RU2395595C1 - Procedure for production of metals by reduction of their oxides with hydrogen - Google Patents
Procedure for production of metals by reduction of their oxides with hydrogen Download PDFInfo
- Publication number
- RU2395595C1 RU2395595C1 RU2009123032/02A RU2009123032A RU2395595C1 RU 2395595 C1 RU2395595 C1 RU 2395595C1 RU 2009123032/02 A RU2009123032/02 A RU 2009123032/02A RU 2009123032 A RU2009123032 A RU 2009123032A RU 2395595 C1 RU2395595 C1 RU 2395595C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- calcium hydride
- reduction
- reactor
- metals
- Prior art date
Links
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 5
- CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 4-(4-chlorophenyl)-4,5,6,7-tetrahydrothieno[3,2-c]pyridine Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1C1C(C=CS2)=C2CCN1 CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 25
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 11
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N cadmium oxide Inorganic materials [Cd]=O CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 4
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 4
- CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Cd+2] CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 4
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001676573 Minium Species 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009056 active transport Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N lead oxide Chemical compound [O-2].[Pb+2] HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- XMFOQHDPRMAJNU-UHFFFAOYSA-N lead(ii,iv) oxide Chemical compound O1[Pb]O[Pb]11O[Pb]O1 XMFOQHDPRMAJNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии и химической технологии, в частности к получению чистых металлов из их оксидов.The invention relates to the field of metallurgy and chemical technology, in particular to the production of pure metals from their oxides.
Один из перспективных способов получения чистых металлов заключается в использовании их летучих элементорганических соединений. Эти вещества эффективно очищаются от примесей других металлов дистилляционными методами, а при последующем термическом разложении из них выделяется чистый металл. Единственной загрязняющей этот металл примесью является углерод, образующий с ним твердые растворы и карбидные соединения.One of the promising methods for producing pure metals is the use of their volatile organometallic compounds. These substances are effectively cleaned of impurities of other metals by distillation methods, and upon subsequent thermal decomposition, pure metal is released from them. The only impurity contaminating this metal is carbon, which forms solid solutions and carbide compounds with it.
Очистка металла от примеси углерода представляет сложную задачу. Поэтому в ряде случаев осуществляют предварительное окисление металлорганического соединения кислородом, при котором образуется оксид металла, не содержащий примеси углерода. Для получения чистого металла из этого оксида осуществляют его восстановление водородом.Cleaning metal from carbon impurities is a complex task. Therefore, in some cases, the preliminary oxidation of the organometallic compound with oxygen is carried out, in which a metal oxide is formed that does not contain carbon impurities. To obtain pure metal from this oxide, it is reduced with hydrogen.
Процесс восстановления оксидов металлов водородом описывается химической реакцией:The process of reducing metal oxides with hydrogen is described by a chemical reaction:
Взаимодействие протекает при повышенных температурах и постоянном удалении из реакционной зоны образовавшейся воды. Если реакция протекает в замкнутой системе, давление паров воды быстро достигает своего равновесного значения, после чего процесс восстановления прекращается, не доходя до полного восстановления оксида.The interaction proceeds at elevated temperatures and the constant removal of formed water from the reaction zone. If the reaction proceeds in a closed system, the water vapor pressure quickly reaches its equilibrium value, after which the recovery process stops, not reaching the complete reduction of the oxide.
Поэтому восстановление, как правило, проводят в проточном режиме, при котором реакционная вода выносится из зоны превращения непрерывным потоком водорода. Температура процесса определяется энергией связи между металлом и кислородом в восстанавливаемом оксиде. Для металлов с низким сродством к кислороду восстановление их оксидов (Ag2O, HgO) происходит уже при температуре 50-100°С, для ряда (СuО, РbО, CdO) - при температуре 250-500°С, а для большинства переходных металлов, характеризующихся высоким сродством к кислороду, при температуре 800-1000°С.Therefore, the recovery, as a rule, is carried out in flowing mode, in which the reaction water is removed from the transformation zone by a continuous stream of hydrogen. The process temperature is determined by the binding energy between the metal and oxygen in the reduced oxide. For metals with low affinity for oxygen, the reduction of their oxides (Ag 2 O, HgO) occurs already at a temperature of 50-100 ° C, for a number of (CuO, PbO, CdO) - at a temperature of 250-500 ° C, and for most transition metals characterized by high affinity for oxygen, at a temperature of 800-1000 ° C.
