热还原法生产金属铝
2019-03-04 16:12:50
热复原法出产金属铝就是用、钾和镁等生动金属复原或它与氯化钠的混合融盐而得到金属铝。有镁热法和钠热法复原法两种流程。热复原法在铝工业开展的初期小规模出产。全世界用热复原法出200t金属铝。随后就为电解法所替代。
真空碳还原法生产金属铌
2019-01-07 17:38:11
真空碳还原法是目前国内外生产金属铌的主要方法之一。该法是利用碳对氧的亲和力大于铌对氧的亲和力，用碳作还原剂还原Nb2O5生产铌条。其优点是产品收率高（＞96%），还原剂便宜，生产成本低，没有钠还原等方法的副产物需要湿法处理的问题，可获得较高纯度的铌条和金属粉。工业上有直接碳还原和间接碳还原两种工艺。前者是用碳直接还原Nb2O5，反应温度为1800～1900℃，总反应式为：
Nb2O5＋5C＝2Nb＋5CO
直接碳还原生产出的铌呈海绵状，其表面积较大，金属杂质和氮含量较低，有利于铌粉的比容量。因此该工艺适于生产电容器级铌粉。间接碳还原是先制备碳化铌，再用碳化铌作还原剂还原Nb2O5。反应为：
Nb2O5＋7C＝2NbC＋5CO
Nb2O5＋5NbC＝7Nb＋5CO
间接还原的特点是设备生产能力大，工艺稳定，制得的金属铌条比较致密，外形尺寸比较规矩，适于做铌条、铌锭和铌加工材。
为了降低还原温度，碳还原需在真空条件下进行。这是因为碳还原Nb2O5实际上是阶段反应，有的起始反应温度达2680℃，但在真空中当CO分压为10－6Pa时，起始还原温度仅为1271℃；此外真空还有利于除去氧、氮和低熔点的Si、Fe等杂质，使设备的石墨容器免受氧化。实际生产时还原温度一般保持在1800～1900℃。温度过高，电能消耗大，且易损伤碳管。碳还原一般在真空碳管炉内进行。
金属热还原法
2019-03-07 10:03:00
用活性较强的金属作复原剂金属化合物以出产金属或合金的办法。复原进程中常发生满足的热量（有时需外加热），以保持反响的自发进行。金属复原剂的挑选应考虑：报价较廉；纯度较高；不与被复原的金属构成合金；渣和杂质易除掉等。常用的复原剂有钠、镁、钙和铝等。在稀有金属出产中，金属热复原法占有明显的位置。金属的氟化物多用钠复原，因生成的易熔；氯化物多用镁复原，因镁相对价廉且生成的氯化镁易熔；氧化物多用钙复原，因钙的活性较强，复原可较彻底。
钠热还原法生产金属钽
2019-03-05 12:01:05
钠复原法生产出的钽粉粒形杂乱，比表面积大，适于制取各种钽电容器，因而成为国内外最广泛选用的办法。通常以K2TaF7为质料，以作复原剂。为了进步钽的纯度和细化钽粉颗粒，复原前将K2TaF7在氩气维护和在325～375℃下进行活化处理，以除掉杂质和进步K2TaF7晶体的活性。用铜或不锈钢丝网或金属陶瓷过滤器过滤或真空蒸馏等办法除掉其间的和等有害杂质。复原温度为840～925℃，而的熔点为97℃，沸点883℃，因而参与反响的既有液态钠，又有气态钠，反响速度极快。首要反响为：
K2TaF7＋5Na＝Ta＋5NaF＋2KF
反响的比热效应为－1250kJ/kg（液态钠）和－2295kJ/kg（气态钠）。K2TaF7的熔点为775℃，因而反响一经激起便主动进行，并将反响物加热到900～1000℃。为操控反响速度不至于过火剧烈，防止发作炉料喷溅或爆破等不良后果，反响时参加稀释剂NaCl、KCl或NaF、KF，以下降熔盐温度（熔点），使反响操控在较平稳的840～925℃范围内以操控晶粒兼并长大进程。复原生成的海绵状钽物料，用纯水或酒精处理，除掉残留的，然后用热水浸洗以除掉残留的K2TaF7，再用洗以除掉Fe、Ni、Cr等金属杂质，最后用HF酸处理除掉硅和因水解生成的氢氧化钽。全流程钽回收率为90%～94%。
