专利名称：锶和钡等有色金属的真空热还原法的工业化生产工艺技术及其设备的制作方法
技术领域：
本发明属于真空冶金技术领域，系统地提供了用真空热还原法生产锶、钡等有色金属的工业化生产工艺流程、技术条件及其一些关键大型设备，是一项能高产、优质、低成本、工业化生产上述金属产品的新工艺、新技术、新设备。本发明的很多工艺技术和设备，也可用于铷、铯、镁等金属的工业化生产。
目前国际上制造或生产锶、钡等金属的生产工艺方法有二种;一是真空热还原法，二是熔融盐电介法。其中电介法的优点是可连续性生产，并能直接制得某些合金，但此法存在投资较大，难以直接制得较纯金属，排出的氯气易污染环境，遇停电时间较长时会冻死电介等缺点。而真空热还原法的优点是投资较省，其建厂规模可大可小，产品质量较高，无氯污染环境问题，遇较长时间的停电亦无致命影响，和易于在大、中、小型工厂推广应用等优点。但真空热还原法的缺点是还原作业间歇性，常规还原炉罐设备时，存在电耗高、反应罐材质贵、寿命短、成本高、特别是罐的尺寸容量和单产均难以再放大和提高等缺点、难题。本发明的目的是为了发展真空热还原法生产锶、钡等的工业化工艺技术和设备、攻克以上缺点和难关。
本发明人参考国外有关资料，利用其早年有关小型试制经验，特别是近年来所设计、安装试产成功的我国第一座产能为120T/年锶中试工厂的科技成果和经验，而确立了本发明生产锶、钡等金属的工艺流程、技术条件及其一些特殊材质结构的大型化设备。有关锶、钡的工业生产工艺流程如图Ⅰ所示，其工艺技术条件如权利要求书所述。
目前世界上能工业化大量生产钡的国家，尚未见报导，我国至今公斤级扩大型试制尚未突破。锶的生产，国外能工业化生产锶的国家主要是加拿大、其设备年产能已达一千多吨，我国南京溧水一个年产锶1-2T的扩大型试制装置因成本高和销路问题已关闭，目前尚有广东、陕西宝鸡、和华东三地中试规模厂在试产和发展。
本发明还提供了工业化生产锶、钡等金属的一些大型化创新设备;其混料机为V型或Y型密密式高效混合机。其液压式压饼块机是一种能方便地脱模，压力可按生产需要，能在0.2-1.2T/cm2压力范围调压，压出的饼块中开有13个以上孔洞，以便还原时辐射传热和金属蒸汽逸出的压块设备。其真空热还原用的炉罐设备，均配用相应容量的抽真空机组，仅生产锶时配用极限真空度为10-4m/mHg的真空机组，锶和钡均能轮流生产时则配用10-6m/mHg的真空机组，并且定配有专供加入饼块后抽除反应罐中料块粉尘和水汽等使用的子抽真空泵，即水环泵-罗茨泵真空机组。其加热反应罐用的还原炉，系使用电加热、可自动控温、节能型、电阻发热的卧式或竖式特殊电炉。其电热元件是一些特制的、可再生、拆卸方便、能抗高温氧化的电阻发热元件。其反应罐材质，可以是含Cr、Ni、Mo、W、Re等成份的耐热合金铸钢管，亦可用外表喷涂一些特殊抗高温氧化层的普通钢管或无喷涂层的普碳钢管，对于竖式还原炉罐则可采用特制的，传热好、热强度高的陶瓷料。其铸锭设备，上述卧式或竖式炉罐均可联结配备相应的熔化其结晶状金属的熔铸设备，对于竖式炉罐不需有转动机构，而卧式炉罐则增设能转动0-20°的转动机构，但二者均需在其炉罐的金属结晶区的管外，配设可移动的二片式电阻炉熔铸设备来趁热完成结晶金属的铸锭工作。但为提高还原炉罐的作业率和金属日产量起见，亦可单独设置专门的特种熔铸电炉去完成铸锭工作，这是一种可抽真空充氩、能自动控温、配有可倾式井式坩埚电阻炉和小型链带式铸锭机，并且在其加料和出料二端均设有真空-氩气常压过渡仓结构的特种成套熔铸设备，可将结晶状金属熔铸成所需尺寸和单重的锶锭或钡锭。
本发明的一些生产工艺流程、技术条件以及特殊材质和结构的大型化设备，已在我国华东一家设备产能为120T锶/年中试厂-我国目前最大的锶生产厂得到应用和验证，产品质量、设备单产性能和技术经济指标等均良好。
权利要求
1.一种用于生产锶、钡及铷、铯、镁等有色金属的工业化生产工艺技术，其特征是可按用户不同质量要求和原料来源条件，来选用富矿石、碳酸盐、硝酸盐或氢氧化物用作冶炼原料，经高温氧化焙烧及隔湿冷却和粉碎后，配加适量还原剂、催化剂，再经混料、压块后，放入特殊材质和结构的卧式或竖式真空电热还原炉罐中，在真空和高温下进行还原，先制得所需纯度的结晶状金属，最后熔铸成所需尺寸和单重的金属锭产品。