Известен способ получения металлов, в частности меди, восстановлением их оксидов водородом [Ю.В.Карякин, И.И.Ангелов. Чистые химические вещества, М.: Химия, 1974, с.231]. Восстановление оксида меди осуществляют в проточном реакторе, нагретом до температуры 150-500°С. Реакционная вода, образующаяся в ходе восстановления, выносится из реактора непрерывным потоком водорода.A known method of producing metals, in particular copper, the reduction of their oxides with hydrogen [Yu.V. Karyakin, I.I. Angelov. Pure chemicals, M .: Chemistry, 1974, p.231]. The recovery of copper oxide is carried out in a flow reactor heated to a temperature of 150-500 ° C. The reaction water generated during the recovery is discharged from the reactor by a continuous stream of hydrogen.
Известен также способ получения порошков ряда тугоплавких металлов (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Сr) или гидридов этих металлов, включающий смешивание их оксидов с восстановителем, нагрев полученной смеси в печи до начала процесса восстановления, выщелачивание продуктов реакции соляной кислотой, их промывку и сушку [Патент RU 2369651, МПК С22В 5/04, опубликован 10.10.09].There is also a method of producing powders of a number of refractory metals (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr) or hydrides of these metals, including mixing their oxides with a reducing agent, heating the resulting mixture in an oven before starting the reduction process, leaching the reaction products with hydrochloric acid , washing and drying thereof [Patent RU 2369651, IPC С22В 5/04, published on 10/10/09].
Процесс восстановления осуществляют при температуре 800-1400°С в среде инертного газа при получении порошковых металлов или в атмосфере водорода при получении гидридов этих металлов. В качестве восстановителя используют гранулированные щелочные или щелочноземельные металлы или их гидриды (в частности, гидрид кальция). В описанном способе реализуется прямое, контактное взаимодействие оксидов металлов с этими восстановителями.The recovery process is carried out at a temperature of 800-1400 ° C in an inert gas atmosphere when receiving powder metals or in a hydrogen atmosphere when receiving hydrides of these metals. Granular alkali or alkaline earth metals or their hydrides (in particular calcium hydride) are used as a reducing agent. In the described method, direct, contact interaction of metal oxides with these reducing agents is realized.
Эти известные способы получения металлов восстановлением их оксидов выбраны в качестве прототипа изобретения как наиболее близкие к нему по технической сущности и достигаемому результату.These known methods for producing metals by reducing their oxides are selected as a prototype of the invention as being closest to it in terms of technical nature and the achieved result.
Недостатком восстановления оксидов металлов водородом в проточном режиме является низкий коэффициент использования водорода, в результате чего он расходуется в количестве, на 1,5-2 порядка большем стехиометрически необходимого. Использование больших количеств водорода снижает экономичность процесса и делает его взрывоопасным.The disadvantage of reducing metal oxides with hydrogen in the flow mode is the low hydrogen utilization rate, as a result of which it is consumed in an amount that is 1.5-2 orders of magnitude greater stoichiometrically necessary. The use of large quantities of hydrogen reduces the efficiency of the process and makes it explosive.
Недостатком контактного восстановления оксидов металлов щелочными или щелочноземельными металлами или их гидридами является существенное загрязнение получаемых продуктов примесями, что делает этот способ малопригодным для получения чистых металлов.The disadvantage of contact reduction of metal oxides with alkali or alkaline earth metals or their hydrides is the significant contamination of the resulting products with impurities, which makes this method unsuitable for obtaining pure metals.
Техническим результатом изобретения является уменьшение количества водорода, потребляемого в ходе восстановления оксидов и устранение загрязнения получаемых металлов примесями.The technical result of the invention is to reduce the amount of hydrogen consumed during the reduction of oxides and the elimination of contamination of the resulting metals with impurities.
Этот результат достигается тем, что водородное восстановление оксидов металлов осуществляют в присутствии гидрида кальция без прямого контакта между ними.This result is achieved in that the hydrogen reduction of metal oxides is carried out in the presence of calcium hydride without direct contact between them.
