專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備稀土氧化物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬稀土元素生產(chǎn)方法，尤其涉及制備稀土氧化物的設(shè)備和制備工藝方法。
背景技術(shù)：
稀土元素是一類(lèi)特殊的元素，由于其具有特殊的原子結(jié)構(gòu)和性能，被廣泛應(yīng)用于冶金、電子、化學(xué)、原子能等多種領(lǐng)域。稀土元素的生產(chǎn)方法一般是將粉碎好的天然稀土伴生礦進(jìn)行浮選富集成精礦，再經(jīng)分解、除雜后轉(zhuǎn)化為便于分離和運(yùn)輸?shù)奶妓猁}或固體氯化物。將碳酸鹽或固體氯化物溶解為液體氯化物，再用萃取劑進(jìn)行萃取分離為單一或部分混合氯化物，然后用碳酸氫銨或草酸將其分離沉淀為碳酸鹽或草酸鹽，再經(jīng)高溫灼燒分解為稀土氧化物。該氧化物即可作為商品出售，也可進(jìn)一步加工為稀土元素或其它稀土產(chǎn)品。前些年我國(guó)科研部門(mén)在稀土萃取分離工藝方面成果顯著，開(kāi)發(fā)了成熟的、先進(jìn)的分離工藝，但是，由于稀土產(chǎn)品的總用量畢竟很低，生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量少、規(guī)模也小，除分離工藝外，其它工序均借鑒傳統(tǒng)行業(yè)的常用方法，因陋就簡(jiǎn)地進(jìn)行生產(chǎn)，多年來(lái)基本沒(méi)有改進(jìn)。目前采用的由稀土碳酸鹽或草酸鹽灼燒制備稀土氧化物的生產(chǎn)方法一般為兩種，一種是借鑒傳統(tǒng)的石灰石燒制石灰的原理、設(shè)施和工藝，將稀土碳酸鹽或草酸鹽放入陶瓷缽體中，排放在類(lèi)似石灰窯的窯體中，用煤炭明火高溫灼燒，形成稀土氧化物。該方法屬間歇生產(chǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，設(shè)備損耗大，特別是傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法污染較重、分解反應(yīng)不均衡、一致性差，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。另一種是平板式回轉(zhuǎn)窯，采用電加熱或煤炭明火灼燒。該方法雖屬連續(xù)生產(chǎn)，但與前者的共同點(diǎn)是靜態(tài)鍛燒。采用電加熱時(shí)能耗高，設(shè)備損耗大，產(chǎn)品一致性差，采用煤炭加熱的，產(chǎn)品質(zhì)量受影響，一致性差。由于稀土資源80％以上集中在我國(guó)，國(guó)外一般是應(yīng)用我國(guó)出口的稀土氧化物進(jìn)行再加工，有關(guān)文獻(xiàn)較少，目前尚未見(jiàn)到國(guó)外關(guān)于將稀土碳酸鹽灼燒分解為稀土氧化物新工藝，特別是有關(guān)應(yīng)用旋轉(zhuǎn)窯進(jìn)行灼燒分解的文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為了節(jié)省能耗，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，本發(fā)明人提供了一種可連續(xù)實(shí)施灼燒分解稀土碳酸鹽或草酸鹽制備稀土氧化物的技術(shù)方案。
本發(fā)明所屬的技術(shù)方案是一種稀土氧化物的制備方法，該方法包括采用可連續(xù)實(shí)施灼燒分解稀土碳酸鹽或草酸鹽制備稀土氧化物的設(shè)備—旋轉(zhuǎn)窯和采用該旋轉(zhuǎn)窯制備稀土氧化物的工藝條件和操作方法。