金属还原法除汞
2019-02-15 14:21:10
即使用一些金属的氧化复原电位低于Hg2+，如Fe2+、Cu、Fe、Zn、Al、Mg等，将其相应的金属屑装入填料塔置换出废水中的Hg2+离子。例以Fe除反响：
Fe+Hg2+=Fe2++Hg↓
电对Fe2+/Fe的E°为-0.44，电对Hg2+/Hg的E°为0.854，因而上述反响能够进行。金属复原法还能够与其它办法联合除，如滤布过滤和在碱液中以铝粉置换的联合办法净化含水。例如国内某金铜矿（混-浮选流程）对铜精矿澄清水实验标明，澄清水含7.28毫克/升时滤布过滤除率为81.51%，总除率为97.64%。但有机不能选用金属直接复原法处理，可先用氧化剂（如氯）将其转化为无机，再用金属置换。
碳热还原法生产铌
2019-03-04 16:12:50
在真空条件下用碳将Nb2O5复原成金属铌的进程，为金属铌制取的首要工业办法之一。有碳热直接复原法和碳热直接复原法之分。前者产出的是铌条，这种铌条可直接经电子束熔炼提纯制取高纯铌锭，用作超导和高温合金材料；或将铌条加工成铌材，用于电子、化工、冶金等工业部门。后者产出的是铌粉，这种铌粉用于制作电子工业用的电容器。碳热复原出产钽的办法与铌类同。
机理：因为碳对氧的亲和势大于铌对氧的亲和势，复原剂碳可与Nb2O5反响生成CO气体。碳热直接复原法的总反响式为：
Nb2O5＋7C＝2NbC＋5CO↑
Nb2O5＋5NbC＝7Nb＋5CO↑
碳热直接复原法的总反响式为：
Nb2O5＋5C＝2Nb＋5CO↑
两种复原办法的总反响是通过一系列中间反响完成的，在不同的复原温度下会生成不同形状的贱价中间氧化物和碳化物，如NbO、NbO2及Nb2C等。首要的中间反响为：
Nb2O5＋5NbC＝2NbO2＋5NbC0.8＋CO↑
2NbO2＋5NbC0.8＝2NbO＋2Nb2C＋Nb＋2CO↑
2NbO＋2Nb2C＋Nb＝7Nb＋2CO↑
依据碳与铌氧化物反响自由能改变数据核算的结果表明，Nb2O5、NbO2和NbO与碳的反响开端温度为1500～1750K。
在高温文高真空条件下可加快NbO2、NbO蒸发及使CO气体很多逸出，有利于复原反响的进行。如在约2273K温度和133Pa的CO气体压力下，铌中碳和氧的含量可别离降到≤0.5％和≤0.07％。所得复原产品再在高温、高真空下垂熔烧结或电子束熔炼进一步提纯，取得延性好的金属铌。
碳热复原法出产钽的反响机理与铌相同，但前者的反响温度稍高于后者，且中间产品有所不同。汉密尔顿(C．B．Hamilton)等以为，反响进程中只生成Ta2C等贱价中间碳化物，而不生成TaO和TaO2等贱价中间氧化物：
Ta2O5＋7C＝2TaC＋5CO↑
Ta2O5＋12TaC＝7Ta2C＋5CO↑
Ta2O5＋5Ta2C＝12Ta＋5CO↑
碳热复原所得金属铌(钽)中的碳、氧、氮等杂质固溶体的平衡浓度与气体分压、温度有关，进步碳热复原温度和真空度能进一步下降金属中的杂质含量。
工艺：碳热直接复原法是先制取NbC，然后再用NbC将Nb2O5复原成金属铌；而碳热直接复原规律是以石墨粉为复原剂直接将Nb2O5复原成金属铌，工艺流程如图。
碳热复原法工流程图
