RU2708642C1

RU2708642C1 - Processing method of disperse mineral raw material

Info

Publication number: RU2708642C1
Application number: RU2018133233A
Authority: RU
Inventors: Владимир Егорович Михайлов
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2019-12-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to plasma technology in metallurgical production, namely, to methods and devices for processing disperse materials, and can be used to produce pure elements. Method of plasma processing of dispersed mineral raw material includes introduction of powdered material into plasma jet with reducing gas with subsequent evaporation and condensation of material, for which a plasma reactor is used, which contains a raw material bin with a safety valve, connected through gas-vent channels and channels for supply of raw material with a reducing chamber, made in the form of a closed toroidal channel, along the bottom of which there is a slot for exit and collection of the end product in the crucible, at that, in the chamber there are at least two plasmatrons for tangential blowing of the plasma flow, and channels for supply of raw material are made perpendicular to direction of plasma flow, for this purpose, raw material is continuously supplied under plasma jet in closed circulation channel of chamber until final reduction and condensation of metal.

EFFECT: disclosed is method of processing disperse mineral raw material.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к плазменной технологии в металлургическом производстве, а именно к способам и устройствам для переработки дисперсных материалов и может быть использовано для получения чистых элементов.The invention relates to plasma technology in metallurgical production, and in particular to methods and devices for processing dispersed materials and can be used to obtain pure elements.

Известен способ получения порошков тугоплавких металлов, заключающийся в плазменном восстановлении их из оксидов, включающем введение порошкообразного материала в плазменную струю, испарение его в плазменной струе и конденсацию (см. Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей. М. - 1987. - С. 59-71).A known method of producing powders of refractory metals, which consists in plasma reduction of them from oxides, including the introduction of a powdery material into a plasma jet, its evaporation in a plasma jet and condensation (see Plasma gasification and pyrolysis of low-grade coals. M. - 1987. - S. 59- 71).

Недостатки известного способа заключаются в малой производительности и отсутствии возможности комплексной переработки многокомпонентного сырья.The disadvantages of this method are the low productivity and the lack of the possibility of complex processing of multicomponent raw materials.

Известно устройство для плазменного переплава материалов, содержащее плазмотрон, каналы для подачи дисперсного материала, тигель из тугоплавкого материала, причем тигель соединен с анодом плазмотрона (см. ЕР №0415858, кл. Н05Н 1/42, опубл. 25.01.95). При этом устройство характерно недостаточной эффективностью плазменной переработки по причине низкого КПД расплавления дисперсных материалов.A device for plasma remelting materials containing a plasmatron, channels for supplying dispersed material, a crucible of refractory material, the crucible is connected to the anode of the plasma torch (see EP No. 0415858, CL H05H 1/42, publ. 25.01.95). Moreover, the device is characterized by insufficient plasma processing efficiency due to the low efficiency of the melting of dispersed materials.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности плазменной переработки дисперсного минерального сырья в металлургии.The problem to which the invention is directed, is to increase the efficiency of plasma processing of dispersed minerals in metallurgy.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении способа переработки дисперсного минерального сырья и конструкционного решения плазменного реактора для его осуществления, при котором обеспечивается непрерывная подача исходного дисперсного порошка и невосстановленного сырья в восстановительную камеру во время всего процесса переработки. В результате достигается полное восстановление сырья за счет увеличения времени ее нахождения в реакторе, что достигается тороидальной формой камеры и тангенциальным дутьем плазмотронов.The technical result obtained by carrying out the invention is to obtain a method for processing dispersed mineral raw materials and a structural solution for a plasma reactor for its implementation, which ensures a continuous supply of the initial dispersed powder and unreduced raw materials into the reduction chamber during the entire processing process. As a result, complete recovery of the feedstock is achieved by increasing the time spent in the reactor, which is achieved by the toroidal shape of the chamber and the tangential blast of the plasma torches.