2.根据权利要求1所述，其生产工艺流程详见说明书
图1所示的流程图。所述的工艺技术特征是随原料品种而异的焙烧温度选用范围为1100°～1400℃，焙烧料在隔湿容器中冷至50°～150℃，用密闭粉碎机粉碎至-80-120目细度。
3.根据权利要求1所述配加的还原剂品种，系按不同产品的生产要求，选用诸如硅铝、铝粉、硅铝铁等材料，其细度为-80～-120目，其用量为化学反应理论用量的95～110%。添加的催化剂为其过氧化物或氟化物，其用量为总料量的0.4～4%。
4.根据权利要求1所述，其还原工艺技术条件选用范围为;还原温度1150°-1350℃，真空度0.0001-20Pa，还原恒温时间2～8小时，出炉温度700°～1100℃，其最佳值按不同产品的还原作业优化值选用。
5.根据权利要求1所述，其适宜的混料时间为20～120分钟，其成型压团或压饼块的适用压力为0.2-1.2T/cm2。
6.用于锶、钡及铷、铯、镁等有色金属工业化生产的一些关键设备的特征是其原料焙烧设备为回转窑或台车式燧道窑，其焙烧料的冷却、粉碎、混料作业均在防湿密闭型设备中进行。其压块设备，大型厂用对滚式压团机，中小型厂用特制的液压式压饼块机。其真空热还原炉罐设备，均配有相应容量和性能的真空机组，系采用特种材质和特殊结构的中型卧式或大型竖式电热真空热还原炉罐，并可配置趁热进行熔铸的设置。但亦可将冷凝收集着金属产品的结晶器取出，再放到专门设置的特种熔铸电阻炉中去，铸成所需尺寸和单重的金属锭。
7.根据权利要求6所述，其特征是所说混料作业设备，采用V型或Y型密闭式高效混合机。所说的液压式压块机是一种能方便地脱模、压力可按生产品种的不同需要，可在0.2-1.2T/cm2之间调压，并且压出饼块中开有13个以上孔洞的300-1000T压块设备。
8.根据权利要求6所述特征，所说加热反应罐所用的还原炉，系使用电加热、可自动控温恒温、节能型、电阻发热的卧式或竖式电炉，其电热元件是特制的，可再生、装拆方便，能抗高温氧化的电阻发热元件。其反应罐材质，可以是含Cr、Ni、W、Mo、Re等的耐高温抗氧化合金铸钢管，亦可采用外表喷涂有某些抗高温氧化层的普通钢管或无喷涂层的普通钢管。对于竖式还原罐亦可采用特制的、传热好、热强度高、价廉的陶瓷材料。
9.根据权利要求6所述特征，所说的真空热还原炉罐，均配用相应容量的抽真空机组，仅生产锶时配用极限真空为10-4m/mHg真空机组，锶和钡均能轮流生产时，则配用10-6m/mHg真空机组。并且均设有供加入还原料后抽除罐中料块的水汽，粉尘等的专用予抽真空泵，即水环泵-罗茨泵真空机组。
10.根据权利要求6所述特征，上述二类还原炉罐，均可配设与之相联的熔化结晶金属用的熔铸设备，其中竖式炉罐不需转动机构，而卧式炉罐则需增设能转动0-20°的转动机构，此时二者均需在炉罐的金属冷凝结晶区的管外，增设可移动的二片式电阻炉和熔铸设施，即可趁热完成熔铸工作。但如想提高还原炉罐的作业生产率，亦可另外单独设置一种可抽真空充氩，能自动控温、配有可倾式井式坩埚电阻炉和小型链带铸锭机，并且其进料、出料端均设有真空-常压过渡仓结构的特种熔铸设备。
全文摘要
本发明属于真空冶金技术领域，是一种涉及锶、钡等氧化有色金属的工业化生产工艺技术和设备。其工艺技术特征是可按用户不同质量要求及客观条件，选用其富矿、碳酸盐、硝酸盐或氢氧化物来作为冶炼原料，经高温焙烧和隔湿冷却粉碎后，配加适量还原剂、催化剂，混匀后压制成团块或饼块，再放入特殊材质和结构的卧式或竖式电热真空还原炉罐中，制得所需纯度的结晶状金属，接着在同还原炉罐相联结的熔铸设备中，或在专门设置的可抽真空充氩的特殊结构熔铸电炉中，将其熔铸成金属锭。
文档编号C22B26/00GK1067071SQ91107058
公开日1992年12月16日 申请日期1991年5月23日 优先权日1991年5月23日
发明者颜志明, 刘雅娴, 颜志仁, 史苹, 吴秀 申请人:颜志明