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1、水口山金屬鈹冶煉進(jìn)展 水口山有色金屬集團(tuán)有限公司第六冶煉廠 李振軍 摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了金屬鈹?shù)男再|(zhì)、用途及國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)情況，著重?cái)⑹隽怂谏浇饘兮斠睙挼臍v史和改造后金屬鈹車(chē)間生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量和防護(hù)、環(huán)保狀況。 關(guān)鍵詞：金屬鈹 冶煉 流程 一、金屬鈹?shù)男再|(zhì)和應(yīng)用 鈹是已知的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，它的密度為1.85g/cm3，是鋁的2/3。它的抗拉強(qiáng)度從345MPa(熱壓坯)—827MPa（擠壓棒），即使溫度升高到816℃還仍然維持一定的強(qiáng)度，而在這一溫度下，鋁和鎂早已熔化。鈹?shù)牧硪伙@著特性是具有很高的彈性模量（3.03×105MPa），相當(dāng)鋁的4倍，鈦的2.5倍，鋼的1.

2、3倍[1]。由于它綜合了強(qiáng)度高、彈性模量高、密度小的特性，所以在需要高比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）高比剛度（彈性模量/密度）的運(yùn)用中就顯得尤其重要。 鈹還具有良好的熱性能，室溫下其比熱為1925J/Kg oK，是所有金屬中最高的。這就意味著在給定重量和溫度范圍內(nèi)鈹比其它金屬吸熱的能力都要強(qiáng)。例如100克鈹吸收的熱分別相當(dāng)200克鋁、385克鋼和500克銅吸收的熱。鈹?shù)臒釋?dǎo)率為216W/m/oK，比鋁還高。這些性能說(shuō)明鈹有良好的抗熱震性和熱擴(kuò)散性。所以用鈹做成的構(gòu)件能保證迅速的溫度均衡，減少溫度梯度造成的變形 。鈹?shù)臒崤蛎浵禂?shù)為11.5×10-6/cm/cm/ ℃,為鋁的1/2，與不銹鋼接近，這也是由

3、溫度引起的變形小的原因[1] 。 由于鈹具有獨(dú)特的綜合性能，使它在航天航空領(lǐng)域獲得了很多的運(yùn)用，成為一種成熟的太空材料。作為結(jié)構(gòu)材料，在航天飛機(jī)中作窗和連接門(mén)的框架，攝像機(jī)鏡頭支架；在深度太空探測(cè)航天器中作望遠(yuǎn)鏡的支撐座。這些運(yùn)用中注重的是鈹高強(qiáng)度和高剛度以及由此帶來(lái)的尺寸穩(wěn)定性，然而重量輕也是重要的因素之一，因?yàn)楫?dāng)航天器的發(fā)射運(yùn)行費(fèi)用超過(guò)2.5萬(wàn)美元/公斤時(shí)，使用密度小的鈹就成為降低費(fèi)用有效途徑之一。 作為結(jié)構(gòu)材料鈹還有可能作為航天飛機(jī)液氫發(fā)動(dòng)機(jī)的零件和冷卻管，因?yàn)槌怂臋C(jī)械性能外，它還具有良好的熱導(dǎo)率和對(duì)氫的不滲透性。 鈹對(duì)紅外線的反射率很高，是一種光學(xué)鏡片的材料，用于紅外波段亦

4、可用于可見(jiàn)波段（化學(xué)鍍鎳后）。在天文望遠(yuǎn)鏡、資源衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星中都用到這種鏡片。鈹鏡已成功應(yīng)用于“神舟”飛船的分辨率成像光譜儀上，其作用是將地面信息反射到成像光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，以達(dá)到清晰成像的目的。鈹光學(xué)鏡片還用于常規(guī)武器中，如德國(guó)LepardⅠ型和Ⅱ型主戰(zhàn)坦克描準(zhǔn)器的鏡片就是用“近凈型（NNS）鈹”為材料的[1]。 鈹還是飛機(jī)、火箭等慣性導(dǎo)航儀表的首選材料。重量輕、強(qiáng)度高、剛性好，高微屈服強(qiáng)度（產(chǎn)生1微英寸變型時(shí)的許用應(yīng)力）對(duì)儀表的尺寸的穩(wěn)定性起著十分重要的作用。因?yàn)閮x表本身微小的重心偏移，會(huì)導(dǎo)致巨大的飛行偏差。 金屬鈹還具有特殊的核性能，例如較低的中子吸收截面，較高的中子散射截面，因此

