专利名称：一种制备稀土氧化物的方法
技术领域：
本发明属稀土元素生产方法，尤其涉及制备稀土氧化物的设备和制备工艺方法。
背景技术：
稀土元素是一类特殊的元素，由于其具有特殊的原子结构和性能，被广泛应用于冶金、电子、化学、原子能等多种领域。稀土元素的生产方法一般是将粉碎好的天然稀土伴生矿进行浮选富集成精矿，再经分解、除杂后转化为便于分离和运输的碳酸盐或固体氯化物。将碳酸盐或固体氯化物溶解为液体氯化物，再用萃取剂进行萃取分离为单一或部分混合氯化物，然后用碳酸氢铵或草酸将其分离沉淀为碳酸盐或草酸盐，再经高温灼烧分解为稀土氧化物。该氧化物即可作为商品出售，也可进一步加工为稀土元素或其它稀土产品。前些年我国科研部门在稀土萃取分离工艺方面成果显著，开发了成熟的、先进的分离工艺，但是，由于稀土产品的总用量毕竟很低，生产企业数量少、规模也小，除分离工艺外，其它工序均借鉴传统行业的常用方法，因陋就简地进行生产，多年来基本没有改进。目前采用的由稀土碳酸盐或草酸盐灼烧制备稀土氧化物的生产方法一般为两种，一种是借鉴传统的石灰石烧制石灰的原理、设施和工艺，将稀土碳酸盐或草酸盐放入陶瓷钵体中，排放在类似石灰窑的窑体中，用煤炭明火高温灼烧，形成稀土氧化物。该方法属间歇生产，劳动强度大，设备损耗大，特别是传统的生产方法污染较重、分解反应不均衡、一致性差，影响产品的质量。另一种是平板式回转窑，采用电加热或煤炭明火灼烧。该方法虽属连续生产，但与前者的共同点是静态锻烧。采用电加热时能耗高，设备损耗大，产品一致性差，采用煤炭加热的，产品质量受影响，一致性差。由于稀土资源80％以上集中在我国，国外一般是应用我国出口的稀土氧化物进行再加工，有关文献较少，目前尚未见到国外关于将稀土碳酸盐灼烧分解为稀土氧化物新工艺，特别是有关应用旋转窑进行灼烧分解的文献报道。
发明内容
为了节省能耗，减轻劳动强度，提高生产效率，提高产品质量，本发明人提供了一种可连续实施灼烧分解稀土碳酸盐或草酸盐制备稀土氧化物的技术方案。
本发明所属的技术方案是一种稀土氧化物的制备方法，该方法包括采用可连续实施灼烧分解稀土碳酸盐或草酸盐制备稀土氧化物的设备—旋转窑和采用该旋转窑制备稀土氧化物的工艺条件和操作方法。
本发明所述的稀土氧化物的制备方法中采用的旋转窑是专为灼烧分解稀土碳酸盐或草酸盐制备稀土氧化物而设计的旋转窑，它包括加热炉和穿过加热炉的两对应的侧壁卧式安装设置的可沿轴线旋转的筒状窑体，窑体前高后低，窑体的前端设置有进料口，后端设置有出料口，在位于炉体外的窑体上设置有带动窑体转动的动力装置及滚动支撑装置。
本发明制备方法中所述的旋转窑，其窑体的长径比(窑体的总长度与窑体内径的比例)为(10～20)∶1；其轴线与水平面呈5～15度的倾角。
本发明制备方法中所述的旋转窑，其加热炉设置若干炉门，在炉内紧靠窑体的部位，分段设置若干测温点，窑体的出料口设置有收料装置，进料口设置有进料漏斗，在进料漏斗上方设置有粉尘回收装置。
本发明制备方法中所述的旋转窑，所说的进料漏斗的下方安装有振动器，此结构可使原料畅通的下滑，防止原料堵塞。
本发明制备方法中所述的旋转窑，所说的窑体的内壁上设置有翻料装置，其作用是在窑体旋转时翻转被灼烧的物料，使其受热均匀。此装置可采用固定在窑体内壁上的刮板，刮板可以与轴线平行排列或斜向或螺旋状排列，最简便的刮板是焊接在窑体内壁上的钢筋。
本发明制备方法中所述的旋转窑，所说的窑体一端安装转动动力装置，动力装置包括固定安装于窑体上的从动齿轮，与从动齿轮相啮合的固定于动力输出轴上的主动齿轮及相应的调速传动装置；与其对应的另一端设置有滚动支撑装置，所述的支撑装置包括固定安装于窑体上的大转盘，与大转盘的外圆进行滚动接触的安装在支架转轴上的小转盘和支撑底座。该结构能够使窑体在旋转中处于较好的平衡状态，防止窑体在转动过程中晃动和倾斜。
