Способ получения меднофосфористой лигатуры

(51)5 С 22 С 1/02,ИЗО ТЕЛЬС И являютфос.фора ОСУДАРСТВЕННОЕ ГАТЕНТНЬЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИ(71) Всесоюзный научно-исследовательскийи проектный институт вторичннх цйетныхметаллов(56) Курдюмов А.ВПикунов М,В, Литейноепроизводство цветных и редких металлов,ММеталлургия, 1972, с.188 - 189. Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения меднофосфористой лигатуры, используемой для производства сплавов, раскислителей и высокотемпературных припоев.Известен способ получения лигатуры медь-фосфор, сущность которого заключается в следующем, В тигель, футерованный шамотным кирпичом, засыпают красный порошкообразный фосфор из расчета 85- 150 кг фосфора на 1 т меди, фосфор уплотняют, например, с помощью вибростола, затем на уплотненный фосфор наносят слой измельченной медной стружки и утрамбовывают. На полученную массу заливают расплав меди с температурой 1200 С и выдерживают до завершения взаимодействия фосфора с мерью, После этого с поверхности сплава сни 1 ают шлак, металл после перемешивания и тстаивания разливают в изложницы.Недостатком способа является то, что обеспечивается относительно низкое содержание фосфора в сплаве (не превышает 88059 А 1(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНОФОСФОРИСТОЙ ЛИГАТУРЫ(57) Использование; при получении медно-фосфористой лигатуры, используемой дляпроизводства сплавов, раскислителей и высокотемпературных припоев, Сущность. готовят шихту из меди и красного фосфора,осуществляют термообработку при 370 -420 С в течение 30 - 90 мин, охлаждают принепрерывном перемещении реакционнОймассы. В качестве меди используют частицыс удельной поверхностью 0,1 - 1 м /кг. При 2готовление шихты осуществляют чередованием слоев частиц меди и фосфора присоотношении 9:(1-4). 1 табл,9,43%) и относительно высокие потери фосфора (до 8,8 Я,).Известен способ получения фосфористой меди, включающий плавление исходного сырья и контактирование жидкой медис фосфором, причем в качестве исходногосырья используют медьсодержащие отходыфосфорного производства и плавят в средеинертного газа при 1050 - 1150 С, Однако,этот способ характеризуется недостаточновысоким содержанием фосфора в получаемом сплаве,В качестве прототипа выбран способполучения меднофосфористой лигатуры,включающий приготовление шихты из частичек меди и красного фосфора, взятых зопределенном количественном соотношении, термообработку полученной шихты безконтакта с атмосферой при температуре350 - 360 С в течение 4 - 5 ч и охлаждениеобразовавшейся массы. Полученная этимспособом лигатура может содержать до 30%фосфора.Недостатками данного с обася относительно высокие по ри(3 - 5%), относительно большая продолжительность процесса термообработки (4-5 ч),обусловленная сравнительно низкой скоростью взаимодействия фосфора с медью, Всеэто снижает эффективность способа.Цель изобретения - повышение эффективности процесса за счет улучшения условий взаимодействия фосфора и меди.Поставленная цель достигается тем, чтов способе меднофосфористой лигатуры,включающем приготовление шихты из частичек меди и красного фосфора, термообработку шихты и охлаждение образовавшейсямассы, предусмотрены следующие технологические отличия:для приготовления шихты используютчастички меди с удельной поверхностью0,1-1,0 м /кг;шихту готовят чередованием слоев частичек меди со слоем красного фосфора приих соотношении 9:(1-4);термообработку шихты осуществляютпри температуры 370 - 420 С и непрерывномперемешивании шихты по зоне термообработки в течение 30 - 90 мин,Сущность предложенного способа заключается в следующем.В аппарате, имеющем зону нагрева, готовят шихту послойной укладкой частичек меди и красного фосфора с чередованиемслоев, Для осуществления способа используются частички меди(продукт измельчениямедной проволоки, выштамповки, стружкии иных медных материалов) с удельной поверхностью 0,1 - 1,0 м /кг и порошкообраз 2ный красный фосфор, при этом ихсоотношение (по массе) равно 9:(1 - 4), Получен ную слоистую шихту подвергают термообработке при температуре 370 - 420 С,непрерывно перемещая в зоне термообработки, в течение 30 - 90 мин, Образовавшуюся при этом меднофосфористую лигатуруохлаждают и извлекают из аппарата. Принеобходимости полученную лигатуру подвергают брикетированию либо переплавке (дляпридания компактности). Лйгатура содержит до 9-ЗОО фосфора, Потери фосфора.,. при произвбдстве лигатуры не превышают1,5 - 2,5 О/П р и м е р 1. В вертикальную трубчатуюэлектрическую лабораторную печь (внутренний диаметр 70 мм), оборудованнуюснизу заслонкой, обеспечивающей перемещение шихты сверху вниз с заданной скоростью, загружали послойно измельченныепроводники тока (максимальный размер20 мм, удельная поверхность 0,1 м /кг) вколичестве 0,015 кг, после чего загружаликрасный фосфор (ГОСТ 8655 - 75) в количестве 0,007 кг, Соотношение медь - фосфор55 1020253035404550 равно 9:4. Эту последовательность слоев повторяли многократно в течение всего процесса. Полученную сложную массу вводили в зону, нагретую до 370 С с перемещали сверху вниз со скоростью 0,0166 м/мин.