碳热直接复原法包含铌的碳化和真空复原两首要环节。将Nb2O5按必定配碳比配入石墨粉，混合均匀后装入石墨皿中压紧，置于电阻加热的水平式石墨炭管炉中，选用接连推舟进料办法，推舟速度为10mm／min。在此进程中，Nb2O5碳化成NbC。为保证产品纯度和所需NbC粉粒度，出产上选用高温两次碳化的办法。第一次按缺碳约2％配料，第2次再补碳制取总碳含量约11．5％的NbC。碳化反响在约1573K温度下开端，但出产上选用2073～2173K的高温碳化准则，整个进程在流的复原性气氛中进行。真空复原是将NbC磨细至0.147mm粒级后，按过氧比约3％与Nb2O5混合配料；将混合配好的物料压成坯条，坯条上端穿入钼丝，并吊装于石墨坩埚上部的石墨条上，以避免复原时坯条的缩短曲折；最终在电阻加热的真空立式石墨炭管炉中进行复原。为保证复原彻底，选用分段保温的升温复原准则。
直接复原包含复原和氢化制粉两首要环节。将石墨粉按过氧比约3％与Nb2O5直接混合配料。混合配好的物料经压形后直接装入石墨坩埚中进行真空复原，在真空复原后的降温进程中通入使产出的金属铌条氢化，冷却出炉后破碎并脱氢后制得铌粉。
碳热直接复原法的出产能力比碳热直接复原法高2～3倍；回收率也较高，前者的总回收率为99％，后者为96％左右。碳热直接复原法铌条的杂质含量(质量分数ω／％)为：Ta0.13，Ti0.006，Fe0.03，Si0.01，Cu0.05，Na0.005，O0.1，N0.12，H0.002，C0.08。碳热直接复原法铌粉的杂质含量(质量分数ω／％)为：C0.025，O0.25，N0.03，Fe、Si、W、Mo、Al、Mg、Ti、H等均≤0.005。
有碳热复原法和铝热复原法出产金属铌之分，我国首要选用碳热复原法。碳热复原法用非金属石墨粉作复原剂，报价便宜，反响生成的CO气体可由真空泵排出，出产工序少，铌回收率比铝热复原法高，可达98％以上；产出的铌条可直接进行电子束熔炼提纯。但碳热复原法存在须用较宝贵的真空石墨炭管炉及电能耗费较大等问题。为此，设法进步复原设备利用率，添加炉产值，并下降电能耗费是碳热复原法的发展方向。别的，碳热复原法还可用于出产高压电容器级钽粉以及中压中比容电容器级钽粉。跟着金属铌的需要量增大，在扩大出产时亦可考虑选用铝热复原法出产金属铌。
硅热还原法生产工艺
2019-03-04 16:12:50
流程概述
硅热复原法是以白云鄂博的稀土富渣、稀土精矿渣或稀土精矿等为稀土质料，75硅铁为复原剂，石灰为熔剂，当炉渣含氟量最低时，也参加萤石为辅佐熔剂，在电弧炉内制备稀土硅铁合金的办法。
国外多选用稀土氧化物、氢氧化物、稀土精矿球团[16，17]等为质料，复原剂有硅铁、、硅锰、铝粉或其他复合硅合金，也有参加的，熔剂是碱金属和碱土金属的盐类或氧化物。
图1扼要描绘了我国硅热法出产稀土硅铁合金的工艺流程。
表1列出了当时我国稀土硅铁合金的国家标准。
表1 稀土硅铁合金化学成分要求（GB4137－84）牌 号化学成分/%RESiMnCaTiFe不 大 于FeSiRE21
FeSiRE24
FeSiRE27
FeSiRE30
FeSiRE33-A
FeSiRE33-B
FeSiRE36-A
FeSiRE36-B
FeSiRE39
FeSiRE42
FeSiRE4520.0～＜23.0
23.0～＜26.0
26.0～＜29.0
29.0～＜32.0
32.0～＜35.0
32.0～＜35.0
35.0～＜38.0
35.0～＜38.0
38.0～＜41.0