5、它的另一項(xiàng)重要的用途是作反應(yīng)堆的反射層材料。它可使散漏的中子反回堆心。特別是在要求重量輕、體積小，及高中子通量的情況下它既可作中子反射層，又可作中子調(diào)速劑。這些性質(zhì)引起了聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)者們的興趣。包括中國(guó)在內(nèi)的六方合作研究項(xiàng)目“國(guó)際熱核聚變反應(yīng)堆（ITER）項(xiàng)目”中第一壁板的設(shè)計(jì)已經(jīng)大量選用鈹材。這一項(xiàng)目有可能使人類(lèi)獲得清潔的，取之不盡的能源。 鈹也是核武器不可缺少的材料之一。 近十多年來(lái)，鈹鋁合金的運(yùn)用已十分廣泛，它的比重、強(qiáng)度、剛度和熱導(dǎo)率介于鈹和鋁之間，由于成本的優(yōu)勢(shì)和加工技術(shù)的進(jìn)步，不僅取代了純鈹?shù)牟糠萦猛?，而且也開(kāi)辟了廣泛的民用領(lǐng)域。如高性能賽車(chē)制動(dòng)器零件，及用鈹鋁擠壓棒加工的計(jì)

6、算機(jī)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器零件等[2]。 金屬鈹是一種很特殊的鮮為人知的產(chǎn)品，隨著鈹冶煉和加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及應(yīng)用范圍的不斷開(kāi)拓，金屬鈹?shù)奶貏e意義和經(jīng)濟(jì)吸引力將日益明顯。 二、國(guó)內(nèi)外金屬鈹生產(chǎn)概況 我國(guó)1954年就開(kāi)始鈹冶煉工藝的研究，1957年完成了氧化鈹和金屬鈹?shù)男⌒驮囼?yàn)。同年在湖南水口山礦務(wù)局開(kāi)始籌建鈹?shù)闹虚g試驗(yàn)廠—即現(xiàn)在的水口山有色金屬集團(tuán)公司第六冶煉廠。年產(chǎn)20噸的氧化鈹車(chē)間于1958年6月建成投產(chǎn)，年產(chǎn)2噸的金屬鈹車(chē)間于1959年底投產(chǎn)。投產(chǎn)之初，工藝不成熟，防護(hù)問(wèn)題十分棘手。1961年春，冶金工業(yè)部委托北京有色設(shè)計(jì)總院根據(jù)當(dāng)時(shí)取得的數(shù)據(jù)重新設(shè)計(jì)，將兩試驗(yàn)車(chē)間改成生產(chǎn)車(chē)間。改建后

7、的車(chē)間于1964年正式投產(chǎn)，但生產(chǎn)中諸如工藝設(shè)備，質(zhì)量、回收率、防護(hù)方面的問(wèn)題仍然很多。1969年又重新設(shè)計(jì)和建設(shè)金屬鈹車(chē)間，于1971年投產(chǎn)，其后金屬鈹?shù)纳a(chǎn)大體上運(yùn)行正常，生產(chǎn)能力為6噸/年。 上世紀(jì)60年代初在上海松江，70年代初在甘肅靖遠(yuǎn)曾先后建立了兩個(gè)鈹冶煉廠（前者為901廠，后者為903廠）。由于種種原因在70年代中期相繼轉(zhuǎn)產(chǎn)或停產(chǎn)，而僅有水口山六廠的鈹生產(chǎn)仍然保存下來(lái)。 美國(guó)布拉什 威爾曼（Brush.Wellman）是世界上最大的最完整的鈹生產(chǎn)者。它在猶它洲的托帕茲 斯波山（Topaz-spor Mountain）開(kāi)采硅鈹石礦，礦石運(yùn)到猶它戴爾塔（Delta）提取出氫氧化鈹

8、，然后運(yùn)到依爾莫（Elmore）冶煉成金屬鈹和其它鈹產(chǎn)品。上世紀(jì)90年代初，軍工定貨減少，美國(guó)純鈹?shù)挠昧看鬁p。由于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、加工技術(shù)的進(jìn)步，金屬鈹?shù)挠昧吭黾友杆伲?000年據(jù)說(shuō)生產(chǎn)能力已接近飽和。 哈薩克斯坦的烏爾巴廠有很大的金屬鈹生產(chǎn)能力，蘇聯(lián)解體后曾長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)。2000年前后在美國(guó)Brush Wellman的合作下，恢復(fù)了生產(chǎn)，產(chǎn)品主要賣(mài)給美國(guó)。 布拉什 威爾曼從烏爾巴購(gòu)買(mǎi)金屬鈹可能是以資源為出發(fā)點(diǎn)，該公司歷來(lái)都致力于開(kāi)發(fā)鈹資源，延長(zhǎng)國(guó)內(nèi)資源的壽命。另外環(huán)境問(wèn)題也是原因之一。 三、水口山金屬鈹?shù)囊睙捁に? 1、冶煉工藝概述 因?yàn)殁斣谠幽芄I(yè)中的重要作用，1940-1953