本发明制备方法中所述的旋转窑的具体结构包括加热炉7和设置在加热炉7上的炉门4，穿过加热炉7的两对应的侧壁设置有前高后低倾角为5～15度的窑体6；窑体6的前端设置有进料口，进料口设置有进料漏斗2，进料口可安装振荡器14或采用螺旋式进料或其他公知技术，在进料口上方设置有回收装置1，回收装置1可采用布袋式除尘器或者其它公知技术；窑体6后端设置有出料口，出料口设置有收料装置9，可采用漏斗状或其它常用结构；在位于炉体外的前后窑体部位，分别设置有带动窑体转动的动力装置和支撑装置，动力装置的具体结构采用固定安装于窑体6上的从动齿轮3，与从动齿轮3相啮合的固定于动力输出轴12上的主动齿轮13，支撑装置具体可采用固定安装于窑体6上大转盘8，大转盘8的外圆与安装在支架11转轴上的小转盘10的外圆接触，小转盘一般为两个；窑体6的内壁上设置有翻料装置，具体可采用固定在窑体内壁上的刮板5，也可采用位于窑体内壁上的柱状的突起等类似的可以达到翻料效果的其他公知的结构；在加热炉7内窑体外壁前段、中段、后段紧贴窑外壁部位分别设置测温点15，用于连接安装热电偶或其它测温装置，检测控制窑体各段温度，其测试方法和安装方式可采用公知技术。
制造窑体的材质可采用常用金属材料，以不锈钢材料最为理想。
加热炉的加热方式可采用煤炭或其它燃料直接燃烧加热，也可采用电加热，直接燃烧加热操作方便，但温度控制有小范围波动，电加热控温精确，但耗能较高。
采用本发明制备方法中所述的旋转窑制备稀土氧化物的工艺流程如下打开转动动力装置电源，启动调速传动装置，带动旋转窑窑体转动；在窑体前段、中段、后段分别加热升温，使其达到预定温度；将原料稀土碳酸盐或草酸盐自进料口加入，由于窑体有一定的倾斜度，原料在窑体转动的带动和刮板翻搅下与窑壁均匀接触，并缓慢后移，在窑体前段干燥脱水，在窑体中段受高温灼烧后分解为稀土氧化物，在窑体后段降温后，自出料口出料、冷却、包装。生产过程中生成的二氧化碳和水蒸气经进料口上方的回收装置回收粉尘后排放。
采用本发明制备方法中所述的旋转窑制备稀土氧化物的工艺条件如下采用本发明制备方法中所述的旋转窑制备稀土氧化物的主要工艺控制指标为两项，一项是灼烧分解温度，一项是灼烧分解时间。
生产过程中，一般将窑体分为前段、中段、后段三个区域进行温度控制，窑体中段为灼烧分解区域，窑体前段为干燥、脱水区域，后段为降温和后续分解区域，其长度分别为窑体内径的3～6倍，窑体中段为主要反应区域，灼烧分解过程主要在中段完成，本文中所说的灼烧分解温度即是指在窑体中段的测温点安装的热电偶测温器所显示的温度，所说的灼烧分解时间即是指物料经过窑体中段的时间。
本发明人经研究试验确定，在本发明所述稀土氧化物制备方法中，灼烧分解温度范围为750～900℃；灼烧分解时间范围为30～60min。温度过低或时间过短分解不完全，温度过高或时间过长易造成局部烧结。
经综合筛选评价，本发明人确认，优选的灼烧分解温度范围为800～850℃，灼烧分解时间范围为40～45min，在此条件下所制备的稀土氧化物质量十分理想。
本发明所述稀土氧化物制备方法中，其它工艺条件包括窑体前段及后段温度控制范围450～650℃；窑体转速5～10转/min；窑内物料占窑体容量的1/8～1/10。
本发明所述稀土氧化物制备方法中原料稀土碳酸盐或草酸盐的质量指标为碳酸盐TREO≥38％ Fe2O3≤0.01％ CaO≤0.05％ SO2≤0.05％
