Способ получения металлов из их сульфидов

 

Способ может быть использован в металлургии, в частности при получении металлов путем восстановления их сульфидов. В способе получения металлов из их сульфидов слой восстанавливаемого сульфида размещают в реакционном объеме под слоем углеродистого восстановителя и ведут восстановление в атмосфере водорода, регенерируемого углеродистым восстановителем из паров воды, подаваемых в реакционный объем сверху реакционной зоны, повышается степень восстановления сульфидов и снижаются энергозатраты на восстановление. 1 ил.

Изобретение относится металлургии, в частности, получению металлов из их сульфидов.

Известен способ получения молибдена из его сульфида, включающий окислительный обжиг сульфида молибдена и последующее восстановление оксида молибдена до металла [1].

В известном способе дисульфид молибдена, содержащийся в молибденитовом концентрате, подвергают окислительному обжигу в многоподовых печах при 480-595^oC по реакции 2MoS₂ + 7O₂ ---> 2MoO₃ + 4SO₂ Полученный оксид молибдена восстанавливают до металла водородом в две стадии по реакциям MoO₃ + H₂ ---> MoO₂ + H₂O (600-700^oC) MoO₂ + H₂ ---> Mo + 2H₂O (950-1100^oC) Недостатками способа являются его сложность, многооперационность, большие энергозатраты, загрязнение окружающей среды.

Известен способ получения молибдена из его сульфида, включающий прямое восстановление сульфида молибдена водородом [2].

В известном способе из молибденитового концентрата приготавливают гранулы с использованием бентонитовой глины. Полученные гранулы сушатся при 100-120^oC и просеиваются. Восстановление ведут в токе водорода в течение 10-11 ч. по реакции MoS₂ + 2H₂ ---> Mo + 2H₂S Расход водорода на восстановление навески 500 г - 570 л/ч. Содержание серы в восстановленном продукте составляет 2-5%.

Недостатками способа являются большой расход водорода на восстановление (80-кратный избыток) и неполное восстановление (десульфуризация) дисульфида молибдена.

Известен способ, принятый за прототип, получения металлов, включающий укладку в реакционном объеме восстанавливаемого вещества и углеродистого восстановителя слоями, нагрев и восстановление за счет твердофазного взаимодействия восстанавливаемого вещества с углеродистым восстановителем, отличающийся тем, что слой восстанавливаемого вещества размещают сверху слоя углеродистого восстановителя в реакционном объеме с герметичным сводом, а восстановление осуществляют в атмосфере атомарного водорода, при этом образующиеся газообразные продукты отводятся снизу реакционной зоны [3].

В известном способе роль восстановителя выполняет атомарный водород, регенерируемый углеродистым восстановителем при температуре свыше 600^oC из паров воды, химически связанной или поглощенной восстанавливаемым веществом. Водород, стремясь занять предоставленный ему объем реакционной зоны с герметичным сводом, вытесняет сверху вниз газообразные продукты реакции - оксид углерода в случае восстановления оксидов металлов по реакциям H₂O + C ---> H₂+CO, MeO+H₂ ---> Me+H₂O,
---------------- ,
MeO+C ---> Me+CO,
или оксид углерода и сероводород в случае восстановления сульфидов металлов по реакциям
H₂O + C ---> H₂+CO,
MeS+H₂ ---> Me + H₂S,
---------------- ,
MeS+H₂O+C ---> Me+H₂S+CO,
Недостатком способа является то, что реакция восстановления сульфидов металлов протекает с дефицитом по водороду, следовательно степень восстановления сульфидов лимитируется количеством содержащейся в шихте влаги.

Задачей изобретения является повышение степени восстановления сульфидов и снижение энергозатрат на восстановление.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения металлов из их сульфидов, включающем укладку в реакционном объеме восстанавливаемого сульфида и углеродистого восстановителя слоями, нагрев, восстановление в атмосфере атомарного водорода и эвакуацию газообразных продуктов реакции снизу реакционной зоны, согласно изобретению, слой восстанавливаемого сульфида размещают под слоем углеродистого восстановителя, в реакционный объем подают пары воды сверху реакционной зоны, а сульфиды восстанавливают при 600-1000 ^oC.

Достижение указанного технического результате обеспечивается тем, что в устройстве для получения металлов из их сульфидов, включающем корпус, выполненный, например, в виде цилиндра с крышками на торцах, снабженный нагревательным элементом, корпус дополнительно снабжен патрубком ввода паров воды в реакционную зону и патрубком вывода газообразных продуктов реакции из реакционной зоны, причем патрубок ввода паров воды расположен выше реакционной зоны, а патрубок вывода газообразных продуктов реакции - ниже реакционной зоны.

Именно такое размещение в корпусе устройства патрубков ввода и вывода газов позволяет, согласно способу, осуществить в реакционной зоне восстановление сульфидов до металлов.

