Алюминотермический способ выплавки феррованадия

(51) 22 33/04 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Алюминотермический способ выплавки феррованадия,включает дробление,размол,дозирование и смешивание компонентов шихты,содержащей (47,3-50,3) отожженного в течение 3,5-4 часов при температуре 320-350 С метаванадата аммония,(4,5-7,4) железной стружки,(18,4-20,5) алюминия,(3,5-6,2) шлака феррованадиевого производства и (20,7-21,2) флюса в виде извести и флюорита, загрузку ее в тигель, поджиг и плавку в закрытом горне под давлением 5-7 атм. В результате реализации способа получают феррованадий с содержанием в нем ванадия 78-80 и извлечение ванадия из расплава 98-99.(72) Ксандопуло Георгий Иванович Кузнецов Андрей Юльевич(73) Товарищество с ограниченной ответственностью ФЛОГА Товарищество с ограниченной ответственностью ФИРМА БАЛАУСА(54) АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОВАНАДИЯ(57) Изобретение относится к черной металлургии,в частности к алюминотермическим способам выплавки феррованадия. Изобретение относится к черной металлургии, в частности к алюминотермическим способам выплавки феррованадия. Известен способ выплавки феррованадия алюминотермическим процессом, включающий проплавление шихтовой смеси, состоящий из пятиокиси ванадия, алюминия (в соотношении,близком к 100 стехиометрии), железного скрапа и флюса (известь и др.) с получением металла и шлака и с извлечением в металл 85-90 с дальнейшим проплавлением шлака, содержащего пятиокись ванадия в электропечи с довосстановлением ванадия алюминием или коксом (Р. Дуррер, Г. Фолькерт / Металлургия ферросплавов. // М. Металлургия,1976, с.437). Недостатком известного способа является повышенная энергоемкость,возможность загрязнения металла углеродом при довосстановлении шлака коксом и пониженное извлечение в металл - 85-90. Известен алюминотермический способ выплавки феррованадия, включающим дробление, размол,дозирование и смешивание компонентов шихты,содержащей пятиокись ванадия, железосодержащие материалы, алюминий и флюс, загрузку ее в тигель двумя частями, сначала загружают 65-75 шихты с расходом алюминия в ней 95-102,5 от стехиометрически необходимого для восстановления ванадия и железа, после ее проплавления загружают вторую часть шихты и дополнительно вводят смесь, содержащую оксиды хрома, кремния и марганца при следующем их соотношении к общему количеству оксида ванадия в шихте 25 С 2 О 321(0,01-0,1)(0,01- 0,1)(0,01-0,05) и 260-370 алюминия от стехиометрически необходимого для довосстановления ванадия во второй части ( А.с. 1708907, кл. С 22 С 33/04, опубл. 30.01.92, бюл. 4). Недостатком известного способа является пониженное извлечение ванадия из сплава 95,3-95,8 и содержание ванадия в сплаве 45,5-46,1. Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является алюминотермический способ выплавки феррованадия, включающий дробление,размол, дозирование и смешивание компонентов шихты, содержащей (53,10-54,00) пятиокиси ванадия,(9,85-10,00) железной стружки,(23,00-23,15) алюминия, (3,00-4,00) шлака феррованадиевого производства и (9,90-10,00) флюса, загрузку ее в тигель, поджиг и плавку в закрытом горне под давлением 5-7 атм.(Инновационный патент 24710, МПК С 22 С 33/04,опубл. 17.10.2011, бюл. 10) Недостатком известного способа является пониженное содержание ванадия в сплаве 60-61 и невозможность использования метаванадата аммония - продукта переработки труднообогатимых ванадиевых руд. Задачей заявляемого технического решения является разработка алюминотермического способа выплавки феррованадия с использованием 2 технического сырья Республики Казахстан. Техническим результатом поставленной задачи является получение феррованадия с содержанием в нем ванадия 78-80 и извлечение ванадия из расплава 98-99. Задача решается тем, что алюминотермический