41.0～＜44.0
44.0～＜47.040.0
45.0
43.0
40.0
40.0
40.0
39.0
39.0
39.0
37.0
35.04.0
4.0
4.0
4.0
4.0
4.0
4.0
4.0
3.0
3.0
3.05.0
5.0
5.0
4.0
4.0
4.0
4.0
4.0
3.0
3.0
3.03.5
3.5
3.5
3.5
3.5
1.0
3.0
1.0
3.0
3.0
3.0余量
余量
余量
余量
余量
余量
余量
余量
余量
余量
余量
钇基重稀土硅铁合金是我国20世纪70年代初开发的一个种类。钇基重稀土硅铁合金作为铸铁球化剂，也和轻稀土元素相同，除了具有激烈的脱氧脱硫作业外，还能使石墨化，进步铸铁的耐性与延展性。钇基重稀土的抗球化阑珊才能特别强，它在大断面铸铁件、稀土耐热钢以及铸铁焊条等范畴运用，弥补了轻稀土球化剂功能的缺乏。
稀土富渣石灰75硅铁 ↓ 电弧炉 ↓ 别离罐 冷却 ↓ ↓ 二次渣 稀土硅铁合金↓ ↓渣场 破碎包装 ↓ 入库
（1）对原材料的要求
稀土富渣 为进步稀土收率和产值，要求REO≥12%，MnO≤2%，Fe≤1%，P2O5＜1%，碱度为1.0±0.2，不得有显着的铁皮搀杂及砂土等，粒度为10～250mm。
石灰 要求CaO＞85%，其他按炼钢用材料要求，粒度大于50mm，禁止粉石灰入炉。
硅铁 按国家标准75硅铁，含硅量大于75%，块度不大于150mm。
（2）配料 按所要求出产的稀土硅铁合金的化学成分，以炉料的化学成分为根据，按炉装入量核算出稀土富渣、硅铁、石灰量组成批量。炉料间的相对配比，随各种因素（如合金档次，各质料成分改变等）的改变而改变。经过长时刻的出产实践，现已总结出来几个经历公式。
①稀土富渣与复原剂比（简称渣剂比）是断定稀土富渣配比的主要参数，可按下式核算：
A·(R)·f=C·[R]·g [1]
这一公式可写成：
A/C=g·[R]/f·(R) [2]
式中 A——稀土富渣量，kg；
C——含硅量，kg；
[R]——合金中稀土金属含量，%；
（R）——富渣中稀土氧化物含量，%，换算成稀土金属需乘以0.835；
g——合金率，即产出的合金与参加的硅铁质量比，可根据经历断定，%；
f——稀土回收率，%。
②碱度与石灰。出产实践证明，按式（1）表明的配料碱度保持在3.0～3.5，出炉前的终渣碱度应在2.0～2.5为宜。
SiO2＋2 C ==== Si＋2CO （1）
碱度=A[CaO]－1．47[F2]＋B[CaO′][3]A[SiO2]＋B[SiO′2]
式中 A——稀土富渣量，kg；
B——石灰量，kg；
[CaO]、[F2]、[SiO2]——CaO、F2、SiO2、在稀土富渣中的含量，%；
[CaO′]、[SiO′2]——CaO、SiO2、在石灰中的含量，%。
3MgO＋2Si(1)====Mg2Si(1)＋MgO·SiO2(1) (2)
由式（2）可核算出石灰参加量。此公式适用于稀土富渣，假如运用稀土精矿渣为质料时，因为稀土氧化物也是碱性氧化物，当其含量大于30%，应对式[3]进行恰当批改，出产一一般选用的渣灰比经历公式是：
B=（0.5～1.0）A [4]
稀土精矿渣宜选用低限，稀土富渣运用高限。
（3）冶炼工艺操作
