專利名稱：熱還原提取金屬鈣的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種采用真空熱還原法制取單質(zhì)金屬的方法，具體地說(shuō)是一種熱還原提取金屬鈣的工藝。
背景技術(shù)：
我們知道，純凈的單質(zhì)金屬鈣是一種非常重要的工業(yè)原料，單質(zhì)金屬鈣是銀白色的輕金屬，化學(xué)性質(zhì)活潑，它有很多重要的應(yīng)用特性，在冶金化工、醫(yī)藥生化、核能以及電器等行業(yè)中均有非常廣闊的應(yīng)用前景在冶金行業(yè)中常常用鈣熱法還原制取寶貴的核能金屬鈾和其它稀土金屬釔、鉺、鈥、鏑等；在煉鋼鋼包中添加入金屬鈣，能有效脫除鋼水中的氮、硫和磷等有害物質(zhì)，可有效地改善鋼的微觀結(jié)構(gòu)；金屬鈣還可在塑料工業(yè)中作重要的穩(wěn)定劑和發(fā)泡劑，有效地改善塑料的性能；在有機(jī)化工中可作有機(jī)溶劑的脫水劑；在能源工業(yè)中可用來(lái)制作鈣電池和鉛—鈣蓄電池；特別是在醫(yī)藥工業(yè)中金屬鈣可用來(lái)生產(chǎn)維生素等人們必需的重要藥品。因此，科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)高效地開(kāi)發(fā)利用寶貴的鈣資源對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展具有重要意義。雖然我國(guó)的鈣資源較為豐富，但它在自然界中是以化合態(tài)形式存在的，實(shí)際上可直接利用的單質(zhì)金屬鈣仍很貧乏，我國(guó)現(xiàn)有的金屬鈣生產(chǎn)水平仍很低下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足冶金化工、醫(yī)藥生化、核能以及電器等行業(yè)對(duì)單質(zhì)金屬鈣的需求，就目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)制鈣生產(chǎn)行業(yè)一直是沿用傳統(tǒng)的氯化鈣熔鹽電解法來(lái)生產(chǎn)金屬鈣產(chǎn)品，雖然這種傳統(tǒng)的氯化鈣熔鹽電解法能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的金屬鈣產(chǎn)品，但是這種電解法工藝冗長(zhǎng)、工藝過(guò)程復(fù)雜、維修管理麻煩，運(yùn)行過(guò)程中耗電高致使生產(chǎn)成本極劇增大，在電解作業(yè)過(guò)程中常伴有少量的氯氣逸出，對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染，工人操作環(huán)境較為惡劣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上提出一種工藝簡(jiǎn)短、所用設(shè)備簡(jiǎn)單、操作維護(hù)管理極其方便，生產(chǎn)運(yùn)行成本低、不污染生態(tài)環(huán)境的熱還原提取金屬鈣的工藝，它是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的它依次按以下步驟進(jìn)行(1)備料將石灰石原料送入窯爐內(nèi)，在1073～1373K的溫度下進(jìn)行高溫煅燒，制得生石灰；(2)球磨將制得的生石灰經(jīng)隔濕冷卻后送入球磨機(jī)進(jìn)行粉碎球磨，制得生石灰粉料，控制生石灰粉料的粒度為80～200目；(3)配料(按重量計(jì))生石灰粉(80～200目) 1份還原劑(30～150目) 