本發(fā)明所述的稀土氧化物的制備方法中采用的旋轉(zhuǎn)窯是專(zhuān)為灼燒分解稀土碳酸鹽或草酸鹽制備稀土氧化物而設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)窯，它包括加熱爐和穿過(guò)加熱爐的兩對(duì)應(yīng)的側(cè)壁臥式安裝設(shè)置的可沿軸線旋轉(zhuǎn)的筒狀窯體，窯體前高后低，窯體的前端設(shè)置有進(jìn)料口，后端設(shè)置有出料口，在位于爐體外的窯體上設(shè)置有帶動(dòng)窯體轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力裝置及滾動(dòng)支撐裝置。
本發(fā)明制備方法中所述的旋轉(zhuǎn)窯，其窯體的長(zhǎng)徑比(窯體的總長(zhǎng)度與窯體內(nèi)徑的比例)為(10～20)∶1；其軸線與水平面呈5～15度的傾角。
本發(fā)明制備方法中所述的旋轉(zhuǎn)窯，其加熱爐設(shè)置若干爐門(mén)，在爐內(nèi)緊靠窯體的部位，分段設(shè)置若干測(cè)溫點(diǎn)，窯體的出料口設(shè)置有收料裝置，進(jìn)料口設(shè)置有進(jìn)料漏斗，在進(jìn)料漏斗上方設(shè)置有粉塵回收裝置。
本發(fā)明制備方法中所述的旋轉(zhuǎn)窯，所說(shuō)的進(jìn)料漏斗的下方安裝有振動(dòng)器，此結(jié)構(gòu)可使原料暢通的下滑，防止原料堵塞。
本發(fā)明制備方法中所述的旋轉(zhuǎn)窯，所說(shuō)的窯體的內(nèi)壁上設(shè)置有翻料裝置，其作用是在窯體旋轉(zhuǎn)時(shí)翻轉(zhuǎn)被灼燒的物料，使其受熱均勻。此裝置可采用固定在窯體內(nèi)壁上的刮板，刮板可以與軸線平行排列或斜向或螺旋狀排列，最簡(jiǎn)便的刮板是焊接在窯體內(nèi)壁上的鋼筋。
本發(fā)明制備方法中所述的旋轉(zhuǎn)窯，所說(shuō)的窯體一端安裝轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力裝置，動(dòng)力裝置包括固定安裝于窯體上的從動(dòng)齒輪，與從動(dòng)齒輪相嚙合的固定于動(dòng)力輸出軸上的主動(dòng)齒輪及相應(yīng)的調(diào)速傳動(dòng)裝置；與其對(duì)應(yīng)的另一端設(shè)置有滾動(dòng)支撐裝置，所述的支撐裝置包括固定安裝于窯體上的大轉(zhuǎn)盤(pán)，與大轉(zhuǎn)盤(pán)的外圓進(jìn)行滾動(dòng)接觸的安裝在支架轉(zhuǎn)軸上的小轉(zhuǎn)盤(pán)和支撐底座。該結(jié)構(gòu)能夠使窯體在旋轉(zhuǎn)中處于較好的平衡狀態(tài)，防止窯體在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中晃動(dòng)和傾斜。
本發(fā)明制備方法中所述的旋轉(zhuǎn)窯的具體結(jié)構(gòu)包括加熱爐7和設(shè)置在加熱爐7上的爐門(mén)4，穿過(guò)加熱爐7的兩對(duì)應(yīng)的側(cè)壁設(shè)置有前高后低傾角為5～15度的窯體6；窯體6的前端設(shè)置有進(jìn)料口，進(jìn)料口設(shè)置有進(jìn)料漏斗2，進(jìn)料口可安裝振蕩器14或采用螺旋式進(jìn)料或其他公知技術(shù)，在進(jìn)料口上方設(shè)置有回收裝置1，回收裝置1可采用布袋式除塵器或者其它公知技術(shù)；窯體6后端設(shè)置有出料口，出料口設(shè)置有收料裝置9，可采用漏斗狀或其它常用結(jié)構(gòu)；在位于爐體外的前后窯體部位，分別設(shè)置有帶動(dòng)窯體轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力裝置和支撐裝置，動(dòng)力裝置的具體結(jié)構(gòu)采用固定安裝于窯體6上的從動(dòng)