專利名稱：一種從鎢錸合金中提取高純錸的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及稀散金屬錸的回收提取領域，更確切的說是一種從鎢錸合金 中提取高純金屬錸的方法與裝置。
技術背景'錸(Re)是稀散難熔金屬，具有高熔點、高強度以及良好的塑性。并且 具有優(yōu)異的機械穩(wěn)定性。錸沒有脆性臨界轉變溫度，在高溫和急冷急熱條件 下均有很好抗蠕變性能，適于超高溫和強熱震工作環(huán)境。錸及錸合金的特殊 性能，使其應用非常廣泛。成為國防、航空航天、核能以及電子工業(yè)、化工、 冶金等現(xiàn)代高科技領域及其重要的新材料之一。特別是在航空航天領域的火 箭、各類空間返回艙、衛(wèi)星姿態(tài)發(fā)動機等的超耐熱部件和次耐熱部件的應用 已經(jīng)日益引起重視。在國防和航空航天、超高溫發(fā)射、特種燈的熱離子材料 等方面具有廣泛應用。在航天工業(yè)中，他被廣泛用于制造火箭和衛(wèi)星的外殼。 目前錸的合金已經(jīng)開始用于軍用和民用飛機的關鍵部件。在石油化工工業(yè)中， 錸是制造汽油、石油氫化的催化劑，也是醇類脫氫，制造醛、酮及其它有機 合成工業(yè)的良好催化劑。錸的豐度很小，而且沒有獨立的錸礦物。主要伴生在輝鉬礦中，還存在 于銅礦中。由于附生于其它礦中，且含量也低，因此，在冶煉過程污染嚴重， 提取工藝復雜。提取錸的方法很多，目前主要有沉淀法、萃取法、蒸餾法、 離子交換法。相比之下，用離子交換法提取錸工藝比較經(jīng)濟、快捷、高效。 我國是稀有金屬資源大國，但是卻沒有珍惜和利用和這一資源優(yōu)勢。目 前我國礦產、特別是稀有金屬資源的形勢非常嚴峻。因此重視稀散金屬的回 收利用就非常重要，直接從廢料中回收豐度較高的錸，可以大大提高資源利 用效率，降低社會環(huán)境成本。近年來國際市場上，錸一直呈供不應求之勢， 因此采用先進的技術，減少生產環(huán)節(jié)，從錸合金中分離、提取、回收高純度 錸具有非常重要的現(xiàn)實意義。發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供了一種較佳的從錦錸合金中回收提取高純錸的方 法與裝置，其裝置示意圖如附圖l所示。將鎢錸合金在具有不同溫區(qū)的氧化 氣氛管式爐中進行吹掃反應，同時對不同區(qū)域溫度、吹掃氣體流量、反應系
統(tǒng)出口氣流量進行集中控制，以便在合適的氣氛與溫度下使鎢錸合金充分氧 化，并得到有效分離，最終對錸的氧化物在氫氣氛中加熱還原，制得高純錸粉。圖1為本發(fā)明氧化分離鎢錸合金的裝置結構示意圖。該裝置依次由以下 四部分組成氧氣計量裝置I;分區(qū)加熱系統(tǒng)II;冷卻收集區(qū)III; 一尾氣緩 沖、收集裝置IV;其中氧氣計量裝置I包括數(shù)字氣體流量計A 1;分區(qū)加熱系統(tǒng)II包括石英爐管2，分為高溫區(qū)和低溫區(qū)；盛有物料的石 英舟4放入石英爐管2內的高溫區(qū)；熱屏蔽支架3放入管口；低溫區(qū)物料收集管12放入石英爐管2的低溫區(qū)，高溫發(fā)熱體5、低溫發(fā)熱體9、高溫熱電偶6、 低溫熱電偶ll分別與計算機控制系統(tǒng)連接，集中控制各溫區(qū)溫度；石英爐管 2外圍包爐體保溫層8;冷卻收集區(qū)m包括內部充滿循環(huán)冷卻水的冷卻裝置13;冷卻區(qū)物料收集 管15放入冷卻收集區(qū)III;尾氣緩沖、收集裝置IV包括氣體緩沖、收集瓶16，霧化收集器17，去 離子水霧化噴頭18，霧化收集器17上部設有數(shù)字氣體流量計B 19，底部設 有放液閥22，循環(huán)泵21;去離子水霧化噴頭18連接循環(huán)泵21形成一個封 閉的回路。