Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И ДРУГИХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СЕРНИСТЫХ РУД

Для выделения железа и других металлов из сернистых руд пользуются явлением диссоциации сульфидов на металл и серу, причем нагрев сернистых руд происходит во взвешенном состоянии. По настоящему предложению сульфиды во взвешенном состоянии подвергаются предварительной обработке путем пропускания их через вольтову дугу в смеси с инертным или восстановительным газом, а затем окончательное разложение сульфидов и рафинировка металлов от серы проводится при пропуске нагретого до соответствующей температуры нейтрального или восстановительного газа навстречу стекающему в теплом слое сплаву, причем нагрев нейтрального или восстановительного газа ведут при помощи вольтовой дуги, при переработке же легкоплавких металлов обычным сжиганием углерода и его производных, а также при помощи продуктов неполного горения угольной пыли, сжигаемой за счет подогретого воздуха. Для усиления же термического воздействия на сплав и еще большего ослабления сил сцепления применен пропуск через стекающий тонким слоем сплав постоянного тока. Применение дополнительно к противотоку нагретого нейтрального или восстановительного газа также и постоянного электрического тока значительно ускоряет, по мнению автора, процесс рафинировки металла. С целью уменьшения потерь тепла с отходящими газами последние, а также и образовавшиеся в процессе диссоциации пары серы, пропускают под паровым котлом.

На чертеже фиг. 1 изображает продольный разрез печи при нагреве инертного или восстановительного газа сжиганием углерода; фиг. 2 - вид сверху той же печи с разрезом по линии 1-1; фиг. 3 - поперечный разрез той же печи по линии 2-2; фиг. 4 - поперечный разрез той же печи по линии 3-3; фиг. 5 - схематический продольный разрез печи в случае применения вольтовой дуги.

Печь состоит из тигля 6 с расположенными в нем винтообразно трубами 1, обогреваемыми снаружи, и отопляемой камеры 11. Мелкораздробленный пылевидный колчедан из бункера 20 специальным приспособлением 2 подается равными порциями по закрытому лотку 3 в чугунное корыто 4, откуда по наклонному дну через летку 5 скатывается внутрь труб 1, расположенных винтом по стенкам тигля 6. Тигль 6 снаружи обогревается отходящими горячими газами с температурой, примерно, 1300-1000°, колчедан внутри него нагревается до температуры, примерно, 800-1000°, двусернистое железо FeS₂, переходит при этом в односернистое FeS. Пары серы отводятся из тигля 6 в камеру 11. Сернистое железо в твердом виде выбрасывается с низа тигля 6 в небольшую камеру 7 с графитовым дном, под которым происходит интенсивное сгорание паров серы с примесью генераторного газа, обеспечивающее температуру наружного обогрева в 1300-1500°. Сернистое железо, попадая из тигля 6 в камеру 7, в ней плавится и стекает по поду камеры. Из камеры плавления 7 колчедан через небольшую летку 8 вытекает по касательной на верх короткой вертикальной шахты 10, где он попадает сначала на край воронкообразной горловины 9, по которой стекает вниз винтообразной линией через узкое круглое отверстие в камеру 11. Навстречу ему пробивается под давлением в нижнее отверстие воронки 9 генераторный газ с температурой до 1600°, распыляющий при этом в отверстии воронки 9 расплавленный колчедан и вымывающий из него пары серы. Газ с парами серы пробивается частично через летку 8 в камеру плавления 7, а частично уходит непосредственно в зону сгорания 18. Расплавленное железо с примесью серы при температуре, примерно, 1400-1500° падает на низ шахты 10, переходящей затем в воронкообразную горловину 9, по поду которой стекает уже почти чистое железо, попадающее в конце трубы в канал 13, откуда железо удаляется через нижнюю летку 14, шлаки же через верхнюю 15. Над средней частью канала 13 располагается угольное сопло 16, продукты горения угольной пыли или генераторный газ по соплу 12, расположенному касательно к шахте 10, уходят далее в шахту 10, омывая в ней сверху железо, стекающее тонким слоем. Пары серы из тигля 6 и камеры плавления 7, а равно генераторный газ засасываются воздушными соплами 17 в зону сгорания 18. Сопла 17 располагаются под углом друг к другу и к горизонту с расчетом получения максимальных температур над дном камеры плавления 7 колчедана. Горячие газы по пути обтекают тигли 6 и температурой 900-1100° уходят либо в газопровод 19, либо под паровой котел.

