Спосіб витягнення металу воднем

1. Спосіб витягнення металу воднем в термічній печі, що включає обробку оксиду атомарномолекулярним воднем, що діє на відновлювану пластину, пресовану з оксиду металу, який відрізняється тим, що в робочій зоні печі принаймні між 3 Plasma Chemistry and Plasma Processing// Reduction of ТіО2 with Hydrogen Plasma (Восстановление TiO2 водородной плазмой) Woodville, SA, Australia, 2002, Vol.22, No.3 – P.335-350]. Недоліками відомого способу є значні втрати водню, як газу, великі витрати електроенергії (на виробництво 1кг титану витрати встановлюють 1857кВт/год., що в багато разів перевищує витрати будь-яких існуючих промислових процесів), значні матеріаломісткість та трудовитрати, велика собівартість. В основу корисної моделі поставлене завдання удосконалення способу витягнення металів воднем, в якому витягнення металу з попередньо нагрітого оксиду, спресованого у пластини, атомарним воднем, що виділяється при швидкому термічному розкладанні гідриду металу, теж спресованому в пластину, при температурі 900-1250°С і створенні тиску від 0,05 до 0,10МПа в процесі дегазації та, після дегазації, переміщення пластини з гідриду металу до зони, з якої попередньо видалена вода, гідрування в залишковому водні і повернення її до процесу, забезпечують значне зменшення втрат водню, цим забезпечується зменшення витрат електроенергії, трудовитрат, матеріаломісткості, зниження собівартості. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі витягнення металу воднем, що включає термічну піч, яка створює потік атомарномолекулярного водню, що діє на відновлювану пластину, пресовану з оксиду металу, згідно з корисною моделлю передбачені наступні відміни: - в робочої зоні термічної печі, принаймні, між двома відновлюваними пластинами, попередньо нагрітими до температури 900-1250°С, розміщують пластину, що пресована з гідриду металу, переважно, гідриду титану; - створюють в процесі дегазації тиск атомарномолекулярного водню від 0,05МПа до 0,10МПа; - після дегазації, пластину з гідриду металу переміщують до зони, насиченої воднем, з якого попередньо видалена вода; - пластину гідрують в залишковому водні і повертають до процесу. Крім того, зазор між відновлюваними пластинами з оксиду металу та пластиною з гідриду металу, що встановлені в робочій зоні ємності, не перевищує 10мм. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 зображений пристрій для реалізації способу; Фіг.2 - графік рентгенівських дифракційних спектрів на поверхнях відновлюваних пластин з оксиду металу. Спосіб може бути реалізований за допомогою пристрою (Фіг.1), що складається з термічної печі 1, в якій встановлена ємність 2, переважно у вигляді циліндра, з робочою зоною 3, розміщеною в центрі ємності 2, в робочій зоні 3 розташовують горизонтально, принаймні дві, пресовані з оксиду металу, відновлювані пластини 4, між якими вводять пластину 5, яка пресована з гідриду металу, між пластинами 4 та пластиною 5 залишають зазори 6, в ємності 2, з боків робочої зони 3, виконані зони 7 насичення залишковим та свіжим воднем пластин 5, між зонами 3 та 7 встановлені пристрої 17642 4 8 видалення води з відпрацьованих газів, свіжий водень подають до зон 7 з газгольдера 9 трубопроводами 10, вакуумного насоса 11, з трубопроводами 12, на яких встановлені фільтри 13 видалення води. Спосіб реалізують наступним чином. У робочій зоні 3 ємності 2 встановлюють горизонтально, принаймні, дві відновлювальні пластини 4, за допомогою вакуумного насоса 11 створюють вакуум, не нижче 10-2 Торр та нагрівають зону 3 до температури 900-1250°С, після досягнення термодинамічної рівноваги між пластинами 4, між ними розміщують із зазорами 6 пластину 5 з гідриду