счет действия неоднородного магнитного поля и благодаря этому уменьшаются энергозатраты и улучшаются экологические условия.

Поставленная задача решается тем, что в способе получение металлов и их сплавов, включающем в себя нагрев оксидов металлов до высоких температур, в том числе превышающих температуру плавления, восстановление оксидов металлов согласно изобретению происходит за счет воздействия на них неоднородного магнитного поля.

При температурах плавления оксидов одни металлы становятся диамагнитными, другие парамагнитными. Кислород парамагнитен. Известно, что силы, действующие в неоднородном магнитное поле на парамагнетики и диамагнетики, направлены в противоположные стороны: парамагнетики втягиваются в магнитное поле, диамагнетики выталкиваются. Поэтому при нахождении расплава оксида, в составе которого металл диамагнетик, в неоднородном магнитном поле, описанные выше силы способствуют отделению кислорода от металла. Если металл, входящий в состав оксида, парамагнитен, то разделение атомов металла и кислорода будет определяться величиной магнитного момента указанных атомов. Вследствие того, что кислород под действием сил со стороны неоднородного магнитного поля удаляется от того места, где произошло его отделение от атома металла, он не может вступить снова в реакцию окисления, что и приводит к восстановлению оксидов металла. Это позволяет при восстановлении оксидов отказаться частично или полностью от применения твердых, жидких или газообразных восстановителей.

Способ получения металла из руд реализован в лаборатоpных условиях на примере восстановления оксидов железа.

Железорудный концентрат, содержащий: FeO 28% Fe₂O₃ - 62,6% SiO₂ 7,9% Al₂O₃ 0,16% CaO 0,17% MgO - 0,32% S следы, в виде таблетки массой 5 г помещался в алундовом тигле в неоднородное магнитное поле (плотность магнитного поля 0,3 Тл). Нагрев и плавление железорудного концентрата осуществляли на воздухе, а также лазерным лучом в атмосфере аргона. Мощность лазера составляла 500 800 Вт. Процесс обработки проводился в течение 2 4 мин. Структурный и рентгеноструктурный анализы показали, что в процессе обработки железорудного концентрата лазером в неоднородном магнитном поле происходит восстановление окислов железа. На фиг. 1 приведена структура железорудного концентрата, сплавленного в атмосфере гелия. На фиг. 2 структура полупродукта, полученного из железорудного концентрата в неоднородном магнитном поле.