專利名稱：一種制備金屬鉬粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑰粉的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種以三氧化鑰為原料制備金屬鑰粉的方法。
背景技術(shù)：
在鑰的提取冶金中，金屬鑰粉生產(chǎn)的重要性是顯而易見的，鑰粉的性能在很大程度上影響鑰制品的性能。鑰粉的質(zhì)量是對鑰和鑰合金優(yōu)越性能的保證，鑰粉工業(yè)面臨極大的挑戰(zhàn)，它必須滿足市場對它愈來愈高的要求，對鑰粉的生產(chǎn)不僅有化學純度方面的要求，而且也有物理性能和工藝性能方面的要求，特別是為滿足一些特殊用途的超細鑰粉的制備技術(shù)還有待解決。生產(chǎn)鑰粉的方法很多，采用三氧化鑰為原料通過氫還原反應(yīng)制備鑰粉是其中一種，目前文獻報導的主要有傳統(tǒng)的氫還原工藝和俄羅斯Futaki，shoji等提出的等離子體還原法。傳統(tǒng)的氫還原工藝流程如圖2所示，將鑰酸銨焙燒得到的三氧化鑰經(jīng)過兩個階段還原得到鑰粉，具體過程為將白色或黃色三氧化鑰粉末溫度分別控制在450 650°C和850 950°C之間進行兩階段還原，第一階段，三氧化鑰還原成深褐色二氧化鑰粉末，Mo03+H2 — Mo02+H20 ;第二階段，二氧化鑰還原成灰色鑰粉，Mo02+2H2 — Mo+2H20。使用傳統(tǒng)方法制備鑰粉存在下述問題1、還原溫度低，反應(yīng)時間長，費時；2、采用管狀還原爐，設(shè)備復(fù)雜，不節(jié)能；3、產(chǎn)品純度低，該方法得到的鑰粉呈灰色，不含有結(jié)塊及機械雜質(zhì)，但顆粒形貌呈較粗大的針狀和片狀，顆粒范圍一般在I 30Mm，一般應(yīng)用在對鑰粉純度不太高的場合；4、不能連續(xù)化生產(chǎn)。
雖然有文獻報導對傳統(tǒng)的氫還原工藝進行簡化生產(chǎn)工藝、添加微量Ni元素等發(fā)展性工作，但均未找到明顯克服傳統(tǒng)的氫還原工藝中鑰粉純度低、不能連續(xù)化生產(chǎn)的問題(如董允杰，鑰粉的生產(chǎn)貿(mào)易和科技動態(tài)，《中國鑰業(yè)》，2000年第4期；日本東邦金屬株式會化，鑰粉的制造方法，《鎢鑰材料》，1995年第2期))。俄羅斯Futaki，shoji等提出的等離子體還原法,是采用高純?nèi)趸€原料,在混合等離子反應(yīng)裝置中利用混合等離子流進行等離子蒸汽還原，初步得到超細鑰粉。與傳統(tǒng)的氫還原工藝制備鑰粉相比，上述等離子體還原法反應(yīng)速度快，制得的鑰粉粒度能達到納米級水平，但該方法的問題在于1、由于采用純?nèi)趸€粉末進料進行氫還原，氧化物到金屬的轉(zhuǎn)化率由氧化物的氣相轉(zhuǎn)變速度決定，造成產(chǎn)出率較低，根據(jù)保加利亞Vissokov G.P.等的實驗，高純超細鑰粉的收率僅為90 93% ;2、該方法僅僅停留在理論研究水平，不能進行工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)(張啟修，趙秦生主編，《鎢鑰冶金》，2005年9月)。

發(fā)明內(nèi)容
在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的目的在于提供一種制備金屬鑰粉的方法，以三氧化鑰為原料、采用升華-等離子體氫還原聯(lián)合工藝，流程縮短，反應(yīng)速度快，可以實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，節(jié)能降耗。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種制備金屬鑰粉的方法，其特征在于以三氧化鑰為原料，通過升華-等離子體氫還原聯(lián)合工藝制備金屬鑰粉，包括以下步驟
