一种直接热还原连续制备金属铕的方法技术

一种直接热还原连续制备金属铕的方法，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Eu2O3、还原剂、CaO或MgO作为原料，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铕蒸汽冷凝，得到金属铕。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，实现了金属铕的连续生产，缩短了还原周期，提高了生产效率，金属铕的回收率可达97％以上；能耗显著降低，是一种低成本制备金属铕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Eu2O3、还原剂、CaO或MgO作为原料，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铕蒸汽冷凝，得到金属铕。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，实现了金属铕的连续生产，缩短了还原周期，提高了生产效率，金属铕的回收率可达97％以上；能耗显著降低，是一种低成本制备金属铕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
，尤其是涉及。
技术介绍
铕为铁灰色金属，熔点822°C，沸点1597°C，密度5.2434克/厘米？；铈稀土元素中密度最小、最软和最易挥发的元素。铕为稀土元素中最活泼的金属:室温下，铕在空气中立即失去金属光泽，很快被氧化成粉末；与冷水剧烈反应生成氢气；铕能与硼、碳、硫、磷、氢、氮等反应。铕广泛用于制造反应堆控制材料和中子防护材料。 铕(Eu)是1901年德马凯(Eugene-Antole Demarcay)从“衫”中发现了新元素，取名为铕(Europium)。这大概是根据欧洲(Europe) —词命名的。氧化铕大部分用于突光粉。Eu3用于红色荧光粉的激活剂，Eu2用于蓝色荧光粉。现在Y2O2S =Eu3是发光效率、涂敷稳定性、回收成本等最好的荧光粉。再加上对提高发光效率和对比度等技术的改进，故正在被广泛应用。 近年氧化铕还用于新型X射线医疗诊断系统的受激发射荧光粉。氧化铕还可用于制造有色镜片和光学滤光片，用于磁泡贮存器件，在原子反应堆的控制材料、屏蔽材料和结构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，所以常用于原子反应堆中作吸收中子的材料。此外，可用作彩色电视机的荧光粉，这些荧光粉发出闪亮的红色，用来制造电视荧光屏；激光材料等。 目前，我国金属铕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，Eu2O3为原料在低于IPa的真空条件下1200°C~1250°C高温还原90min，然后冷凝、蒸馏分离得到金属铕。该方法的工艺及设备较成熟，已工业化应用。但是该方法存在着生产容量小、铕产品单位产量低，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，为提高金属铕产量，降低其生产成本，必须快速开发金属铕制备新方法。近年来开发出Eu2O3高温熔盐电解法、钙热还原法制备金属铕或铕合金，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-蒸馏法制备金属铕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，生成的高温铕蒸汽被流动的惰性气体或氮气携带走，冷凝得到金属铕。本专利技术方法是一种在“相对真空”条件下，采用铝热还原法连续炼铕方法，实现了铕的低成本连续生产，解决了传统的稀土真空还原-蒸馏法制备金属铕所存在能耗高、还原罐寿命短以及生产成本高等问题；本专利技术的方法反应速度快，还原效率高，同时实现了铕的连续生产。 —种直接热还原连续制备金属铕的方法，包括造球团、相对真空气氛中球团连续还原、铕蒸汽的连续冷凝等步骤。其中，造球团是指将Eu203、Al、反应助剂CaO或MgO按比例混合好，，其中还原剂为Al可以用Ca或75S1-Fe合金代替，采用辊压机压制成球团；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体或或氮气气氛中进行高温还原反应，反应生成的高温铕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，由于生成的高温铕蒸汽立即被携带离开了反应界面，所以对于反应界面上的高温铕蒸汽来讲，其分压一直处于负压状态，即所谓的“相对真空”状态。因此，对于生成铕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；铕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铕蒸汽快速冷却，得到金属铕的过程。 本专利技术直接热还原连续制备金属铕的方法，具体包括以下步骤: 步骤I，配料造球: 配料:采用如下配料方式⑴~⑷中的一种: (I)将 Eu2O3: Al: CaO 按照摩尔比 1: (2 ~2.4): (O ~3)配料； (2)将 Eu2O3: Al: MgO 按照摩尔比 1: (2 ~2.4): I 配料； (3)将(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确定，I质量单位的Al用2.2倍质量单位的钙代替； (4)将⑴或⑵中的Al，用75Si_Fe合金代替，其中，I质量单位的Al用I质量单位的75S1-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，氩气流量为3.0~6.0m3/h，将球团连续加入高温还原炉，还原温度为800~1700°C，还原时间为10~60min，得到高温铕蒸汽，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，高温铕蒸汽的冷凝: 将高温铕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，得到固体金属铕。 其中，步骤I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和步骤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质量含量为75%的S1-Fe合金。 上述步骤中:当Eu2O3: Al: CaO按照摩尔比1: 2: (O~3)配料造球时，按照反应式(I)反应，化学计量比为摩尔比； Eu2O3 (s)+2A1 (I)+xCaO = 2Eu(g)+Al2O3.xCaO(s)(I) 反应式(I)可存在以下几种反应形式中的一种进行反应: Eu2O3 (s)+2A1 (I) = 2Eu (g) +Al2O3 (s)(1-1) 【权利要求】1.，具体包括以下步骤: 步骤I，配料造球: 配料:采用如下配料方式(I)~(4)中的一种: (1)将Eu2O3: Al: CaO按照摩尔比1: (2~2.4): (O~3)配料； (2)将Eu2O3: Al: MgO按照摩尔比1: (2~2.4): I配料； (3)将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确定，I质量单位的Al用2.2倍质量单位的钙代替； (4)将⑴或(2)中的Al，用75S1-Fe合金代替，其中，I质量单位的Al用I质量单位的75S1-Fe合金代替； 造球:将配料混料均本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接热还原连续制备金属铕的方法，具体包括以下步骤：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Eu2O3∶Al∶CaO按照摩尔比1∶(2～2.4)∶(0～3)配料；(2)将Eu2O3∶Al∶MgO按照摩尔比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75Si‑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，氩气流量为3.0～6.0m3/h，将球团连续加入高温还原炉，还原温度为800～1700℃，还原时间为10～60min，得到高温铕蒸汽，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，高温铕蒸汽的冷凝：将高温铕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，得到固体金属铕。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：豆志河，张廷安，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