草酸盐TREO≥30％ Fe2O3≤0.01％ CaO≤0.02％ SO2≤0.01％本发明所述稀土氧化物制备方法所制得的产品稀土氧化物的质量指标为REO(由碳酸盐烧成)TREO≥99％Fe2O3≤0.01％CaO≤0.05％SO2≤0.05％REO(由草酸盐烧成)TREO≥99％Fe2O3≤0.01％CaO≤0.02％SO2≤0.01％上述指标中TREO代表总稀土氧化物，REO代表稀土氧化物，是本行业标准中的通用代码。
由于本发明所述的稀土氧化物的制备方法使用了可连续化生产的旋转窑、连续稳定的流程操作及优选的工艺条件，因而，在提高生产效率、降低成本、提高产品质量等方面，均获得了显著的效益。其优越性主要表现在以下几点1.与现有技术相比，本发明所述的稀土氧化物的制备方法可提高劳动生产率60～100％。
2.与现有技术相比，本发明所述的稀土氧化物的制备方法吨产品成本可降低800～1200元。
3.与现有技术相比，本发明所述的稀土氧化物制备方法的产品合格率可提高5％。
4.与现有技术相比，本发明质量显著提高。产品一致性好，每隔半小时取样分析TREO相差不超过0.2％；粒度均匀，大颗粒杂质由10％减至0.5％；杂质二氧化硫含量由0.3％减至0.05％。
图1为本发明所述的旋转窑具体结构图；
其中，1.回收装置，2.进料漏斗，3.从动齿轮，4.炉门，5.刮板，6.窑体，7.加热炉，8.大转盘，9.收料装置，10.小转盘，11.支架，12.动力输出轴，13.主动齿轮，14.振动器，15.测温点。
具体实施例方式现举例说明本发明的具体实施方式
实施例1.灼烧分解碳酸铈制备氧化铈窑体长8m，直径55cm，窑体中段灼烧分解区域长3m，窑体轴线与水平面呈8度倾角，窑体转速为8转/min，灼烧分解温度820℃—850℃，窑体前、后段温度550℃～600℃，灼烧分解时间40min，每小时产量75Kg。
制得氧化铈收率为≥98.5％，纯度为≥99.9％，杂质含量≤0.1％，硫含量≤0.01％，
实施例2.灼烧分解镧、铈、镨混合碳酸盐制备镧、铈、镨混合氧化铈窑体长13m，直径65cm，窑体中段灼烧分解区域长4m，窑体轴线与水平面呈15度倾角，窑体转速为5转/min，灼烧分解温度770℃-800℃，窑体前、后段温度450℃～500℃，灼烧分解时间45min，
每小时产量125Kg。
制得氧化物收率为≥98.7％，纯度为≥99％，杂质含量≤1％，硫含量≤0.10％，
实施例3.灼烧分解碳酸钕制备氧化钕窑体长4.2m，直径40cm，窑体中段灼烧分解区域长2m，窑体轴线与水平面呈15度倾角，窑体转速为7转/民，灼烧分解温度850℃-870℃，窑体前、后段温度600℃～650℃，灼烧分解时间35min，每小时产量30Kg，制得氧化钕收率为≥99.5％，纯度为≥99.5％，杂质含量≤0.3％，硫含量≤0.01％。
实施例4.灼烧分解草酸钇制备氧化钇窑体长4.8m，直径45cm，窑体中段灼烧分解区域长2m，窑体轴线与水平面呈10度倾角，窑体转速为5转/min，
灼烧分解温度870℃-900℃，窑体前、后段温度600℃～650℃灼烧分解时间60min，每小时产量20Kg，制得氧化钇收率为≥99.5％，纯度为≥99.9％，杂质含量≤0.1％，硫含量≤0.05％。
实施例5.灼烧分解碳酸镨钕制备氧化镨钕窑体长12m，直径60cm，窑体中段灼烧分解区域长4m，窑体轴线与水平面呈5度倾角，窑体转速为10转/min，灼烧分解温度800℃-830℃，窑体前、后段温度550℃～600℃，灼烧分解时间30min，窑体转速为8转/分，每小时产量100Kg，制得氧化镨钕收率为≥98.5％，纯度为≥99％，质含量≤0.5％，硫含量≤0.01％。