Оксид металла и гидрид кальция помещают в замкнутый реактор на расстоянии 15-20 см друг от друга, реактор заполняют водородом до давления 0,1-0,3 атм и нагревают оксид металла при температуре 200-1000°С, а гидрид кальция при температуре 60-120°С. Гидрид кальция выполняет в ходе восстановления две взаимосвязанные функции: он поглощает из продуктов превращения пары реакционной воды и выделяет газообразный водород, которые расходуется на продолжение процесса. В результате в реакторе запускается замкнутый цикл химических реакций.Metal oxide and calcium hydride are placed in a closed reactor at a distance of 15-20 cm from each other, the reactor is filled with hydrogen to a pressure of 0.1-0.3 atm and metal oxide is heated at a temperature of 200-1000 ° C, and calcium hydride at a temperature of 60 -120 ° C. Calcium hydride performs two interrelated functions during the recovery process: it absorbs the reaction water vapor from the reaction products and releases hydrogen gas, which is consumed to continue the process. As a result, a closed cycle of chemical reactions is started in the reactor.
За счет небольшого начального (стартового) количества водорода в реакторе запускается процесс восстановления оксида, приводящий к выделению металла и образованию реакционной воды. Эта вода поглощается гидридом кальция с образованием гидроксида кальция и выделением газообразного водорода в количестве, эквивалентном затраченному.Due to the small initial (starting) amount of hydrogen in the reactor, the oxide reduction process starts, leading to the release of metal and the formation of reaction water. This water is absorbed by calcium hydride with the formation of calcium hydroxide and the release of gaseous hydrogen in an amount equivalent to the spent.
В результате реакционная вода полностью удаляется из зоны восстановления оксида, происходит пополнение израсходованного газообразного водорода, и поэтому равновесие в системе не достигается и приводит к полному восстановлению оксида металла.As a result, the reaction water is completely removed from the oxide reduction zone, the consumed hydrogen gas is replenished, and therefore, equilibrium in the system is not achieved and leads to the complete reduction of metal oxide.
Запуск процесса восстановления достигается также равноценным описанному приемом: введением в реактор 1 капли воды (0,02-0,03 мл). Эта вода испаряется и поглощается гидридом кальция с выделением стартового количества водорода.The start of the recovery process is also achieved by the equivalent described method: the introduction of 1 drop of water (0.02-0.03 ml) into the reactor. This water evaporates and is absorbed by calcium hydride with the release of the starting amount of hydrogen.
В соответствии с изобретением оксид металла и гидрид кальция помещают в реакторе без прямого контакта на расстоянии 15-20 см друг от друга для предотвращения их взаимного переноса в форме взвешенных частиц и загрязнения тем самым получаемого металла. Начальное давление водорода 0,1-0,3 атм обеспечивает активный транспорт паров реакционной воды к гидриду кальция и обратный транспорт образующегося водорода к оксиду металла в результате диффузионных и конвективных потоков, что в конечном счете обеспечивает высокую скорость восстановления. Оксид металла нагревают в интервале 200-1000°С. Конкретная температура оксида металла в зоне восстановления определяется его химической природой. Гидрид кальция нагревают до температуры 60-120°С для предотвращения конденсации паров воды на стенках реактора.In accordance with the invention, the metal oxide and calcium hydride are placed in the reactor without direct contact at a distance of 15-20 cm from each other to prevent their mutual transfer in the form of suspended particles and thereby contaminate the resulting metal. The initial hydrogen pressure of 0.1-0.3 atm provides an active transport of reaction water vapor to calcium hydride and a reverse transport of the generated hydrogen to metal oxide as a result of diffusion and convective flows, which ultimately provides a high recovery rate. The metal oxide is heated in the range of 200-1000 ° C. The specific temperature of the metal oxide in the reduction zone is determined by its chemical nature. Calcium hydride is heated to a temperature of 60-120 ° C to prevent condensation of water vapor on the walls of the reactor.
Результирующий процесс, описывающий реакции (2) и (3), может быть представлен уравнением (4):The resulting process describing reactions (2) and (3) can be represented by equation (4):
в соответствии с которым газообразные реагенты в процессе не участвуют, а происходит прямое восстановление оксида металла гидридом кальция. Поэтому в соответствии с предлагаемым изобретением можно рассматривать как бесконтактное восстановление оксидов металлов гидридом кальция.according to which gaseous reagents are not involved in the process, but direct reduction of metal oxide with calcium hydride occurs. Therefore, in accordance with the invention, it can be considered as non-contact reduction of metal oxides with calcium hydride.