第一步制備氣態(tài)三氧化鑰
將三氧化鑰粉末加熱升華，得到高溫氣態(tài)三氧化鑰；
第二步將氣態(tài)三氧化鑰進行等離子體氫還原制備金屬鑰粉 將氣態(tài)三氧化鑰引入等離子體反應(yīng)器中，用氫氣作等離子發(fā)生氣體，在溫度為2000 10000°C、真空度為IO3 IO5Pa條件下，進行氫等離子還原反應(yīng)，反應(yīng)時間IOms以下，收料裝置收集，得到金屬鑰粉，純度為Mo彡99. 50%，粒度彡IOOnm ;氫還原反應(yīng)過程中產(chǎn)生的的水蒸氣，冷卻收集。上述制備金屬鑰粉的方法，所述三氧化鑰或者為工業(yè)三氧化鑰即鑰焙砂，或者為采用鑰酸銨熱解或其他方法制得的純?nèi)趸€。上述制備金屬鑰粉的方法，所述三氧化鑰的升華加熱方式為等離子體加熱、電阻加熱、感應(yīng)加熱、微波加熱中的一種或組合，或者為其他合適加熱方式。上述制備金屬鑰粉的方法，引入等離子體反應(yīng)器的氣態(tài)三氧化鑰的溫度在1000°C以上。上述制備金屬鑰粉的方法，氣態(tài)三氧化鑰經(jīng)一保溫通道引入等離子體反應(yīng)器，使三氧化鑰保持氣體狀態(tài)在等離子體反應(yīng)器中參與氫還原反應(yīng)。上述制備金屬鑰粉的方法，氫氣與氣態(tài)三氧化鑰的摩爾比在3 :1 8 :1。本發(fā)明方法，在第一步升華過程中三氧化鑰粉末先升華為流動性的氣態(tài)三氧化鑰；在第二步還原過程中，采用直流電弧或磁控管等放電方式使氫氣分子先激發(fā)、離解和電離生成流動性和擴散性良好的呈活化狀態(tài)的氫等離子流，氫氣不再象傳統(tǒng)氫還原方法一樣以氫分子狀態(tài)與三氧化鑰接觸反應(yīng)，從而提高了氫還原反應(yīng)性能，大大加快了反應(yīng)速度。實踐上，為保持氫還原反應(yīng)的富氫條件，除向等離子體反應(yīng)器通入氫等離子流外，還可以向反應(yīng)器補充部分氫氣。進一步地，所述制備金屬鑰粉的方法，通過等離子體升華-等離子體氫還原聯(lián)合工藝制備金屬鑰粉，包括以下步驟
第一步等離子體升華制備氣態(tài)三氧化鑰
將三氧化鑰粉末通過加料裝置送入等離子體升華爐中，在溫度為2000 10000°C、真空度為IO3 IO5Pa條件下進行升華，得到高溫氣態(tài)三氧化鑰；
第二步將氣態(tài)三氧化鑰進行等離子體氫還原制備金屬鑰粉
將氣態(tài)三氧化鑰引入等離子體反應(yīng)器中，用氫氣作等離子發(fā)生氣體，在溫度為2000 10000°C、真空度為IO3 IO5Pa條件下，進行氫等離子還原反應(yīng)，收料裝置收集，得到金屬鑰粉；氫還原反應(yīng)過程中產(chǎn)生的的水蒸氣，冷卻收集。上述方法中，優(yōu)選氫氣與氣態(tài)三氧化鑰的摩爾比在3 :1 8 :1。采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有如下有益效果
I、降低了對三氧化鑰原料的要求本發(fā)明采用升華-等離子氫還原 聯(lián)合工藝，使原料三氧化鑰在送入等離子體反應(yīng)器進行氫還原之前實現(xiàn)一次提純過程，克服了俄羅斯提出的等離子體還原法對原料需采用高純?nèi)趸€的限制，降低了對原料的要求，可以采用高純?nèi)趸€，也可采用價格低廉的工業(yè)
三氧化鑰。具體地，當采用鑰焙砂為原料時，在第一步的升華過程中，適當控制升華溫度可以避免鑰焙砂原料中雜質(zhì)隨三氧化鑰揮發(fā)，從而使大多數(shù)雜質(zhì)化合物留在固相中，不會對第二步的氫還原反應(yīng)造成影響，保證產(chǎn)品鑰粉的品質(zhì)；當直接采用純?nèi)趸€為原料時，第一步的升華過程使三氧化鑰的純度進一步提高，利于第二步氫還原的進行。2、簡化流程，節(jié)約能耗