权利要求
1.一种稀土氧化物的制备方法，它包括实施灼烧分解稀土碳酸盐或草酸盐制备稀土氧化物的设备和采用该设备制备稀土氧化物的工艺条件，其特征在于所采用的设备是专为灼烧分解稀土碳酸盐或草酸盐制备稀土氧化物而设计的旋转窑，它包括加热炉和穿过加热炉的两对应的侧壁卧式安装设置的可沿轴线旋转的筒状窑体，窑体前高后低，，窑体的前端设置有进料口，后端设置有出料口，在位于炉体外的窑体两端分别设置有带动窑体转动的动力装置及滚动支撑装置；采用所述旋转窑制备稀土氧化物的主要工艺条件为灼烧分解温度范围为750～900℃，灼烧分解时间范围为30～60min。
2.如权利要求1所述的稀土氧化物的制备方法，其特征在于所说的旋转窑窑体的长径比为(10～20)∶1；其轴线与水平面呈5～15度的倾角。
3.如权利要求1所述的稀土氧化物的制备方法，其特征在于所说的旋转窑的结构包括加热炉(7)和设置在加热炉(7)上的炉门(4)，穿过加热炉(7)的两对应的侧壁设置的窑体(6)；窑体(6)的前端设置有进料口，进料口设置有进料漏斗(2)，进料口安装振荡器14或采用螺旋式进料，在进料口上方设置有回收装置(1)；窑体(6)后端设置有出料口，出料口设置有收料装置9；在位于炉体外的前后窑体部位，分别设置有带动窑体转动的动力装置和支撑装置，动力装置采用固定安装于窑体6上的从动齿轮3，与从动齿轮3相啮合的固定于动力输出轴12上的主动齿轮13，支撑装置采用固定安装于窑体6上大转盘8，大转盘8的外圆与安装在支架11转轴上的小转盘10的外圆接触；窑体6的内壁上设置有翻料装置，翻料装置采用固定在窑体内壁上的刮板5；在加热炉7内窑体6的前段、中段、后段紧贴窑外壁部位分别设置测温点15。
4.如权利要求1所述的稀土氧化物的制备方法，其特征在于所说的采用所述的旋转窑制备稀土氧化物的工艺条件为灼烧分解温度控制范围为800～850℃；灼烧分解时间为40～45min。
5.如权利要求1所述的稀土氧化物的制备方法，其特征在于所说的采用所述的旋转窑制备稀土氧化物的工艺条件为窑体前段及后段温度控制范围为450～650℃。
6.如权利要求1所述的稀土氧化物的制备方法，其特征在于所说的采用所述的旋转窑制备稀土氧化物的工艺条件为窑体转速5～10转/min。
7.如权利要求1所述的稀土氧化物的制备方法，其特征在于所说的采用所述的旋转窑制备稀土氧化物的工艺条件为窑内物料占窑体容量的1/8～1/10。
全文摘要
本发明为一种稀土氧化物的制备方法，它包括实施灼烧分解稀土碳酸盐或草酸盐制备稀土氧化物的设备和采用该设备制备稀土氧化物的工艺条件，所采用的设备是专为灼烧分解稀土碳酸盐或草酸盐制备稀土氧化物而设计的旋转窑，它包括加热炉和穿过加热炉的两对应的侧壁卧式安装设置的可沿轴线旋转的筒状窑体，窑体前高后低，窑体的前端设置有进料口，后端设置有出料口，在位于炉体外的窑体两端分别设置有带动窑体转动的动力装置及滚动支撑装置；采用所述旋转窑制备稀土氧化物的主要工艺条件为灼烧分解温度范围为750～900℃，灼烧分解时间范围为30～60min。本发明所述的稀土氧化物的制备方法可提高劳动生产率60～100％，吨产品成本可降低800～1200元，产品合格率可提高5％，产品一致性好，粒度均匀，杂质二氧化硫含量减至0.05％。
文档编号C01F17/00GK1648052SQ20041003648
公开日2005年8月3日 申请日期2004年12月13日 优先权日2004年12月13日
发明者曹长军, 闫恭平, 徐双亭, 张延铁, 殷灿强 申请人:山东泰山稀土有限公司