REDUCCION DE OXIDOS EN ESTADO SOLIDO.
Un proceso para la reducción de un óxido de manganeso a carburo de manganeso,
incluyendo el proceso poner en contacto el óxido de manganeso en forma sólida con un agente reductor/carburizante gaseoso y opcionalmente un gas inerte a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 1000-1250ºC
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/AU00/01149.
Solicitante: UNISEARCH LIMITED
TEMCO PTY LTD.
Nacionalidad solicitante: Australia.
Dirección: RUPERT MYERS BUILDING, LEVEL 2, GATE 14, BARKER STREET, UNIVERSITY OF N,SYDNEY, NSW 2000.
Inventor/es: OSTROVSKI,OLEG, YASTREBOFF,MICHAEL, JOHNSTON,RANKIN,FINDLAY, ANACLETO,NATHANIEL, GANGULY,SAMIR.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 13 de Enero de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- C01B31/30D
- C21C5/52G
- C22B47/00 QUIMICA; METALURGIA. › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS. › C22B PRODUCCION O AFINADO DE METALES (fabricación de polvos metálicos o sus suspensiones B22F 9/00; producción de metales por electrólisis o electroforesis C25 ); PRETRATAMIENTO DE MATERIAS PRIMAS. › Obtención de manganeso.
- C22B5/06 C22B […] › C22B 5/00 Procesos generales de reducción aplicados a los metales. › por carburos o similares.
- C22B5/12 C22B 5/00 […] › por gases.
Clasificación PCT:
- C01B31/30
- C01G45/00 C […] › C01 QUIMICA INORGANICA. › C01G COMPUESTOS QUE CONTIENEN METALES NO CUBIERTOS POR LAS SUBCLASES C01D O C01F (hidruros metálicos C01B 6/00; sales de oxácidos de halógenos C01B 11/00; peróxidos, sales de los perácidos C01B 15/00; tiosulfatos, ditionitos, politionatos C01B 17/64; compuestos que contienen selenio o teluro C01B 19/00; compuestos binarios del nitrógeno con metales C01B 21/06; azidas C01B 21/08; amidas metálicas C01B 21/092; nitritos C01B 21/50; fosfuros C01B 25/08; sales de los oxácidos del fósforo C01B 25/16; carburos C01B 32/90; compuestos que contienen silicio C01B 33/00; compuestos que contienen boro C01B 35/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares pero que no tienen propiedades de cambiadores de base C01B 37/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares y de cambiadores de base, p. ej. zeolitas cristalinas, C01B 39/00; cianuros C01C 3/08; sales del ácido ciánico C01C 3/14; sales de cianamida C01C 3/16; tiocianatos C01C 3/20; procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; obtención a partir de mezclas, p. ej. a partir de minerales, de compuestos metálicos que son los compuestos intermedios de un proceso metalúrgico para la obtención de un metal libre C21B, C22B; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › Compuestos de manganeso.
- C21C5/52 C […] › C21 METALURGIA DEL HIERRO. › C21C PROCESOS DEL HIERRO FUNDIDO, p. ej. AFINADO, FABRICACION DE HIERRO O ACERO DULCE; TRATAMIENTO DE LAS ALEACIONES FERROSAS EN ESTADO LIQUIDO. › C21C 5/00 Fabricación de acero al carbono, p. ej. acero suave, acero medio o acero moldeado. › Fabricación del acero en horno eléctrico.
- C22B47/00 C22B […] › Obtención de manganeso.
- C22B5/00 C22B […] › Procesos generales de reducción aplicados a los metales.
- C22B5/12 C22B 5/00 […] › por gases.
- C22B5/14 C22B 5/00 […] › material fluidizado.
Clasificación antigua:
Fragmento de la descripción:
Reducción de óxidos en estado sólido.
Campo de la invención
Esta invención se refiere a un nuevo método para la reducción de óxidos de manganeso y está particularmente relacionado con un método para la reducción en estado sólido de óxidos de manganeso.