Существенными признаками изобретения являются осуществление восстановления оксидов металлов в присутствии гидрида кальция, которые берут в стехиометрических количествах, помещают их в реактор на расстоянии 15-20 см друг от друга, после чего реактор заполняют водородом до давления 0,1-0,3 атм и нагревают оксид металла до температуры 200-1000°С, а гидрид кальция до 60-120°С до полного восстановления оксида. В совокупности эти существенные признаки обеспечивают получение необходимых количеств металла при минимальном расходе взрывоопасного водорода и предотвращают загрязнение получаемого продукта примесями.The essential features of the invention are the reduction of metal oxides in the presence of calcium hydride, which are taken in stoichiometric quantities, placed in a reactor at a distance of 15-20 cm from each other, after which the reactor is filled with hydrogen to a pressure of 0.1-0.3 atm and heated metal oxide to a temperature of 200-1000 ° C, and calcium hydride to 60-120 ° C until the oxide is completely reduced. Together, these essential features provide the necessary amounts of metal with a minimum consumption of explosive hydrogen and prevent contamination of the resulting product with impurities.
Перечисленные существенные признаки неизвестны из открытых источников научно-технической информации и являются новыми.The essential features listed are unknown from open sources of scientific and technical information and are new.
В соответствии с изобретением восстановление металлов осуществляют на установке, схема которой приведена на чертеже.In accordance with the invention, the recovery of metals is carried out on the installation, a diagram of which is shown in the drawing.
Она состоит из горизонтального кварцевого реактора объемом 100 мл со шлифом (1), вакуумметра (2), кранов (3) и (4) и вакуумного насоса (5). Реактор снабжен двухсекционным электронагревателем (6), обеспечивающим раздельный нагрев оксида металла и гидрида кальция. Эти реагенты насыпают в лодочки из кварцевого стекла (7) и (8) и через шлиф помещают в реакторе на расстоянии 15-20 см друг от друга. После этого реактор откачивают форвакуумным насосом и заполняют водородом. Затем включают электрообогрев и нагревают лодочки с оксидом металла и гидридом кальция. Процесс проводят до полного восстановления оксида.It consists of a 100 ml horizontal quartz reactor with a thin section (1), a vacuum gauge (2), valves (3) and (4) and a vacuum pump (5). The reactor is equipped with a two-section electric heater (6), which provides separate heating of metal oxide and calcium hydride. These reagents are poured into quartz glass boats (7) and (8) and placed through a thin section in the reactor at a distance of 15-20 cm from each other. After that, the reactor is pumped out with a foreline pump and filled with hydrogen. Then, electric heating is turned on and boats with metal oxide and calcium hydride are heated. The process is carried out until the oxide is completely reduced.
Ниже приведены примеры осуществления предлагаемого изобретения.The following are examples of the implementation of the invention.
Пример 1. Получение меди восстановлением оксида меди. В одну лодочку помещают 10,00 г оксида меди (0,125 моля), во вторую - 2,64 г (0,0625 моля) гидрида кальция. Лодочки с реагентами помещают в реакторе на расстоянии 15-20 см друг от друга. Реактор вакууммируют и заполняют водородом до давления 0,1-0,3 атм по вакуумметру. Затем зону с оксидом меди нагревают до температуры 250°С, а зону с гидридом кальция до 80°С. Реактор с реагентами выдерживают в этих условиях в течение 1 часа.Example 1. Obtaining copper by reducing copper oxide. 10.00 g of copper oxide (0.125 mol) is placed in one boat, and 2.64 g (0.0625 mol) of calcium hydride in the second. Reagent boats are placed in the reactor at a distance of 15-20 cm from each other. The reactor is evacuated and filled with hydrogen to a pressure of 0.1-0.3 atm by vacuum gauge. Then the zone with copper oxide is heated to a temperature of 250 ° C, and the zone with calcium hydride to 80 ° C. The reagent reactor is maintained under these conditions for 1 hour.
В ходе восстановления происходит превращение черного оксида меди в красную металлическую медь. Давление водорода в течение всего процесса остается постоянным, что свидетельствует об его эквивалентном пополнении за счет гидрида кальция. В результате получаем 7,99 г (0,125 г-атома) порошкообразной металлической меди. Выход составляет 100%.During the reduction, black copper oxide is converted into red metallic copper. The hydrogen pressure throughout the process remains constant, which indicates its equivalent replenishment due to calcium hydride. As a result, we obtain 7.99 g (0.125 g-atom) of powdered metallic copper. The yield is 100%.
Пример 2. Получение свинца восстановлением свинцового сурика.Example 2. Lead production by reduction of lead meerk.
Способ осуществляют так же, как и в примере 1, но в одну лодочку помещают 10 г свинцового сурика, а во вторую - 1,25 г гидрида кальция.The method is carried out in the same way as in example 1, but 10 g of lead minium are placed in one boat, and 1.25 g of calcium hydride in the second.