本發(fā)明中，氣態(tài)三氧化鑰與氫等離子流經(jīng)過一個階段還原反應(yīng)即得到金屬鑰粉，與傳統(tǒng)氫還原工藝需經(jīng)過兩個階段還原相比，簡化了流程；三氧化鑰不需經(jīng)過冷凝收粉階段，直接以氣態(tài)形式進入第二步的氫等離子體還原過程，與俄羅斯的氫還原法采用同樣純度的三氧化鑰原料相比，省卻了氣態(tài)三氧化鑰冷卻一收粉一粉末再氣化的過程和能耗，而且氧化物到金屬的轉(zhuǎn)化率不再由氧化物的氣相轉(zhuǎn)變速度決定，縮短反應(yīng)時間。3、實現(xiàn)自動化、連續(xù)化生產(chǎn)
由于本發(fā)明的聯(lián)合工藝，氣態(tài)三氧化鑰的氫等離子還原反應(yīng)毫秒級完成，制備鑰粉過程可進行邊加料邊收粉的連續(xù)操作，實現(xiàn)自動化、連續(xù)化生產(chǎn)，年產(chǎn)超細金屬鑰粉1000噸以上，克服了現(xiàn)有技術(shù)不能工業(yè)化生產(chǎn)或不能連續(xù)化生產(chǎn)的問題。4、產(chǎn)品粒度細
采用本發(fā)明制備的金屬鑰粉，粒度可控制在IOOnm以內(nèi)，純度為Mo彡99. 50%,優(yōu)于采用傳統(tǒng)氫還原工藝制得的鑰粉質(zhì)量。


附圖I :本發(fā)明的等離子體升華-氫還原聯(lián)合制取鑰粉的工藝設(shè)備示意圖。附圖2 :傳統(tǒng)的氫還原工藝制取鑰粉的流程示意圖。圖中主要編號說明I等離子體升華爐；2收雜罐；3加料裝置；4、8冷卻系統(tǒng)；5等離子氣體；6、13電源接口 ；7保溫通道；9氫氣；10脈沖氣體；11等離子反應(yīng)器；12收料罐一 ；14過濾裝置；15收料罐二 ；16真空系統(tǒng)；17換熱器；18水。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖I詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護范圍包括但是不限于此
本發(fā)明所述的制備高純超細金屬鑰粉的工藝設(shè)備如圖I所示
升華在等離子體升華爐I中進行，氫還原反應(yīng)在等離子反應(yīng)器11中進行，等離子體升華爐I及等離子反應(yīng)器11分別設(shè)有冷卻系統(tǒng)4及8 ;三氧化鑰原料粉末通過加料裝置3加入升華爐I中，氣態(tài)三氧化鑰由保溫通道7進入反應(yīng)器11中；氫氣9作為等離子發(fā)生氣體產(chǎn)生氫等離子流引入反應(yīng)器11中參與反應(yīng)；升華雜質(zhì)自升華爐I下部的收雜罐2收集，產(chǎn)品鑰粉由收料罐一 12收取，被氣流帶走的部分鑰粉經(jīng)過濾裝置14進行氣固分離后從收料罐二 15中收?。贿^濾裝置14采用自動反吹過濾器，換熱器17采用列管式換熱器，設(shè)有冷卻水進出口，反應(yīng)產(chǎn)生的水汽經(jīng)換熱器17冷卻為水18后排出系統(tǒng)；升華爐I、反應(yīng)器11及過濾裝置14均設(shè)有循環(huán)冷卻水；
該制備鑰粉的實施過程包括
(1)、制備氣態(tài)三氧化鑰
將三氧化鑰粉末通過加料裝置3送入等離子體升華爐I中，在等離子氣體5噴焰產(chǎn)生的溫度為2000 10000°C等離子體流中進行升華，得到氣態(tài)三氧化鑰；升華產(chǎn)生的雜質(zhì)由收雜罐2收集；