Antecedentes de la invención
El manganeso es un metal de transición comercialmente importante. Se usan diversas técnicas para extraer este metal de transición de las menas.
El manganeso combinado con otros elementos está ampliamente distribuido en la corteza terrestre. La mena más importante consiste principalmente en dióxidos de manganeso en forma de pirolusita, psilomelano, manganita, rodocrosita o nódulos marinos. Las aleaciones de manganeso se producen convencionalmente mediante reducción carbotérmica de la mena y fundición en un horno de arco eléctrico. El ferromanganeso de alto contenido en carbono se produce también en el alto horno.
La presente invención se basa en la realización de que los óxidos de manganeso pueden reducirse directamente al carburo, donde el carbono requerido para la reducción se proporciona en forma de un hidrocarburo gaseoso, por ejemplo, metano.
La Patente de Estados Unidos Nº 4.151.763 se refiere a un proceso para producir carburos, entre otros, carburo de manganeso, por reducción térmica de los óxidos en presencia de un hidrocarburo.
La Patente de Estados Unidos Nº 4.053.301 describe un proceso para la producción directa de carburo de hierro a partir de óxidos de hierro particulados reducidos usando una mezcla de metano (hidrocarburo)-hidrógeno. En el proceso, la mena de hierro fina se reduce al estado metálico poniendo en contacto la mena con hidrógeno a una temperatura entre 595ºC y 705ºC en un lecho fluidizado. El hierro reducido se carburiza después mediante metano (hidrocarburo). De esta manera, en la reacción del óxido de hierro con la mezcla de metano-hidrógeno, los productos de reducción son carburo de hierro y H2O, y la reacción global del proceso de reducción se presenta como:
Como se analizará con más detalle a continuación, la reducción de un óxido con metano (hidrocarburo) en el método de la presente invención es fundamentalmente diferente de la técnica anterior del reductor de óxido de hierro en que ocurre directamente en la fase carburo desde el material sólido, por ejemplo una mena, con formación de CO.
Descripción de la invención
El proceso de la presente invención puede caracterizarse como de naturaleza pirometalúrgica y se basa en el uso de reductores gaseosos, en el que el carbono requerido para la reducción se suministra desde la fase gas.
Por consiguiente, en un primer aspecto, la presente invención proporciona un proceso para la reducción de un óxido de manganeso a carburo de manganeso, incluyendo el proceso poner en contacto el óxido de manganeso en forma sólida con un agente reductor y carburizante gaseoso y, opcionalmente, una ga inerte a elevada temperatura.
El gas reductor/carburizante puede ser una mezcla gaseosa de hidrocarburo-gas hidrógeno. El hidrocarburo puede ser un alcano, por ejemplo, metano, etano, propano o puede ser una mezcla de dos o más alcanos, o puede usarse un gas natural, que opcionalmente se limpia antes de su uso. Preferiblemente, el hidrocarburo es metano. Preferiblemente, el hidrocarburo puede estar presente en una cantidad de aproximadamente el 5-20%, más preferiblemente del 7-15%.
Preferiblemente, el hidrógeno en el gas reductor/carburizante está presente en una cantidad de aproximadamente el 20 al 95%.
El gas portador inerte opcional puede ser nitrógeno o argón. El gas portador inerte puede estar presente en una cantidad del 0 al 60%.
Preferiblemente, el óxido de manganeso está presente en un material que tiene una permeabilidad a gas alta para permitir un acceso amplio del gas reductor a la fase óxido. Preferiblemente, el material tratado en el proceso de la invención tiene una alta porosidad, alta área superficial y no se funde o sinteriza durante la reacción de reducción. Preferiblemente, el óxido de manganeso está en forma particulada.