Затем зону с оксидом свинца нагревают до температуры 350°С, а зону с гидридом кальция - до 100°С. Реактор с реагентами выдерживают в этих условиях в течение 1 часа.Then, the zone with lead oxide is heated to a temperature of 350 ° C, and the zone with calcium hydride is heated to 100 ° C. The reagent reactor is maintained under these conditions for 1 hour.
В ходе восстановления происходит превращение оранжевого свинцового сурика в серый металлический свинец. В результате получаем 9,07 г порошкообразного металлического свинца. Выход составляет 100%.During recovery, the orange lead minium is converted to gray metallic lead. As a result, we obtain 9.07 g of powdered metallic lead. The yield is 100%.
Пример 3. Получение кадмия восстановлением оксида кадмия.Example 3. Obtaining cadmium reduction of cadmium oxide.
Способ осуществляют так же, как и в предыдущих примерах. В одну лодочку помещают 10 г оксида кадмия, а во вторую - 3,28 г гидрида кальция.The method is carried out as in the previous examples. 10 g of cadmium oxide are placed in one boat, and 3.28 g of calcium hydride in the second.
Затем зону с оксидом кадмия нагревают до температуры 400°С, а зону с гидридом кальция - до 100°С. Реактор с реагентами выдерживают в этих условиях в течение 1 часа.Then the zone with cadmium oxide is heated to a temperature of 400 ° C, and the zone with calcium hydride is heated to 100 ° C. The reagent reactor is maintained under these conditions for 1 hour.
В ходе восстановления происходит превращение коричневого оксида кадмия в металлический кадмий. Металлический кадмий при температуре восстановления находится в виде расплава, а после охлаждения застывает в лодочке блестящими металлическими каплями. В результате получаем 8,7 г порошкообразного металлического кадмия. Выход составляет 100%.During the reduction, brown cadmium oxide is converted to metallic cadmium. Cadmium metal at a reduction temperature is in the form of a melt, and after cooling it freezes in a boat with shiny metal drops. As a result, we obtain 8.7 g of powdered metallic cadmium. The yield is 100%.
В приведенных примерах восстановление оксидов достигается при использовании минимальных количеств водорода. Недостающий водород в ходе процесса выделяется из гидрида кальция. Поскольку прямой контакт между восстанавливаемыми оксидами и гидридом кальция отсутствует, то получаемые металлы не загрязняются примесями. Это подтверждается результатом атомно-эмиссионного анализа исходных оксидов меди, свинца и кадмия и полученных из них металлов на содержание примеси кальция, которая может служить индикатором загрязнения. Концентрация этой примеси в исходных оксидах и в полученных из них металлах одинакова и составляет (3,0±0,2)·10-3 мас.%.In the above examples, oxide reduction is achieved using minimal amounts of hydrogen. Missing hydrogen during the process is released from calcium hydride. Since there is no direct contact between the reduced oxides and calcium hydride, the resulting metals are not contaminated by impurities. This is confirmed by the result of atomic emission analysis of the initial oxides of copper, lead and cadmium and the metals obtained from them for the content of calcium impurity, which can serve as an indicator of pollution. The concentration of this impurity in the starting oxides and in the metals obtained from them is the same and amounts to (3.0 ± 0.2) · 10 -3 wt.%.
