RU2586192C1 - Method of obtaining pure niobium - Google Patents
Method of obtaining pure niobium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2586192C1 RU2586192C1 RU2014144383/02A RU2014144383A RU2586192C1 RU 2586192 C1 RU2586192 C1 RU 2586192C1 RU 2014144383/02 A RU2014144383/02 A RU 2014144383/02A RU 2014144383 A RU2014144383 A RU 2014144383A RU 2586192 C1 RU2586192 C1 RU 2586192C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- niobium
- ingots
- electron beam
- sublimates
- charge
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии тугоплавких редких металлов, в частности к получению и рафинированию ниобия, а также к пирометаллургической переработке его высокометаллизированных отходов.The invention relates to the field of metallurgy of refractory rare metals, in particular to the production and refining of niobium, as well as to pyrometallurgical processing of its highly metallized waste.
Известен способ получения ниобия восстановлением его пентаоксида алюминием и кальцием, термической обработкой и последующим многократным электронно-лучевым переплавом (RU 2137857, опубл. 20.09.99).A known method of producing niobium by reducing its pentoxide with aluminum and calcium, heat treatment and subsequent multiple electron beam remelting (RU 2137857, publ. 20.09.99).
Известный способ не позволяет существенно уменьшить потребление первичного пентаоксида ниобия на операции восстановления и снизить себестоимость продукции.The known method does not significantly reduce the consumption of primary niobium pentoxide for recovery operations and reduce the cost of production.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения чистого ниобия, раскрытый в патенте RU 2490347 (опубл. 20.08.2013) и включающий восстановительную плавку шихты, содержащей пентаоксид ниобия, кальций и алюминий, при соотношении компонентов в шихте по массе Nb2O5:Al:Ca=1:(0,22÷0,24):(0,27÷0,29), с получением черновых слитков, удаление шлака с их поверхности и многократный электронно-лучевой переплав с последующей обточкой слитков чистого ниобия. В способе предусмотрено добавление в шихту возгонов, полученных после проведения второго и последующих электронно-лучевых переплавов в количестве до 4,5% от массы пентаоксида ниобия.Closest to the claimed invention is a method for producing pure niobium, disclosed in patent RU 2490347 (publ. 08/20/2013) and including reductive melting of a mixture containing niobium pentoxide, calcium and aluminum, with a ratio of components in the mixture by weight of Nb 2 O 5 : Al : Ca = 1: (0.22 ÷ 0.24) :( 0.27 ÷ 0.29), with obtaining rough ingots, removing slag from their surface and repeated electron beam remelting, followed by turning of pure niobium ingots. The method provides for the addition to the charge of sublimates obtained after the second and subsequent electron beam remelting in an amount up to 4.5% by weight of niobium pentoxide.
Описанный способ позволяет существенно уменьшить потребление первичного пентаоксида ниобия на операции восстановления за счет использования образующихся в процессе электронно-лучевой плавки возгонов и снизить себестоимость продукции без ухудшения качества рафинированного ниобия.The described method allows to significantly reduce the consumption of primary niobium pentoxide for recovery operations through the use of sublimates generated in the process of electron beam melting and to reduce the cost of production without compromising the quality of refined niobium.
Однако этот способ не обеспечивает утилизацию отходов в виде стружки ниобия с обточки поверхностного слоя слитков.However, this method does not provide waste disposal in the form of niobium chips from the turning of the surface layer of ingots.
Задачей заявляемого изобретения является снижение себестоимости изготовления металла за счет использования в процессе восстановительной плавки образующихся при получении ниобия отходов как в виде возгонов электронно-лучевых переплавов, так и в виде стружки за счет снижения расхода первичного пентаоксида ниобия, при одновременном повышении извлечения ниобия в процессе восстановительной плавки.The objective of the invention is to reduce the cost of manufacturing metal due to the use in the recovery smelting process of waste generated during the production of niobium, both in the form of sublimates of electron beam remelting and in the form of shavings by reducing the consumption of primary niobium pentoxide, while increasing the extraction of niobium in the recovery process swimming trunks.
