一種直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法
【專利摘要】一種直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法，屬于有色金屬冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的制備方法具體包括：將Eu2O3、還原劑、CaO或MgO作為原料，其中還原劑為Al可以用Ca或Si質(zhì)量含量75％的Si-Fe合金代替，經(jīng)過(guò)配料造球，然后將球團(tuán)在流動(dòng)的惰性氣體或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行高溫還原反應(yīng)，最后將由高溫還原爐中流動(dòng)的惰性載氣或氮?dú)鈹y帶出來(lái)的高溫銪蒸汽冷凝，得到金屬銪。本發(fā)明方法采用了“相對(duì)真空”手段，取消了真空系統(tǒng)以及真空還原罐，實(shí)現(xiàn)了金屬銪的連續(xù)生產(chǎn)，縮短了還原周期，提高了生產(chǎn)效率，金屬銪的回收率可達(dá)97％以上；能耗顯著降低，是一種低成本制備金屬銪的節(jié)能型綠色新工藝；且操作簡(jiǎn)單，設(shè)備更簡(jiǎn)單要求低，降低了設(shè)備投資及操作成本。
【專利說(shuō)明】一種直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]銪為鐵灰色金屬，熔點(diǎn)822°C，沸點(diǎn)1597°C，密度5.2434克/厘米？；鈰稀土元素中密度最小、最軟和最易揮發(fā)的元素。銪為稀土元素中最活潑的金屬:室溫下，銪在空氣中立即失去金屬光澤，很快被氧化成粉末；與冷水劇烈反應(yīng)生成氫氣；銪能與硼、碳、硫、磷、氫、氮等反應(yīng)。銪廣泛用于制造反應(yīng)堆控制材料和中子防護(hù)材料。
[0003]銪(Eu)是1901年德馬凱(Eugene-Antole Demarcay)從“衫”中發(fā)現(xiàn)了新元素，取名為銪(Europium)。這大概是根據(jù)歐洲(Europe) —詞命名的。氧化銪大部分用于突光粉。Eu3用于紅色熒光粉的激活劑，Eu2用于藍(lán)色熒光粉?，F(xiàn)在Y2O2S =Eu3是發(fā)光效率、涂敷穩(wěn)定性、回收成本等最好的熒光粉。再加上對(duì)提高發(fā)光效率和對(duì)比度等技術(shù)的改進(jìn)，故正在被廣泛應(yīng)用。
[0004]近年氧化銪還用于新型X射線醫(yī)療診斷系統(tǒng)的受激發(fā)射熒光粉。氧化銪還可用于制造有色鏡片和光學(xué)濾光片，用于磁泡貯存器件，在原子反應(yīng)堆的控制材料、屏蔽材料和結(jié)構(gòu)材料中也能一展身手。因它的原子比任何其他元素都能吸收更多的中子，所以常用于原子反應(yīng)堆中作吸收中子的材料。此外，可用作彩色電視機(jī)的熒光粉，這些熒光粉發(fā)出閃亮的紅色，用來(lái)制造電視熒光屏；激光材料等。
[0005]目前，我國(guó)金屬銪主要制備方法是稀土金屬還原蒸餾法，即以稀土鑭(或鈰、鐠、釹)或鑭鈰合金為還原劑，Eu2O3為原料在低于IPa的真空條件下1200°C~1250°C高溫還原90min，然后冷凝、蒸餾分離得到金屬銪。該方法的工藝及設(shè)備較成熟，已工業(yè)化應(yīng)用。但是該方法存在著生產(chǎn)容量小、銪產(chǎn)品單位產(chǎn)量低，造成需求量快增時(shí)，必須使用很多臺(tái)還原爐設(shè)備才能滿足需求、引起設(shè)備投資大、作業(yè)繁雜、生產(chǎn)費(fèi)用高和管理不便等問(wèn)題。同時(shí)該方法以稀土金屬為還原劑，存在著生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。針對(duì)以上問(wèn)題，為提高金屬銪產(chǎn)量，降低其生產(chǎn)成本，必須快速開(kāi)發(fā)金屬銪制備新方法。