0.15～0.35份經(jīng)計(jì)量分別稱取生石灰粉和還原劑加入混合罐內(nèi)，經(jīng)攪拌充分混合制得混合料；上述還原劑為鋁粉材料，還可選用硅或其它具有還原性的材料作還原劑，也能生產(chǎn)提取金屬鈣；(4)制團(tuán)將制得的混合料送入制球機(jī)內(nèi)壓制成球團(tuán)狀塊料，控制塊度為1.5～5厘米；(5)熱還原將制得球團(tuán)狀塊料加入還原罐內(nèi)，在還原罐的蓋體內(nèi)裝置盤繞有冷卻管的結(jié)晶盒，還原罐加蓋密閉后抽真空，控制真空度為1×10-3～1×10-2Pa；加熱還原罐，控制還原罐內(nèi)球團(tuán)狀塊料的溫度在1323～1573K之間，進(jìn)行熱還原反應(yīng)14～16小時(shí)，熱還原化學(xué)反應(yīng)方程式如下即升華制得金屬鈣蒸氣；(6)凝華經(jīng)熱還原反應(yīng)升華制得的金屬鈣蒸氣，由還原罐蓋體內(nèi)裝置盤繞有冷卻管的結(jié)晶盒吸收，由盤繞的冷卻管調(diào)節(jié)控制結(jié)晶盒內(nèi)的凝華溫度在523～673K之間，升華成氣態(tài)的鈣蒸氣在結(jié)晶盒內(nèi)凝華成金屬鈣錠，還可將結(jié)晶盒內(nèi)的凝華溫度控制在873～1023K之間，也能將升華成氣態(tài)的鈣蒸氣在結(jié)晶盒內(nèi)凝華成金屬鈣錠，待冷卻后打開(kāi)蓋體從結(jié)晶盒內(nèi)取出金屬鈣錠狀產(chǎn)品即可。還可將金屬鈣錠經(jīng)進(jìn)一步真空充氬熔煉加工處理，即可獲得純度為99.5％以上的高純度金屬鈣錠狀產(chǎn)品；也可將金屬鈣錠經(jīng)進(jìn)一步削片加工處理制成金屬鈣片狀產(chǎn)品。
本發(fā)明是利用鋁粉作還原劑，在特定的真空還原罐內(nèi)加熱進(jìn)行熱還原反應(yīng)，由盤繞有冷卻管的結(jié)晶盒吸收凝華成金屬鈣錠，熱還原反應(yīng)后的工業(yè)廢渣可用作生產(chǎn)水泥的配料，無(wú)廢氣、廢渣排放，不污染生態(tài)環(huán)境。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)捷、科學(xué)合理，所用設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易，維護(hù)管理極其方便，生產(chǎn)運(yùn)行安全穩(wěn)定，可大大降低金屬鈣的生產(chǎn)成本。
附圖
是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一它依次按以下步驟進(jìn)行(1)備料將石灰石原料送入窯爐內(nèi)，在1073K的溫度下進(jìn)行高溫煅燒，制得生石灰；(2)球磨將制得的生石灰經(jīng)隔濕冷卻后送入球磨機(jī)進(jìn)行粉碎球磨，制得生石灰粉料，控制生石灰粉料的粒度為80目；(3)配料(按重量計(jì))生石灰粉(80目) 1份還原劑鋁粉(30目) 0.15份經(jīng)計(jì)量分別稱取生石灰粉和鋁粉加入混合罐內(nèi)，經(jīng)攪拌充分混合制得混合料；(4)制團(tuán)將制得的混合料送入制球機(jī)內(nèi)壓制成球團(tuán)狀塊料，控制塊度為1.5厘米；(5)熱還原將制得球團(tuán)狀塊料加入還原罐，在還原罐的蓋體內(nèi)裝置盤繞有冷卻管的結(jié)晶盒，還原罐加蓋密閉后抽真空，控制真空度為1×10-3Pa；加熱還原罐，控制還原罐內(nèi)球團(tuán)狀塊料的溫度為1323K，進(jìn)行熱還原反應(yīng)14小時(shí)，升華制得金屬鈣蒸氣，熱還原化學(xué)反應(yīng)方程式如下