Для решения поставленной задачи способ плазменной переработки дисперсного минерального сырья, включающий введение порошкообразного материала в плазменную струю с восстановительным газом и с последующим испарением и конденсацией материала, для чего, используют плазменный реактор, содержащий плазмотрон, восстановительную камеру, неразрывно связанную с циркуляционной камерой, выполненной с каналами для подачи сырья, тигель из тугоплавкого материала, отличается тем, что плазменный реактор содержит бункер для сырья с предохранительным клапаном, связанный через газоотводящие каналы и каналы для подачи сырья с восстановительной камерой, выполненной в замкнутой тороидальной форме, по дну которой выбрана прорезь для выхода и сбора конечного продукта в тигеле, при этом в камере установлены, по меньшей мере, два плазмотрона для тангенциального дутья плазменного потока, а каналы для подачи сырья выполнены перпендикулярно направлению плазменного потока, для чего, сырье непрерывно подают под плазменную струю в замкнутом циркуляционном канале камеры до достижения окончательного восстановления и конденсации металла. При этом непрерывная подача сырья из бункера обеспечивается за счет давления, образуемого восстановительным газом, а выход восстановленного элемента через прорезь за пределы камеры -под действием динамического давления плазмы.To solve this problem, a method of plasma processing of dispersed mineral raw materials, including the introduction of a powdery material into a plasma jet with a reducing gas and subsequent evaporation and condensation of the material, for which a plasma reactor containing a plasmatron, a reduction chamber inextricably connected with a circulation chamber made with channels for supplying raw materials, a crucible of refractory material, characterized in that the plasma reactor contains a hopper for raw materials with a safety a valve connected through gas exhaust channels and channels for supplying raw materials with a recovery chamber made in a closed toroidal shape, along the bottom of which a slot is selected to exit and collect the final product in the crucible, at least two plasma torches for tangential blasting are installed in the chamber plasma flow, and channels for supplying raw materials are made perpendicular to the direction of the plasma flow, for which, the raw materials are continuously fed under the plasma stream in a closed circulation channel of the chamber until finally th metal recovery and condensation. In this case, the continuous supply of raw materials from the hopper is ensured by the pressure generated by the reducing gas, and the output of the reduced element through the slot outside the chamber is influenced by the dynamic plasma pressure.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками ближайших аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the signs of the closest analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, максимально полную переработку минерального сырья.The combination of features of the invention provides a solution to the claimed technical problem, namely, the most complete processing of mineral raw materials.

Предложенный способ и конструкция плазменного реактора способствуют непрерывной подаче исходного дисперсного порошка и невосстановленного сырья в восстановительную камеру во время всего процесса переработки. При этом существенные отличительные признаки новых технических решений заключаются в подаче сырья в плазменную струю в перпендикулярном направлении по замкнутому каналу, а в конструкции плазменного реактора - в выполнении циркуляционной камеры и каналов для подачи дисперсного порошка.The proposed method and design of the plasma reactor facilitate the continuous supply of the original dispersed powder and unreduced raw materials into the reduction chamber during the entire processing process. At the same time, the essential distinguishing features of the new technical solutions are the supply of raw materials to the plasma jet in the perpendicular direction through a closed channel, and in the design of the plasma reactor - in the implementation of the circulation chamber and channels for feeding the dispersed powder.

Заявленное техническое решение иллюстрируется чертежом, где на фигуре 1 схематически показан общий вид плазменного реактора, фигуре 2 - схема устройства реактора в разрезе, фигуре 3 - схема движения невосстановленного сырья по замкнутому каналу циркуляционной восстановительной камеры в процессе восстановления.The claimed technical solution is illustrated by a drawing, where FIG. 1 schematically shows a general view of a plasma reactor, FIG. 2 is a sectional diagram of a reactor device, and FIG. 3 is a diagram of a motion of unreduced raw materials through a closed channel of a circulation reduction chamber during the recovery process.

Плазменный реактор состоит, по меньшей мере, из двух плазмотронов 1, тугоплавкого тигеля (желоба) 7, каналов подачи дисперсного порошка 3, восстановительной и циркуляционной камеры 2, газоотводящих каналов 6, бункера для дисперсного порошка 4 и несущей рамы 5 (см. фиг. 1).The plasma reactor consists of at least two plasmatrons 1, a refractory crucible (trough) 7, feed channels for the dispersed powder 3, a recovery and circulation chamber 2, gas exhaust channels 6, a hopper for the dispersed powder 4, and a carrier frame 5 (see Fig. one).