способ выплавки феррованадия,включает дробление, размол, дозирование и смешивание компонентов шихты, содержащей (47,3-50,3) отожженного в течение 3,5-4 часов при температуре 320-350 С метаванадата аммония, (4,5-7,4) железной стружки,(18,4-20,5) алюминия,(3,5-6,2) шлака феррованадиевого производства и(20,7-21,2) флюса в виде извести и флюорита,загрузку ее в тигель, поджиг и плавку в закрытом горне под давлением 5-7 атм. Отличительными признаком заявляемого технического решения является то, что в шихту вводят пятиокись ванадия в виде отожженного в течение 3,5-4 часов при температуре 320-350 С метаванадата аммония в количестве (47,3-50,3),(4,5-7,4) железной стружки,(18,4-20,5) алюминия, а в качестве флюса - (20,7-21,2) извести и флюорита. Поставленную задачу решают тем, что исходная шихта заявляемого способа представляет собой экзотермическую смесь, в которую вводят в качестве пятиокиси ванадия отожженный в течение 3,5-4 часов при температуре 320-350 С метаванадат аммония - продукт переработки труднообогатимых ванадиевых руд Месторождения Баласаускандык Кызылординской области Республики Казахстан. Превращение при нагреве метаванадата в пятиокись ванадия протекает по следующей реакции 24 О 323 252 Аммиак (3) утилизируют для дальнейшего использования. Отожженный в течение 3,5-4 часов при температуре 320-350 С метаванадат аммония состоит из 25-76,80, е 2 О 3-13,26, Са-0,75,-0,61, 23-2,43, Т 2-3,20, 2-2,95. Время и температура отжига метаванадата аммония подобраны экспериментально таким образом, чтоб конечный продукт представлял собой пятиокись ванадия с наименьшими примесями. Алюминотермический способ выплавки феррованадия основан на способности выделять большое количество тепла в результате реакции оксидных систем с восстановителем, в данном случае алюминием, иначе, основой способа являются экзотермические реакции. При алюминотермическом восстановлении оксидов, в результате экзотермических реакций между компонентами шихты, температура горения системы превышает температуру кипения алюминия и начальную температуру возгонки пятиокиси ванадия (600-700 С). Вследствие этого, процесс протекает во взрывообразном режиме с разбросом реагирующих веществ, что приводит к снижению содержания ванадия в сплаве. С целью снижения температуры экзотермических реакций,обеспечивающей наибольшее содержание ванадия в конечном продукте, в исходную шихту, кроме шлака феррованадиевого производства, вводят вводят флюс в виде извести (СаО) и флюорита (2)(Самсонов Г.В., Подерган В.А., Неронов В.А.,Александров Е.И.Теория и технология металлотермических процессовНовосибирск,1974 г., с.128-134). Максимальный выход металла достигается при введении в шихту извести в количествах 30-40 от массы 25. СаО снижает вязкость и увеличивает межфазное натяжение на границе сплав - шлак, что способствует лучшему осаждению корольков сплава(Производство ферросплавов/ М.А. Рысс// М. Металлургия. 1985 г., с.305). 2 способствует сплавлению корольков ферросплава за счет адсорбции окисных пленок с поверхности восстановителя(Поверхностные явления при плавке алюминия и его сплавов с флюсами/ Е.А. Жемчужина//Химические вести ,11 - Братислава, 1959, с.713). Таким образом, введение в шихту в качестве флюса извести и флюорита позволяет использовать метаванадат аммония - продукт переработки труднообогатимых ванадиевых руд Месторождения Баласаускандык Кызылординской области Республики Казахстан. Испарение оксида ванадия и испарение алюминия создают избыточное давление при плавке заявляемой шихты в закрытом горне (Бабук В.А.,Белов В.П., Шелухин Г.