(6)凝華經(jīng)熱還原反應(yīng)升華制得的金屬鈣蒸氣，由還原罐蓋體內(nèi)裝置盤繞有冷卻管的結(jié)晶盒吸收，由盤繞的冷卻管調(diào)節(jié)結(jié)晶盒內(nèi)的凝華溫度為523K，升華成氣態(tài)的鈣蒸氣在結(jié)晶盒內(nèi)凝華成金屬鈣錠，待冷卻后打開(kāi)蓋體從結(jié)晶盒內(nèi)取出金屬鈣錠狀產(chǎn)品即可。還可將金屬鈣錠經(jīng)進(jìn)一步真空充氬熔煉加工處理，即可獲得純度為99.5％以上的高純度金屬鈣錠狀產(chǎn)品。
將熱還原反應(yīng)后的業(yè)廢渣用作生產(chǎn)水泥的配料，不污染生態(tài)環(huán)境。
實(shí)施例二它依次按以下步驟進(jìn)行
(1)備料將石灰石原料送入窯爐內(nèi)，在1373K的溫度下進(jìn)行高溫煅燒，制得生石灰；(2)球磨將制得的生石灰經(jīng)隔濕冷卻后送入球磨機(jī)進(jìn)行粉碎球磨，制得生石灰粉料，控制生石灰粉料的粒度為200目；(3)配料(按重量計(jì))生石灰粉(200目) 1份還原劑鋁粉(150目) 0.35份經(jīng)計(jì)量分別稱取生石灰粉和鋁粉加入混合罐內(nèi)，經(jīng)攪拌充分混合制得混合料；(4)制團(tuán)將制得的混合料送入制球機(jī)內(nèi)壓制成球團(tuán)狀塊料，控制塊度為5厘米；(5)熱還原將制得球團(tuán)狀塊料加入還原罐，在還原罐的蓋體內(nèi)裝置盤繞有冷卻管的結(jié)晶盒，還原罐加蓋密閉后抽真空，控制真空度為1×10-2Pa；加熱還原罐，控制還原罐內(nèi)球團(tuán)狀塊料的溫度為1573K，進(jìn)行熱還原反應(yīng)16小時(shí)，熱還原化學(xué)反應(yīng)方程式如下即升華制得金屬鈣蒸氣；(6)凝華經(jīng)熱還原反應(yīng)升華制得的金屬鈣蒸氣，由還原罐蓋體內(nèi)裝置盤繞有冷卻管的結(jié)晶盒吸收，由盤繞的冷卻管調(diào)節(jié)控制結(jié)晶盒內(nèi)的凝華溫度為673K，升華成氣態(tài)的鈣蒸氣在結(jié)晶盒內(nèi)凝華成金屬鈣錠，待冷卻后打開(kāi)蓋體從結(jié)晶盒內(nèi)取出金屬鈣錠狀產(chǎn)品即可。還可將制得的金屬鈣錠經(jīng)進(jìn)一步削片加工處理制成金屬鈣片狀產(chǎn)品。
將熱還原反應(yīng)后的工業(yè)廢渣集中堆存，用作生產(chǎn)水泥的配料，無(wú)廢氣、廢渣排放，不污染生態(tài)環(huán)境。
實(shí)施例三它依次按以下步驟進(jìn)行(1)備料將石灰石原料送入窯爐內(nèi)，在1220K的溫度下進(jìn)行高溫煅燒，制得生石灰；(2)球磨將制得的生石灰經(jīng)隔濕冷卻后送入球磨機(jī)進(jìn)行粉碎球磨，制得生石灰粉料，控制生石灰粉料的粒度為140目；(3)配料(按重量計(jì))
生石灰粉(140目) 1份還原劑鋁粉(90目) 0.22份經(jīng)計(jì)量分別稱取生石灰粉和鋁粉加入混合罐內(nèi)，經(jīng)攪拌充分混合制得混合料；(4)制團(tuán)將制得的混合料送入制球機(jī)內(nèi)壓制成球團(tuán)狀塊料，控制塊度為3.5厘米；(5)熱還原將制得球團(tuán)狀塊料加入還原罐，在還原罐的蓋體內(nèi)裝置盤繞有冷卻管的結(jié)晶盒，將還原罐加蓋后抽真空，控制真空度為0.5×10-2Pa；加熱還原罐，控制還原罐內(nèi)球團(tuán)狀塊料的溫度為1450K，進(jìn)行熱還原反應(yīng)15小時(shí)，熱還原化學(xué)反應(yīng)方程式如下即升華制得金屬鈣蒸氣；(6)凝華經(jīng)熱還原反應(yīng)升華制得的金屬鈣蒸氣，由還原罐蓋體內(nèi)裝置盤繞有冷卻管的結(jié)晶盒吸收，由盤繞的冷卻管調(diào)節(jié)控制結(jié)晶盒內(nèi)的凝華溫度為950K，升華成氣態(tài)的鈣蒸氣在結(jié)晶盒內(nèi)凝華成金屬鈣錠，待冷卻后打開(kāi)蓋體從結(jié)晶盒內(nèi)取出金屬鈣錠狀產(chǎn)品即可。還可將制得的金屬鈣錠經(jīng)進(jìn)一步真空充氬熔煉加工處理，即可獲得純度為99.5％以上的高純度金屬鈣錠狀產(chǎn)品；將熱還原反應(yīng)后的工業(yè)廢渣可集中收存，供給水泥廠作水泥生產(chǎn)的配料，按本發(fā)明提出的熱還原提取金屬鈣上藝，無(wú)廢氣、廢渣排放，不污染生態(tài)環(huán)境。