近年來(lái)開(kāi)發(fā)出Eu2O3高溫熔鹽電解法、鈣熱還原法制備金屬銪或銪合金，但是以上方法均存在著產(chǎn)品質(zhì)量低、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，而無(wú)法工業(yè)化應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有稀土真空還原-蒸餾法制備金屬銪生產(chǎn)及研究所存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提出了一種直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法，即在動(dòng)態(tài)惰性氣體或氮?dú)庵羞M(jìn)行高溫還原，生成的高溫銪蒸汽被流動(dòng)的惰性氣體或氮?dú)鈹y帶走，冷凝得到金屬銪。本發(fā)明方法是一種在“相對(duì)真空”條件下，采用鋁熱還原法連續(xù)煉銪方法，實(shí)現(xiàn)了銪的低成本連續(xù)生產(chǎn)，解決了傳統(tǒng)的稀土真空還原-蒸餾法制備金屬銪所存在能耗高、還原罐壽命短以及生產(chǎn)成本高等問(wèn)題；本發(fā)明的方法反應(yīng)速度快，還原效率高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了銪的連續(xù)生產(chǎn)。
[0007]—種直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法，包括造球團(tuán)、相對(duì)真空氣氛中球團(tuán)連續(xù)還原、銪蒸汽的連續(xù)冷凝等步驟。其中，造球團(tuán)是指將Eu203、Al、反應(yīng)助劑CaO或MgO按比例混合好，，其中還原劑為Al可以用Ca或75S1-Fe合金代替，采用輥壓機(jī)壓制成球團(tuán)；球團(tuán)在相對(duì)真空氣氛中連續(xù)還原是指將球團(tuán)在流動(dòng)的惰性氣體或或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行高溫還原反應(yīng)，反應(yīng)生成的高溫銪蒸汽立即被流動(dòng)的惰性載氣或氮?dú)鈹y帶走，對(duì)于每一個(gè)反應(yīng)界面來(lái)講，由于生成的高溫銪蒸汽立即被攜帶離開(kāi)了反應(yīng)界面，所以對(duì)于反應(yīng)界面上的高溫銪蒸汽來(lái)講，其分壓一直處于負(fù)壓狀態(tài)，即所謂的“相對(duì)真空”狀態(tài)。因此，對(duì)于生成銪蒸汽的還原反應(yīng)界面上的氛圍，就好像一個(gè)密閉的容器抽了真空一樣，稱之為“相對(duì)真空”或“相對(duì)負(fù)壓”，這為反應(yīng)的發(fā)生提供了更充分的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)條件；銪蒸汽的冷凝是指將由高溫還原爐中惰性氣體或氮?dú)鈹y帶來(lái)的高溫銪蒸汽快速冷卻，得到金屬銪的過(guò)程。
[0008]本發(fā)明直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法，具體包括以下步驟:
[0009]步驟I，配料造球:
[0010]配料:采用如下配料方式⑴~⑷中的一種:
[0011](I)將 Eu2O3: Al: CaO 按照摩爾比 1: (2 ~2.4): (O ~3)配料；
[0012](2)將 Eu2O3: Al: MgO 按照摩爾比 1: (2 ~2.4): I 配料；
[0013](3)將(I)中的Al和CaO或(2)中的Al和MgO，用Ca代替，其中，Ca的用量用Al確定，I質(zhì)量單位的Al用2.2倍質(zhì)量單位的鈣代替；
[0014](4)將⑴或⑵中的Al，用75Si_Fe合金代替，其中，I質(zhì)量單位的Al用I質(zhì)量單位的75S1-Fe合金代替；
[0015]造球:將配料混料均勻，在100~250kg/cm2壓力下壓制成球團(tuán)；
[0016]步驟2,球團(tuán)高溫連續(xù)還原::
[0017]在流動(dòng)的惰性氣體或氮?dú)鈿夥罩?，氬氣流量?.0~6.0m3/h，將球團(tuán)連續(xù)加入高溫還原爐，還原溫度為800~1700°C，還原時(shí)間為10~60min，得到高溫銪蒸汽，與惰性氣體或氮?dú)饣旌显谝黄穑纬筛邷鼗旌蠚?，同時(shí)把還原渣連續(xù)排出高溫還原爐；