9、年間，純鈹?shù)纳a(chǎn)得到了迅速的發(fā)展。早期少量純鈹?shù)纳a(chǎn)是用氯化鈹或氟化鈹?shù)碾娊夥ǎ玫谨[片狀鈹，但具有一定規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)都是用氟化鈹鎂熱還原法。美國(guó)、哈薩克斯坦、中國(guó)、印度[5]都是如此。 氟化鈹?shù)逆V熱還原法生產(chǎn)金屬鈹大體上可以分為以下幾個(gè)步驟[4]： （1）制備具有一定純度的氟鈹化銨晶體。 （2）將氟鈹化銨加熱分解成玻璃狀的氟化鈹。 （3）用鎂將氟化鈹還原成金屬鈹珠。 （4）將金屬鈹珠在真空下熔鑄成鈹錠。 水口山六廠的金屬鈹生產(chǎn)只有前面3步，真空熔鑄在寧夏西材院進(jìn)行。 2、美國(guó)布拉什 威爾曼的金屬鈹冶煉流程 為了找出水口山金屬鈹生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，先對(duì)美國(guó)金屬鈹?shù)纳a(chǎn)流程進(jìn)行簡(jiǎn)要

10、的討論。 圖1、為美國(guó)布拉什 威爾曼的金屬鈹珠冶煉流程圖[3]。 將氫氧化鈹和冶煉、加工過(guò)程產(chǎn)生的含鈹廢料用氟氫化銨溶解。得到氟鈹化銨的溶液。加入石灰是為了提高PH值，除去物料中的鋁；濾除殘?jiān)?，向溶液中加硫化鈉去除溶液中的鐵和重金屬離子（凈化過(guò)程）；然后將溶液蒸發(fā)，冷卻結(jié)晶。離心分離，母液返回蒸發(fā)，氟鈹化銨晶體進(jìn)入烘干工序；氟鈹化銨加熱分解得到氟化鈹和氟化銨，氟化鈹是下一工序的原料，氟化銨則用水吸收達(dá)到一定濃度后加配氫氟酸形成氟氫化銨溶液，返回溶解工序使用；氟化鈹配入一定量的鎂，在高溫下還原成金屬鈹和氟化鎂，冷凝后，將金屬鈹珠和氟化鎂渣分離；最后真空熔鑄。 從工藝的角度看：上述流程中產(chǎn)

11、生的中間物料（氟化銨、結(jié)晶母液）和含鈹廢料都在閉路的循環(huán)中，所以回收率一定會(huì)高（90%）。 圖1、Brush Wellman 金屬鈹流程圖 返回廢料 Be(OH)2 石灰 真空過(guò)濾 漿液 貯槽 溶解 (NH4)2BeF4 溶液 凈化 HF 硫化物 N

12、H4HF液 制備槽 凈化液 貯槽 蒸發(fā) 結(jié)晶 過(guò) 濾 離心過(guò)濾 干燥 母液 (NH4)2BeF4 分解爐 NH4F溶 液貯槽 貯槽 吸收塔 NH4F BeF2 鎂

13、塊 熔體 冷卻 還原爐 真空熔鑄 鈹珠分選 鈹錠 3、水口山六廠的金屬鈹生產(chǎn)流程 圖2、為改造前水口山六廠的金屬鈹生產(chǎn)流程圖 水口山六廠金屬鈹?shù)纳a(chǎn)流程與美國(guó)布拉什 威爾曼的流程并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，但具體作法上的差異很大。例如： 水口山流程是用氣態(tài)氟化氫（100%的HF）溶解氫氧化鈹，得到高濃度的H2BeF4（含Be70g/l以上）溶液，再通氨氣，得到氟鈹化銨結(jié)晶。優(yōu)點(diǎn)是省去了蒸發(fā)，但結(jié)晶母液不能返回。 流程投入的原料僅為純氫氧化鈹，未設(shè)凈化工序。還原產(chǎn)生的含鈹煙塵，鈹渣分離過(guò)程產(chǎn)生的含鈹渣水，還原渣中細(xì)鈹粒都沒(méi)有回

14、收處理的工藝過(guò)程。 分解過(guò)程產(chǎn)生的氟化銨煙塵沒(méi)有回收，造成氟、氨的浪費(fèi)，也損失了一些鈹。 這一流程雖然能得到最終產(chǎn)品金屬鈹珠，然而，是一個(gè)不完善的流程，回收率很低，化工材料消耗也高。根據(jù)1979年的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)：流程中母液含鈹量占投入量的11.5%,渣水占14.5%,還原渣占6.6%,還原煙塵占3.2%,氟化銨煙塵占1%。這些含鈹物料流程本身無(wú)法回收利用，長(zhǎng)期貯存，最終結(jié)果是流失。 水口山六廠金屬鈹流程中存在的種種問(wèn)題是歷史上的原因形成的，與當(dāng)時(shí)的整體技術(shù)水平有關(guān)，也與市場(chǎng)不足，長(zhǎng)期停產(chǎn)有關(guān)。 圖2、水口山金屬鈹生產(chǎn)流程 精制Be(OH)2 HF(