Технический результат достигается тем, что в способе получения чистого ниобия, включающем восстановительную плавку шихты, содержащей пентаоксид ниобия, кальций и алюминий при соотношении компонентов в шихте по массе Nb2O5:Al:Ca=1:(0,22÷0,24):(0,27÷0,29) и добавлении в шихту возгонов второго и последующих электронно-лучевых переплавов в количестве до 4,5 мас.% от массы пентаоксида ниобия, с получением черновых слитков, удаление шлака с их поверхности и многократный электронно-лучевой переплав с последующей обточкой слитков, восстановительную плавку шихты ведут с добавлением просушенной стружки металлического ниобия длиной до 20 мм в количестве 1,1-1,8% от массы пентаоксида ниобия.The technical result is achieved in that in a method for producing pure niobium, which includes reducing melting of a mixture containing niobium pentoxide, calcium and aluminum with a ratio of components in the mixture by weight of Nb 2 O 5 : Al: Ca = 1: (0.22 ÷ 0.24 ) :( 0.27 ÷ 0.29) and adding to the charge the sublimates of the second and subsequent electron beam remelts in an amount of up to 4.5 wt.% By weight of niobium pentoxide, to obtain rough ingots, removing slag from their surface and repeatedly electronically - beam remelting with subsequent turning of ingots, reduction smelting hty lead to the dried chips by adding niobium metal to about 20 mm in length in an amount of 1.1-1.8% by weight of niobium pentoxide.
Предпочтительно использовать преимущественно неокисленные возгоны второго и последующих электронно-лучевых переплавов.It is preferable to use predominantly non-oxidized sublimates of the second and subsequent electron beam remelts.
Для случая добавления в шихту стружки, полученной обточкой слитков с использованием смазочно-охлаждающей жидкости, указанную стружку предварительно отмывают обезжиривающим раствором.For the case of adding to the charge the chips obtained by turning the ingots using cutting fluid, this chip is pre-washed with a degreasing solution.
При соблюдении указанных условий теплоты реакции восстановления достаточно для усвоения подгруженных оборотов в виде стружки и возгонов и обеспечения жидкотекучести шлака, состоящего из окислов СаО и Al2O3, необходимой для максимально полного разделения с восстановленным металлом (ниобием). При этом проявляется эффект дополнительного доизвлечения ниобия из шлака, что, предположительно, связано с «кристаллизацией на подложке». В результате происходит повышение выхода металла на восстановительной плавке.Subject to the indicated conditions, the heat of the reduction reaction is sufficient to assimilate the loaded revolutions in the form of chips and sublimates and to ensure the fluidity of the slag, consisting of oxides of CaO and Al 2 O 3 , necessary for the most complete separation with the reduced metal (niobium). In this case, the effect of additional additional extraction of niobium from slag is manifested, which, presumably, is associated with “crystallization on the substrate”. As a result, there is an increase in the metal yield in reduction smelting.
Стружка, подгруженная на этапе восстановительной плавки совместно с возгонами второго и последующих электронно-лучевых переплавов, проходит все стадии рафинирования от избыточных примесей, что обеспечивает требуемое качество готовых слитков ниобия.The chips loaded at the stage of reduction smelting together with the sublimates of the second and subsequent electron beam remelts undergo all stages of refining from excess impurities, which ensures the required quality of the finished niobium ingots.
Сочетание всех известных и новых существенных признаков заявляемого изобретения позволяет решить задачу, заключающуюся в получении металла, соответствующего установленным требованиям, с одновременной переработкой отходов ниобия как в виде возгонов второго и последующих электронно-лучевых переплавов, так и в виде стружки с обточки слитков; а также снизить себестоимость полученного металла за счет частичной замены первичного пентаоксида ниобия на отходы ниобия при одновременном повышении извлечения ниобия в слитки восстановительных плавок.The combination of all known and new significant features of the claimed invention allows us to solve the problem of obtaining a metal that meets the established requirements, with the simultaneous processing of niobium waste both in the form of sublimates of the second and subsequent electron beam remelts, and in the form of chips from the turning of ingots; and also to reduce the cost of the obtained metal by partially replacing the primary niobium pentoxide with niobium waste while increasing the extraction of niobium in the ingots of reduction melts.
Для проверки заявляемого изобретения была выполнена следующая работа.To verify the claimed invention, the following work was performed.
Стружку, полученную при обточке слитков первого и последующих электроннолучевых переплавов, готовили одним из следующих способов:The chips obtained by turning the ingots of the first and subsequent electron beam remelts were prepared using one of the following methods:
1) сливную витую стружку длиной более 20 мм измельчали до размеров: длина не более 20 мм, толщина и ширина не более 3 мм;1) twisted drain shavings with a length of more than 20 mm were crushed to sizes: length not more than 20 mm, thickness and width not more than 3 mm;
2) стружку, полученную с охлаждением смазочно-охлаждающей жидкостью, перед подгрузкой на восстановительную плавку отмывали обезжиривающим раствором и сушили до полного высыхания;2) the chips obtained by cooling with a cutting fluid were washed with a degreasing solution before being loaded on the reduction melting and dried until they completely dried;
3) стружку, полученную с охлаждением проточным конденсатом, перед подгрузкой сушили до полного высыхания.3) the chips obtained by cooling with flowing condensate were dried before loading until they completely dried.