Способ был опробован в лабораторных условиях в устройстве, которое поясняется чертежом, где представлен общий вид устройства (продольный разрез). Цифрами на чертеже обозначены корпус 1 с цапфами 2, съемные крышки 3 с шинами для трансформатора 4 и графитовыми токоподводами 5, крепежные болты крышек 6, асбестовый обтюратор-электроизолятор 7, реакционный объем 8, карбидкремниевый нагревательный элемент 9, патрубок ввода газов (паров воды) в реакционную зону 10, патрубок вывода газообразных продуктов реакции из реакционной зоны 11.

В реакционный объем 8 помещали восстанавливаемый сульфид под твердый углеродистый материал (нефтяной кокс) согласно предлагаемому способу. После загрузки корпус 1 герметично закрывался крышками 3 и реакционный объем 8 нагревался посредством пропускания электрического тока через нагревательный элемент 9 до 600-1000^oC. Затем открывался вентиль патрубка 10, обеспечивая подачу паров воды в реакционный объем, который выдерживался при указанной температуре в течение 1,5 ч. При этом образующийся вы результате взаимодействия паров воды с твердым углеродистым восстановителем водород, обладающий высокой химической активностью, восстанавливал сульфиды до металлов, а образующиеся газообразные продукты реакции - оксид углерода и сероводород - вытеснялись сверху вниз из реакционной зоны и выводились через патрубок 11.

По окончанию химического взаимодействия между сульфидом металла и твердым углеродистым восстановителем, в реакционном объеме образовывался конгломерат из корольков восстановленного металла.

Пример 1 (по прототипу). В реакционный объем с герметичным сводом помещали медный концентрат разделительной флотации файнштейна, имеющий следующий химический состав, %: Cu - 67; Ni - 5,5; Co - 0,35; Fe - 4,5 S - 21,5 и твердый углеродистый восстановитель слоями, причем слой концентрата укладывали сверху слоя твердого углеродистого восстановителя. Реакционный объем нагревали до 900^oC и выдерживали при этой температуре два часа. После охлаждения реакционного объема извлекали продукт восстановления. Он представлял собой плотный спек сульфидов, покрытый в верхней части налетом меди в виде "усов". Содержание серы в продукте восстановления - 18,5%. Степень восстановления равна 14%.

Пример 2 (по предлагаемому способу). В реакционный объем 8 помещали навеску 50 г медного концентрата разделительной флотации файнштейна, имеющего следующий химический состав,%: Cu - 67; Ni - 5,5; Co - 0,35; Fe - 4,5 S - 21,5 и твердый углеродистый материал (нефтяной кокс) согласно предлагаемому способу. После загрузки 1 герметично закрывался крышками 3 и реакционный объем 8 нагревался посредством пропускания электрического тока через нагревательный элемент 9 до 800^oC. Затем открывался вентиль патрубка 10, обеспечивая подачу паров воды в реакционный объем 8, который выдерживался при указанной температуре в течение 1,5 ч. При этом образующийся в результате взаимодействия паров воды с твердым углеродистым восстановителем водород, обладающий высокой химической активностью, восстанавливал сульфиды до металлов, а образующиеся газообразные продукты реакции - оксид углерода и сероводорода - вытеснял сверху вниз из реакционной зоны через патрубок 11.

По окончанию химического взаимодействия между сульфидами металлов и твердым углеродистым восстановителем, в реакционном объеме образовывался пористый слиток восстановленного металла.

Химический анализ продукта восстановления из двух опытов дал следующие содержания серы,%: 0,15 и 0,12. Степень восстановления равна 99%.

Пример 3 (по предлагаемому способу). В реакционный объем помещали навеску массой 50 г никелевого концентрата разделительной флотации файнштейна, имеющего следующий химический состав%: Ni - 65; Cu - 5,0; Co - 1,0; Fe - 4,5; S - 23, и твердый углеродистый материал (нефтяной кокс). Восстановление вели в условиях, аналогичных условиям примера 2. После охлаждения из реакционного объема извлекли конгломерат из спеченных корольков металла.

Химический анализ продукта восстановления из двух опытов дал следующие содержания серы, %: 1,87 и 2,03. Степень восстановления равна 91%.

Пример 4 (по предлагаемому способу). В реакционный объем помещали навеску 50 г молибденитового концентрата с содержанием молидбенита MoS₂ 85% (то есть с содержанием серы 34%) и твердый углеродистый материал (нефтяной кокс).

Восстановление вели при 1000^oC в течение 2 ч. После охлаждения из реакционного объема извлекли навеску в виде порошка с включениями спеченного агрегата.

Химический анализ продукта восстановления показал содержание серы 0,53%. Степень восстановления равна 98%.

Приведенные примеры иллюстрируют возможность получения металлов непосредственно из их сульфидов, без предварительного окислительного обжига и расхода водорода из внешнего источника на их восстановление.

Формула изобретения

Способ получения металлов из их сульфидов, включающий укладку в реакционном объеме восстанавливаемого сульфида и углеродистого восстановителя слоями, нагрев, восстановление в атмосфере водорода и эвакуацию газообразных продуктов реакции снизу реакционной зоны, отличающийся тем, что слой восстанавливаемого сульфида размещают под слоем углеродистого восстановителя, в реакционный объем подают пары воды сверху реакционной зоны, а сульфиды восстанавливают при 600 - 1000^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1