為能使能清楚本發(fā)明的結構組成，以及整體運作方式，茲配合圖l對該裝置工藝流程說明如下將待處理物料切割成小塊置于石英舟4上，將盛有物料的石英舟4放入 石英爐管2內的高溫區(qū)，將熱屏蔽支架3放入管口；低溫區(qū)物料收集管12放 入石英爐管2的低溫區(qū)，冷卻區(qū)物料收集管15放入冷卻收集區(qū)III;石英爐管2高溫區(qū)管口接氧氣并串入數(shù)字氣體流量計A 1，石英爐管2冷卻區(qū)管口接尾氣緩沖、收集裝置IV;系統(tǒng)運行時，首先開啟進口氧氣與尾氣. 緩沖、收集裝置IV;再開啟冷卻裝置13的循環(huán)冷卻水；然后啟動分區(qū)加熱系統(tǒng)II ，通過爐體保溫層8保溫；控制高溫區(qū)熱電偶6溫度為700-1000'C，使用高溫發(fā)熱體5進行加熱并進行氧化反應；使用低溫發(fā)熱體9控制低溫區(qū)熱電偶11溫度為250-400°C;采用計算機控制系統(tǒng)對數(shù)字氣體流量計A 1、數(shù)字氣體流量計B 19、分區(qū)加熱系統(tǒng)n進行集中控制；等分區(qū)加熱系統(tǒng)n溫度達到設定值后，通過數(shù)字氣體流量計A 1調整進氣口氧氣流量，流量范圍為0. 5-1 L/min,使尾氣
出口流量數(shù)字氣體流量計B19達到0. 3-0. 9L/min;以便控制待處理鎢錸合金7 反應速度，使其充分氧化，并使氧化物氣體與吹掃氣流一同遷移；分別沉積 于低溫區(qū)物料收集管12與冷卻區(qū)物料收集管15，冷卻區(qū)物料收集管15內 所收集物料為錸的氧化物；經(jīng)過冷卻區(qū)物料收集管15仍未沉積的錸氧化物降 進入尾氣緩沖、收集裝置IV，首先進入氣體緩沖、收集瓶16，進行二次沉積， 再進入霧化收集器17，經(jīng)去離子水霧化噴頭18逆向噴淋，形成錸酸水溶液 20;經(jīng)過循環(huán)泵21使得錸酸水溶液20的濃度進行提高，通過放液閥22得 到高濃度的錸酸水溶液；氧化、分離完成后，首先關閉分區(qū)加熱系統(tǒng)II加熱電源，等爐溫降至室 溫后，停止吹掃氣流，取出錸酸水溶液20，加入氨水，得到錸酸胺晶體；將 錸酸胺與錸的氧化物放入氫氣氛還原爐中，加熱至500-80(TC進行還原反應， 反應時間為2-5小時，制得高純錸。本發(fā)明的有益效果在于該方法所設計裝置采用一體式、分區(qū)結構，反應、 吹掃氣體合二為一。不同加熱溫區(qū)、冷卻區(qū)利用反應氣體連續(xù)吹掃，結構緊 湊，工藝流程短，并采用計算機控制系統(tǒng)對不同溫區(qū)及吹掃反應氣體氧化、 分離過程進行自動控制，使合金氧化充分、分離效率高，尾氣收集完全并有 效利用，便于實現(xiàn)工業(yè)化批量生產。


圖l:本發(fā)明裝置示意圖其中I一氧氣計量裝置；II一分區(qū)加熱系統(tǒng)；III —冷卻收集區(qū)；IV —尾 氣緩沖、收集裝置1一數(shù)字氣體流量計A; 2 —石英爐管；3 —熱屏蔽支架；4一石英舟；5 — 高溫發(fā)熱體；6-高溫熱電偶；7 —待處理鎢錸合金；8 —爐體保溫層；9一低 溫發(fā)熱體；IO —低溫區(qū)收集物料；ll一低溫熱電偶；12 —低溫區(qū)物料收集管； 13 —循環(huán)冷卻水；14一冷卻區(qū)收集物料；15 —冷卻區(qū)物料收集管；16 —氣體 緩沖、收集瓶；17 —霧化收集器；18 —去離子水霧化噴頭；19 —數(shù)字氣體流 量計B; 20 —錸酸水溶液；21—循環(huán)泵；22—放液閥具體實施方式
1)將含錸大約為15%的鎢錸廢料共100克切割成小塊置于石英舟4上， 將盛有物料的石英舟4放入石英爐管2內的高溫區(qū)，將熱屏蔽支架3放入管
