一种直接热还原连续制备金属钐的方法技术

一种直接热还原连续制备金属钐的方法，属于有色金属冶金技术领域。本发明专利技术的制备方法具体包括：将Sm2O3、Al、CaO或MgO混料，其中还原剂为Al可以用Ca或Si质量含量75％的Si-Fe合金代替，经过配料造球，然后将球团在流动的惰性气体或氮气气氛中进行高温还原反应，最后将由高温还原炉中流动的惰性载气或氮气携带出来的高温钐蒸汽冷凝，得到金属钐。本发明专利技术方法采用了“相对真空”手段，取消了真空系统以及真空还原罐，实现了金属钐的连续生产，缩短了还原周期，提高了生产效率，金属钐的回收率可达97％以上；能耗显著降低，是一种低成本制备金属钐的节能型绿色新工艺；且操作简单，设备更简单要求低，降低了设备投资及操作成本。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于有色金属冶金
。本专利技术的制备方法具体包括：将Sm2O3、Al、CaO或MgO混料，其中还原剂为Al可以用Ca或Si质量含量75％的Si-Fe合金代替，经过配料造球，然后将球团在流动的惰性气体或氮气气氛中进行高温还原反应，最后将由高温还原炉中流动的惰性载气或氮气携带出来的高温钐蒸汽冷凝，得到金属钐。本专利技术方法采用了“相对真空”手段，取消了真空系统以及真空还原罐，实现了金属钐的连续生产，缩短了还原周期，提高了生产效率，金属钐的回收率可达97％以上；能耗显著降低，是一种低成本制备金属钐的节能型绿色新工艺；且操作简单，设备更简单要求低，降低了设备投资及操作成本。【专利说明】
本专利技术属于有色金属冶金
，特别涉及一种直接热还原连续制备金属钐的 方法。
技术介绍
金属钐（Sm)是轻稀土金属的重要产品之一，具有特殊的物化性质。它的熔点 1074°C、沸点1794°C，硬度45?65HB、密度7. 536g/ml，延展性好而易于加工成材。钐具有 很强的金属化学性，在一定外界条件作用下，易与氧、氢、氮、硫、碳等相互作用而生成相应 的化合物（Sm 203、SmH3、SmN等），与某些金属可生成合金（如SmCo等），与酸碱作用可生成 不同金属盐类（5111(：1 3,51112(504)3、5111腸3等）。如以上金属钐化合物、合金和盐类等都具有很 好的实用技术和经济价值。 近年来，金属钐在稀土永磁材料、合金的变质剂、钢铁的净化剂和原子能等领域中 得到越来越广泛的应用。例如，由于钐原子中的轨道矩和自旋矩对磁矩均具有良好的影响， 可制成SmCo 5, Sm2Co17和Sm2Fe17Nx等稀土杉永磁材料，广泛应用在军工行波器和环行器。由 于SmCo型能量密度大，可制成磁体阀门用于核电站的密封阀门，降低泄露。钐永磁材料还 广泛应用在经络磁疗器、手术器械和医疗磁片等生物医疗领域。还有含钐的发火合金用于 工业汽灯、焊枪点火器和火矩点火装置等；钐在炼钢和炼铁过程中可以脱氧除硫，从而提高 钢及铁性能；钐还可制成棒用于反应堆内控制热中子量的材料，吸收热中子就可调节原子 的分裂速度；Sm 203也可用于核子反应堆上的陶瓷保护层的组分，或用于控制原子锅炉中的 核反应，效果很好。从上世纪80-90年代，我国生产Sm己达到工业化水平，己形成规模化生 产，可满足国内外市场的需求。2000年以来，我国Sm的生产工艺及设备更加完善，并己成为 Sm的生产大国，产量居世界之首。 目前，我国金属钐主要制备方法是稀土金属还原蒸馏法，即以稀土镧（或铈、镨、 钕）或镧铈合金为还原剂，Sm20 3为原料在低于IPa的真空条件下1200?1250°C高温还原 90min，然后冷凝、蒸馏分离得到金属钐。该方法的工艺及设备较成熟，己工业化应用。但是 该方法存在着生产容量小、钐产品单位产量低，造成需求量快增时，必须使用很多台还原炉 设备才能满足需求、引起设备投资大、作业繁杂、生产费用高和管理不便等问题。同时该方 法以稀土金属为还原剂，存在着生产成本高等缺点。针对以上问题，为提高金属钐产量，降 低其生产成本，必须快速开发金属钐制备新方法。近年来开发出Sm 203高温熔盐电解法、钙 热还原法制备金属钐或钐合金，但是以上方法均存在着产品质量低、生产效率低、生产成本 高等问题，而无法工业化应用。
技术实现思路