權(quán)利要求
1.一種熱還原提取金屬鈣的工藝，它依次按以下步驟進(jìn)行(1)備料將石灰石原料送入窯爐內(nèi)，在1073～1373K的溫度下進(jìn)行高溫煅燒，制得生石灰；(2)球磨將制得的生石灰經(jīng)隔濕冷卻后送入球磨機(jī)進(jìn)行粉碎球磨，制得生石灰粉料，控制生石灰粉料的粒度為80～200目；其特征在于它還依次按以下步驟進(jìn)行(3)配料(按重量計(jì))生石灰粉(80～200目)1份還原劑 (30～150目)0.15～0.35份經(jīng)計(jì)量分別稱取生石灰粉和還原劑加入混合罐內(nèi)，經(jīng)攪拌充分混合制得混合料；(4)制團(tuán)將制得的混合料送入制球機(jī)內(nèi)壓制成球團(tuán)狀塊料，控制塊度為1.5～5厘米；(5)熱還原將制得的球團(tuán)狀塊料加入還原罐內(nèi)，加蓋密閉后抽真空，控制真空度為1×10-3～1×10-2Pa；加熱還原罐，控制還原罐內(nèi)球團(tuán)狀塊料的溫度在1323～1573K之間，進(jìn)行熱還原反應(yīng)14～16小時(shí)；(6)凝華經(jīng)熱還原反應(yīng)升華制得的金屬鈣蒸氣，由還原罐蓋體內(nèi)的結(jié)晶盒吸收凝華成金屬鈣錠狀產(chǎn)品，控制結(jié)晶盒內(nèi)的凝華溫度在523～673K之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱還原提取金屬鈣的工藝，其特征在于所述的還原劑為鋁粉材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱還原提取金屬鈣的工藝，其特征在于結(jié)晶盒內(nèi)的凝華溫度還可控制在873～1023K之間。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種熱還原提取金屬鈣的工藝，它依次按備料、球磨、配料、制團(tuán)、熱還原和凝華的步驟進(jìn)行。利用鋁粉強(qiáng)還原特性，在特定的真空還原罐內(nèi)加熱進(jìn)行熱還原反應(yīng)，還原出的氣態(tài)鈣由盤繞有冷卻管的結(jié)晶盒吸收凝華成金屬鈣錠，熱還原反應(yīng)后的工業(yè)廢渣可用作生產(chǎn)水泥的配料，無(wú)廢氣、廢渣排放，不污染生態(tài)環(huán)境。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)捷、科學(xué)合理，所用設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易，維護(hù)管理極其方便，生產(chǎn)運(yùn)行安全穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，有十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)生態(tài)環(huán)保效應(yīng)。
文檔編號(hào)C22B26/20GK1460726SQ0311799
公開(kāi)日2003年12月10日 申請(qǐng)日期2003年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月2日
發(fā)明者張賢福, 趙希文, 駱偉烈, 蔣述善, 徐再生 申請(qǐng)人:張賢福