Подачу стружки осуществляли равномерно в каждый канал металлоприемника шахтной печи в количестве 1,1%, 1,6%, 1,8% и 2,7% от массы пентаоксида ниобия, загруженного на плавку. Стружку подгружали совместно с преимущественно неокисленными возгонами второго и последующих электронно-лучевых переплавов. Количество возгонов составляло - 3,7 и 4,5% от массы пентаоксида ниобия, загружаемого на плавку. Возгоны вводили в состав шихты. Соотношение масс пентаоксида ниобия и восстановителей (Са, Al) составляло: Nb2O5:Al:Са=1:(0,22÷0,24):(0,27÷0,29). Удаление остатков шлака осуществляли механическим способом. Полученный черновой ниобий подвергали двукратному рафинировочному электронно-лучевому переплаву.The supply of chips was carried out uniformly into each channel of the metal receiver of the shaft furnace in the amount of 1.1%, 1.6%, 1.8% and 2.7% by weight of niobium pentoxide loaded on the smelter. The chips were loaded together with predominantly unoxidized sublimates of the second and subsequent electron beam remelts. The number of sublimates was - 3.7 and 4.5% of the mass of niobium pentoxide loaded onto the heat. Sublimates were introduced into the mixture. The mass ratio of niobium pentoxide and reducing agents (Ca, Al) was: Nb 2 O 5 : Al: Ca = 1: (0.22 ÷ 0.24) :( 0.27 ÷ 0.29). Removal of residual slag was carried out mechanically. The obtained rough niobium was subjected to double refining electron beam remelting.
Для всех восстановительных плавок определяли качество полученных черновых слитков (химический состав и внешний вид), извлечение ниобия в черновые слитки и химический состав слитков рафинированного ниобия после первого электронно-лучевого переплава, а также соответствие готовых слитков рафинированного ниобия (после второго электронно-лучевого переплава) предъявленным техническим требованиям. С целью подтверждения доизвлечения ниобия из шлака в черновые слитки определяли массовую долю ниобия в шлаке всех опытно-промышленных восстановительных плавок. Кроме того, по каждому варианту осуществляли пересчет количества чистого пентаоксида ниобия, затраченного на получение одной тонны ниобия в чистоте.The quality of the obtained crude ingots (chemical composition and appearance), the extraction of niobium into rough ingots and the chemical composition of refined niobium ingots after the first electron beam remelting, as well as the correspondence of the finished refined niobium ingots (after the second electron beam remelting) were determined for all reduction melts. submitted technical requirements. In order to confirm the additional extraction of niobium from slag into rough ingots, the mass fraction of niobium in the slag of all pilot industrial reduction melts was determined. In addition, for each option, the amount of pure niobium pentoxide used to produce one ton of niobium was recalculated.
Для сравнения использовали результаты 4-х восстановительных плавок, проведенных по прототипу, с подгрузкой возгонов второго и последующих электронно-лучевых переплавов в количестве 4,5% от массы пентаоксида ниобия, а также результаты контроля качества полученных из них слитков рафинированного ниобия после первого и второго электронно-лучевых переплавов.For comparison, we used the results of 4 reductive melts carried out according to the prototype, with loading sublimates of the second and subsequent electron beam remelts in an amount of 4.5% by weight of niobium pentoxide, as well as the results of quality control of refined niobium ingots obtained from them after the first and second electron beam remelting.
Сравнительные результаты представлены в таблице.Comparative results are presented in the table.