Продолжительность нахождения сложной массы в зоне термообработки составила 90 мин, При дальнейшем перемещении полученной лигатуры вниз той же скоростью,при этом произошло ее охлаждение,Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,2%. Потери фосфора составили 2%, Продолжительность процесса 100 мин.П р и м е р 2, В условиях примера 1 использовали измельченные проводники тока (максимальный размер 2 мм, удельная поверхность 1 м /кг), Скорость перемещения шихты составила 0,025 м/мин. Продолжительность нахождения сложной массы взоне термообработки составила 60 мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,5%. Потери фосфора составили 1,7%, Продолжительностьпроцесса 70 мин.П р и м е р 3, В условиях примера 1 использовали измельченные проводники тока (максимальный размер 7 мм, удельная поверхность 0,5 м /кг), Время прохожденияшихты нагретой зоны 70 мин со скоростью 0,021 м/мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,4%. Потери фосфора составили 2,0%. Продолжительность процесса 83 мин.П р и м е р 4. В условиях примера 1, сложную массу вводили в зону, нагретую до 420 С и перемещали со скоростью 0,018 м/мин. Продолжительность нахождения сложной массы в зоне термообработкисоставила 80 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора29,2%, Потери фосфора составили 2,5%,Продолжительность процесса 97 мин.П р и м е р 5. В условиях примера 1,перемещение шихты осуществлялось соскоростью 0,021 м/мин. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,2 О. Потерифосфора составили 1,8%. Продолжигельность процесса 48 мин; П р и м е р 6, В условиях примера 1, на каждые 9 частей медной составляющей шихты брали 1 часть (по массе) красного фосфора. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 40 мин, Скорость перемещения шихты 0,0375 м/мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,75%, Потери фосфорасоставили 2,5%, Продолжительность процесса 52 мин.П р и м е р 7, В условиях примера 2, на каждые 9 частей медной составляющей шихты брали 1 часть (по массе) красного фосфора. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 30 мин. Скорость перемещения шихты 0,05 м/мин, Содержание фосфора в лигатуре было 9,8%. Потери фосфора составили 2,0%, Продолжительность процесса 34 мин,П р и м е р 8, В условиях примера 1 на каждые 9 частей медной составляющей шихты брали 1 часть (по массе) красного фосфора, Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,0435 м/мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,75%. Потери фосфора составили 2,1%. Продолжительность процесса 102 мин,П р и м е р 9, В условиях примера 7, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,81%, Потери фосфора составили 2,4%. Продолжительность процесса 38 мин,П р и м е р 10 В условиях примера 7, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 90 мин, Скорость перемещения шихты 0,15 м/мин, Содержание фосфора в лигатуре было 9,74%. Потери фосфора составили 2,6%. Продолжительность процесса 100 мин,Пр и м е р 11, В условиях примера 7, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 370 С зоне 90 мин, Скорость перемещения шихты 0,18 м/мин. Получена меднофосфооистая лигатура с содержанием фосфора 9,87%. Потери фосфора составили 2,2%. Продолжительность процесса 97 мин.П р и м е р 12, В условиях примера 6, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 30 мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,92%, Потери фосфора составили 1,7%, Продолжительность процесса 39 мин.П р и м е р 13, В условиях примера 6, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 90 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,85% Потери фосфора составили 2,1%, Продолжительность процесса 102 мин.П р и м е р 14. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 30 мин. Получена меднофос фористая лигатура с содержанием фосфора 29,2%. Потери фосфора составили 2,5%. Продолжительность процесса 38 мин,П р и м е р 15. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,32%, Потери фосфора составили 1,9%. Продолжительность процесса 39 мин,П р и м е р 16. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 90 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,95%, Потери фосфора составили 2,4%, Продолжительность 10 15 процесса 99 мин,П р и м е р 17, В условиях примера 1, продолжительность нахождейия шихты в нагретой до 420 С зоне 30 мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,4%. Потери фосфора составили 20 2,7%. Продолжительность процесса 38 мин.