15、氣態(tài)) NH4F煙塵 分解爐 溶 解 H2BeF4 溶液 BeF2 還原煙塵 還原爐 鹽析結(jié)晶 NH3 鎂塊 鈹渣分離(水煮) 母液 (NH4)2BeF4晶體

16、 還原渣 渣水 金屬鈹珠 四、水口山六廠金屬鈹生產(chǎn)的進(jìn)展 1、金屬鈹生產(chǎn)線改造的契機(jī) 從1959年到1980年間，按國(guó)家的需要，水口山六廠的的金屬鈹生產(chǎn)時(shí)開(kāi)時(shí)停，累計(jì)生產(chǎn)金屬鈹珠xx.x噸。由于當(dāng)時(shí)鈹?shù)挠猛局饕抻谲姽ぃ?981年后停產(chǎn)，直至2004年。長(zhǎng)期停產(chǎn)阻礙了金屬鈹生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)備損壞，人員流失。但在鈹產(chǎn)品市場(chǎng)蕭條，經(jīng)營(yíng)狀況十分艱難的條件下，20多年來(lái)水口山六廠始終沒(méi)有放棄金屬鈹生產(chǎn)線，也始終沒(méi)有忘記對(duì)金屬鈹生產(chǎn)線進(jìn)行改造的技術(shù)準(zhǔn)備。由于金屬鈹是一種戰(zhàn)略物資，也是與高新技術(shù)緊密相關(guān)的材料，在政府主管部門(mén)的高度重視下，經(jīng)過(guò)水口山六廠多年不懈的努力，

17、2003年3月“金屬鈹珠生產(chǎn)線復(fù)產(chǎn)工程建設(shè)可行性研究報(bào)告”得到上級(jí)部門(mén)的批復(fù)。2004年10月，停產(chǎn)24年的金屬鈹車(chē)間終于恢復(fù)了生產(chǎn)。復(fù)產(chǎn)后的生產(chǎn)能力仍為6噸/年。 2、復(fù)產(chǎn)后的金屬鈹流程改進(jìn) 金屬鈹珠生產(chǎn)線復(fù)產(chǎn)項(xiàng)目的實(shí)施，是一種機(jī)遇，如何總結(jié)過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)，使金屬鈹?shù)囊睙捈夹g(shù)達(dá)到一個(gè)新的水平，首要的事情是要將過(guò)去不能回收利用的中間物料，合理的循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)全流程閉路。根據(jù)過(guò)去取得的生產(chǎn)、科研成果和反復(fù)的分析比較我們認(rèn)為：在主流程不變的前提下，將溶液狀態(tài)的中間物料（母液、渣水）和固體狀態(tài)的中間物（還原渣、煙塵）分開(kāi)處理，實(shí)現(xiàn)回收閉路是最有把握的方案。 （1）母液、渣水的凈化回收 生產(chǎn)1噸金

18、屬鈹產(chǎn)生的母液量大約16m3（Be 15g/l）,渣水28m3（Be 12g/l）。二者雜質(zhì)含量不高，經(jīng)調(diào)配后正好適合氟鈹化銨的氟鈹比。只要稍加凈化，便可達(dá)到Be-01級(jí)鈹珠要求。所以二者的回收目標(biāo)是產(chǎn)出Be-01級(jí)鈹珠。復(fù)產(chǎn)后的母液、渣水回收方法如圖3、所示。 圖3、母液、渣水回收處理流程圖 母液 渣水 混合、調(diào)氟鈹比 蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶 過(guò)濾分離 氧化過(guò)程 加硫化物除鐵、重金屬 (NH4)2BeF4結(jié)晶

19、 母液 過(guò)濾分離 分解、還原 凈化液 渣（棄） Be-01金屬鈹 （2）還原渣和煙塵的浸出回收 生產(chǎn)1噸金屬鈹珠產(chǎn)生的還原渣為10噸（Be 1.5-2%）,產(chǎn)生的煙灰約為1.8噸（Be 8%）。還原渣的主要成份是氟化鎂，其中含有粒度小于1mm的金屬鈹粒。在鈹渣分離過(guò)程帶進(jìn)污染物的機(jī)會(huì)很多，所以它的雜質(zhì)