齒輪3，與從動(dòng)齒輪3相嚙合的固定于動(dòng)力輸出軸12上的主動(dòng)齒輪13，支撐裝置具體可采用固定安裝于窯體6上大轉(zhuǎn)盤(pán)8，大轉(zhuǎn)盤(pán)8的外圓與安裝在支架11轉(zhuǎn)軸上的小轉(zhuǎn)盤(pán)10的外圓接觸，小轉(zhuǎn)盤(pán)一般為兩個(gè)；窯體6的內(nèi)壁上設(shè)置有翻料裝置，具體可采用固定在窯體內(nèi)壁上的刮板5，也可采用位于窯體內(nèi)壁上的柱狀的突起等類(lèi)似的可以達(dá)到翻料效果的其他公知的結(jié)構(gòu)；在加熱爐7內(nèi)窯體外壁前段、中段、后段緊貼窯外壁部位分別設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)15，用于連接安裝熱電偶或其它測(cè)溫裝置，檢測(cè)控制窯體各段溫度，其測(cè)試方法和安裝方式可采用公知技術(shù)。
制造窯體的材質(zhì)可采用常用金屬材料，以不銹鋼材料最為理想。
加熱爐的加熱方式可采用煤炭或其它燃料直接燃燒加熱，也可采用電加熱，直接燃燒加熱操作方便，但溫度控制有小范圍波動(dòng)，電加熱控溫精確，但耗能較高。
采用本發(fā)明制備方法中所述的旋轉(zhuǎn)窯制備稀土氧化物的工藝流程如下打開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力裝置電源，啟動(dòng)調(diào)速傳動(dòng)裝置，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)動(dòng)；在窯體前段、中段、后段分別加熱升溫，使其達(dá)到預(yù)定溫度；將原料稀土碳酸鹽或草酸鹽自進(jìn)料口加入，由于窯體有一定的傾斜度，原料在窯體轉(zhuǎn)動(dòng)的帶動(dòng)和刮板翻攪下與窯壁均勻接觸，并緩慢后移，在窯體前段干燥脫水，在窯體中段受高溫灼燒后分解為稀土氧化物，在窯體后段降溫后，自出料口出料、冷卻、包裝。生產(chǎn)過(guò)程中生成的二氧化碳和水蒸氣經(jīng)進(jìn)料口上方的回收裝置回收粉塵后排放。
采用本發(fā)明制備方法中所述的旋轉(zhuǎn)窯制備稀土氧化物的工藝條件如下采用本發(fā)明制備方法中所述的旋轉(zhuǎn)窯制備稀土氧化物的主要工藝控制指標(biāo)為兩項(xiàng)，一項(xiàng)是灼燒分解溫度，一項(xiàng)是灼燒分解時(shí)間。
生產(chǎn)過(guò)程中，一般將窯體分為前段、中段、后段三個(gè)區(qū)域進(jìn)行溫度控制，窯體中段為灼燒分解區(qū)域，窯體前段為干燥、脫水區(qū)域，后段為降溫和后續(xù)分解區(qū)域，其長(zhǎng)度分別為窯體內(nèi)徑的3～6倍，窯體中段為主要反應(yīng)區(qū)域，灼燒分解過(guò)程主要在中段完成，本文中所說(shuō)的灼燒分解溫度即是指在窯體中段的測(cè)溫點(diǎn)安裝的熱電偶測(cè)溫器所顯示的溫度，所說(shuō)的灼燒分解時(shí)間即是指物料經(jīng)過(guò)窯體中段的時(shí)間。
本發(fā)明人經(jīng)研究試驗(yàn)確定，在本發(fā)明所述稀土氧化物制備方法中，灼燒分解溫度范圍為750～900℃；灼燒分解時(shí)間范圍為30～60min。溫度過(guò)低或時(shí)間過(guò)短分解不完全，溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)易造成局部燒結(jié)。
經(jīng)綜合篩選評(píng)價(jià)，本發(fā)明人確認(rèn)，優(yōu)選的灼燒分解溫度范圍為800～850℃，灼燒分解時(shí)間范圍為40～45min，在此條件下所制備的稀土氧化物質(zhì)量十分理想。