El material tratado en el proceso de la invención puede ser una mena que contiene uno o más óxidos metálicos. La mena puede estar en forma de pre-concentrado o concentrado. La mena puede someterse a uno o más pretratamientos, por ejemplo, concentración por medios químicos y/o físicos antes de tratarla de acuerdo con el proceso de la invención. Preferiblemente, el óxido se pre-trata por calcinación con gases calientes, inertes o reductores, a aproximadamente 800-1100ºC para retirar la humedad y pre-reducir MnO2 y Mn2O3 a MnO y descomponer los carbonatos.
El proceso de la invención se realiza a una temperatura suficientemente alta para que tenga lugar la reacción de reducción pero no tan alta como para que de como resultado una fusión o sinterización significativa del material a tratar.
El proceso de la invención se realiza a una temperatura de 1000-1250ºC, preferiblemente entre 1050-1150ºC.
El proceso de la invención puede realizarse en cualquier reactor adecuado. El reactor puede ser un reactor de lecho fluidizado o un reactor de lecho de relleno. Puede usarse un lecho de relleno si las partículas de la mena son susceptibles a adherirse. La selección del modo más apropiado del proceso depende de la composición de la mena, del tamaño y la composición del gas usado.
Preferiblemente, el CO se minimiza en la atmósfera del reactor durante el proceso de la invención. La descarga gaseosa del reactor usado para realizar el proceso de la invención puede reciclarse de nuevo al reactor. Cuando se recicla la descarga gaseosa, es preferible que el CO se retire antes del reciclado al volumen de reacción. Parte de los gases (gases reactantes, descargas gaseosas o una corriente diferente) pueden quemarse en cualquier momento antes, durante o después del reactor para proporcionar calor al volumen de reacción o al suministro entrante.
El gas hidrógeno puede suministrarse a la reacción para permitir la reducción del óxido de hierro, presente en la mena de manganeso. La sílice presente en el material de suministro puede reducirse también parcialmente. Por ejemplo, las menas de manganeso con hasta aproximadamente del 12% de sílice pueden tratarse de acuerdo con el proceso de la invención.
El proceso de reducción de óxido de manganeso de la presente invención puede transcurrir mediante la siguiente reacción.
Resulta fácilmente evidente que esta reacción es fundamentalmente diferente de la reducción del óxido de hierro con metano en que el metal de transición se convierte directamente en la fase carburo con la formación de gas CO.
La energía libre de Gibbs fundamental de la reducción del MnO a Mn7C3 es igual a ?Gº = 377682 - 314,44T, J que significa que esta reacción transcurre espontáneamente a temperaturas de 1201 K y mayores cuando las especies están en sus estados fundamentales. La constante de equilibro para esta reacción es log K = 10/7log(PH2/PCH4) + log Pco, que es igual a aproximadamente 10 a 1000ºC, 100 a 1100ºC y 1000 a 1200ºC. Esto indica que la reducción de MnO a carburo de manganeso es factible y tiene una gran extensión a 1000-1200ºC.
Las menas de manganeso, aparte del propio óxido de manganeso, pueden contener óxidos de hierro, sílice y otros metales. Se sabe a partir de la bibliografía que en el proceso de reducción de gas, el hierro se reduce fácilmente mediante hidrógeno y/o gas CO al estado metálico. El óxido de manganeso se reduce prácticamente sólo a su estado de oxidación inferior MnO.
Los ejemplos de materiales que pueden tratarse en el proceso de la presente invención son óxidos de manganeso puros, menas de manganeso Groote Eylandt, menas de manganeso Wessels y otras menas de manganeso. Preferiblemente, el tratamiento se realiza sobre partículas que tienen un tamaño de partícula menor de aproximadamente 2 mm.
La mena de manganeso se pre-trata preferiblemente con gases calientes, inertes o reductores, a aproximadamente 800-1100ºC. Puede conseguirse...
Reivindicaciones:
1. Un proceso para la reducción de un óxido de manganeso a carburo de manganeso, incluyendo el proceso poner en contacto el óxido de manganeso en forma sólida con un agente reductor/carburizante gaseoso y opcionalmente un gas inerte a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 1000-1250ºC.
