Аппарат для переработки сыпучих материалов

 

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к аппаратам для восстановления парамолибдата аммония газообразным водородом с получением металлического молибдена. Аппарат содержит корпус, узел загрузки и реакционную камеру с вертикальным винтовым виброконвейером, центральную несущую трубу с расположенным в ней нагревателем, узел выгрузки, газоход, установленный в донной части. Для повышения качества металлического молибдена аппарат снабжен камерой подготовки исходного материала, расположенной в нижней части виброконвейера, диаметр витков в реакционной камере составляет 1,5 -1,7 диаметра витков в камере подготовки, а разгрузочная труба в реакционной камере установлена внутри несущей коаксиально. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, к аппаратам для восстановления оксидов металлов газообразным водородом, конкретно для восстановления парамолибдата аммония с получением металлического молибдена. Получение металлического молибдена из парамолибдата аммония можно разделить на четыре химических акта. В первом при 90-110^оС удаляется кристаллогидратная влага, с получением безводного тетрамолибдата аммония, во втором при 280-380^оС тетрамолибдат разлагается до триоксида молибдена с увеличением объема материала в 3.5 раза в третьем при 450-650^оС триоксид молибдена восстанавливается водородом до диоксида и в четвертом при 900-1000^оС диоксид молибдена восстанавливается водородом до металлического молибдена. Два последних акта сопровождаются постепенным уменьшением объема материала. На практике процесс проводят минимум в три стадии в отдельных аппаратах (объединяют удаление кристаллогидратной влаги и диссоциацию безводного тетрамолибдата аммония). Известна многотрубная печь для восстановления триоксида молибдена в диоксид или диоксида в молибден, состоящая из обогреваемых, горизонтально расположенных в два ряда труб, помещенных в теплоизолированный кожух, внутри труб находятся лодочки для материала, перемещаемые при помощи механических толкателей . Каждая труба снабжена узлом подачи водорода и отвода реакционных газов. Однако в данном аппарате не представляется возможным получить качественный металлический молибден при восстановлении, парамолибдата аммония водородом до металлического молибдена, так как в результате выделения кристаллогидратной влаги при диссоциации парамолибдата аммония водород будет насыщаться парами воды, что значительно затруднит восстановление оксидов молибдена, которые не полностью восстановятся, и в результате конечный продукт - молибден будет иметь примеси оксидов. Кроме того, в данном аппарате затруднен доступ восстановителя в стационарный слой оксидов молибдена и отвод из него реакционных газов, что значительно снижает эффективность процесса. Известна барабанная печь для разложения парамолибдата аммония до триоксида молибдена или восстановления последнего до диоксида, состоящая из вращающейся трубы, помещенной в обогреваемом неподвижном корпусе. Внутри трубы установлены диафрагмы и лопасти. Печь снабжена узлами загрузки, выгрузки, подачи водорода и отвода реакционных газов. Недостатком конструкции аппарата является низкое качество молибдена при восстановления парамолибдата аммония водородом, так как устройство не обеспечивает изоляцию зоны восстановления от паров воды, образующихся при удалении кристаллогидратной влаги из парамолибдата аммония, что затрудняет получение металлического молибдена без примеси оксидов. Кроме того, при температуре 900-1000^оС, необходимой для восстановления диоксида молибдена до молибдена, будет деформироваться вращающаяся на роликах труба, так как прочность стали при этой температуре снижается на 40-50% . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вакуумный аппарат для переработки сыпучих материалов, состоящий из цилиндрического герметичного корпуса с обогреваемым вертикальным виброконвейером, с которым жестко связана поворотная заслонка и вертикальная труба, распределительной тарели, узлов загрузки и разгрузки. Желоб виброконвейера выполнен с равномерно увеличивающейся высотой борта. Аппарат предназначен для переработки вольфрам-рениевых сплавов, однако получить в нем качественный молибден из парамолибдата аммония не возможно, так как подаваемый в нижнюю часть виброконвейера исходный материал будет диссоциировать с выделением кристаллогидратной влаги, которая препятствует полному протеканию реакций восстановления оксидов в верхней части, и, следовательно, металлический молибден будет содержать не восстановленные оксиды, что снизит его качество. Цель изобретения - повышение качества металлического молибдена при восстановлении парамолибдата аммония. Поставленная цель достигается тем, что вибровакуумный аппарат, содержащий герметичный корпус, узел загрузки и реакционную камеру с вертикальным винтовым виброконвейером, центральной несущей трубой, расположенным