本發(fā)明所述稀土氧化物制備方法中，其它工藝條件包括窯體前段及后段溫度控制范圍450～650℃；窯體轉(zhuǎn)速5～10轉(zhuǎn)/min；窯內(nèi)物料占窯體容量的1/8～1/10。
本發(fā)明所述稀土氧化物制備方法中原料稀土碳酸鹽或草酸鹽的質(zhì)量指標(biāo)為碳酸鹽TREO≥38％ Fe2O3≤0.01％ CaO≤0.05％ SO2≤0.05％
草酸鹽TREO≥30％ Fe2O3≤0.01％ CaO≤0.02％ SO2≤0.01％本發(fā)明所述稀土氧化物制備方法所制得的產(chǎn)品稀土氧化物的質(zhì)量指標(biāo)為REO(由碳酸鹽燒成)TREO≥99％Fe2O3≤0.01％CaO≤0.05％SO2≤0.05％REO(由草酸鹽燒成)TREO≥99％Fe2O3≤0.01％CaO≤0.02％SO2≤0.01％上述指標(biāo)中TREO代表總稀土氧化物，REO代表稀土氧化物，是本行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的通用代碼。
由于本發(fā)明所述的稀土氧化物的制備方法使用了可連續(xù)化生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)窯、連續(xù)穩(wěn)定的流程操作及優(yōu)選的工藝條件，因而，在提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面，均獲得了顯著的效益。其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)1.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的稀土氧化物的制備方法可提高勞動(dòng)生產(chǎn)率60～100％。
2.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的稀土氧化物的制備方法噸產(chǎn)品成本可降低800～1200元。
3.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的稀土氧化物制備方法的產(chǎn)品合格率可提高5％。
4.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明質(zhì)量顯著提高。產(chǎn)品一致性好，每隔半小時(shí)取樣分析TREO相差不超過(guò)0.2％；粒度均勻，大顆粒雜質(zhì)由10％減至0.5％；雜質(zhì)二氧化硫含量由0.3％減至0.05％。


圖1為本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)窯具體結(jié)構(gòu)圖；
其中，1.回收裝置，2.進(jìn)料漏斗，3.從動(dòng)齒輪，4.爐門(mén)，5.刮板，6.窯體，7.加熱爐，8.大轉(zhuǎn)盤(pán)，9.收料裝置，10.小轉(zhuǎn)盤(pán)，11.支架，12.動(dòng)力輸出軸，13.主動(dòng)齒輪，14.振動(dòng)器，15.測(cè)溫點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)舉例說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
實(shí)施例1.灼燒分解碳酸鈰制備氧化鈰窯體長(zhǎng)8m，直徑55cm，窯體中段灼燒分解區(qū)域長(zhǎng)3m，窯體軸線與水平面呈8度傾角，窯體轉(zhuǎn)速為8轉(zhuǎn)/min，灼燒分解溫度820℃—850℃，窯體前、后段溫度550℃～600℃，灼燒分解時(shí)間40min，每小時(shí)產(chǎn)量75Kg。
制得氧化鈰收率為≥98.5％，純度為≥99.9％，雜質(zhì)含量≤0.1％，硫含量≤0.01％，