2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el agente reductor/carburizante gaseoso es una mezcla gaseosa de hidrógeno-hidrocarburo.
3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el hidrocarburo se selecciona entre el grupo que consiste en metano, etano, propano y una mezcla de dos o más de los mismos.
4. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el hidrocarburo es metano.
5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el agente reductor/carburizante es una mezcla de hidrógeno/gas natural.
6. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas inerte opcional es nitrógeno o argón.
7. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el hidrocarburo está presente en una cantidad de aproximadamente el 5-20%.
8. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el hidrógeno está presente en una cantidad de aproximadamente el 20-95%.
9. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas inerte está presente en una cantidad de aproximadamente el 0-60%.
10. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la temperatura está en el intervalo de aproximadamente 1050-1150ºC.
11. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el óxido de manganeso está en forma de una mena que contiene óxido de manganeso.
12. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la mena que contiene óxido de manganeso es una mena de manganeso.
13. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la mena de manganeso es una mena de manganeso Groote Eylandt.
14. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la mena de manganeso es una mena de manganeso Wessels.
15. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14 en el que la mena es una mena pre-concentrada o concentrada.
16. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la mena se pre-trata por calcinación con un gas caliente, inerte o reductor.
17. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la reducción del óxido de manganeso a carburo de manganeso se realiza en presencia de un agente que amplía la metaestabilidad del agente carburizante/reductor.
18. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el agente que amplía la metaestabilidad es azufre.
Patentes similares o relacionadas:
Procedimiento para el tratamiento de escorias metalúrgicas, del 8 de Enero de 2020, de Scholz Austria GmbH: Procedimiento para el tratamiento de escorias metalúrgicas, utilizándose un dispositivo dividido en un antecrisol , una cámara de reducción y una […]
Procedimiento y disposición para operar un horno metalúrgico y un producto de un programa de ordenador, del 28 de Agosto de 2019, de Outotec (Finland) Oy: Un procedimiento para operar un horno metalúrgico , en el que el procedimiento comprende:
Una etapa de alimentación para alimentar un material de alimentación […]
Método para controlar el equilibrio térmico del eje de reacción de un horno de fundición en suspensión, del 28 de Agosto de 2019, de Outotec (Finland) Oy: Un método para controlar el equilibrio térmico del eje de reacción de un horno de fundición en suspensión, que comprende
usar un quemador […]
Método para fundir sulfuros de metales no ferrosos en un horno de fusión en suspensión y horno de fusión en suspensión, del 27 de Febrero de 2019, de Outotec (Finland) Oy: Un método para fundir sulfuros de metales no ferrosos en un horno de fusión en suspensión, en donde el método incluye
el uso de un horno de fusión en suspensión que comprende […]
Método de utilizar un horno de fusión en suspensión, horno de fusión en suspensión y quemador de concentrado, del 13 de Diciembre de 2018, de Outotec (Finland) Oy: Un método de utilización de un horno de fusión en suspensión , mediante el que el horno de fusión en suspensión comprende un eje de reacción , comprendiendo […]
Comenzar un proceso de fundición, del 28 de Febrero de 2018, de Tata Steel Limited: Un método para iniciar un proceso basado en baño fundido para fundir un material de alimentación metalífero para formar un metal fundido en un aparato de fundición, el aparato […]
Procedimiento para la conversión de cobre, del 16 de Julio de 2014, de OUTOTEC OYJ: Un procedimiento para convertir una mata de sulfuro de cobre en cobre blíster, en el que el procedimiento incluye las etapas de:
añadir la mata de sulfuro de […]
PROCEDIMIENTO PARA LA PRODUCCIÓN DE POLVO DE HIERRO O POLVO DE ACERO A PARTIR DE POLVO DE ÓXIDO DE HIERRO A TRAVÉS DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN, del 23 de Mayo de 2011, de RUTHNER, MICHAEL J: Procedimiento para la producción de polvo de hierro o polvo de acero micronizado adecuados para la metalurgia del polvo; en el que - a partir de líquidos […]