20、含量較高。還原過(guò)程產(chǎn)生煙灰其鈹?shù)闹饕螒B(tài)是氧化鈹，還有氟化鈹，氧化鎂等。 二種物料的共同特點(diǎn)是：其中的鈹難以浸出，需要在較高的氫氟酸濃度下，才有較滿(mǎn)意的浸出率；浸出液的雜質(zhì)含量高，深度凈化的難度大。 在較高氫氟酸濃度下，浸出后的還原渣含鈹可接近0.1%，浸出效率達(dá)95%以上。浸出后煙灰的含鈹量低于0.5%, 浸出效率大于90%。浸出液含鈹20-30g/l，鐵含量1-3g/l。 根據(jù)浸出液的狀況，將還原渣和煙灰的回收目標(biāo)定為產(chǎn)出等外級(jí)金屬鈹珠，其流程見(jiàn)圖4、。 可以向浸出后的濾液中加入碳酸鈣提高PH，當(dāng)PH升高到6-7時(shí)濾液中的鋁和鐵被大量的除去。過(guò)濾后向?yàn)V液中加入回收的氟化銨，然后再進(jìn)

21、行后續(xù)的蒸發(fā)結(jié)晶，分解還原。在沒(méi)有其它凈化措施的條件下，產(chǎn)出金屬鈹中的鐵可達(dá)0.3-0.5%,完全適合作鈹鋁中間合金的要求。這一過(guò)程可消耗一部份回收氟化銨。 圖4、還原渣、煙灰的回收流程圖 調(diào)氟鈹比 還原渣（或煙灰） 30%HF 加回收氟化銨 二次浸出 蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶 過(guò) 濾 過(guò) 濾 氟化鎂（出售） 母液

22、 濾液 碳酸鈣 (NH4)2BeF4結(jié)晶 中和除雜質(zhì) 分解、還原 過(guò) 濾

23、 等外鈹珠 濾液 濾渣（棄） （3）回收氟化銨的利用問(wèn)題 在氟鈹化銨分解過(guò)程中除得到氟化鈹外，還得到氟化銨。復(fù)產(chǎn)后的工藝中是通過(guò)干法捕集回收的。生產(chǎn)1噸鈹珠，同時(shí)產(chǎn)出8.2噸的氟化銨。氟化銨是較貴的化工材料，但不可能作商品出售，棄之，污染環(huán)境。所以必需設(shè)法加以利用。 在上述還原渣和煙灰回收中已用去約30%，余下70%（8.2×70%=5.74噸）需另找用途。 由于金屬鈹作為鎂鋁合金微量元素添加劑方面有十分獨(dú)特的作用，加入0.0

24、01%的鈹即可防止熔鑄過(guò)程中鎂的燒損，從而減少夾渣，改善合金的性能。全世界鎂合金的用量以每年10%的速度增加。近幾年來(lái)，含鈹4%左右的鈹鋁中間合金用量有了很大的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)用于鈹鋁中間合金的鈹達(dá)3-5噸。這種鈹?shù)募兌纫蟮?，例如即使含鐵達(dá)1%也可達(dá)到中間合金產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。 為適應(yīng)這種需求，需要生產(chǎn)一種鈹鋁中間合金用鈹珠（合金級(jí)鈹珠）。這種鈹珠要求成本低，必須使用比較廉價(jià)的原材料，回收的氟化銨當(dāng)然成了首選的原材料之一。 除圖4中生產(chǎn)的等外鈹珠，實(shí)際上屬于合金級(jí)鈹珠外，還專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一種用工業(yè)氫氧化鈹，工業(yè)鎂錠，回收氟化銨等廉價(jià)原材料生產(chǎn)的合金級(jí)鈹珠。每公斤成本可低于正常產(chǎn)品1000元左右。

25、 合金級(jí)鈹珠一方面是適應(yīng)市場(chǎng)的需要，另外也是為了充分利用回收的氟化銨，做到物盡其用。根據(jù)計(jì)算，每生產(chǎn)1噸金屬鈹珠回收的氟化銨量可生產(chǎn)合金級(jí)鈹珠約300kg，其數(shù)量還遠(yuǎn)不及市場(chǎng)要求 ，軍工的市場(chǎng)仍然是有限的，為充分發(fā)揮復(fù)產(chǎn)后的金屬鈹生產(chǎn)能力，我們還可生產(chǎn)更多的合金級(jí)鈹珠 。 （4）復(fù)產(chǎn)后的水口山金屬鈹生產(chǎn)流程評(píng)價(jià) 水口山金屬鈹珠生產(chǎn)線復(fù)產(chǎn)工程項(xiàng)目的流程設(shè)計(jì)并沒(méi)有簡(jiǎn)單的模仿國(guó)外流程，主要是因?yàn)樗谏竭^(guò)去幾十年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累是寶貴的 。例如我們的鹽析結(jié)晶法生產(chǎn)(NH4)2BeF4結(jié)晶，雖然是導(dǎo)致母液和渣水不能回收利用的主要原因，但另一方面又避免了大量溶液的蒸發(fā)，使生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備變得簡(jiǎn)單 。