针对现有稀土真空还原-蒸馏法制备金属钐生产及研究所存在的缺点和不足，本 专利技术提出了，即在动态惰性气体或氮气中进行高温 还原，生成的高温钐蒸汽被流动的惰性气体或氮气携带走，冷凝得到金属钐。本专利技术提供一 种在"相对真空"条件下，采用金属热还原法连续炼钐的方法，实现了钐的低成本连续生产， 解决传统的稀土真空还原-蒸馏法制备金属钐所存在能耗高、还原罐寿命短以及生产成本 高等问题；本专利技术方法反应速度快，还原效率高，同时实现了钐的连续生产。 -种直接热还原连续制备金属钐的方法包括造球团、相对真空气氛中球团连续还 原、高温杉蒸汽的冷凝等步骤。其中，造球团是指将Sm 203、还原剂、添加反应助剂CaO或MgO 按比例混合好，其中还原剂为A1可以用Ca或75Si-Fe合金代替，采用压辊机压制成块状或 球状球团；球团在"相对真空"气氛中连续还原是指将球团在流动的惰性气氛或氮气气氛中 进行高温还原反应，反应生成的高温钐蒸汽立即被流动的惰性载气或氮气携带走。对于每 一个反应界面来讲，由于生成的高温钐蒸汽立即被惰性载气或氮气携带离开了反应界面， 所以对于反应界面上的高温钐蒸汽来讲，其分压一直处于低于latm的负压状态，即所谓的 "相对真空"状态。因此，对于生成钐蒸汽的还原反应界面上的氛围，就好像一个密闭的容器 抽了真空一样，称之为"相对真空"或"相对负压"，这为反应的发生提供了更充分的热力学 及动力学条件；钐蒸汽的冷凝是指将由高温还原炉中惰性气体或氮气携带来的高温钐蒸汽 快速冷却得到金属钐锭的过程。 本专利技术的直接热还原连续制备金属钐的方法，具体包括如下步骤： 步骤1，配料造球： 配料：采用如下配料方式（1)?（4)中的一种： (1)将 Sm203 : A1 : CaO 按摩尔比 1 : (2 ?2. 4) : (0 ?3)配料； (2)将 Sm203 : A1 : MgO 按摩尔比 1 : (2 ?2. 4) : 1 配料； (3)将（1)中的A1和CaO或⑵中的A1和MgO,用Ca代替，其中，Ca的用量用A1 确定，1质量单位的A1可以用2. 2倍质量单位的钙代替； (4)将⑴或⑵中的A1，用75Si-Fe合金代替，其中，1质量单位的A1用1质量 单位的Si含量为75 %的Si-Fe合金代替； 造球：将配料混料均匀，在100?250kg/cm2压力下压制成球团； 步骤2,球团高温连续还原： 在流动的惰性气体或氮气气氛中，气体流量为3. 0?6. 0m3/h，将球团连续加入高 温还原炉，还原温度为900?1600°C，还原时间为20?60min，得到高温钐蒸汽，并与惰性 气体或氮气混合在一起，形成高温混合气，同时把还原渣连续排出高温还原炉； 步骤3,高温钐蒸汽的冷凝： 将高温钐蒸汽通过流动的惰性气体或氮气携带出高温还原炉，通过密封管路输送 到冷凝系统进行冷凝，得到固体金属钐。 其中，步骤1中造球时用辊压机将配料压制成块状或球状球团；步骤2中的惰性气 体为纯度大于等于99. 95 %的高纯氩气；步骤3中的冷凝方法为直接冷凝或雾化冷凝，其中 直接冷凝方法采用循环水冷冷凝；步骤2或步骤3中的高温还原炉为中频感应炉或高温电 阻炉。 所述的75Si_Fe合金是Si质量含量75%的Si-Fe合金。 上述的步骤中，当Sm203 : A1 : CaO按摩尔比配料1 : 2 : (0?3)配料造球时， 按照反应式（1)反应，化学计量比为摩尔比； Sm203 (s)+2A1 (1)+xCa0 = 2Sm(g)+Al203 · xCa0(s) (1) 反应式（1)可存在以下几种反应形式中的一种进行反应： Sm203 (s)+2A1(1) = 2Sm(g)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接热还原连续制备金属钐的方法，具体包括如下步骤：步骤1，配料造球：配料：采用如下配料方式(1)～(4)中的一种：(1)将Sm2O3∶Al∶CaO按摩尔比1∶(2～2.4)∶(0～3)配料；(2)将Sm2O3∶Al∶MgO按摩尔比1∶(2～2.4)∶1配料；(3)将(1)中的Al和CaO或(2)中的Al和MgO，用Ca代替，其中，Ca的用量用Al确定，1质量单位的Al可以用2.2倍质量单位的钙代替；(4)将(1)或(2)中的Al，用75Si‑Fe合金代替，其中，1质量单位的Al用1质量单位的Si含量为75％的Si‑Fe合金代替；造球：将配料混料均匀，在100～250kg/cm2压力下压制成球团；步骤2，球团高温连续还原：在流动的惰性气体或氮气气氛中，气体流量为3.0～6.0m3/h，将球团连续加入高温还原炉，还原温度为900～1600℃，还原时间为20～60min，得到高温钐蒸汽，并与惰性气体或氮气混合在一起，形成高温混合气，同时把还原渣连续排出高温还原炉；步骤3，高温钐蒸汽的冷凝：将高温钐蒸汽通过流动的惰性气体或氮气携带出高温还原炉，通过密封管路输送到冷凝系统进行冷凝，得到固体金属钐。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张廷安，豆志河，张子木，刘燕，吕国志，赵秋月，牛丽萍，傅大学，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21