Точно так же, как в приведенных примерах, могут быть получены и другие металлы восстановлением их оксидов водородом в присутствии гидрида кальция. Для оксидов с большой энергией связи между металлом и кислородом потребуется более высокая температура нагрева оксида металла (800-1000°С).In the same way as in the above examples, other metals can be obtained by reduction of their oxides with hydrogen in the presence of calcium hydride. For oxides with a high binding energy between the metal and oxygen, a higher heating temperature of the metal oxide (800-1000 ° C) will be required.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получать металлы восстановлением их оксидов с использованием минимального количества газообразного водорода и предотвратить их загрязнение примесями.Thus, the present invention allows to obtain metals by reducing their oxides using a minimum amount of hydrogen gas and to prevent their contamination with impurities.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009123032/02A RU2395595C1 (en) | 2009-06-16 | 2009-06-16 | Procedure for production of metals by reduction of their oxides with hydrogen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009123032/02A RU2395595C1 (en) | 2009-06-16 | 2009-06-16 | Procedure for production of metals by reduction of their oxides with hydrogen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2395595C1 true RU2395595C1 (en) | 2010-07-27 |
Family
ID=42698058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009123032/02A RU2395595C1 (en) | 2009-06-16 | 2009-06-16 | Procedure for production of metals by reduction of their oxides with hydrogen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2395595C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2013460C1 (en) * | 1992-08-21 | 1994-05-30 | Институт неорганической химии СО РАН | Method of preparing of rare-earth metals yttrium and scandium |
| US5707599A (en) * | 1996-02-13 | 1998-01-13 | Santiam Electroactive Materials | Process for purifying tantalum oxide and other metal oxides |
| WO2002090024A1 (en) * | 2001-05-04 | 2002-11-14 | H.C. Starck, Inc. | Metalothermic reduction of refractory metal oxides |
| RU2369651C2 (en) * | 2003-07-15 | 2009-10-10 | Шеметалл Гмбх | METHOD OF PRODUCTION OF POWDERS OF METALS OR METAL HYDRIDES OF ELEMENTS Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta AND Cr |
-
2009
- 2009-06-16 RU RU2009123032/02A patent/RU2395595C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2013460C1 (en) * | 1992-08-21 | 1994-05-30 | Институт неорганической химии СО РАН | Method of preparing of rare-earth metals yttrium and scandium |
| US5707599A (en) * | 1996-02-13 | 1998-01-13 | Santiam Electroactive Materials | Process for purifying tantalum oxide and other metal oxides |
| WO2002090024A1 (en) * | 2001-05-04 | 2002-11-14 | H.C. Starck, Inc. | Metalothermic reduction of refractory metal oxides |
| RU2369651C2 (en) * | 2003-07-15 | 2009-10-10 | Шеметалл Гмбх | METHOD OF PRODUCTION OF POWDERS OF METALS OR METAL HYDRIDES OF ELEMENTS Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta AND Cr |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КАРЯКИН Ю.В., АНГЕЛОВ И.И. Чистые химические вещества. - М.: Химия, 1974, с.231. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Schlesinger et al. | Sodium borohydride, its hydrolysis and its use as a reducing agent and in the generation of hydrogen1 | |
| Weidenkaff et al. | Thermogravimetric analysis of the ZnO/Zn water splitting cycle | |
| Palumbo et al. | The production of Zn from ZnO in a high-temperature solar decomposition quench process—I. The scientific framework for the process | |
| US9926636B2 (en) | Method and apparatus for producing metal by electrolytic reduction | |
| Fernelius | Inorganic Syntheses, Volume 2 | |
| Taninouchi et al. | Recovery of platinum group metals from spent catalysts using iron chloride vapor treatment | |
| CN112266002B (en) | A kind of method for catalyzing ammonia synthesis under normal pressure | |
| JPWO2012020834A1 (en) | Hydrogen production method and apparatus | |
| Taninouchi et al. | Effective alloying treatment for platinum using iron chloride vapor | |
| CN112250088B (en) | Method for catalytically synthesizing ammonia based on liquid alloy | |
| Nitsenko et al. | Distillation recovery of tellurium from copper telluride in oxide forms | |
| Kondo et al. | Experimental study on chemical behaviors of non-metal impurities in Pb, Pb-Bi and Pb-Li by temperature programmed desorption mass spectrometer analysis | |
| JP6192645B2 (en) | Method for concentrating metal compounds | |
| JP2018131351A (en) | Method for recovering co2 in air to separate carbon | |
| RU2395595C1 (en) | Procedure for production of metals by reduction of their oxides with hydrogen | |
| CN102251098B (en) | Method for extracting rare noble metals | |
| Sato et al. | Hydrogen storage and transportation system through lithium hydride using molten salt technology | |
| WO2014067664A2 (en) | Methods and systems for reducing metal oxides | |
| WO2016129009A1 (en) | Method for manufacturing metallic vanadium | |
| Robb et al. | Engineering-scale batch purification of ternary mgcl2-kcl-nacl salt using thermal and magnesium contact treatment | |
| Jain et al. | Processing of enriched elemental boron (10B∼ 65 at.%) | |
| Wang | Scandium and Its Materials Applications | |
| CN116287729B (en) | A method for separating thallium based on sodium carbonate | |
| JP2002348622A (en) | Method for collecting metallic gallium | |
| Guibaldo et al. | Transforming waste into resources: Pyrometallurgical recovery of copper and zinc from spent CuO-ZnO-Al2O3 catalysts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110617 |