способ получения лигатуры медь-фосфор

Формула изобретения

Способ получения лигатуры медь-фосфор, включающий загрузку красного фосфора на дно плавильного тигля и медных отходов сверху, изоляцию тигля от окружающей атмосферы, нагрев, выдержку, разлив в изложницы и охлаждение продукта, отличающийся тем, что, с целью получения компактного металла-сплава медь-фосфор в едином технологическом цикле и снижения затрат на производство, медные отходы предварительно подвергают окислительному обжигу и прессованию с обеспечением формы и размера брикетов, приближающихся к форме и размерам плавильного тигля, брикеты укладывают в тигель стопкой, а подъем температуры в тигле осуществляют со скоростью 15-20^oC/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения медно-фосфористой лигатуры, используемой для производства сплавов, раскислителей и припоев.

Известен способ получения лигатуры медь-фосфор, сущность которого заключается в том, что в тигель, выполненный из огнеупорного материала, помещают порошок красного фосфора из расчета 85-150 кг на одну тонну меди, фосфор уплотняют, помещают на фосфор слой медной стружки и утрамбовывают. На полученную массу заливают расплавленную и перегретую до температуры 1200^oC медь, а затем выдерживают до завершения взаимодействия фосфора с медью. После этого с поверхности металла снимают шлак, расплав в тигле перемешивают, отстаивают и разливают в изложницы [1].

Недостатками способа являются: невозможность на практике получения лигатуры с содержанием фосфора выше 9,0% из-за большого уноса фосфора при заливке жидкой меди в тигель, большие затраты на фосфор и улавливание его паров и соединений во время синтеза сплавов системы медь-фосфор.

Известен также способ получения медно-фосфористой лигатуры, согласно которому шихту готовят путем смешения медных частичек, например, дробленых проводников тока или стружки и порошка красного фосфора путем чередования слоев частичек меди с удельной поверхностью 0,1-1,0м²/кг и фосфора при соотношении 9: (1-4), затем шихту подвергают термообработке при температурах 370-420^oC в течение 30-90 минут с последующим охлаждением при непрерывном перемещении реакционной массы [2].

К недостаткам способа следует отнести необходимость предварительного дробления меди, увеличенные энергозатраты на синтез сплава вследствие разделения процесса синтеза на два этапа: насыщение меди фосфором и плавление фосфидов, проблемы герметизации оборудования, возникающие в процессе синтеза вследствие высокой упругости паров фосфора (при 420^oC достигает 1-й атмосферы).

В качестве прототипа выбран способ получения лигатуры медь-фосфор, включающий загрузку красного фосфора на дно плавильного тигля и медных отходов сверху, изоляцию тигля от окружающей атмосферы, нагрев, выдержку, разлив в изложницы и охлаждение продукта [3].

К недостаткам способа следует отнести: большие энергозатраты, сложность получения из покрытых лаком и замасленных медных отходов и лома компактного сплава, значительные (до 5%) потери фосфора в печную атмосферу и связанные с этим затраты на очистку отходящих газов до санитарных норм.

Технический результат: получение из загрязненных ломов и отходов компактного металла-сплава медь-фосфор в едином технологическом цикле и снижение затрат на производство.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем загрузку красного фосфора на дно плавильного тигля и медных отходов сверху, изоляцию тигля от окружающей атмосферы, нагрев, выдержку, разлив в изложницы и охлаждение продукта, медные отходы подвергают окислительному обжигу и прессованию с обеспечением формы и размеров брикетов, приближающихся к форме и размерам плавильного тигля, брикеты помещают в тигель стопкой, а подъем температуры в тигле осуществляют со скоростью 15-20^oС/мин.

Ниже приводятся примеры реализации предлагаемого способа в заводских условиях.

Пример 1. Навеску медного лома (жилы кабеля, провод) весом 120 кг порциями по 20 кг помещали в цилиндрическую емкость с перфорированным днищем, при этом внутренний диаметр емкости равен внутреннему диаметру плавильного тигля для синтеза расплава фосфористой меди с помощью пламени газовой горелки, установленной под перфорированным днищем емкости, порцию медного лома подвергали окислительному обжигу при температуре 1173К в течение 5 минут, затем разогретую порцию меди спрессовали с помощью трамбовки до получения брикета. После охлаждения брикетов вне емкости, их укладывают в плавильный тигель стопкой на навеску красного фосфора весом 12 кг, тигель поместили в печь и нагрели до 1273К в течение 50 минут до получения однородного расплава фосфористой меди. После съема с поверхности расплава шлака, его разливают в изложницы или формы. Полученный сплав содержал 9,0% фосфора, выход шлака составил 1 кг, потери фосфора со шлаком составили 0,75%.

Пример 2. В условиях примера 1 в тигель поместили красный фосфор в количестве 15 кг и 120 кг брикетов обожженной меди, нагрев плавильного тигля осуществляли со скоростью 18^oС/мин в течение 65 минут. После съема шлака расплав разлили и остудили в изложницах. Полученный сплав содержал 11,12% фосфора, потери фосфора со шлаком составили 0,667% при выходе шлака 1 кг.

Пример 3. В условиях примера 1 в плавильный тигель поместили 22 кг красного фосфора и 120 кг брикетов обожженной меди. Нагрев шихты вели со скоростью 16^oС/мин до достижения температуры расплава 1373К в течение 70 минут, затем снимали шлак, разливали и остужали расплав в изложницах. В полученном сплаве содержалось 15% фосфора, выход шлака составил 1,5 кг, потери фосфора со шлаком составили 1,0%, с аспирационными газами 0,023%.

Пример 4. На дно плавильного тигля поместили 15 кг красного фосфора. Сверху, порциями по 20 кг, укладывали в тигель отходы меди и, с помощью трамбовки, придавали им форму тигля, затем укладывали и трамбовали следующую порцию отходов меди и так далее до необходимого на расчетный состав лигатуры количества отходов меди - 120 кг. Причем мелкие (сыпучие) отходы помещали слоями между утрамбованными в брикеты необожженными отходами медных проводников тока. Далее осуществляли ступенчатый нагрев шихты в плавильном тигле: вначале до 200^oС в течение 15-30 мин, в зависимости от количества необожженных отходов в общем количестве меди, а затем нагрев шихты осуществляли со скоростью 20^oС/мин в течение 45 минут до полного расплавления шихты в тигле. После съема шлака расплав лигатуры разлили и остудили в изложницах. Полученный сплав содержал 11% фосфора, потери фосфора со шлаком составили 0,7%, с аспирационными газами - 0,02%.

В таблице приведены показатели синтеза фосфористой меди по предлагаемому изобретению в сравнении со способом-прототипом.

Снижение энергозатрат при синтезе фосфористой меди достигается благодаря тому, что при окислительном обжиге медной составляющей шихты: отходов меди с большой удельной поверхностью последняя частично окисляется, т.е. в состав шихты искусственно вводятся оксиды меди. Так как тепловой эффект реакции взаимодействия оксида меди с фосфором значительно больше теплового эффекта реакции взаимодействия металлической меди с фосфором, то при синтезе фосфида меди из шихты, содержащей наряду с металлической медью и ее оксиды, энергозатраты снижаются, а скорость синтеза существенно повышается [4].

Источники информации

1. Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М. Литейное производство цветных и редких металлов. М., Металлургия, 1972, с.188.

2. Авторское свидетельство SU 1788059 А1, С 22 С 1/02, 9/00.

3. Патент RU 2073735 C1, кл. С 22 С 1/02, 1/10, опубл. 20.02.1997, 7 с.

4. Журнал неорганической химии, том 31, 1986 г, вып.6, с. 1504-1505.