稀有金屬冶煉廠設計(engineering design of rare metal plant)

采用冶金方法處理稀有金屬精礦，以制取各種稀有金屬及其化合物產品的工廠設計。通常所指稀有金屬包括稀有輕金屬(鋰、銣、銫、鈹)、稀有難熔金屬(鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鎢、鉬、錸)、稀土金屬(鈧、釔及15個鑭系金屬)、稀散金屬(鎵、銦、鉈、鍺、硒、碲)和放射性金屬(釷、鈾、鐳)。稀散金屬一般在工業礦物內與有色金屬伴生，無獨立的冶煉工廠。

重要的稀有金屬工業礦物有鋰輝石、鋰云母、綠柱石、硅鈹石、鈦鐵礦、金紅石、鋯英石、鉭鈮鐵礦、燒綠石、釩鐵礦、黑鎢礦、白鎢礦、輝鉬礦、氟碳鈰礦、獨居石、離子吸附型稀土礦、磷釔礦及鈰鈮鈣鈦礦等，其他重要原料還有富鋰鹵水、含釩石煤、富鉭錫渣以及各種含稀有金屬的工業廢料。

稀有金屬冶煉廠設計包括海綿鐵廠設計、鈦白粉廠設計、鎢冶煉廠設計、鉬冶煉廠設計、鈹7臺煉廠設計、鋰冶煉廠設計、鉭鈮冶煉廠設計、鋯冶煉廠設計、稀土冶煉廠設計、五氧化二釩廠設計和稀有金屬；臺煉廠輻射防護設計。

簡史稀有金屬工業發展較晚，鎢、鉬、鋰、釩等金屬及其化合物的工業生產始于19世紀末到20世紀初；鈹、鉭、鈮、稀土等冶煉廠的建設均開始于20年代前后；氧化鈦的工業生產始于30年代；鈦、鋯用克勞爾(W．Kroll)法進行工業生產在40年代中，50～60年代后，稀有金屬生產發展迅速，稀有金屬冶煉廠的規模逐步擴大，新的稀有金屬礦物資源得到開發。

中國擁有豐富的稀有金屬資源，鎢及稀土的儲量居世界第一，其他多種稀有金屬資源均居世界前列，但在1949年以前僅建有小型的鎢及五氧化二釩的冶煉車間。稀有金屬冶煉廠的建設實際開始于50年代以后，在50～60年代中先后建設了鎢、鉬、鋰、鈹、海綿鈦、鋯、稀土、氧化鈦、鉭鈮冶煉廠或車間。此后又進行了多次新建和改、擴建設計，使中國稀有金屬工業在世界上占有重要地位，成為少數擁有完整稀有金屬工業體系的國家之一。

產品與設計規模稀有金屬大多以冶金添加劑或化學品形式供工業應用，產品主要為化合物及合金，少量為金屬產品。主要的稀有金屬化合物產品有二氧化鈦、碳化鎢、氧化鉬、氧化鈹、碳酸鋰、氫氧化鋰、氧化鋯、氧化鈰、氧化釔、氧化銪、氯化稀土和五氧化二釩等，重要的合金產品有鉬鐵、鈮鐵、釩鐵、鈹銅、鋁鋰、鈦基和鋯基合金、硬質合金和稀土永磁合金等。重要的稀有金屬產品有海綿鈦、海綿鋯、鎢條、鉬條、金屬鋰、金屬鈹、鉭粉、金屬釤、金屬釹和混合稀土金屬等。

稀有金屬工業限于資源和市場需求狀況，一般規模較小，冶煉方法近似的稀有金屬生產常組合在同一工廠中，以達到較大的綜合生產能力。

工藝流程選擇稀有金屬生產過程一般可分為礦物處理、分離凈化和金屬制取三個階段。一些稀有金屬精礦主成分含量仍然很低，精礦中含有大量雜質，部分稀有金屬的熔點較高，又有一些稀有金屬如鋯鉿、鉭鈮和各個稀土金屬彼此性質相似難以進行分離，對稀有金屬產品的純度要求也較高。通常多采用酸、堿或氯等分解稀有金屬礦物，萃取或離子交換的方法分離凈化，熱還原或熔鹽電解的方法制取金屬和用真空蒸餾、真空自耗電極和電子束熔煉等方法精煉。

依據半工業試驗結果，并按稀有金屬價格、礦物成分、使用化學藥劑量多少和一些稀有金屬具有高毒性或礦物中常含有天然放射性元素等特點，選用稀有金屬回收率高、分離凈化和綜合回收效果好、生產成本較低和無廢料或排外污染物較少的工藝流程。

技術特點(1)稀有金屬冶煉過程中通常有較嚴重的酸、堿、氯或氟等的腐蝕，設計中須根據腐蝕介質的實際情況正確選用設備和管路等的耐腐蝕材料，并對所有可能受腐蝕影響的作業場所內部表面進行防腐蝕處理。(2)鈹為高毒性金屬，許多稀有金屬礦物中含有天然放射性元素，在設計中常采用三區制(見稀有金屬冶煉廠輻射防護設計)或隔離作業的配置方法，所有毒性物質污染源均進行密閉和局部排風并對排放的污染物進行無害處理。(3)高純化合物和金屬的生產對所用設備材料、藥劑純度和生產區環境潔凈程度均有較高要求，須根據試驗結果和實際生產經驗選定。

發展趨勢(1)稀有金屬工業近年發展迅速，原有高品位礦物資源已難以滿足增加生產的需要。一些新的礦種生產不斷增長，如硅鈹石在20世紀70年代已取代綠柱石成為主要的工業鈹礦物，從富鋰鹵水中制取碳酸鋰產量的上升，也將使其成為主要的鋰工業原料。從低品位礦物和新礦物中增產稀有金屬的重要性有日益增加的趨勢。(2)稀有金屬生產規模的逐漸擴大，已使原有普遍采用的間斷生產工藝難以適應產量的增長。在一些規模較大的稀有金屬如海綿鈦的生產中，已出現采用聯合生產過程和用連續生產的方法取代原有間斷生產工藝的趨向。(3)環保要求日益嚴格，促使對鈹工廠以及含放射性元素礦物的處理進一步采用更有效的新工藝和新設計方案。