(2)、制備金屬鑰粉 將上述升華產(chǎn)生的溫度高于1000°C的氣態(tài)三氧化鑰經(jīng)過保溫通道7引入等離子體反應(yīng)器11中，在氫氣9噴焰產(chǎn)生的溫度為2000 10000°C的等離子體流中進行氫等離子還原反應(yīng)，氫氣與氣態(tài)三氧化鑰的摩爾比在3 :1 8 :1，收料罐一 12及收料罐二 15收集，得到金屬鑰粉；反應(yīng)過程中產(chǎn)生的的水蒸氣，冷卻成為水18收集并排出系統(tǒng)。其具體工作流程為
1、在加料裝置3中加入原料三氧化鑰，并關(guān)閉進料閥；
2、開啟真空系統(tǒng)16抽至設(shè)定真空度；
3、開啟冷卻系統(tǒng)4、8及升華爐I、反應(yīng)器11、過濾裝置14、換熱器17的冷卻水；
4、通入等離子氣體5，由電源接口6接入等離子電源產(chǎn)生等離子體流，控制進入升華爐I中的等離子流升溫至設(shè)定溫度；同時通入氫氣9，由電源接口 13接入等離子電源產(chǎn)生氫等離子體流，控制進入反應(yīng)器11中的氫等離子流升溫至設(shè)定溫度；
5、間斷向過濾裝置14通入脈沖氣體10；
6、打開進料閥，持續(xù)將三氧化鑰加入升華爐I中，進行升華、氫還原反應(yīng)；
7、分別從收料罐一12和收料罐二 15收取產(chǎn)品，從收雜罐2收集雜質(zhì)。實施例I :
原料純?nèi)趸€粉末，MoO3 = 99. 82% ；
實施參數(shù)及過程在加料裝置加入I. 5噸純?nèi)趸€粉末，以氬氣作為升華爐的保護氣及等離子體發(fā)生氣，發(fā)生器功率160kW，控制升華溫度2200°C，冷卻系統(tǒng)及循環(huán)冷卻水溫度為30°C，原料純?nèi)趸€粉末升華為氣態(tài)三氧化鑰，取樣檢測；氫氣作為等離子發(fā)生氣體及還原劑，發(fā)生器功率200kW，氫氣與三氧化鑰的摩爾比為5 :1，還原溫度4000°C，真空度為2000Pa;從收料罐收取金屬鑰粉，取樣檢測；水蒸氣收集后排出裝置。實施例I中等離子體反應(yīng)器的工藝參數(shù)與文獻報道的等離子還原法及傳統(tǒng)氫還原工藝工藝參數(shù)的比較如表I所示。原料、中間氣態(tài)三氧化鑰及產(chǎn)品鑰粉質(zhì)量列于表2。從表I可以看出
與傳統(tǒng)氫還原工藝相比，采用等離子體氫還原，單位能耗大大降低。與俄羅斯的氫還原法相比，由于省去了氣態(tài)三氧化鑰冷卻一收粉一粉末再氣化的過程，三氧化鑰直接以氣態(tài)形式進入第二步的等離子體氫還原過程，簡化了流程，降低了能耗。實施例2
升華、氫還原條件與例I相同，僅原料與例I不同原料鑰焙砂粉末，MoO3 = 95. 50% ；
實施參數(shù)及過程在加料裝置加入I. 5噸鑰焙砂粉末，以氬氣作為升華爐的保護氣及等離子體發(fā)生氣，發(fā)生器功率160kW，控制升華溫度2200°C，冷卻系統(tǒng)及循環(huán)冷卻水溫度為30°C，原料鑰焙砂粉末升華為氣態(tài)三氧化鑰，取樣檢測；氫氣作為等離子發(fā)生氣體及還原齊U，發(fā)生器功率200kW，氫氣與三氧化鑰的摩爾比為5 :1，還原溫度4000°C，壓力為2000Pa，從收料罐收取金屬鑰粉，取樣檢測；水蒸氣收集后排出裝置。原料、中間氣態(tài)三氧化鑰及產(chǎn)品鑰粉質(zhì)量列于表2。從表2的實施結(jié)果可見，采用品質(zhì)好的純?nèi)趸€通過升華-等離子體氫還原可制得Mo 99. 96%、粒度為40nm的超細高純金屬鑰粉，而即使是品質(zhì)差、價格低廉的鑰焙砂，采用第一步的升華過程除去大部分雜質(zhì)后，進入等離子體反應(yīng)器參與氫還原反應(yīng)也可制備Mo 99. 68%、粒度為60nm的較高品質(zhì)的金屬鑰粉，本發(fā)明的升華-等離子體氫還原聯(lián)合工藝降低了對原料的要求。最后所應(yīng)說明的是以上說明僅用以說明本發(fā)明而非限制，盡管參照較佳實施方式對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍當中。表I氫還原裝置工藝參數(shù)的比較