Из таблицы видно, что при подгрузке на восстановительную плавку стружки ниобия в количестве до 1,8% (опыты 1-4) от массы пентаоксида ниобия за счет доизвлечения ниобия из шлака повышается его содержание в черновых слитках на 0,52-0,94 мас.% по сравнению со средним содержанием по прототипу. Извлечение ниобия в слитки повышается на 1,4-4,2%, экономия пентаоксида ниобия в чистоте составляет 50-77 кг на 1000 кг чистого ниобия, снижается содержание ниобия в шлаке. При этом увеличение количества стружки более 1,6% от массы пентаоксида ниобия не приводит к дополнительной экономии первичного пентаоксида ниобия, а при увеличении количества стружки более 1,8% от массы пентаоксида ниобия (2,7% в опыте 5) выход металла на восстановительной плавке снижается до уровня прототипа, эффект доизвлечения ниобия из шлака не проявляется. Причина снижения экономических показателей процесса восстановления при увеличении количества подгружаемой стружки (более 1,8% совместно с 4,5% возгонов) заключается в том, что при большем количестве стружки теплоты реакции восстановления, часть которой затрачивается на нагрев и плавление оборотов, становится недостаточно для обеспечения высокой жидкотекучести шлака и металлического расплава, тем самым ухудшаются условия их разделения. Кроме того, из-за недостатка теплоты реакции при содержании стружки 2,7% происходит недостаточное усвоение оборотов, вследствие чего ухудшается качество черновых слитков ниобия: на поверхности слитков наблюдается наличие выступающих нерасплавленных кусков оборотов, препятствующих полному удалению шлака с поверхности при ее механической зачистке. При подаче стружки на восстановительную плавку в количестве менее 1,1% отличия технико-экономических показателей от прототипа не выявлено.The table shows that when loading niobium shavings in the amount of up to 1.8% (experiments 1-4) by weight of niobium pentoxide by loading niobium from slag, its content in rough ingots increases by 0.52-0.94 wt. .% compared with the average content of the prototype. Extraction of niobium into ingots is increased by 1.4-4.2%, the saving of niobium pentoxide in purity is 50-77 kg per 1000 kg of pure niobium, the content of niobium in the slag is reduced. Moreover, an increase in the amount of chips more than 1.6% by weight of niobium pentoxide does not lead to additional savings in primary niobium pentoxide, and with an increase in the amount of chips more than 1.8% by weight of niobium pentoxide (2.7% in experiment 5), the metal yield on the reduction smelting is reduced to the level of the prototype, the effect of additional extraction of niobium from slag is not manifested. The reason for the reduction in economic indicators of the recovery process with an increase in the amount of loaded chips (more than 1.8% together with 4.5% of sublimates) is that with a larger quantity of chips the heat of the recovery reaction, part of which is spent on heating and melting revolutions, becomes insufficient for ensuring high fluidity of the slag and the metal melt, thereby deteriorating the conditions for their separation. In addition, due to the lack of heat of reaction when the chip content is 2.7%, insufficient assimilation of revolutions occurs, as a result of which the quality of rough niobium ingots deteriorates: on the surface of the ingots there are protruding unmelted pieces of revolutions that impede the complete removal of slag from the surface during its mechanical cleaning. When supplying chips for recovery smelting in an amount of less than 1.1%, differences in technical and economic indicators from the prototype were not detected.
Следовательно, оптимальными с точки зрения качества продукции и экономических показателей являются варианты, соответствующие опытам 1-4, т.е. подгрузка на восстановительную плавку ниобия стружки в количестве 1,1-1,8% совместно с возгонами в количестве не более 4,5% от массы пентаоксида ниобия.Therefore, optimal from the point of view of product quality and economic indicators are options that correspond to experiments 1-4, i.e. loading on reductive melting of niobium chips in the amount of 1.1-1.8%, together with sublimates in an amount of not more than 4.5% by weight of niobium pentoxide.
Содержание ниобия и примесей в слитках опытно-промышленных плавок после 1-го электронно-лучевого переплава находилось на уровне характеристик рафинированных слитков 1-х электронно-лучевых переплавов черновых слитков, полученных по прототипу. Готовые слитки рафинированного ниобия, полученные путем двукратного электронно-лучевого переплава черновых слитков, полученных по прототипу, соответствовали предъявленным техническим требованиям. Количество рафинирующих электронно-лучевых переплавов в связи с подгрузкой стружки на восстановительную плавку не увеличилось.The content of niobium and impurities in the ingots of experimental industrial melts after the 1st electron beam remelting was at the level of characteristics of refined ingots of 1 electron beam remelting of rough ingots obtained by the prototype. Finished ingots of refined niobium obtained by double electron beam remelting of rough ingots obtained by the prototype met the technical requirements. The number of refining electron-beam remelts in connection with the loading of chips on the reduction smelting has not increased.