металу, при цьому зазори 6 не повинні перевищувати 10мм. В зазорі 6 утримують тиск на рівні 0,05-0,1МПа. Після встановлення між пластинами 4 пластини 5, в зоні 3 починається процес лавиноподібної дегазації водню, при цьому водень виділяється переважно в атомарному стані. В результаті взаємодії між атомарним воднем та пластиною 5, відбувається відновлення оксиду до субоксиду і далі до металу, із вилученням кисню у вигляді водяної пари. При необхідності, відпрацьована пластина 5 може замінюватися свіжими гідридними пластинами будь-яку кількість разів. В процесі дегазації гази, що відходять з робочої зони 3 і складаються з молекулярного водню, залишків атомарного водню та води, пропускають крізь пристрій 8, де атомарний водень остаточно рекомбінує, а молекулярний - збезводнюється. Сухий залишковий молекулярний водень проходить у зону 7, де поглинається черговою відпрацьованою пластиною 5. Водень, який не був поглинений пластиною 5 (тобто не приймав участь в процесі відновлення) відсмоктується вакуумним насосом 11 через трубопроводи 12 і повертається до газгольдеру 9. Після закінчення процесу дегазації, що визначається зниженням тиску до граничної величини, відпрацьовану пластину 5 переміщують до зони 7, а у ємність 2 подають, з газгольдера 9, свіжий молекулярний водень для остаточного гідрування пластин 5. Таким чином, водень, за виключенням тієї його частини, яка відновлює оксид металу, знову повертається в процес. Використання нижчих окислів титану, наприклад, ТіО та Ті2О3, у відновленні в атомарному водні суттєво підвищує ефективність способу. Запропонований спосіб може бути використаний для витягнення з оксидів або інших з'єднань цирконію, неодиму та інших важковідновлюваних металів. При оборотному циклі процесу з водню, прямі витрати зводяться до нагріву початкового оксиду або субоксиду і еквівалентної кількості гідриду металу до 900-1250°С та втрати, у вигляді води, кількості водню відповідної реакції: МеОх+2хР Me+хН2О Зокрема, для виробництва 1кг Ті з ТіО2 потрібно витратити 80г (або 0,9м3) водню та нагріти 1,7кг оксиду і 2кг гідриду титану, що становить приблизно 216кДж або 0,06кВт/год. (без врахування теплових втрат). Навіть при виході по водню 10% (що відповідає більшій в 10 разів кількості гідриду, який 5 17642 підлягає нагріву) прямі витрати складають лише 848кДж або 0,235кВт/год. Приклад З меленого порошку ТіО2 ізостатичне спресовані дві пластини 4 у вигляді таблеток діаметром 12мм, товщиною 4мм та з меленого порошку ТіНі,75 ізостатичне спресовані пластини 5 у вигляді циліндричних гранул вагою - 3,9г кожна. Таблетки були розміщені послідовно в ємності 2 та нагріті у вакуумі до 1100°С, а гранули почергово уводились в робочу зону 3 ємності 2 із забезпеченням зазору між гранулою та передньою поверхнею першої таблетки 1-2мм, дегазувались протягом 5-6 хвилин та виводились з ємності 2, загальний час обробки складав 30 хвилин. Потім знімали рентгенівські дифракційні спектри (Fe K ' 6 передньої та задньої поверхонь обох таблеток, що представлені на Фіг.2. Аналіз спектрів показав ' присутність фази -Ті на всіх поверхнях таблеток, на передній поверхні першої таблетки є також значний вміст -Ті (твердий розчин водню в Ті) та сліди недовідновлених субоксидів, на решті поверхонь присутня початкова фаза рутила (R). Спосіб може бути використаний, наприклад, для виготовлення електродів з високою електропровідністю та стійкістю до корозії. Використання запропонованого способу забезпечить значне зниження вартості витягнення металів, переважно титану, за допомогою водню, забезпечуючи, при цьому, виключну екологічну чистоту. випромінювання) з Комп’ютерна верстка А. Рябко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601