Введение к работе
Актуальность работы. Сплавы системы медь - фосфор широко применяются в ряде технологических процессов цветной металлургии. Их используют для раскисления меди, изготовления фосфористых бронз, для получения припоев, а также в качестве модификаторов силуминов. Традиционная технология получения сплавов медь - фосфор предусматривает расплавление металлической меди и растворение красного фосфора в расплавленной меди. Недостатком этой технологии является необходимость использования красного фосфора, который является дорогостоящим и экологически опасным продуктом. Значительная часть фосфора теряется в ходе процесса в виде паров, что приводит к дополнительным затратам и загрязнению окружающей среды. Ввиду трудоемкости и длительности процедуры набивки ковша красным фосфором производительность этого способа невелика. Актуальность работы обусловлена необходимостью создания эффективной и экологически безопасной технологии получения сплавов медь - фосфор.
Цель и задачи работы. Целью работы являлось исследование процесса алюмотермического восстановления фосфора из апатитового концентрата в присутствии медьсодержащих компонентов и разработка экономичной и экологически безопасной технологии получения сплавов медь - фосфор.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- показать принципиальную возможность получения сплавов
медь-фосфор алюмотермическим способом, для чего предложить
критерии осуществимости процесса и определить температурный
интервал его проведения.
исследовать закономерности алюмотермического способа получения сплавов медь - фосфор с использованием в качестве фосфорсодержащего компонента апатитового концентрата, источника меди - оксида меди и/или меди;
изучить влияние условий проведения процесса на содержание примесей в получаемых сплавах и шлаках;
определить состав газовой фазы, выделяющейся при проведении процесса;
- предложить способы удаления примесей из сплавов медь -
фосфр с целью получения кондиционных продуктов, удовлетворяющих
требованиям ГОСТа;
- разработать технологию получения сплавов медь-фосфор.
Научная новизна работы. Проведен комплексный термодинамический анализ процесса получения сплава медь-фосфор путем алюмотермического восстановления фосфора из апатитового концентрата в присутствии медьсодержащих компонентов и очистки его от примесей.
Исследованы зависимости выхода сплава по отношению к теоретически возможному и распределения фосфора между сплавом и шлаком от количества восстановителя и доли теплового балласта в шихте, что позволило определить оптимальные параметры процесса для каждого получаемого состава сплава.
Проведен детальный анализ поведения примесей в сплаве и шлаке в зависимости от условий проведения процесса. Рекомендованы условия проведения процесса, позволяющие минимизировать содержание примесей в получаемом сплаве.
Установлен качественный и количественный состав газовой фазы, выдошющейся при получении сплава.
Предложены эффективные способы удаления примесей из сплава до их суммарного содержания не превышающего 0.1- 0.2 % масс.
Практическая значимость и реализация результатов работы в промышленности. На основании выполненных исследований и установленных закономерностей разработана эффективная и экологически чистая технология получения сплавов медь - фосфор. Проведены производственные испытания получения сплавов по данной технологии. Испытания показали надежность и воспроизводимость предложенной технологии, ее экономическую эффективность и экологическую безопасность.
Внедрение разработанной технологии на экспериментальном заводе качественных сплавов в г. Мценске в объеме 1000 т. в год обеспечит получение прибыли в первый год производства в размере 903 тыс. долл. при уровне рентабельности 181% и сроке окупаемости примерно 7 мес.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Результаты термодинамического анализа алюмотермического процесса получения сплава медь-фосфор с использованием апатитового концентрата.
-
Зависимости выхода сплава по отношению к теоретически возможному и распределения фосфора между сплавом и шлаком от количества восстановителя и доли теплового балласта в шихте.
3. Анализ поведения примесей в сплаве и шлаке в
зависимости от параметров процесса.
4. Результаты исследования состава газовой фазы, выделяющейся
при получении сплава.
5. Способы удаления примесей из сплавов медь-фосфор до их уммарного содержания, удовлетворяющего требованиям ГОСТа.
Апробация работы. Основные результаты и положения ;иссертационной работы докладывались и обсуждались на 4-й Международной конференции "Наукоемкие химические технологии" Волгоград, 1996); научной конференции "Химия и технология іереработки комплексного сырья Кольского полуострова" (Апатиты, 996); Всероссийской конференции "Химия твердого тела и новые материалы" (Екатеринбург, 1996); 8-й научно-технической сонференции МГТУ (Мурманск, 1997).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных >абот, в том числе, патент на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 100 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4-х разделов, )сновных выводов, списка литературы и приложения, содержит 17 жсунков и 17 таблиц. Список литературы включает 97 «именований работ отечественных и зарубежных авторов.