26、因此我們保留了這一方法，也就是保留水口山金屬鈹生產(chǎn)的主體流程 。這樣，可以使復(fù)產(chǎn)后的生產(chǎn)組織和管理少走彎路 。 復(fù)產(chǎn)后的金屬鈹珠生產(chǎn)流程全圖見(jiàn)圖5，其中虛線所示為復(fù)產(chǎn)后增加部份 。 圖5、復(fù)產(chǎn)后的水口山金屬鈹珠生產(chǎn)流程全圖 精制Be(OH)2 HF(氣態(tài)) NH4F煙氣 分解爐 溶 解 H2BeF4 溶液 BeF2 還原煙塵 還原爐 鹽析結(jié)晶 NH3

27、 鎂塊 鈹渣分離(水煮) 母液 (NH4)2BeF4晶體 渣水 還原渣 金屬鈹珠 混合、調(diào)F/Be 兩次浸出 30%氫氟酸 過(guò) 濾 氧化、硫化物除鐵

28、工業(yè)Be(OH)2 氟化鎂 碳酸鈣 過(guò) 濾 棄渣 中和除雜質(zhì) 溶解、合成 凈化液 過(guò)濾 蒸發(fā)冷卻結(jié)晶 過(guò) 濾 棄渣 調(diào)氟鈹比 棄渣 濾液 過(guò) 濾

29、 蒸發(fā)冷卻結(jié)晶 母液 過(guò)濾 母液 (NH4)2BeF4結(jié)晶 (NH4)2BeF4結(jié)晶 注：圖中虛線所示部份為復(fù)產(chǎn)后新增的工序

30、 流程中產(chǎn)生的所有含鈹物料（溶液的 、固體的）都得到合理的回收和利用 。實(shí)現(xiàn)了全流程的閉路，在這一點(diǎn)上我們的流程已達(dá)到美國(guó)布拉什 威爾曼流程同樣的效果 。流程閉路有利用于降低成本，提高竟?fàn)幜?。從工藝角度看，流程中只有少量的棄渣產(chǎn)生，所以只要操作管理得當(dāng)，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的污染 。 在生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)，設(shè)計(jì)不同質(zhì)量要求的產(chǎn)品，使成本降低，物盡其用。有利于發(fā)揮生產(chǎn)能力，適應(yīng)市場(chǎng)的需求，提高效益。 過(guò)去金屬鈹珠的直收率為45%，復(fù)產(chǎn)后的直收率今年上半年達(dá)到了70%。隨著工人操作水平的提高

31、和管理的進(jìn)步，回收率提高還有較大的空間。 3、金屬鈹珠質(zhì)量的改進(jìn) （1） 金屬鈹珠的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 現(xiàn)行金屬鈹珠的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為1986年發(fā)布的GBn262-86。在此標(biāo)準(zhǔn)中將金屬鈹珠分為3個(gè)級(jí)別。相對(duì)于1975年發(fā)布的YB855-75標(biāo)準(zhǔn)，GBn262-86在YB855-75的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)高純鈹珠級(jí)別-Be-02?，F(xiàn)摘錄其化學(xué)成份如下： 金屬鈹珠化學(xué)成份（GBn262-86） 單位% 雜質(zhì)元素≤ Be-02 Be-01 Be-1 Fe 0.05 0.105 0.25 Al 0.02 0.15 0.25 Si 0.006 0.06 0.10 Cu 0.

32、005 0.015 Pb 0.002 0.003 0.005 Zn 0.007 0.01 Ni 0.002 0.008 0.025 Cr 0.002 0.013 0.025 Mn 0.006 0.015 0.028 Co 0.0005 B 0.0001 Cd 0.00004 Ag 0.0003 Mg 1.0 1.0 1.1 Sm 0.00001 Eu 0.00001 Ga 0.00001 Dy 0.0001 Li 0.00015

33、 Be-02級(jí)金屬鈹珠是1984年-1985年間水口山六廠為滿(mǎn)足當(dāng)時(shí)國(guó)防科研的需要而特別試制的產(chǎn)品，共計(jì)產(chǎn)出了300kg左右。之后，這種鈹珠實(shí)際上再?zèng)]有定貨。在復(fù)產(chǎn)前水口山六廠的鈹珠有90%可達(dá)Be-01級(jí)，如要達(dá)到Be-02級(jí)的要求，則必需采取新的工藝和設(shè)備。由于Be-02鈹珠當(dāng)時(shí)沒(méi)有實(shí)際需求，復(fù)產(chǎn)工程仍按Be-01進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （2） 復(fù)產(chǎn)后金屬鈹珠的質(zhì)量水平 2004年10月投產(chǎn)后，金屬鈹珠的質(zhì)量可以100%的達(dá)到Be-01要求。由于鈹材整體質(zhì)量水平的提升，對(duì)鈹珠的質(zhì)量水平提出了新的要求。2005年初，用戶(hù)急需提供Be-02級(jí)鈹珠，而且要求今后金屬鈹珠的質(zhì)量水平大部份要達(dá)到Be-02