實(shí)施例2.灼燒分解鑭、鈰、鐠混合碳酸鹽制備鑭、鈰、鐠混合氧化鈰窯體長(zhǎng)13m，直徑65cm，窯體中段灼燒分解區(qū)域長(zhǎng)4m，窯體軸線與水平面呈15度傾角，窯體轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/min，灼燒分解溫度770℃-800℃，窯體前、后段溫度450℃～500℃，灼燒分解時(shí)間45min，
每小時(shí)產(chǎn)量125Kg。
制得氧化物收率為≥98.7％，純度為≥99％，雜質(zhì)含量≤1％，硫含量≤0.10％，

實(shí)施例3.灼燒分解碳酸釹制備氧化釹窯體長(zhǎng)4.2m，直徑40cm，窯體中段灼燒分解區(qū)域長(zhǎng)2m，窯體軸線與水平面呈15度傾角，窯體轉(zhuǎn)速為7轉(zhuǎn)/民，灼燒分解溫度850℃-870℃，窯體前、后段溫度600℃～650℃，灼燒分解時(shí)間35min，每小時(shí)產(chǎn)量30Kg，制得氧化釹收率為≥99.5％，純度為≥99.5％，雜質(zhì)含量≤0.3％，硫含量≤0.01％。

實(shí)施例4.灼燒分解草酸釔制備氧化釔窯體長(zhǎng)4.8m，直徑45cm，窯體中段灼燒分解區(qū)域長(zhǎng)2m，窯體軸線與水平面呈10度傾角，窯體轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/min，
灼燒分解溫度870℃-900℃，窯體前、后段溫度600℃～650℃灼燒分解時(shí)間60min，每小時(shí)產(chǎn)量20Kg，制得氧化釔收率為≥99.5％，純度為≥99.9％，雜質(zhì)含量≤0.1％，硫含量≤0.05％。

實(shí)施例5.灼燒分解碳酸鐠釹制備氧化鐠釹窯體長(zhǎng)12m，直徑60cm，窯體中段灼燒分解區(qū)域長(zhǎng)4m，窯體軸線與水平面呈5度傾角，窯體轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/min，灼燒分解溫度800℃-830℃，窯體前、后段溫度550℃～600℃，灼燒分解時(shí)間30min，窯體轉(zhuǎn)速為8轉(zhuǎn)/分，每小時(shí)產(chǎn)量100Kg，制得氧化鐠釹收率為≥98.5％，純度為≥99％，質(zhì)含量≤0.5％，硫含量≤0.01％。

權(quán)利要求
1.一種稀土氧化物的制備方法，它包括實(shí)施灼燒分解稀土碳酸鹽或草酸鹽制備稀土氧化物的設(shè)備和采用該設(shè)備制備稀土氧化物的工藝條件，其特征在于所采用的設(shè)備是專(zhuān)為灼燒分解稀土碳酸鹽或草酸鹽制備稀土氧化物而設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)窯，它包括加熱爐和穿過(guò)加熱爐的兩對(duì)應(yīng)的側(cè)壁臥式安裝設(shè)置的可沿軸線旋轉(zhuǎn)的筒狀窯體，窯體前高后低，，窯體的前端設(shè)置有進(jìn)料口，后端設(shè)置有出料口，在位于爐體外的窯體兩端分別設(shè)置有帶動(dòng)窯體轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力裝置及滾動(dòng)支撐裝置；采用所述旋轉(zhuǎn)窯制備稀土氧化物的主要工藝條件為灼燒分解溫度范圍為750～900℃，灼燒分解時(shí)間范圍為30～60min。
2.如權(quán)利要求1所述的稀土氧化物的制備方法，其特征在于所說(shuō)的旋轉(zhuǎn)窯窯體的長(zhǎng)徑比為(10～20)∶1；其軸線與水平面呈5～15度的傾角。