口；低溫區(qū)物料收集管12放入石英爐管2的低溫區(qū)，冷卻區(qū)物料收集管15 放入冷卻收集區(qū)III;2) 石英爐管2高溫區(qū)管口接氧氣并串入數(shù)字氣體流量計A 1，石英爐管 2冷卻區(qū)管口接尾氣緩沖、收集裝置IV;系統(tǒng)運行時，首先開啟進口氧氣與 尾氣緩沖、收集裝置IV;再開啟冷卻裝置13的循環(huán)冷卻水；然后啟動分區(qū)加熱系統(tǒng)II，通過爐體保溫層8保溫；控制高溫區(qū)熱電偶6溫度為70(TC，使用高溫發(fā)熱體、5進行加熱并進行氧化反應；使用低溫發(fā)熱體9控制低溫區(qū) 熱電偶11溫度為250°C;3) .采用計算機控制系統(tǒng)對數(shù)字氣體流量計A 1、數(shù)字氣體流量計B 19、 分區(qū)加熱系統(tǒng)II進行集中控制；等分區(qū)加熱系統(tǒng)II溫度達到設定值后，通 過數(shù)字氣體流量計A 1調整進氣口氧氣流量，流量范圍為O. 5L/min，使尾氣 出口流量數(shù)字氣體流量計B19達到0.3L/min;如果進氣口流量達到l L/min 最大值，出氣口流量仍低于0.3L/min，則降低高溫加熱區(qū)溫度。以便控制待 處理鎢錸合金7反應速度，使其充分氧化，并使氧化物氣體與吹掃氣流一同 遷移；分別沉積于低溫區(qū)物料收集管12與冷卻區(qū)物料收集管15，冷卻區(qū)物 料收集管15內所收集物料為錸的氧化物；經(jīng)過冷卻區(qū)物料收集管15仍未沉 積的錸氧化物降進入尾氣緩沖、收集裝置IV，首先進入氣體緩沖、收集瓶16， 進行二次沉積，再進入霧化收集器17，經(jīng)去離子水霧化噴頭18逆向噴淋， 形成錸酸水溶液20;經(jīng)過循環(huán)泵21使得錸酸水溶液20的濃度進行提高， 通過放液閥22得到高濃度的錸酸水溶液；4) 氧化、分離完成后，首先關閉分區(qū)加熱系統(tǒng)n加熱電源，等爐溫降至室溫后，停止吹掃氣流，取出錸酸水溶液20，加入氨水，得到錸酸胺晶體; 將錸酸胺與錸的氧化物放入氫氣氛還原爐中，加熱至50(TC進行還原反應，反 應時間為2小時，制得高純錸。制得純度為99.99%的錸粉12.6克，產率為' 84. 0%。2.采用上面所敘的方法，將已知含錸25%的鉤錸合金100克，進行提純， 得到21.3克純度'為99.99%的錸，產率為85.2%。不同僅僅在于操作參數(shù)的不 同步驟2)中控制高溫區(qū)熱電偶6溫度為IOO(TC，使用高溫發(fā)熱體5進行 加熱并進行氧化反應;使用低溫發(fā)熱體9控制低溫區(qū)熱電偶11溫度為40CTC;步驟3)通過數(shù)字氣體流量計A l調整進氣口氧氣流量，流量范圍為l L/min，使尾氣出口流量數(shù)字氣體流量計B19達到0. 9L/min;步驟3)加熱至80(TC進行還原反應，反應時間為5小時。 3.采用上面所敘的方法，將含錸大約為5%的鎢錸廢料共100克，進行提 純，得到3.7克純度為99.99%的錸，產率為74%。不同僅僅在于操作參數(shù)的 不同步驟2)中控制高溫區(qū)熱電偶6溫度為80(TC，使用高溫發(fā)熱體5進行 加熱并進行氧化反應；使用低溫發(fā)熱體9控制低溫區(qū)熱電偶11溫度為30(TC;步驟3)通過數(shù)字氣體流量計A l調整進氣口氧氣流量，流量范圍為0.8 L/min，使尾氣出口流量數(shù)字氣體流量計B19達到0. 7L/min;步驟3)加熱至600。C進行還原反應，反應時間為4小時。
權利要求
1、一種從鎢錸合金中提取高純錸的裝置，其特征在于，該裝置依次由以下四部分組成氧氣計量裝置(I)；分區(qū)加熱系統(tǒng)(II)；冷卻收集區(qū)(III)；-尾氣緩沖、收集裝置(IV)；其中氧氣計量裝置(I)包括數(shù)字氣體流量計A(1)；分區(qū)加熱系統(tǒng)(II)包括石英爐管(2)，分為高溫區(qū)和低溫區(qū)；盛有物料的石英舟(4)放入石英爐管(2)內的高溫區(qū)；熱屏蔽支架(3)放入管口；低溫區(qū)物料收集管(12)放入石英爐管(2)的低溫區(qū)，高溫發(fā)熱體(5)、低溫發(fā)熱體(9)、高溫熱電偶(6)、低溫熱電偶(11)分別與計算機控制系統(tǒng)連接，集中控制各溫區(qū)溫度；石英爐管(2)外圍包爐體保溫層(8)；冷卻收集區(qū)(III)包括內部充滿循環(huán)冷卻水的冷卻裝置(13)；冷卻區(qū)物料收集管(15)放入冷卻收集區(qū)(III)；尾氣緩沖、收集裝置(IV)包括氣體緩沖、收集瓶(16)，霧化收集器(17)，去離子水霧化噴頭(18)，霧化收集器(17)上部設有數(shù)字氣體流量計B(19)，底部設有放液閥(22)，循環(huán)泵(21)；去離子水霧化噴頭(18)連接循環(huán)泵(21)形成一個封閉的回路。