①加料熔化 送电前，应查看炉子机电设备、炉衬等是否正常，必要时要进行处理和修补。用大电压小电流送电起弧，当3个电极均有电流时即可进行加料。稀土富渣和石灰可由炉顶部两个加料漏斗参加，富渣和石灰替换进行放料；也可手艺参加。新炉壳容积小，可分两批放料，直到把悉数配料加完。石灰应尽量加在炉子中心区。电流一般安稳5min左右，即可将电流增加到变压器的答应值，以加快熔化。在熔化过程中，要勤推料，不断将炉内四周的未熔料，面向炉子中心的高温区。
②复原 当炉料熔化约70%～80%时，即可停电抬起电极（也可不停电操作），将炉内四周未熔料面向中间，将凝结的大块打碎，最好拌和一下，使炉温各部成分均匀。然后，向炉心参加硅铁，尽量把硅铁加到高温三角区。如有硅铁显露液面，要及时把它压下，以削减硅铁烧损。此刻，可以用低电压大电流送电，使硅铁快速熔化，但应留意不要形成渣下金属过热。
在升温过程中，要留意炉顶逸出炉气的色彩和浓度改变及熔体液面状况。假如炉气由黄褐色，逐步变成灰白色，最终为蓝色，并观察到电极周围的渣面触摸处不断翻滚时，表明硅铁现已化完。渣温达1350～1400℃时，即可停电。抬起电极将炉体后倾必定视点，向炉内刺进中性气体管进行拌和，气体压力0.2～0.4MPa。开始时送风量要小，把风管刺进上部渣层试搅，以防俄然激烈拌和形成跑炉。逐步加大压力，把拌和管下插，视炉内反响欢腾状况前后倾动炉体，拌和方位随时改变，不留死角，要求炉内一直激烈欢腾而不溢渣。在拌和过程中炉内反响生成的气体很多逸出，焚烧旺盛，火焰由黄褐色变为灰白色，最终变成白色。一般火舌从电极孔穿出很高，当火焰下降欢腾削弱即可完毕拌和。拌和时刻一般为5～15min，长短由熔体量决议。取样分析后，决议是否持续拌和或出炉。
③出炉 当炉前分析合金中稀土含量到达要求档次时，选用高电压中级电流提温至1350℃。出炉前先把门坎用石灰和焦粉垫起，使炉体趋于水平，停电3～5min，使渣铁很好别离。翻开出铁口，先将大部分炉渣放入渣罐，此刻，倾炉有必要缓慢，避免带出合金，然后将剩下炉渣和合金放入另一罐中，将合金彻底放出。出炉后将罐吊至规则地址冷却。冷却时刻表为4～6h。当合金冷至400～600℃时，即可翻罐。放完合金后把炉子康复到正常方位，进行下炉的送电起弧加料。 参 考 文 献 16、B.п.зaйko дp.,CMaль.1983,6:37 17、л.B.Cлeпobaдp.,CMaль.1983,1:25
碳热还原法与硅热还原法的比较
2019-01-29 10:09:41
碳热还原法的主要优点是可以一步直接还原出金属，还原剂便宜，能源利用合理。可以大批量连续生产。
硅热还原法反应速度快，产品易于调整控制，适于多品种小批量生产。
碳热法达到无渣操作时，稀土回收率在90%以上。硅热法增加二次回收工艺，其回收率也才能达到80%。硅热法生产稀土中间合金，其原料和电能的消耗超过用碳热法相应消耗的30%。
铝热还原法生产金属铌（钽）和铌铁
2019-01-07 17:38:11
该法用铝作还原剂还原Nb2O5生产金属铌（钽）和铌铁。铝热还原是一种自热反应过程，工序短，设备简单，投资省，是所有还原方法中最经济的一种。总反应式为：
3Nb2O5＋10Al＝6Nb＋5Al2O3
总反应式的△Z2980＝－0.2855M，△H2980＝2.66M，△H931＝3.224MJ（931K为铝的熔点），△H1785＝2.713MJ（1785K为Nb2O5的熔点），△H2030＝3.237MJ（2030K为Al2O3的熔点），△H2741＝2.571MJ（2741K为铌的熔点）。还原反应释放出的热量，不仅可使反应自动进行，而且可以使反应物达到2200～2400℃，这种温度足以使铌充分还原，并与熔渣分离开来。