3.如權(quán)利要求1所述的稀土氧化物的制備方法，其特征在于所說(shuō)的旋轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)包括加熱爐(7)和設(shè)置在加熱爐(7)上的爐門(mén)(4)，穿過(guò)加熱爐(7)的兩對(duì)應(yīng)的側(cè)壁設(shè)置的窯體(6)；窯體(6)的前端設(shè)置有進(jìn)料口，進(jìn)料口設(shè)置有進(jìn)料漏斗(2)，進(jìn)料口安裝振蕩器14或采用螺旋式進(jìn)料，在進(jìn)料口上方設(shè)置有回收裝置(1)；窯體(6)后端設(shè)置有出料口，出料口設(shè)置有收料裝置9；在位于爐體外的前后窯體部位，分別設(shè)置有帶動(dòng)窯體轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力裝置和支撐裝置，動(dòng)力裝置采用固定安裝于窯體6上的從動(dòng)齒輪3，與從動(dòng)齒輪3相嚙合的固定于動(dòng)力輸出軸12上的主動(dòng)齒輪13，支撐裝置采用固定安裝于窯體6上大轉(zhuǎn)盤(pán)8，大轉(zhuǎn)盤(pán)8的外圓與安裝在支架11轉(zhuǎn)軸上的小轉(zhuǎn)盤(pán)10的外圓接觸；窯體6的內(nèi)壁上設(shè)置有翻料裝置，翻料裝置采用固定在窯體內(nèi)壁上的刮板5；在加熱爐7內(nèi)窯體6的前段、中段、后段緊貼窯外壁部位分別設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)15。
4.如權(quán)利要求1所述的稀土氧化物的制備方法，其特征在于所說(shuō)的采用所述的旋轉(zhuǎn)窯制備稀土氧化物的工藝條件為灼燒分解溫度控制范圍為800～850℃；灼燒分解時(shí)間為40～45min。
5.如權(quán)利要求1所述的稀土氧化物的制備方法，其特征在于所說(shuō)的采用所述的旋轉(zhuǎn)窯制備稀土氧化物的工藝條件為窯體前段及后段溫度控制范圍為450～650℃。
6.如權(quán)利要求1所述的稀土氧化物的制備方法，其特征在于所說(shuō)的采用所述的旋轉(zhuǎn)窯制備稀土氧化物的工藝條件為窯體轉(zhuǎn)速5～10轉(zhuǎn)/min。
7.如權(quán)利要求1所述的稀土氧化物的制備方法，其特征在于所說(shuō)的采用所述的旋轉(zhuǎn)窯制備稀土氧化物的工藝條件為窯內(nèi)物料占窯體容量的1/8～1/10。
全文摘要
本發(fā)明為一種稀土氧化物的制備方法，它包括實(shí)施灼燒分解稀土碳酸鹽或草酸鹽制備稀土氧化物的設(shè)備和采用該設(shè)備制備稀土氧化物的工藝條件，所采用的設(shè)備是專(zhuān)為灼燒分解稀土碳酸鹽或草酸鹽制備稀土氧化物而設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)窯，它包括加熱爐和穿過(guò)加熱爐的兩對(duì)應(yīng)的側(cè)壁臥式安裝設(shè)置的可沿軸線旋轉(zhuǎn)的筒狀窯體，窯體前高后低，窯體的前端設(shè)置有進(jìn)料口，后端設(shè)置有出料口，在位于爐體外的窯體兩端分別設(shè)置有帶動(dòng)窯體轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力裝置及滾動(dòng)支撐裝置；采用所述旋轉(zhuǎn)窯制備稀土氧化物的主要工藝條件為灼燒分解溫度范圍為750～900℃，灼燒分解時(shí)間范圍為30～60min。本發(fā)明所述的稀土氧化物的制備方法可提高勞動(dòng)生產(chǎn)率60～100％，噸產(chǎn)品成本可降低800～1200元，產(chǎn)品合格率可提高5％，產(chǎn)品一致性好，粒度均勻，雜質(zhì)二氧化硫含量減至0.05％。
文檔編號(hào)C01F17/00GK1648052SQ20041003648
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者曹長(zhǎng)軍, 閆恭平, 徐雙亭, 張延鐵, 殷燦強(qiáng) 申請(qǐng)人:山東泰山稀土有限公司