34、級(jí)水平。 2005年3月水口山六廠按新的高純鈹工藝生產(chǎn)了一定數(shù)量的鈹珠，滿(mǎn)足了用戶(hù)的需求。 能否避開(kāi)繁瑣的高純鈹工藝，在現(xiàn)有Be-01流程基礎(chǔ)上生產(chǎn)出Be-02的產(chǎn)品，是一個(gè)十分現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。 按照水口山六廠的流程設(shè)計(jì)，是將Be(OH)2預(yù)先提純?cè)僦苽浞锷a(chǎn)鈹珠。所以只要在氟化物制備到金屬鈹還原過(guò)程的各環(huán)節(jié)不帶進(jìn)雜質(zhì)即可提高純度。據(jù)此，在許多操作細(xì)節(jié)上，如氟化氫和液氨的加入方法，結(jié)晶過(guò)程的控制，分解爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面都進(jìn)行了局部的調(diào)整和改進(jìn)。經(jīng)過(guò)2006年上半年的實(shí)踐證明，用現(xiàn)在的Be-01的流程和設(shè)備，可以生產(chǎn)出Be-02金屬鈹珠。為了確保Be-02品級(jí)率高，又對(duì)各工序設(shè)備在耐蝕性、耐

35、久性方面進(jìn)行了改進(jìn)，以期保證不發(fā)生設(shè)備損壞帶來(lái)污染。現(xiàn)已經(jīng)證明：生產(chǎn)Be-02鈹珠的合格率同樣也很高。這是水口山金屬鈹珠生產(chǎn)流程的一個(gè)重大的進(jìn)展，這一進(jìn)展為向國(guó)際熱核聚變反應(yīng)堆提供鈹原料打下了基礎(chǔ)。 五、金屬鈹生產(chǎn)中的防護(hù)和環(huán)境問(wèn)題 1、鈹?shù)奈：?jiǎn)述 鈹和鈹?shù)幕衔锒际怯卸镜?，鈹?shù)囊睙?、加工過(guò)程都存在對(duì)人體的危害。而金屬鈹?shù)囊睙掃^(guò)程相對(duì)更加嚴(yán)重一些。鈹對(duì)人體的危害主要有以下幾方面： 鈹引起的皮膚病：車(chē)間從事鈹冶煉作業(yè)的人員，其身體暴露部份產(chǎn)生似粟粒大小的小血疹，密集成群，發(fā)紅灼熱奇癢。非暴露部份，如腹部、大腿內(nèi)側(cè)，可能因衣服的污染也會(huì)發(fā)生類(lèi)似的情況。如果皮膚稍有創(chuàng)傷，則引起潰瘍，久

36、治不愈。 急性鈹?。憾虝r(shí)內(nèi)吸入高濃的含鈹煙氣，可能產(chǎn)生氣促、胸痛、咳嗽、腹脹、發(fā)燒等，但脫離接觸后可以治愈。 慢性鈹病：從事鈹冶煉的人，可能引起慢性鈹病，其癥狀為氣促、咳嗽、胸悶、消瘦、乏力。大多數(shù)情況下都是不可治愈的。國(guó)外認(rèn)為，吸入含鈹粉塵，在某些個(gè)體中可引起嚴(yán)重的慢性鈹肺病。這是一種高度過(guò)敏性疾病，在過(guò)敏狀態(tài)下，可能導(dǎo)致肺炎，甚至肺纖維化，從而有礙肺和血液之間的氧交換。 水口山六廠建廠以來(lái)共發(fā)生慢性鈹病35例。 控制慢性鈹病發(fā)生的有效方法是加強(qiáng)通風(fēng)防塵，使作業(yè)場(chǎng)所空氣中的鈹塵濃度不超過(guò)1μg/m3（國(guó)標(biāo)）。 2、復(fù)產(chǎn)后金屬鈹防護(hù)的改進(jìn) 金屬鈹生產(chǎn)中，氟鈹化銨分解工序和氟化鈹還原

37、工序的防護(hù)問(wèn)題是最為棘手的。 氟鈹化銨分解產(chǎn)生的尾氣氟化銨（NH4F）其粒度小于1μm的占47%，水中的溶解度為100g/100g[6], 所以吸濕性很強(qiáng)。過(guò)去由于沒(méi)有找到適宜的回收處理設(shè)備，只得用文氏管沖擊塔洗滌后排放。在文氏管堵塞時(shí)，煙氣大量外溢，人員無(wú)法靠近。 氟化鈹還原過(guò)程產(chǎn)生的煙塵，主要為氧化鈹、氟化鈹、氧化鎂等。粒度低于1μm的占50%，易吸潮，結(jié)塊。過(guò)去曾采用保溫布袋收塵器捕集煙塵。但2-3天后布袋阻力急劇升高，無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。工人經(jīng)常處在惡劣的操作環(huán)境中。 上述作業(yè)環(huán)境對(duì)身體的危害是不言而喻的。所以在復(fù)產(chǎn)工程的設(shè)計(jì)中，如何選擇相應(yīng)的分解、還原收塵設(shè)備顯得尤其重要。 根據(jù)煙

