Спосіб отримання металів та їх сплавів

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения металлов и сплавов. Известен способ получения металлов из руд путем восстановления их из оксидов [1]. При этом способе оксиды металлов (руда, концентрат) смешивают с восстановителем (например, кокс, уголь) и шлакообразующими материалами, нагревают до температуры, при которой осуществляется реакция восстановления, а затем охлаждают полученный металл. Недостаток этого способа многостадийность процесса, обязательное наличие в шихте восстановителя, значительный ущерб, наносимый окружающей среде. Известен способ обработки металлических расплавов путем наложения электромагнитного поля [2]. Однако он имеет своей целью только достижение более высокого уровня усвоения модификаторов и легирующих добавок или выделение и удаление неметаллических включений из расплавленного металла. В предложенном способе конструктивные и технологические условия не позволяют осуществлять восстановление оксидов металлов. Наиболее близким к предлагаемому решению является способ восстановления руд [3]. В указанном изобретении с целью интенсификации процесса восстановления материал в парамагнитном состоянии подвергают воздействию переменного магнитного поля. Наложение переменного магнитного поля приводит к возникновению магнитострикции, что вызывает непрерывное движение частиц, образующих кристаллы ферромагнетика и как бы расшатывает кристаллическую решетку, увеличивает подвижность ионов, облегчая твердофазную диффузию и фазовые превращения при восстановлении. Возникновение упругих напряжений различного знака в кристаллической решетке также может ускорить диффузию ионов в твердых фазах. Таким образом, предложенный способ интенсифицирует процесс диффузии за счет наложения переменного магнитного поля. Восстановление же оксидов, как и во всех известных способах, осуществляется за счет действия восстановителей (твердого углерода, восстановительного газа), что не исключает таких недостатков, как многостадийность процесса, значительные энергозатраты, ущерб, наносимый окружающей среде. В основу изобретения поставлена задача создания способа получения металлов и сплавов, исключающего частично или полностью использования твердых, жидких или газообразных восстановителей, в котором восстановление оксидов металлов происходит за счет действия на них неоднородного магнитного поля и благодаря этому уменьшается количество энергозатрат, улучшаются экологические условия. Поставленная задача решается тем, что в способе получения металлов и их сплавов, включающем в себя нагрев оксидов металлов до высоких температур, в том числе пре-вышающих температуру их плавления, восстановление оксидов металлов, согласно изобретению, происходит за счет воздействия на них неоднородного магнитного поля. Кроме того, в способе получения металлов и их сплавов, согласно изобретению, используют смесь оксидов различных металлов. Также в способе получения металлов и сплавов, согласно изобретению, восстановление оксидов осуществляют в защитной среде или в вакууме. При температурах плавления оксидов одни металлы становятся диамагнитными, другие парамагнитными. Кислород парамагнитен. Известно, что силы, действующие в неоднородном магнитном поле на парамагнетики и диамагнетики, направлены в противоположные стороны: парамагнетики втягиваются в магнитное поле, диамагнетики - выталкиваются. Поэтому при нахождении расплава оксида, в составе которого металл - диамагнетик, в неоднородном магнитном поле, описанные выше силы способствуют отделению кислорода от металла. Если металл, входящий в состав оксида парамагнитен, то разделение атомов металла и кислорода будет определяться величиной магнитного момента указанных атомов. Вследствие того, что кислород под действием сил со стороны неоднородного магнитного поля удаляется от того момента, где произошло его отделение от атома металла, он не может вступать снова в реакцию окисления, что и приводит к восстановлению оксидов металла. Это позволяет при восстановлении оксидов отказаться частично или полностью от применения твердых, жидких или газообразных восстановителей. В случае получения сплавов применяются смеси оксидов различных металлов. В зоне максимального градиента магнитного поля будут находиться элементы с парамагнитными свойствами и большими моментами. В удалении от этой области будут располагаться элементы с диамагнитными свойствами. При восстановлении металлов, имеющих большое средство к кислороду, для предотвращения их вторичного окисления процесс проводится в защитной среде или вакууме. Способ получения металла из руд реализован в лабораторных условиях на примере восстановления оксидов железа. Железорудный концентрат, содержащий FeO - 28%; Fe2O3 - 62,6%; SiO2 - 7,9%; AI2O3-0,16%; CaO-0,17%; MgO-0,32%; S-следы, в виде таблетки массой 5 г помещался в алундовом тигле в неоднородное магнитное поле (плотность магнитного поля 0,3 Тл). Нагрев и плавление железорудного концентрата осуществляли на воздухе, а также лазерным лучом в атмосфере аргона. Мощность лазера составляла 500-800 Вт. Процесс обработки проводился в течение 2-4 мин. Структурный и рентгеноструктурный анализы показали, что в процессе обработки железорудного концентрата лазером в неоднородном магнитном поле происходит восстановление окислов железа. На фото 1 приведена структура железорудного концентрата сплавленного в атмосфере гелия; на фото 2 структура полупродукта, полученного из железорудного концентрата в неоднородном магнитном поле. Таким образом, предложен и проверен в лабораторных условиях принципиально новый экологически чистый способ получения металлов и сплавов из их оксидов за счет действия на них неоднородного твердого поля, исключающий частично или полностью применение твердых, газообразных или жидких восстановителей.