Таким образом, представленные результаты свидетельствуют, что заявленный способ переработки отходов ниобия обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в получении металла, соответствующего установленным требованиям, а также снижение себестоимости изготовления металла, полученного с использованием отходов ниобия (стружка, возгоны), за счет повышения извлечения ниобия в слитки восстановительной плавки и снижения расхода первичного пентаоксида ниобия.Thus, the presented results indicate that the claimed method of processing niobium waste ensures the achievement of a technical result consisting in obtaining a metal that meets established requirements, as well as reducing the cost of manufacturing metal obtained using niobium waste (shavings, sublimates) by increasing the extraction of niobium in ingots of reducing melting and reducing the consumption of primary niobium pentoxide.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014144383/02A RU2586192C1 (en) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | Method of obtaining pure niobium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014144383/02A RU2586192C1 (en) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | Method of obtaining pure niobium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2586192C1 true RU2586192C1 (en) | 2016-06-10 |
Family
ID=56115310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014144383/02A RU2586192C1 (en) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | Method of obtaining pure niobium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2586192C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB870930A (en) * | 1958-08-07 | 1961-06-21 | Union Carbide Corp | Improvements in and relating to the production of columbium and tantalum |
| RU2137857C1 (en) * | 1998-04-28 | 1999-09-20 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Method of preparing pure niobium |
| RU2245384C1 (en) * | 2003-05-20 | 2005-01-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) | Method for production of pure niobium |
| EP1761353B1 (en) * | 2004-06-21 | 2009-06-10 | H.C. Starck Inc. | Metalothermic reduction of refractory metal oxides |
| RU2490347C1 (en) * | 2012-06-01 | 2013-08-20 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) | Method for obtaining pure niobium |
-
2014
- 2014-10-31 RU RU2014144383/02A patent/RU2586192C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB870930A (en) * | 1958-08-07 | 1961-06-21 | Union Carbide Corp | Improvements in and relating to the production of columbium and tantalum |
| RU2137857C1 (en) * | 1998-04-28 | 1999-09-20 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Method of preparing pure niobium |
| RU2245384C1 (en) * | 2003-05-20 | 2005-01-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) | Method for production of pure niobium |
| EP1761353B1 (en) * | 2004-06-21 | 2009-06-10 | H.C. Starck Inc. | Metalothermic reduction of refractory metal oxides |
| RU2490347C1 (en) * | 2012-06-01 | 2013-08-20 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) | Method for obtaining pure niobium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101570827B (en) | Method for distilling and purifying crude tin alloy in vacuum | |
| CN105886787B (en) | A kind of method that vanadium is reclaimed from corundum slag containing vanadium | |
| CN107217145A (en) | A kind of method that copper anode mud vacuum reduction takes off lead antimony bismuth selen-tellurjum arsenic | |
| CN115369262B (en) | Green and efficient refining method for complex crude tin | |
| WO2018060202A1 (en) | Improved solder and method for producing high purity lead | |
| CN1878879A (en) | Process and apparatus for recovery of non-ferrous metals from zinc residues | |
| CN101906643B (en) | High lead bismuth silver alloy electrolysis deleading process | |
| EP3143169B1 (en) | A method of converting copper containing material | |
| EP3918097B1 (en) | Improved method for producing high purity lead | |
| RU2586192C1 (en) | Method of obtaining pure niobium | |
| WO2007025317A1 (en) | Method for separating impurities out of feed stock in copper melts | |
| CN108411118A (en) | Lead bismuth alloy is electrolysed vacuum distillation impurity removal process and its application of leading portion | |
| CN107502788A (en) | Electrolytic capacitor shell aluminium alloy and preparation method thereof | |
| KR101287559B1 (en) | A sodium-free flux for removing magnesium impurity from molten aluminium or aluminium alloy and the removing method of magnesium impurity from molten aluminium or aluminium alloy using the same | |
| CN115465842A (en) | 4N tellurium casting method | |
| EP3918098B1 (en) | Improved co-production of lead and tin products | |
| CN104328289A (en) | Method for removal of lead and arsenic in crude antimony vacuum refining process | |
| JP6959169B2 (en) | Sn removal method and Pb manufacturing method | |
| KR101620509B1 (en) | Manufacturing method of matte sulfide from deep ocean manganese nodule using nonferrous metallurgical resource | |
| KR101990852B1 (en) | Recovering method of valuable metals by using submerged arc furnace | |
| KR20200070348A (en) | Method for recovering metals from cobalt-containing materials | |
| CN107779636A (en) | A kind of aluminium and aluminium alloy solution refine slag-cleaning agent | |
| TWI835979B (en) | Improved co-production of lead and tin products | |
| KR102403999B1 (en) | Additive for molten metal comprising aluminium, molten metal including the additive and method for treating the molten metal | |
| RU2786016C1 (en) | Improved method for production of high-pure lead |