稀有金属冶炼厂设计(engineering design of rare metal plant)

采用冶金方法处理稀有金属精矿，以制取各种稀有金属及其化合物产品的工厂设计。通常所指稀有金属包括稀有轻金属(锂、铷、铯、铍)、稀有难熔金属(钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼、铼)、稀土金属(钪、钇及15个镧系金属)、稀散金属(镓、铟、铊、锗、硒、碲)和放射性金属(钍、铀、镭)。稀散金属一般在工业矿物内与有色金属伴生，无独立的冶炼工厂。

重要的稀有金属工业矿物有锂辉石、锂云母、绿柱石、硅铍石、钛铁矿、金红石、锆英石、钽铌铁矿、烧绿石、钒铁矿、黑钨矿、白钨矿、辉钼矿、氟碳铈矿、独居石、离子吸附型稀土矿、磷钇矿及铈铌钙钛矿等，其他重要原料还有富锂卤水、含钒石煤、富钽锡渣以及各种含稀有金属的工业废料。

稀有金属冶炼厂设计包括海绵铁厂设计、钛白粉厂设计、钨冶炼厂设计、钼冶炼厂设计、铍7台炼厂设计、锂冶炼厂设计、钽铌冶炼厂设计、锆冶炼厂设计、稀土冶炼厂设计、五氧化二钒厂设计和稀有金属；台炼厂辐射防护设计。

简史 稀有金属工业发展较晚，钨、钼、锂、钒等金属及其化合物的工业生产始于19世纪末到20世纪初；铍、钽、铌、稀土等冶炼厂的建设均开始于20年代前后；氧化钛的工业生产始于30年代；钛、锆用克劳尔(W．Kroll)法进行工业生产在40年代中，50～60年代后，稀有金属生产发展迅速，稀有金属冶炼厂的规模逐步扩大，新的稀有金属矿物资源得到开发。

中国拥有丰富的稀有金属资源，钨及稀土的储量居世界第一，其他多种稀有金属资源均居世界前列，但在1949年以前仅建有小型的钨及五氧化二钒的冶炼车间。稀有金属冶炼厂的建设实际开始于50年代以后，在50～60年代中先后建设了钨、钼、锂、铍、海绵钛、锆、稀土、氧化钛、钽铌冶炼厂或车间。此后又进行了多次新建和改、扩建设计，使中国稀有金属工业在世界上占有重要地位，成为少数拥有完整稀有金属工业体系的国家之一。

产品与设计规模 稀有金属大多以冶金添加剂或化学品形式供工业应用，产品主要为化合物及合金，少量为金属产品。主要的稀有金属化合物产品有二氧化钛、碳化钨、氧化钼、氧化铍、碳酸锂、氢氧化锂、氧化锆、氧化铈、氧化钇、氧化铕、氯化稀土和五氧化二钒等，重要的合金产品有钼铁、铌铁、钒铁、铍铜、铝锂、钛基和锆基合金、硬质合金和稀土永磁合金等。重要的稀有金属产品有海绵钛、海绵锆、钨条、钼条、金属锂、金属铍、钽粉、金属钐、金属钕和混合稀土金属等。

稀有金属工业限于资源和市场需求状况，一般规模较小，冶炼方法近似的稀有金属生产常组合在同一工厂中，以达到较大的综合生产能力。

工艺流程选择 稀有金属生产过程一般可分为矿物处理、分离净化和金属制取三个阶段。一些稀有金属精矿主成分含量仍然很低，精矿中含有大量杂质，部分稀有金属的熔点较高，又有一些稀有金属如锆铪、钽铌和各个稀土金属彼此性质相似难以进行分离，对稀有金属产品的纯度要求也较高。通常多采用酸、碱或氯等分解稀有金属矿物，萃取或离子交换的方法分离净化，热还原或熔盐电解的方法制取金属和用真空蒸馏、真空自耗电极和电子束熔炼等方法精炼。

依据半工业试验结果，并按稀有金属价格、矿物成分、使用化学药剂量多少和一些稀有金属具有高毒性或矿物中常含有天然放射性元素等特点，选用稀有金属回收率高、分离净化和综合回收效果好、生产成本较低和无废料或排外污染物较少的工艺流程。

技术特点 (1)稀有金属冶炼过程中通常有较严重的酸、碱、氯或氟等的腐蚀，设计中须根据腐蚀介质的实际情况正确选用设备和管路等的耐腐蚀材料，并对所有可能受腐蚀影响的作业场所内部表面进行防腐蚀处理。(2)铍为高毒性金属，许多稀有金属矿物中含有天然放射性元素，在设计中常采用三区制(见稀有金属冶炼厂辐射防护设计)或隔离作业的配置方法，所有毒性物质污染源均进行密闭和局部排风并对排放的污染物进行无害处理。(3)高纯化合物和金属的生产对所用设备材料、药剂纯度和生产区环境洁净程度均有较高要求，须根据试验结果和实际生产经验选定。

发展趋势 (1)稀有金属工业近年发展迅速，原有高品位矿物资源已难以满足增加生产的需要。一些新的矿种生产不断增长，如硅铍石在20世纪70年代已取代绿柱石成为主要的工业铍矿物，从富锂卤水中制取碳酸锂产量的上升，也将使其成为主要的锂工业原料。从低品位矿物和新矿物中增产稀有金属的重要性有日益增加的趋势。(2)稀有金属生产规模的逐渐扩大，已使原有普遍采用的间断生产工艺难以适应产量的增长。在一些规模较大的稀有金属如海绵钛的生产中，已出现采用联合生产过程和用连续生产的方法取代原有间断生产工艺的趋向。(3)环保要求日益严格，促使对铍工厂以及含放射性元素矿物的处理进一步采用更有效的新工艺和新设计方案。