[0018]步驟3，高溫銪蒸汽的冷凝:
[0019]將高溫銪蒸汽通過(guò)流動(dòng)的惰性氣體或氮?dú)鈹y帶出高溫還原爐，通過(guò)密封管路輸送到冷凝系統(tǒng)進(jìn)行冷凝，得到固體金屬銪。
[0020]其中，步驟I中造球時(shí)用輥壓機(jī)將配料壓制成塊狀或球狀球團(tuán)；步驟2中的惰性氣體為純度大于等于99.95%的高純氬氣；步驟3中的冷凝方法為直接冷凝或霧化冷凝，其中直接冷凝方法采用循環(huán)水冷冷凝；步驟2和步驟3中的高溫還原爐為中頻感應(yīng)爐或高溫電阻爐。
[0021]所述的75Si_Fe合金是Si質(zhì)量含量為75%的S1-Fe合金。
[0022]上述步驟中:當(dāng)Eu2O3: Al: CaO按照摩爾比1: 2: (O~3)配料造球時(shí)，按照反應(yīng)式(I)反應(yīng)，化學(xué)計(jì)量比為摩爾比；
[0023]Eu2O3 (s)+2A1 (I)+xCaO = 2Eu(g)+Al2O3.xCaO(s)(I)
[0024]反應(yīng)式(I)可存在以下幾種反應(yīng)形式中的一種進(jìn)行反應(yīng):
[0025]Eu2O3 (s)+2A1 (I) = 2Eu (g) +Al2O3 (s)(1-1)
[0026]

【權(quán)利要求】
1.一種直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法，具體包括以下步驟: 步驟I，配料造球: 配料:采用如下配料方式(I)~(4)中的一種: (1)將Eu2O3: Al: CaO按照摩爾比1: (2~2.4): (O~3)配料； (2)將Eu2O3: Al: MgO按照摩爾比1: (2~2.4): I配料； (3)將⑴中的Al和CaO或⑵中的Al和MgO，用Ca代替，其中，Ca的用量用Al確定，I質(zhì)量單位的Al用2.2倍質(zhì)量單位的鈣代替； (4)將⑴或(2)中的Al，用75S1-Fe合金代替，其中，I質(zhì)量單位的Al用I質(zhì)量單位的75S1-Fe合金代替； 造球:將配料混料均勻，在100~250kg/cm2壓力下壓制成球團(tuán)； 步驟2，球團(tuán)高溫連續(xù)還原:: 在流動(dòng)的惰性氣體或氮?dú)鈿夥罩?，氬氣流量?.0~6.0m3/h，將球團(tuán)連續(xù)加入高溫還原爐，還原溫度為800~1700°C，還原時(shí)間為10~60min，得到高溫銪蒸汽，與惰性氣體或氮?dú)饣旌显谝黄?，形成高溫混合氣，同時(shí)把還原渣連續(xù)排出高溫還原爐； 步驟3，高溫銪蒸汽的 冷凝: 將高溫銪蒸汽通過(guò)流動(dòng)的惰性氣體或氮?dú)鈹y帶出高溫還原爐，通過(guò)密封管路輸送到冷凝系統(tǒng)進(jìn)行冷凝，得到固體金屬銪。
2.如權(quán)利要求1所述的直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法，其特征在于，所述的步驟I中造球時(shí)用輥壓機(jī)將配料壓制成塊狀或球狀球團(tuán)。
3.如權(quán)利要求1所述的直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法，其特征在于，所述的步驟2中的惰性氣體為純度大于等于99.95%的高純氬氣。
4.如權(quán)利要求1所述的直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法，其特征在于，所述的步驟2或步驟3中的高溫還原爐為中頻感應(yīng)爐或高溫電阻爐。
5.如權(quán)利要求1所述的直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法，其特征在于，所述的步驟3中冷凝方法為直接冷凝或霧化冷凝。
6.如權(quán)利要求5所述的直接熱還原連續(xù)制備金屬銪的方法，其特征在于，所述的直接冷凝方法為循環(huán)水冷冷凝。
【文檔編號(hào)】C22B5/04GK104131183SQ201410345907
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】豆志河, 張廷安, 張子木, 劉燕, 呂國(guó)志, 趙秋月, 牛麗萍, 傅大學(xué) 申請(qǐng)人:東北大學(xué)