Способ переработки дисперсного минерального сырья
PROCESSING METHOD OF DISPERSE MINERAL RAW MATERIAL

Изобретение относится к плазменной технологии в металлургическом производстве, а именно к способам и устройствам для переработки дисперсных материалов и может быть использовано для получения чистых элементов.
Известен способ получения порошков тугоплавких металлов, заключающийся в плазменном восстановлении их из оксидов, включающем введение порошкообразного материала в плазменную струю, испарение его в плазменной струе и конденсацию (см. Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей. М. - 1987. - С. 59-71).
Недостатки известного способа заключаются в малой производительности и отсутствии возможности комплексной переработки многокомпонентного сырья.
Известно устройство для плазменного переплава материалов, содержащее плазмотрон, каналы для подачи дисперсного материала, тигель из тугоплавкого материала, причем тигель соединен с анодом плазмотрона (см. ЕР №0415858, кл. Н05Н 1/42, опубл. 25.01.95). При этом устройство характерно недостаточной эффективностью плазменной переработки по причине низкого КПД расплавления дисперсных материалов.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности плазменной переработки дисперсного минерального сырья в металлургии.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении способа переработки дисперсного минерального сырья и конструкционного решения плазменного реактора для его осуществления, при котором обеспечивается непрерывная подача исходного дисперсного порошка и невосстановленного сырья в восстановительную камеру во время всего процесса переработки. В результате достигается полное восстановление сырья за счет увеличения времени ее нахождения в  реакторе, что достигается тороидальной формой камеры и тангенциальным дутьем плазмотронов.
Для решения поставленной задачи способ плазменной переработки дисперсного минерального сырья, включающий введение порошкообразного материала в плазменную струю с восстановительным газом и с последующим испарением и конденсацией материала, для чего, используют плазменный реактор, содержащий плазмотрон, восстановительную камеру, неразрывно связанную с циркуляционной камерой, выполненной с каналами для подачи сырья, тигель из тугоплавкого материала, отличается тем, что плазменный реактор содержит бункер для сырья с предохранительным клапаном, связанный через газоотводящие каналы и каналы для подачи сырья с восстановительной камерой, выполненной в замкнутой тороидальной форме, по дну которой выбрана прорезь для выхода и сбора конечного продукта в тигеле, при этом в камере установлены, по меньшей мере, два плазмотрона для тангенциального дутья плазменного потока, а каналы для подачи сырья выполнены перпендикулярно направлению плазменного потока, для чего, сырье непрерывно подают под плазменную струю в замкнутом циркуляционном канале камеры до достижения окончательного восстановления и конденсации металла. При этом непрерывная подача сырья из бункера обеспечивается за счет давления, образуемого восстановительным газом, а выход восстановленного элемента через прорезь за пределы камеры -под действием динамического давления плазмы.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками ближайших аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, максимально полную переработку минерального сырья.
Предложенный способ и конструкция плазменного реактора способствуют непрерывной подаче исходного дисперсного порошка и  невосстановленного сырья в восстановительную камеру во время всего процесса переработки. При этом существенные отличительные признаки новых технических решений заключаются в подаче сырья в плазменную струю в перпендикулярном направлении по замкнутому каналу, а в конструкции плазменного реактора - в выполнении циркуляционной камеры и каналов для подачи дисперсного порошка.
Заявленное техническое решение иллюстрируется чертежом, где на фигуре 1 схематически показан общий вид плазменного реактора, фигуре 2 - схема устройства реактора в разрезе, фигуре 3 - схема движения невосстановленного сырья по замкнутому каналу циркуляционной восстановительной камеры в процессе восстановления.
Плазменный реактор состоит, по меньшей мере, из двух плазмотронов 1, тугоплавкого тигеля (желоба) 7, каналов подачи дисперсного порошка 3, восстановительной и циркуляционной камеры 2, газоотводящих каналов 6, бункера для дисперсного порошка 4 и несущей рамы 5 (см. фиг. 1).
Работа плазменного реактора при переработке дисперсного минерального сырья осуществляется следующим образом.
Подготовка дисперсного минерального сырья и восстановительного газа осуществляется известными способами. После поджигания плазмотронов 1 в восстановительную камеру 2 реактора непосредственно в плазменную струю в перпендикулярном к ней направлении подается дисперсное минеральное сырье в виде порошка. В восстановительной камере 2 происходит реакция восстановления при высокой температуре, восстановленный элемент под действием динамического давления плазмы через прорезь выходит за пределы камеры и попадает в желоб 7, откуда и ведется сбор конечного продукта (см. фиг. 2). А часть невосстановленного сырья продолжает движение по замкнутому торообразному каналу циркуляционной восстановительной камеры 2 до полного восстановления (см. фиг. 3.).
Восстановительная камера связана газоотводящими каналами 6 с насыпным бункером 4, за счет чего, в последнем создается повышенное давление, что способствует более равномерной и постоянной подаче дисперсного порошка из бункера, т.к. превышение давления в бункере над давлением в камере позволяет порошку непрерывно поступать в камеру. При этом устройство снабжено предохранительным клапаном, который выпускает газы в случаях превышения предельного давления в бункере.
Использование предлагаемого способа переработки дисперсного минерального сырья и конструкции плазменного реактора позволяет максимально полно переработать минеральное сырье за счет непрерывной подачи дисперсного порошка и невосстановленного сырья непосредственно в плазменную струю. Кроме того, подача в струю в перпендикулярном направлении по замкнутому циклу позволяет достигать максимальную теплопередачу от плазмы к восстановленному элементу и, как результат, обеспечить повышение эффективности переработки дисперсного минерального сырья.