П р и м е р 18, В условиях примера 2, продолжительность чахождения шихты в нагретой до 360 С зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,0166 м/мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,4%, Потери фосфора 25 составили 5,0%. Из-за низкой температуры 30 часть фосфора не успела втвориться П р и м е р 19, В условиях примера 1,продолжительность нахождения шихты в меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,6%. Потери фосфора составили 4,5%, Продолжительность процесса 87 мин, Повышение температуры термообработки420 С приводит к увеличению потер фосфора за счет егоинтенсивного испарения,П р и м е р 20, В условиях примера 1, загружали послойно измельченные медные проводники тока (с максимальным размером 1 мм и удельной поверхностью 1,2 м /кг), Продолжительность нахождениягшихты в нагретой зоне 100 мйн, Получена лигатура с содержанием фосфора 29,1%. Потери фосфора составили 3%, Продолжи 40 45 тельность процесса 114 мин, Увеличениеудельной поверхности1,0 м /кг приводитк снижению гэзопроницаемости слоя изпроводников тока, в результате чего увеличивается продолжительность нахожденияшихты в нагретой зоне для полного усвоения фосфора медью,П р и м е р 21. В условиях примера 1,загружали измельченные медные проводники тока (с максимальным размером 10 мми удельной поверхностью 0,09 м /кг). Про 50 55,0 ,1 ,4 45 должительность нахождения шихты в нагретой зоне 110 минут, Потери фосфора составили 3,0%, Получена лигатура с содержанием фосфора 28,9%. Продолжительностьпроцесса 126 мин. Снижение удельной поверхности измельченных проводников тока0,1 м /кг замедляет процесс втворенияфосфора в медь.П р и м е р 22, В условиях примера 1,продолжительность нахождения шихты в 10нагретой зоне 25 мин. Фосфор втворился неполностью.П р и м е р 23. В условиях примера 1,продолжительность нахождения шихты внагретой зоне 100 мин. Получена лигатура ссодержанием фосфора 29,2%, Потери фосфора составили 2,5%, Увеличение временипрохождения шихты нагретой зоны90 минне приводит к повышению содержания фосфора в лигатуре и снижает его потери, однако падает производительность процесса,поэтому экономически не целесообразно,П р и м е р 24, В условиях примера 1, присоотношении медь:фосфор = 10:1. Продолжительность нахождения шихты в нагретой 25зоне 60 мин. Получена лигатура с содержанием фосфора 8,6/. Потери фосфора составили 4,0/, При снижении содержанияфосфора в шихте9%, получаемый на поверхности кусков меди фосфид меди более прочный, плохо скалывается и поэтому скоростьдиффузии фосфора в медь резко снижается,П р и м е р 25, В условиях примера 1, присоотношении медь:фосфор = 9:5, Полученалигатура с содержанием фосфора 29,9%. 35Потери фосфора составили 5%, Повышениесодержания фосфора с шихте30% не целесообразно, поскольку максимальноевтворение фосфора проходит до содержания его в лигатуре 30%, а остальной фосфор 40остается в свободном состоянии,П р и м е р 26 (прототип). В графитовыйтигель емкостью 5 кг загрузили смесь состоящую из 2300 г измельченных медных проводников тока с удельной поверхностью 1,0 м /кг и 700 г красного фосфора, В атмос 2фере аргона нагрели до температуры 360 С и при этой температуре смесь выдерживали в течение 4,5 ч. (При меньшей продолжительности и выдержки фосфор прореагировал не полностью), Получено 2865 г лигатуры с содержанием фосфора 23%. Потери фосфора составили 6%.Результаты примеров приведены в таблице,Предложенный способ обладает следующими преимуществами перед способом прототипом:увеличивается скорость втворения фосфора в 3-5 раза,потери фосфора снижаются до максимуму 2,5/о;процесс устойчив, не требует герметизации и защитной атмосферы, легко поддается механизации и автоматизации, может быть непрерывным;процесс экологически чист,Формула изобретения Способ полУчения меднофосфористой лигатуры, включающий приготовление шихты из меди и красного фосфора, термообработку шихты и охлаждение, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет улучшения условий взаимодействия компонентов шихты, медь используют в виде частиц с удельной поверхностью 0,1 - 1,0 м /кг, приготовление шихты осуществляют чередованием слоев частиц меди и фосфора при соотношении 9:1 - 4, термообработку ведут при 370 - 420 С в течение 30 - 90 мин, причем термообработку и охлаждение проводят при непрерывном перемещении реакционной массы.10 1788059 Продолжение таблицы фосфор втворился не полностью270 51 10фоСоставитель А. ВоробьевТехред М.Моргентал Редактор Корректор Н. Король Заказ 51 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по,изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательокий комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 1,0 1,0 0,1 0,1 1,0 1,0 1,0 0,1 1,0 0,1 1,2 0,09 0,1 9:1 9. 1 9:1 9:1 9;4 9:4 9:4 9:4 9:4 9:4 9:4 94 9,4 420 370 420 420 370 420 420 420 360 430 370 370 370 90 90 30 90 30 30 90 30 90 70 90 110 25 9,74 9,87 9,92 9,85 29,2 29,32 28,95 28,4 28,4 28,6 29,1 28,9 2,6 2,2 1,7 2,1 2,5 1,9 2,4 2,7 5,0 4,5 3,0 3,0 180 185 165 160 230 240 230 250 185 240 190 16)