В случае применения вольтовой дуги установка для получения железа и других металлов из сернистых руд состоит из металлического кожуха 21 (фиг. 5) с заключенным в нем газом, поступающим по трубам 34 из газгольдера 32, камеры 22, в поперечном разрезе грушевидной формы, суживающейся книзу и вытянутой в продольном направлении; конической расширяющейся книзу и также вытянутой по длине вертикальной шахты 23, к которой примыкают с одной стороны боковой газоход 24, сообщающийся с котлом 25, с другой стороны снизу обычная отражательная печь с рядом приемных горнов 27. В нижней части камеры 22 расположены электроды 28 переменного тока, охлаждаемые изнутри водой или газом. Камера 22 выполняется монолитной или составной из огнеупорного материала с зеркально гладкой внутренней поверхностью с целью отражения лучистой энергии, исходящей от раскаленных частиц и пламени вольтовой дуги. Стенки камеры 22 имеют в отдельных местах в шахматном порядке узкие вытянутые по горизонтали сопла 35 специальной формы с расчетом направления вытекающего из них газа кверху. Такое направление газа при входе выбрано с тем расчетом, чтобы воспрепятствовать обычной конвекции и вызвать выталкивание горячих газов книзу по центральной оси, предотвратив в то же время соприкосновение твердых частиц и паров металла с относительно холодными стенками. Чтобы предотвратить оседание частиц на стенках шахты 23 и газохода 24, а равно с целью глубокого охлаждения газа по выходе его из камеры 22, верхняя горловина шахты 23 и свод газохода 24 снабжены также соплами 36, с направлением по ходу вытекающих струй газа. Руда подается в камеру 22 или с помощью сопла или посредством механического питателя в отверстие 29.

Механический и физико-химический процессы, происходящие в предлагаемой аппаратуре, представляют собой довольно сложную картину. Вследствие принудительного движения газа вверху у стенок более тяжелые частицы вынуждены при падении ориентироваться к центру с менее плотными горячими слоями газа. С другой стороны, раскаляющиеся вследствие реакции и нагрева от газа частицы испытывают реактивное действие выделяющихся из них газов и паров, отбрасывающих их кверху и к центру. При наличии одном или ряда вольтовых дуг создается столб раскаленных частиц газа с температурой до 4000°. При этой температуре частицы руды плавятся или испаряются, и все соединения диссоциируют. При избытке азота и диссоциации его на атомы создаются условия для возникновения эндотермических соединений азота, при избытке угля образуются карбиды. Не испарившиеся частицы забрасываются к центру камеры 22 и агломерируются при соприкосновении, все быстрее опускаясь книзу по мере увеличения размеров частиц. При выходе из камеры в шахту 23 частицы идут по центру струи, представляющему наименьшее сопротивление падению. По сторонам идут пары элементов, у самых стенок холодный газ, поступивший из кожуха 21 сквозь отверстия в стенках шахты 23 и газохода 24. Агломерированные частицы тугоплавких металлов и их соединений проходят зону охлаждения в шахте 23, вследствие инерционных сил ударяются о пол ее, в целях сохранения которого необходимо держать в нем постоянный слой сплава. При своем падении тугоплавкие частицы захватят лишь следы ранее испарившихся элементов.

Вверху шахты смесь газов, охладившись смешением до 1000-1200°, поступает под паровой котел 25, экономайзер 29, где охлаждается до 300-400°, твердые частицы оседают на дно и собираются в приемнике, газ же с остатками взвешенной пыли идет на переработку в абсорбер 30 с целью очистки и выделения соответствующих составных частей и охлаждения, после чего компрессором 31 подается в газгольдер 32 и поступает вновь в процесс.

Восстановленные же более тугоплавкие металлы со дна шахты 23 поступают через порог в отражательную печь, где производится окончательная дестилляция путем продувания инертно-восстановительного газа и пропускания через стекающий тонким слоем сплав постоянного тока. Отрицательный электрод 33 располагается на расстоянии двух-трех метров от порога печи в одном из горнов 27, положительный же электрод 34, монтируется предпочтительнее сверху на своде недалеко от порога либо с противоположной стороны шахты. В первом случае ток образует сначала одну или ряд ленточных вольтовых дуг и затем проходит по слою металла, во втором случае действию тока подвергается весь поверхностный слой металла. Благодаря действию тока, устраняется опасность настылеобразования на поду печи. Тепловой и электрический режим печи избирается в зависимости от состава получаемого плава. Наличие жидкоплавких, металлов и эвтектик (кальция, кремня, аллюминия) облегчают задачу, густо-плавкие карбиды потребуют более высоких температур.