Работа плазменного реактора при переработке дисперсного минерального сырья осуществляется следующим образом.The plasma reactor in the processing of dispersed minerals is as follows.

Подготовка дисперсного минерального сырья и восстановительного газа осуществляется известными способами. После поджигания плазмотронов 1 в восстановительную камеру 2 реактора непосредственно в плазменную струю в перпендикулярном к ней направлении подается дисперсное минеральное сырье в виде порошка. В восстановительной камере 2 происходит реакция восстановления при высокой температуре, восстановленный элемент под действием динамического давления плазмы через прорезь выходит за пределы камеры и попадает в желоб 7, откуда и ведется сбор конечного продукта (см. фиг. 2). А часть невосстановленного сырья продолжает движение по замкнутому торообразному каналу циркуляционной восстановительной камеры 2 до полного восстановления (см. фиг. 3.).The preparation of dispersed mineral raw materials and reducing gas is carried out by known methods. After igniting the plasma torches 1, dispersed mineral raw materials in the form of a powder are fed directly into the plasma jet in the reduction chamber 2 of the reactor in the direction perpendicular to it. In the reduction chamber 2, a reduction reaction occurs at high temperature, the restored element under the action of dynamic plasma pressure through the slot goes outside the chamber and enters the groove 7, from where the final product is collected (see Fig. 2). And part of the unrestored raw materials continues to move along a closed toroidal channel of the circulation recovery chamber 2 until complete recovery (see Fig. 3.).

Восстановительная камера связана газоотводящими каналами 6 с насыпным бункером 4, за счет чего, в последнем создается повышенное давление, что способствует более равномерной и постоянной подаче дисперсного порошка из бункера, т.к. превышение давления в бункере над давлением в камере позволяет порошку непрерывно поступать в камеру. При этом устройство снабжено предохранительным клапаном, который выпускает газы в случаях превышения предельного давления в бункере.The recovery chamber is connected by gas exhaust channels 6 to the bulk hopper 4, due to which, in the latter, increased pressure is created, which contributes to a more uniform and constant supply of dispersed powder from the hopper, because the excess pressure in the hopper over the pressure in the chamber allows the powder to continuously flow into the chamber. In this case, the device is equipped with a safety valve that releases gases in cases of exceeding the maximum pressure in the hopper.

Использование предлагаемого способа переработки дисперсного минерального сырья и конструкции плазменного реактора позволяет максимально полно переработать минеральное сырье за счет непрерывной подачи дисперсного порошка и невосстановленного сырья непосредственно в плазменную струю. Кроме того, подача в струю в перпендикулярном направлении по замкнутому циклу позволяет достигать максимальную теплопередачу от плазмы к восстановленному элементу и, как результат, обеспечить повышение эффективности переработки дисперсного минерального сырья.Using the proposed method for processing dispersed mineral raw materials and the design of a plasma reactor allows the most complete processing of mineral raw materials due to the continuous supply of dispersed powder and unreduced raw materials directly into the plasma jet. In addition, feeding into the stream in a perpendicular direction in a closed cycle allows to achieve maximum heat transfer from the plasma to the restored element and, as a result, to increase the efficiency of processing of dispersed mineral raw materials.

Claims

A method of plasma processing of dispersed mineral raw materials, including the introduction of a powdery material into a plasma jet with a reducing gas, followed by evaporation and condensation of the material, which uses a plasma reactor containing a plasmatron, a reduction chamber, inextricably connected with a circulation chamber made with channels for supplying raw materials, a crucible from a refractory material, characterized in that the plasma reactor comprises a feed hopper with a safety valve connected through a gas outlet the supply channels and channels for supplying raw materials with a recovery chamber made in the form of a closed toroidal channel, along the bottom of which a slot is selected to exit and collect the final product in the crucible, at least two plasma torches are installed in the chamber for tangential blast of the plasma stream, and the channels for the supply of raw materials are made perpendicular to the direction of the plasma flow, for which the raw materials are continuously fed under the plasma stream in a closed circulation channel of the chamber until the final recovery and ensatsii metal.