2、 應用權利要求1所述的從銬錸合金中提取高純錸的裝置的方法，其特 征在于，包括以下步驟將待處理物料切割成小塊置于石英舟(4)上，將盛有物料的石英舟(4)放 入石英爐管(2)內的高溫區(qū)，將熱屏蔽支架(3)放入管口；低溫區(qū)物料收集管 (12)放入石英爐管(2)的低溫區(qū)，冷卻區(qū)物料收集管(15)放入冷卻收集區(qū) (III);石英爐管(2)'高溫區(qū)管口接氧氣并串入數(shù)字氣體流量計A (1)，石英爐管 (2)冷卻區(qū)管口接尾氣緩沖、收集裝置(W);系統(tǒng)運行時，首先開啟進口氧 氣與尾氣緩沖、收集裝置(IV);再開啟冷卻裝置(13)的循環(huán)冷卻水；然后 啟動分區(qū)加熱系統(tǒng)(11)，通過爐體保溫層(8)保溫；控制高溫區(qū)熱電偶(6)溫度為700-IOO(TC，使用高溫發(fā)熱體(5)進行加熱并進行氧化反應；使用低 溫發(fā)熱體(9)控制低溫區(qū)熱電偶(11)溫度為250-400°C;采用計算機控制系統(tǒng)對數(shù)字氣體流量計A (1)、數(shù)字氣體流量計B (19)、 分區(qū)加熱系統(tǒng)(II)進行集中控制；等分區(qū)加熱系統(tǒng)(II)溫度達到設定值后， 通過數(shù)字氣體流量計A (l)調整進氣口氧氣流量，流量范圍為0.5-1 L/min， 使尾氣出口流量攀字氣體流量計B (19)達到0. 3-0. 9L/min;以便控制待處 理鎢錸合金(7)反應速度，使其充分氧化，并使氧化物氣體與吹掃氣流一同 遷移；分別沉積于低溫區(qū)物料收集管(12)與冷卻區(qū)物料收集管(15)，冷卻 區(qū)物料收集管(15)內所收集物料為錸的氧化物；經(jīng)過冷卻區(qū)物料收集管(15) 仍未沉積的錸氧化物降進入尾氣緩沖、收集裝置(IV),首先進入氣體緩沖、 收集瓶(16)，進行二次沉積，再進入霧化收集器(17)，經(jīng)去離子水霧化噴頭(18)逆向噴淋，形成錸酸水溶液(20);經(jīng)過循環(huán)泵(21)使得錸酸水溶液(20)的濃度進行提高，通過放液闊(22)得到高濃度的錸酸水溶液；氧化、分離完成后，首先關閉分區(qū)加熱系統(tǒng)(n)加熱電源，等爐溫降至室溫后，停止吹掃氣流，取出錸酸水溶液(20)，加入氨水，得到錸酸胺晶體； 將錸酸胺與錸的氧化物放入氫氣氛還原爐中，加熱至500-80(TC進行還原反 應，反應時間為2-5小時，制得高純錸。
全文摘要
一種從鎢錸合金中提取高純錸的方法與裝置屬于稀散金屬錸的回收提取領域。本發(fā)明的裝置由依次由以下四部分組成I-氧氣計量裝置；II-分區(qū)加熱系統(tǒng)；III-冷卻收集區(qū)；IV-尾氣緩沖、收集裝置。將鎢錸合金在具有不同溫區(qū)的氧化氣氛管式爐中進行吹掃反應，同時對不同區(qū)域溫度、吹掃氣體流量、反應系統(tǒng)出口氣流量進行集中控制，以便在合適的氣氛與溫度下使鎢錸合金充分氧化，并得到有效分離，最終對錸的氧化物在氫氣氛中加熱還原，制得高純錸粉。該裝置采用一體式、分區(qū)結構，反應、吹掃氣體合二為一，結構緊湊，工藝流程短，過程進行自動控制，使合金氧化充分、分離效率高，尾氣收集完全并有效利用，便于實現(xiàn)工業(yè)化批量生產。
文檔編號C22B61/00GK101148709SQ20071017707
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權日2007年11月9日
發(fā)明者席小慶, 勇 李, 楊海軍 申請人:清華大學