в ней нагревателе, узел выгрузки с вертикальной разгрузочной трубой, и газоход, установленный в донной части, снабжен камерой подготовки исходного материала, расположенной в нижней части виброконвейера, диаметр витков в реакционной камере составляет 1,5-1,7 диаметра витков в камере подготовки, разгрузочная труба в реакционной камере установлена внутри несущей коаксиально. Снабжение аппарата камерой подготовки исходного материала позволяет выделить стадию удаления кристаллогидратной влаги в отдельную зону. Это позволяет исключить попадание кристаллогидратной влаги в реакционную камеру, где происходит восстановление оксидов молибдена, что улучшает условия для полного протекания реакций восстановления и, следовательно, получение качественного металлического молибдена. Это объясняется тем, что подаваемый в верхнюю часть реакционной камеры под избыточным давлением водород способствует вытеснению образующих в подготовительной камере паров воды через газоход, установленный в донной части реакционной камеры, препятствуя их распространению в верхнюю часть аппарата, что исключает обратную реакцию окисления восстановленного молибдена. Как указывалось выше, при разложении тетрамолибдата с образованием триоксида молибдена происходит увеличение объема материала в 3,5 раза. В отличие от прототипа, где витки виброконвейера выполнены с равномерно увеличивающейся высотой борта, в предлагаемом аппарате увеличен диаметр витков в реакционной камере в 1,5-1,7 раза по сравнению с витками в камере подготовки материала. Это позволяет избежать увеличения высоты слоя материала на витке, что обеспечивает необходимую газопроницаемость и тепломассообмен, а, следовательно, улучшает условия восстановления оксидов молибдена. На верхних витках для наиболее полного восстановления диоксида молибдена до металлического увеличенный диаметр витка позволяет проводить последнюю стадию восстановления в наиболее тонком слое, обеспечивая наилучшие условия тепломассообмена с получением качественного металлического молибдена. Выполнение диаметра витков виброконвейера в реакционной камере менее 1,5 диаметра витков в камере подготовки материала приводит к увеличению высоты слоя при увеличении объема материала в момент образования МоО₃. При этом резко ухудшаются условия для нагрева материала и диффузии через слой газообразных компонентов реакции, что приводит к ухудшению условий восстановления оксидов молибдена. Это снижает качество получаемого молибдена. Увеличение диаметра витков в реакционной камере более 1,7 раза по сравнению с витками камеры подготовки материала не обеспечивает эффективный подвод тепла к материалу, что снижает степень восстановления и ухудшает качество получаемого молибдена, а вызывает увеличение габаритных размеров аппарата, вследствие чего увеличивается непроизводительный расход электроэнергии и металлоемкость конструкции. Установка разгрузочной трубы коаксиально внутри несущей трубы виброконвейера позволяет осуществить выгрузку восстановленного молибдена через кольцевой зазор, при этом частицы молибдена в состоянии свободного падения проходят наиболее горячую зону аппарата противоточно нагретому водороду. Это приводит к дополнительному восстановлению остаточных оксидов до металлического молибдена за счет хорошего контакта частиц материала с горячим водородом и повышает качество получаемого молибдена. Кроме того, установка разгрузочной трубы внутри несущей трубы позволяет максимально приблизить корпус аппарата к виброконвейеру, улучшая омывание витков с материалом водорода. Это улучшает условия восстановления оксидов и повышает качество молибдена. Кроме того, дополнительно используется тепло выгружаемого металла для нагрева поступающего на переработку материала в подготовительной камере, расположенной в нижней части виброконвейера, что позволяет более эффективно вести процесс. На чертеже показан предлагаемый аппарат, он состоит из заключенных в герметичный корпус 1 реакционной камеры 2 и камеры подготовки исходного материала 3, расположенной в нижней части виброконвейера 4, жестко закрепленного на центральной несущей трубе 5, узла загрузки 6, соединенного с камерой подготовки исходного материала 3, разгрузочной трубы 7, установленной внутри центральной несущей трубой 5 коаксиально, патрубков подачи водорода 8 и патрубка отвода реакционных газов 9, расположенного в донной части реакционной камеры 2. Аппарат снабжен центральным электронагревателем 10, расположенным внутри разгрузочной трубы 7, и периферийным нагревателем 11, заключенным в герметичный корпус 12, а также теплоизоляцией 13. Центральная несущая труба 5 эластично соединена с корпусом аппарата 1, снабженным кессонами 14, при помощи резиновых диафрагм 15 и жестко соединена с виброприводом 16. Аппарат работает следующим образом. Предварительно заполненный аргоном аппарат разогревается до необходимой температуры. Включает вибропривод 