Г./ Особенности горения частиц алюминия в составе смесевых конденсированных систем при низких и высоких давлениях// ФГВ, т.17, 3, 1981, с.26-31). Избыточное давление газа и перегрузка подавляют разброс веществ при горении высокоэкзотермических смесей и позволяют получить высокий выход целевых продуктов,близкий к расчетному/Влияние Давления на закономерности плавящихся гетерогенных систем// ФГВ, т.19, 3, 1983 г., с.30-32). Плавка шихты в закрытом горне не требует необходимости в дополнительных конструкциях пылеулавливающего устройства, и операциях сбора пыли и возврат в шихту. Компоненты шихты подобраны и рассчитаны таким образом, что шихта является экзотермической смесью, которую можно поджечь любым запальным устройством для инициирования ее горения и плавки. Количественное соотношение компонентов шихты рассчитывают общепринятым способом, при этом количество алюминия рассчитывают на все оксиды, присутствующие в концентрате, исходя из степени их восстанавливаемости(Алюминотермическое производство ферросплавов и лигатур / Ю.Л. Плинтер, С.И. Сучильников,Е.А. Рубинштейн // М. 1968 г., с.175). Таким образом, заявляемый способ выплавки феррованадия позволяет решить поставленную задачу - использование технического сырья Республики Казахстан и получить феррованадий с содержанием в нем ванадия 78-80 и извлечение ванадия из сплава 98-99. Алюминотермический способ выплавки феррованадия выполняют следующим образом. Дробят, размалывают, дозируют и смешивают компоненты шихты (47,3-50,3) кг отожженного в течение 3,5-4 часов при температуре 320-350 С метаванадата аммония, (4,5-7,4) кг железной стружки, (18,4-20,5) кг алюминия, (3,5-6,2) кг шлака феррованадиевого производства и (20,7-21,2) кг флюса в виде извести и флюорита, загружают ее в тигель, поджигают и плавят в закрытом горне под давлением 5-7 атм. По окончании плавки слиток выгружают из тигля и отделяют от него шлак. В результате реализации заявляемого алюминотермического способа выплавки феррованадия извлечение ванадия из расплава составляет 98-99, а содержание ванадия в слитке составляет 78-80. Пример 1 Компоненты шихты 47,3 кг отожженного в течение 4 часов при температуре 350 С метаванадата аммония - продукта переработки труднообогатимых ванадиевых руд месторождения Баласаускандык Кызылординской области Республики Казахстан, 7,4 кг железной стружки,18,4 кг алюминия, 6,2 кг шлака феррованадиевого производства и 20,7 кг флюса в виде 8 кг извести и 12,7 кг флюорита, дробят, размалывают, тщательно перемешивают в бегунковом смесителе, загружают в тигель и закрывают крышкой, которую фиксируют захватами и прижимают винтом. Крышка снабжена манометром и системой поджига. Поджиг осуществляют нихромовой спиралью посредством электроимпульса латором. В результате экзотермических реакций, протекающих между компонентами шихты, в горне развивается температура необходимая и достаточная для ее проплавления. В горне поддерживают давление в 7 атм. По окончании плавки, остывшие продукты реакции выгружают из горна и разделяют на сплав и шлак. При этом извлечение ванадия в сплав составляет 98, а фотокалориметрический метод химического анализа слитка показал содержание ванадия в нем 80. Выполнение примера алюминотермического способа выплавки феррованадия 2, 3 таблицы 1 осуществляют аналогично примеру 1. Шлак Флюс феррованадиевого производства 6,2 20,7 4,2 21,0 3,5 21,2 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Алюминотермический способ выплавки феррованадия, включающий дробление, размол,дозирование и смешивание компонентов шихты,содержащей пятиокись ванадия, железисто стружку,алюминий и флюс, загрузку шихты в тигель, поджиг и плавку в закрытом горне под давлением 5-7 атм,отличающийся тем, что в шихту вводят пятиокись ванадия в виде отожженного в течение 3,5-4 часов при температуре 320-350 С метаванадата аммония, а в качестве флюса - известь и флюорит при следующем соотношении компонентов шихты,мас.отожженный метаванадат аммония 47,3-50,3 железная стружка 4,5-7,4 алюминий 18,4-20,5 шлак феррованадиевого производства 3,5-6,2 флюс 20,7-21,2.