權(quán)利要求
1.一種制備金屬鑰粉的方法，其特征在于以三氧化鑰為原料，通過升華-等離子體氫還原聯(lián)合工藝制備金屬鑰粉，包括以下步驟 第一步制備氣態(tài)三氧化鑰 將三氧化鑰粉末加熱升華，得到高溫氣態(tài)三氧化鑰； 第二步將氣態(tài)三氧化鑰進行等離子體氫還原制備金屬鑰粉 將氣態(tài)三氧化鑰引入等離子體反應(yīng)器中，用氫氣作等離子發(fā)生氣體，在溫度為2000 10000°C、真空度為IO3 IO5Pa條件下，進行氫等離子還原反應(yīng)，反應(yīng)時間IOms以下，收料裝置收集，得到金屬鑰粉，純度為Mo彡99. 50%，粒度彡IOOnm ;氫還原反應(yīng)過程中產(chǎn)生的的水蒸氣，冷卻收集。
2.如權(quán)利要求I所述的制備金屬鑰粉的方法，所述三氧化鑰或者為工業(yè)三氧化鑰，或者為采用鑰酸銨熱解方法制得的純?nèi)趸€。
3.如權(quán)利要求I所述的制備金屬鑰粉的方法，所述三氧化鑰的升華加熱方式為等離子體加熱、電阻加熱、感應(yīng)加熱、微波加熱中的一種或組合。
4.如權(quán)利要求I所述的制備金屬鑰粉的方法，引入等離子體反應(yīng)器的氣態(tài)三氧化鑰的溫度在1000°C以上。
5.如權(quán)利要求I所述的制備金屬鑰粉的方法，氣態(tài)三氧化鑰經(jīng)保溫通道引入等離子體反應(yīng)器，使三氧化鑰保持氣體狀態(tài)在等離子體反應(yīng)器中參與氫還原反應(yīng)。
6.如權(quán)利要求I所述的制備金屬鑰粉的方法，氫氣與氣態(tài)三氧化鑰的摩爾比在3:1 .8 :1。
7.如權(quán)利要求I所述的制備金屬鑰粉的方法，通過等離子體升華-等離子體氫還原聯(lián)合工藝制備金屬鑰粉，包括以下步驟 第一步等離子體升華制備氣態(tài)三氧化鑰 將三氧化鑰粉末通過加料裝置送入等離子體升華爐中，在溫度為2000 10000°C、真空度為IO3 IO5Pa條件下進行升華，得到高溫氣態(tài)三氧化鑰； 第二步將氣態(tài)三氧化鑰進行等離子體氫還原制備金屬鑰粉 將氣態(tài)三氧化鑰引入等離子體反應(yīng)器中，用氫氣作等離子發(fā)生氣體，在溫度為2000 .10000°C、真空度為IO3 IO5Pa條件下，進行氫等離子還原反應(yīng)，收料裝置收集，得到金屬鑰粉；氫還原反應(yīng)過程中產(chǎn)生的的水蒸氣，冷卻收集。
8.如權(quán)利要求7所述的制備金屬鑰粉的方法，氫氣與氣態(tài)三氧化鑰的摩爾比在3:1 .8 :1。
全文摘要
本發(fā)明涉及鉬粉的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種以三氧化鉬為原料制備金屬鉬粉的方法，以三氧化鉬為原料，通過升華-等離子體氫還原聯(lián)合工藝制備金屬鉬粉，第一步將三氧化鉬粉末加熱升華制備氣態(tài)三氧化鉬，第二步將氣態(tài)三氧化鉬進行等離子體氫還原制備金屬鉬粉。本發(fā)明制備鉬粉的方法降低了對三氧化鉬原料的要求，可以采用高純?nèi)趸f，也可采用價格低廉的工業(yè)三氧化鉬；以氣態(tài)三氧化鉬與氫等離子流經(jīng)一階段還原制備鉬粉，簡化流程，節(jié)約能耗；制備鉬粉過程可進行邊加料邊收粉的連續(xù)操作，實現(xiàn)自動化、連續(xù)化生產(chǎn)；制得的鉬粉粒度可控制在納米級水平。
文檔編號B22F9/28GK102632249SQ20121008737
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者趙維保, 趙維根, 趙龍飛 申請人:洛陽開拓者投資管理有限公司