16 и виброконвейеру 4 сообщаются направленные колебания. Через патрубки подачи водорода 8 осуществляется заполнение аппарата водородом. При этом около 80% необходимого количества водорода проходит через кессон 14, нагревается и одновременно охлаждает корпус аппарата 1, а 20% водорода пропускается через внутреннюю полость центрального нагревателя 10. Горячий водород поступает в верхнюю часть реакционной зоны 2. При помощи загрузочного устройства 6 исходный парамолибдат аммония непрерывно с заданной производительностью подается в камеру подготовки материала 3 на нижний виток и под действием виброколебаний перемещается вверх в виде слоя высотой 30-35 мм, при этом материал нагревается до температуры 100-200^оС и из него удаляется кристаллогидратная влага. Образующиеся при этом водяные пары сразу удаляются из объема аппарата через патрубок отвода реакционных газов 9. При переходе материала по виткам виброконвейера 4 из камеры подготовки материала 3 в реакционную камеру 2 материал нагревается до температуры диссоциации безводного тетрамолибдата аммония с образованием МоО₃ и происходит увеличение его объема. Однако за счет большего диаметра витков в реакционной камере 2 изменения высоты слоя не происходит. Перемещаясь по виброконвейеру 4 далее вверх, материал попадает в температурную зону, соответствующую восстановлению оксидов молибдена, где реагируют с движущимся в противоположном направлении горячим водородом. Газы, образованные в результате реакций восстановления, удаляются из аппарата через патрубок отвода реакционных газов 9. При достижении верхнего витка виброконвейера 4 материал полностью восстанавливается до металлического молибдена, который ссыпается через кольцевой зазор, образованный несущей трубой 5 и разгрузочной трубой 7 и выводится из аппарата. П р и м е р. В укрупненно-лабораторном аппарате предлагаемой конструкции производительностью 100 т/сутки с высотой виброконвейера в камере подготовки материала - 170 мм, реакционной камере - 500 мм, с шагом витков - 25 мм и диаметром центральной несущей трубы - 70 мм было переработано 20 кг парамолибдата аммония, соответствующего ТУ 95, 380-82 и содержащего 81% МоО₃, осушенным водородом в течение 5 часов. Температура в камере подготовки материала составила 100-400^оС, в реакционной камере 400-950^оС, расход водорода - 465 л/ч, частота вибрационных колебаний - 59 Гц, вертикальная и горизонтальная составляющие амплитуды колебаний виброжелоба составили: 0,1-0,5 мм и 1-3 мм соответственно. Удельный расход электроэнергии составил 4500 кВтч/т металлического молибдена. Диаметр витков в реакционной камере и камере подготовки материала составили 195 и 130 мм соответственно (при их отношении 1,5). В результате опыта было получено 10,82 кг металлического молибдена чистотой 99,5%, который соответствует марке "Порошок молибденовый" ТУ 48-19-316-80. Аналогично были проведены испытания аппарата предлагаемой конструкции с диаметрами витков в реакционной камере 208 и 221 мм и соотношении их с диаметром витков в камере подготовки материала 1,6 и 1,7 соответственно, а также с диаметрами витков 182 и 234 мм и соотношении 1,4 и 1,8, соответственно (запредельные значения). Результаты испытаний приведены в таблице. Таким образом, испытания аппарата предлагаемой конструкции с диаметром витков виброконвейера в камере подготовки материала 130 мм и реакционной камере 185-221 мм, показали возможность получения товарного металлического молибдена марки "Порошок молибденовый" при восстановлении парамолибдата аммония водородом. Расчет экономической эффективности работы аппарата основан на экономии расхода электроэнергии для получения молибдена из парамолибдата аммония по сравнению с базовым объектом на Уз КТЖМ - разложение парамолибдата аммония осуществляется в трубчатой печи; восстановление триоксида до диоксида водородом во вращающейся трубчатой печи; восстановление диоксида молибдена до молибдена в многотрубной печи. Общий удельный расход электроэнергии в базовом объекте составляет 10500 кВтч. на 1 т молибдена. В предлагаемом аппарате удельный расход электроэнергии составляет 4500 кВтч/т молибдена.

Формула изобретения

АППАРАТ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащий корпус, узел загрузки и реакционную камеру с вертикальным винтовым виброконвейером, центральной несущей трубой, расположенным в ней нагревателем, узлом выгрузки с вертикальной разгрузочной трубой и газоходом, установленным в донной части, отличающийся тем, что, с целью повышения качества металлического молибдена при восстановлении парамолибдата аммония, он снабжен камерой подготовки исходного материала, расположенной в нижней части виброконвейера, диаметр витков в реакционной камере составляет 1,5 - 1,7 диаметра витков в камере подготовки, разгрузочная труба в реакционной камере установлена внутри несущей коаксиально.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2