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冶金百科 | 铍冶金 - 历史发展、现状及主要问题

2024-02-19 10:24:11 来源:中冶有色技术网
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简介:为满足新中国“两弹一星”研制配套需要,我国从1954年就开始了铍冶金工艺的研究。1957年完成了金属铍和氧化铍的小型实验,同年开始在湖南水口山矿务局进行铍的冶金实验厂。1958年6月,年产20t的氧化铍车间在湖南水口山有色金属集团公司第六冶炼厂(即现在的五矿铍业股份有限公司)投产,1959年底年产2t的金属铍车间投产。此后进行了多次改造,1969年达到了61a金属支的生产能力。1981年该生产线停产,2004年10月恢复生产。
历史发展进程

为满足新中国“两弹一星”研制配套需要,我国从1954年就开始了铍冶金工艺的研究。1957年完成了金属铍和氧化铍的小型实验,同年开始在湖南水口山矿务局进行铍的冶金实验厂。1958年6月,年产20t的氧化铍车间在湖南水口山有色金属集团公司第六冶炼厂(即现在的五矿铍业股份有限公司)投产,1959年底年产2t的金属铍车间投产。此后进行了多次改造,1969年达到了61a金属支的生产能力。1981年该生产线停产,2004年10月恢复生产。五矿铍业股份有限公司的现有产品除金属敏外,还包括工业氧化铍、高纯氧化铍、铍铜母合金、微弱加工材、氧化镀陶瓷、镀铝合金及锆镁合金等产品。
作为中国铍产业的龙头企业,五矿铍业股份有限公司不仅对传统硫酸法工艺不断进行技术改进,使皱浸出率达到76%左右;而且在十分困难的情况下,研究利用低品位、高杂质的绿柱石及其他非绿柱石皱资源的冶炼工艺,开发了相应的工艺流程,为各种铍矿资源的利用奠定了基础。

用氯酸钠代替双氧水,利用氯酸钠在弱酸性溶液中氧化速度慢的特点,使铁形成类似针铁矿的过滤性能好的铁渣;改低温沉淀为高温沉淀,沉淀出的氢氧化BeO含量达到25%以上,过滤、洗涤性能好,烘干煅烧量减少;发明了工业气化皱生产过程中除磷的工艺方法,利用一种锆的磷酸盐溶度积小而且在酸性溶液中不溶的特性,在相应工序加入锆盐除磷,即使矿石磷含量波动很大,工业氧化铍中的磷仍保持稳定。

我国铍的粉末冶金开始于20世纪60年代,几十年来,金属铍粉的制备技术不断发展完善,从球磨法、圆盘磨法到现在的气流冲击法,采用旋转等离子技术,实现了铍小球的国产化。粉末成型工艺有热压、冷热等静压等,实现了传统铍材的升级换代,满足了我国武器、军用卫星、核反应堆对铍材性能提出的更高要求,研制出了国际热核聚变实验反应堆用高纯核用热压铍材和北京正负电子对撞机重大改造工程同步加速器束流管用高纯高强铍材。

科技进步

(1)母液、渣水的净化回收。生产1t金属铍产生的母液量大约16m3 (Be15g/L)、渣水28m³(Be12g/L)。二者杂质含量不高,经调配后正好适合氟铍化铵的氟铍比。只要稍加净化,便可达到Be-01级铍珠要求。

(2)还原渣和烟尘的浸出回收。生产1t金属铍珠产生约10t(Be 1.5%~2%)还原渣和1.8t(Be8%)烟灰。还原渣的主要成分是氟化镁,其中含有粒度小于1mm的金属铍粒;烟灰中铍的主要形态是氧化铍,还有氟化铍和氧化镁等。

在较高氢氟酸浓度下,还原渣浸出后的渣含铍约0.1%;烟灰浸出后的渣含铍低于0.5%。所得浸出液含铍20~30g/L、铁1~3g/L。原则工艺流程如图10-2 所示。

浸出后的滤液中加入碳酸钙调pH值至4左右脱除铝、铁,再加入氟化铵后进行后续的蒸发结晶和分解还原。产出的金属铍中含铁0.3%~0.5%,用于生产铍铝中间合金。

(3)氟化铵的回收利用。生产1t 铍珠,产出8.2t氟化铵。在还原渣和烟灰回收中消耗约30%外,余下70%(8.2×70%=5.74t)需另找用途。


还原渣、烟灰的回收流程


(4)铍材粉末冶金工艺技术进步。采用冲击制粉工艺实现了铍粉粒度和粒形的较精确的控制,生产的金属铍材性能较原有的圆盘磨粉材料有了较大改善。通过革新铍粉净化配方和增加水洗工艺,粉末纯度提高了1%,粉末粒度分布锐度和流动性也有了改善。

我国铍固结热等静压工艺的技术水平世界先进,近年来掌握了不同粒度和纯度的铍粉末与热等静压工艺参数的关系,创新了静压工艺路线,得以有效控制材料晶粒度、微合金相含量、大小和分布,产品性能得到大幅提升,实现了我国传统铍材的升级换代,近净形程度也得到了提高;并掌握了铍粉三维近等比例收缩技术,降低了铍材的各向异性,以及大尺寸粉坯均一性控制技术和除气技术,使静压铍坯的尺寸大幅度提高。

(5)ITER用高纯热压铍材的研制。西北稀有金属材料研究院于2003年开始了ITER第一壁板用铍材料研究。通过制粉、热压成型模具和成型工艺的技术创新,填补了国内高纯热压铍材的研发技术空白。使用该技术研制的ITER 用CN-G01级铍材的性能达到美国同类产品S-65C材料水平,在个别性能上优于S-65C材料。2010年1月,CN-G01级铍材通过了ITER组织的认证。我国ITER用CN-01真空热压铍材的研制成功,也打破了美国铍材在国际上的垄断。

(6)皱小球的研制。宝鸡市海宝特种金属材料有限公司拥有离子旋转电极离心雾化法(REP)制备铍小球的关键设备,完成了粒径1.0mm 铍小球产品的研制,铍小球纯度达到99.0%以上,使中国成为除日本外掌握 REP 法制备铍小球工艺的国家。
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