铝热还原较多采用炉外法。还原熔炼反应在无外加热的容器内进行，反应完毕，拆除容器，取出 产物，将金属和炉渣在炉外分离。
铝热还原生产的金属铌含较多的铝，可再用真空热处理（1800℃）、电解精炼和电子束炉熔炼等方法脱除铝和其他杂质。经过两次电子束炉熔炼后的铌可以达到极高纯度，铌中杂质含量可以低到：Al为0.002%，O2为（300～500）×10－6，C为（50～100）×10－6。
热还原法炼镁（一）
2019-01-08 09:52:37
热还原炼镁有半连续法和皮江法两种。 （一）半连续法（Magnethem Process) 该方法以白云石为原料，经过煅烧得到锻白（CaO·MgO），然后在电热真空炉内熔融状态下以硅铁为还原剂制取金属镁。半连续法炼镁工艺流程见图1。白云石是碳酸镁与碳酸钙的复盐，化学式CaCO3·MgCO3。天然白云石含有杂质。半连续法炼镁用的白云石成分要求为MgO≥20 %，CaO 30 %-33%，SiO2≤1％，Fe2O3≤0.5，A12O3不限，Na2O＋K2O≤0.1%，ZnO
[next]
出窑煅白趁热装入密闭料斗。还原剂硅铁成分要求为含Si≥75 %，粒度20mm以下。为了降低炉渣熔点，需要添加铝土矿。铝土矿成分要求为含A12O3≥65%。铝土矿破碎成3-30mm，用回转窑在1280℃温度下煅烧，除去挥发分。出窑铝土矿趁热装入密闭料斗。 装有煅白、硅铁和铝土矿三种炉料的密闭料斗运至还原炉炉顶处，分别连接各自的加料机，向还原炉加料。还原炉结构见图2。还原炉呈圆筒形，内径约3m，高约4m，非导磁钢外壳，内衬耐火砖和炭砖，一根电极从炉顶插入，电极头为石墨块，导电杆为水冷铜管；另一电极位于炉底。炉顶有3个加料口和1个抽真空管口。靠近炉底处侧壁上有1个排渣口。冷凝器连接在抽真空系统上，冷凝器内有盛镁的坩埚。还原炉功率4500kW，用1台8400kW单相变压器供电。用计算机控制加料，加料方式：煅白，1min加料1次，1h加入2.8t;铝土矿，2min加料1次，1h加入450kg;硅铁连续加入，1h加入430kg。还原炉通电加热，温度达1600℃；用真空泵抽真空，使炉内压力达到4655Pa;炉料在熔融状态下进行还原反应，还原反应式如下： 2（CaO·MgO）+（XFe）Si＋nA12O3====2CaO·SiO2·nA12O3＋XFe＋2Mg
[next]
还原出的镁蒸气从炉内抽出，进入冷凝器冷凝成液态流入铸钢坩埚。随着料的加入，炉渣越来越多，加料10h左右时，打开渣口排出熔渣。还原周期结束，取下盛镁坩埚，装上空坩埚，开始下一个还原周期。一个还原周期24h，产镁7t，排渣2次。1台炉年产镁2500 t。还原出1t镁，需白云石13-14.5t，铝土矿1-1.1t,硅铁1.1-1.2t，电11500kW·h。 在镁蒸气从炉内被抽入冷凝器坩埚的过程中，一些物料粉尘也被抽入坩埚，混在镁中。为了去除这些杂质，必须将还原出的镁精炼。盛镁坩埚运至精炼车间，放入精炼炉。精炼炉用气体燃料加热，使坩埚中镁熔化并升温。同时加入氯盐熔剂，熔剂成分为MgCl2 40 %、NaCl 27、KCl 27%。当镁全部熔化、温度达到670-700℃时，用气动搅拌器搅拌，使杂质随熔剂沉降到坩埚底。精炼后，用气动泵抽取液体镁注入铸锭机铸成镁锭。 半连续法炼镁，原料白云石来源广泛，生产过程中无有害物排出，还原炉产能大，自动化程度高，但镁中含Si较高。
砷金属
