【知識】稀土冶煉廠的工藝流程及設計

以稀土精礦為原料，經分解、混合化合物製備、分組分離等工序制取不同純度的單一化合物、金屬和稀土製品的稀有金屬冶煉廠設計。設計範圍主要包括：稀土提取分離車問設計、稀土金屬車間設計、稀土永磁材料車間設計和稀土發光材料車間設計。主要的稀土精礦有氟碳鈰鑭礦、獨居石、離子吸附稀土礦和磷釔礦。

簡史稀土噸量級工廠的設計、生產和應用，始於20世紀20年代，首先是以獨居石、40年代末又加上氟碳鈰鑭礦為原料，用化學法生產混合稀土化合物，用於製備打火石和電弧碳極、拋光粉、冶金添加劑等。60年代起，混合稀土化合物開始用作石油裂化催化劑；特別是1964年氧化銪開始用於彩色電視紅色螢光粉，促進了單一稀土分離技術的發展，設計製造了大直徑離子交換柱和各型萃取器，生產各種單一稀土化合物和單一金屬，應用于發光、電子、磁性材料、超導體和光導纖維等。80年代，美國鉬公司氟碳鈰鑭精礦生產能力為40000t/a(以REO計，下同)；法國羅歇爾稀土廠的分離能力達5000t/a。

中國稀土儲量居世界第一位。稀土冶煉廠設計始於20世紀50年代，用堿法處理獨居石。到1992年，設計建設了約50個稀土冶煉廠，使用的稀土精礦有包頭混合稀土礦、氟碳鈰鑭礦、離子吸附型稀土礦和獨居石等；稀土分離方法以液一液溶劑萃取為主。1988年，各種稀土礦產品年產量約30000t。至1989年，分組分離能力為每年12000t，生產400餘個品種、1000餘個規格產品；各種產品出口量約為9200t，領先於世界；國內應用量為6770t，占世界第二。甘肅稀土公司是中國設計的最大稀土項目，處理包頭混合稀土礦、氟碳鈰鑭礦和離子吸附型稀土礦，生產混合氯化稀土和單一稀土產品。

產品方案稀土產品主要用於冶金、玻璃陶瓷、石油化工及光學、電子、發光、永磁、磁光、超導材料等領域。產品約500個品種、3000個規格，其中有混合輕稀土，各種品位的富集物，各種純度的單一化合物和金屬。用於螢光材料的稀土化合物純度為99.95%～99.99%，用於光學、鐳射等方面的化合物純度為99.995%～99.999%。中國稀土產品已有400多種、1000餘個規格，至1992年已制訂23種產品的國家標準。

工藝流程選擇稀土生產過程主要由精礦分解、稀土分組分離、化合物和金屬製備等工序組成。精礦分解有硫酸焙燒法、燒鹼浸煮法和用鹽酸或硝酸溶解法等。處理包頭混合稀土礦和氟碳鈰鑭礦時，如果廠區的“三廢”處理排放條件較好，多用成本較低的硫酸焙燒法；相反則可用燒鹼浸煮法。處理獨居石多用燒鹼浸煮法，可以同時回收磷酸三鈉。生產無水氯化稀土時，可用直接氯化法處理包頭混合稀土礦、氟碳鈰鑭礦或獨居石。離子吸附型礦，用鹽酸或硝酸溶解法分解。

混合稀土分組分離工藝的確定，主要考慮產品品種、純度和經濟效益。大批量生產多用液一液溶劑萃取法；批量較小的高純稀土，則可用離子交換法或萃取色層法生產。

銪的分離多採用鋅粉還原鹼度法。

經過分組分離的富集物或單一稀土氯化物或硝酸鹽，純度高的用草酸沉澱法；富集物或純度較低的產品，則用成本較低的碳酸氫銨沉澱法，過濾後，再灼燒成氧化物。混合輕稀土氯化物也可直接濃縮結晶，再經熔鹽電解成混合稀土金屬。單一稀土金屬制取中，輕稀土多用熔鹽電解，重稀土多用金屬熱還原，或先熔鹽電解，制得相應的中間合金，再經真空蒸餾得海綿狀純金屬。稀土永磁體生產，用粉末冶金法或還原擴散法。稀土螢光材料生產，多用粉末燒成法。

主要設備稀土生產用設備，主要由精礦分解、分組分離、化合物烘乾灼燒和金屬製備幾部分設備組成。除溶解、溶液製備、沉澱、過濾、溶液輸送、金屬熱還原和蒸餾等，採用通用化工和冶金標準設備外，大部分是非標準設備。1、包頭混合稀土礦和氟碳鈰鑭礦的分解，多採用回轉窯，也可用豎式氯化爐；獨居石燒鹼浸煮分解，採用加壓或常壓鋼質反應槽；離子吸附型礦的分解，用搪瓷反應槽。2、稀土的分組分離，採用箱式混合澄清萃取槽，或離子交換柱。3、草酸鹽或碳酸鹽的煆燒，大批量產品採用隧道式連續煆燒爐，量小的產品用箱式電阻爐。4、各種稀土金屬的製備，多用磚砌或石墨坩堝熔鹽電解槽或真空還原爐。5、稀土磁性材料和螢光材料的燒結燒成，用隧道式連續電爐。


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