38、塵的性質(zhì)，和過(guò)去積累的經(jīng)驗(yàn)，選用了塑燒板除塵器。其關(guān)鍵部件塑燒板是一種高分子化學(xué)粉體，經(jīng)鑄型、燒結(jié)后成多孔母體，其表面孔隙為4-6μm，排放濃度通?？傻陀?0mg/m3。 這種除塵器作為還原煙塵的捕集器是很成功的，投產(chǎn)后便運(yùn)行正常。但對(duì)于分解煙塵，因?yàn)槠湫再|(zhì)特殊，投產(chǎn)后并不能正常運(yùn)行，經(jīng)過(guò)對(duì)氟化銨煙塵性質(zhì)的反復(fù)研究，增加了輔助設(shè)施，并制定了一套啟動(dòng)運(yùn)行規(guī)程，才得以正常運(yùn)行。近兩年運(yùn)行的狀況表明：這種收塵器能夠適應(yīng)上述粉塵，運(yùn)行狀態(tài)正常，從根本上改變了鈹冶煉的通風(fēng)防塵狀況。由于解決了這一關(guān)鍵問(wèn)題，復(fù)產(chǎn)后車(chē)間內(nèi)空氣清潔，鈹塵濃度可以達(dá)到要求。塑燒板除塵器成功的運(yùn)用，是金屬鈹冶煉過(guò)程中防塵、防毒技

39、術(shù)的一大進(jìn)步。 新除塵器的運(yùn)用，也使過(guò)去不能回收的分解煙塵（氟化銨）得以回收，還原煙塵的收回量增加。 塑燒板除塵器在有色行業(yè)還屬于首次應(yīng)用。 3、金屬鈹冶煉車(chē)間的環(huán)境問(wèn)題 復(fù)產(chǎn)后的金屬鈹車(chē)間，產(chǎn)生母液和渣水有完善的回收、貯存設(shè)備，而且及時(shí)處理成金屬鈹珠，工藝本身無(wú)廢水。收塵設(shè)備以干法為主?？赡墚a(chǎn)生廢水的途徑為清掃衛(wèi)生，由于采用高壓水搶沖洗，用水量少（10噸/日），不會(huì)增加污水站處理的壓力。 金屬鈹生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)生的工藝渣主要是還原渣（成份MgF2），每年約40噸，經(jīng)處理后可以作商品出售。 產(chǎn)生的廢渣有：母液、渣水回收處理及其它含鈹溶液處理過(guò)程產(chǎn)生的少量鐵渣，合金級(jí)鈹珠生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的鐵

40、渣等，每年共約10噸。這些廢渣都運(yùn)至污水站經(jīng)中和后送入渣壩，永久性貯存。 可以說(shuō)，復(fù)產(chǎn)后車(chē)間產(chǎn)生的廢水、廢渣都不會(huì)造成環(huán)境污染。 經(jīng)干法收塵的廢氣可以達(dá)到含塵小于20μg/m3，進(jìn)入煙囪排放。當(dāng)然這一排放濃度還達(dá)不到鈹?shù)呐欧乓?。希望今后找到更新的技術(shù)和設(shè)備來(lái)解決這一問(wèn)題。 六、結(jié)束語(yǔ) 水口山六廠是國(guó)內(nèi)唯一的鈹冶煉廠，它的主要產(chǎn)品有金屬鈹、鈹銅母合金，高純氧化鈹?shù)然A(chǔ)鈹原料。金屬鈹珠生產(chǎn)歷經(jīng)艱辛，在初具規(guī)模后，長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)。2004年恢復(fù)生產(chǎn)后在生產(chǎn)流程，產(chǎn)品質(zhì)量，鈹?shù)姆雷o(hù)和環(huán)保方面都有很大的改進(jìn)，使金屬鈹冶煉的技術(shù)水平前進(jìn)了一大步。相信改造后的金屬鈹車(chē)間能在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)進(jìn)程中發(fā)揮作用

41、，同時(shí)也為企業(yè)贏得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 2006年6月 參考資料： 1、Designing with BERYLLIUM 2、ALUMINUM-BERYLLIUM Alloys 3、Producing Defect-free Beryllium and Beryllium Oxide 以上為Brush Wellman Inc.產(chǎn)品介紹資料 4、THE METAL BERYLLIUM The American Society for Metals 1955 5、鈹工藝進(jìn)展 西北稀有金屬材料院 1995.3 6、大學(xué)化學(xué)手冊(cè) 山東科學(xué)技術(shù)出版社會(huì) 1985 １０