铍冶炼厂设计(engineering design of berillium plant)

以铍精矿为原料，经硫酸盐法、氟化物法等处理工序。生产各种铍产品的稀有金属，台炼厂设计。设计主要范围包括：硫酸盐法氧化铍车问设计、氟化物法氧化镀车间设计、镀铜母合金车间设计、金属敏车间设计和高纯氧化敏车间设计。主要的工业铍矿物有绿柱石和硅铍石。主要铍产品有：氧化铍、铍合金和金属铍三类。

简史20世纪20～30年代，德、美等国开始以硫酸盐法和氟化物法处理绿柱石，进行铍产品的工业生产。40～50年代间，英、法、苏、日等国先后建立铍冶炼工厂。1969年美国以本国的硅铍石为原料，在犹他州建立新的铍冶炼厂。70年代中期，除美国外，西方国家的铍冶炼厂均中止继续处理铍矿物。1978年，美国又在犹他卅I的冶炼厂中设计建成处理进口绿柱石的新生产系统。

中国于1957年设计建成以硫酸盐法处理绿柱石的铍冶炼厂，翌年又在该厂建成以镁还原法制取金属铍的车间。其后又在一些工厂建成了采用氟化物法生产铍的冶炼车间。1966年首次采用萃取流程处理低品位绿柱石。70年代，除硫酸盐法铍冶炼厂外，其他方法的铍冶炼均已中止生产。

原料绿柱石曾是铍冶炼工业的唯一原料。由于绿柱石的供应量逐渐减少，其他一些重要的铍矿物(见表)已经或将要进入工业应用。在60年代末，美国开发了硅铍石矿山以后，采用硅铍石者已约占铍工业原料供应量(以含铍量计)的70%。80年代以后，加拿大的似晶石矿进入勘探和试验阶段，日光榴石亦已在铍冶炼生产中少量应用。

重要的铍工业矿物

工业绿柱石精矿含：BeO>10%，其成分一般为BeO 10%～13%，Al₂O₃ 16%～19%，SiO₂ 64%～70%，碱金属氧化物1%～2%，Fe l%～2%。美国犹他州硅铍石原矿平均品位为BeO 0.62%左右，不经选矿直接用于冶炼，其典型组成为BeO 0.5%～1.5%，SiO₂ 60%～80%，Al₂O₃ 10%～15%，CaCO₃ l%～5%，Mn 2%～3%，Fe₂O₃ 1%～2%。

产品方案氧化铍产品有工业氧化铍、高纯氧化铍、核纯氧化铍和氧化铍陶瓷；铍合金产品主要有铍铜合金、铍铝合金和铍镍合金；金属铍产品有铍珠、铍锭、铍粉及其制品。

铍为剧毒金属，一般铍冶炼厂设计有两种产品方案。一是集中生产，冶炼厂处理铍矿物并生产全部三个系列产品(氧化铍、铍母合金和金属铍)，以便于集中控制，加强环境保护工作；二是从中间产品(氧化铍或铍母合金)开始，主要生产广泛应用的一类或几类产品(如铍铜合金或氧化铍陶瓷)，以避免矿物处理作业带来的严重环境污染。多数铍冶炼厂均采用后一产品方案。

工艺流程选择主要按氧化铍、铍合金和金属铍三类产品及不同性质原料进行选择。整个工艺流程包括：处理铍精矿(或矿物)，制取氢氧化铍及氧化铍，从氧化铍制取铍铜合金和从氢氧化铍制取金属铍等工序。

工业上处理绿柱石制取氧化铍的方法有氟化物法(见氟化物法氧化铍车间设计)和硫酸盐法(见硫酸盐法氧化铍车间设计)。

氟化物法流程简单，可处理低品位绿柱石精矿，设备腐蚀问题较小，实收率较高。曾为许多国家规模较小的铍冶炼厂广泛采用。

硫酸盐法一般用于处理品位较高(BeO>10%)的绿柱石精矿，一直被世界最主要的铍生产者美国布拉什韦尔曼公司(BrushWellmanInc.BWI)沿用。硫酸盐法的新进展是其硫酸盐浸出液的净化改用萃取法，新设计的生产系统已用于处理品位较低的绿柱石精矿。

硅铍石较易于分解，原矿不经选矿，直接用硫酸于接近沸点的温度下浸出，用萃取法净化，并以碱式碳酸铍沉淀。该法制得的氢氧化铍纯度高。

由绿柱石及硅铍石制取氢氧化铍的硫酸盐萃取法流程见图。

从氢氧化铍制取高纯氧化铍的方法主要有硫酸铍结晶法和碱式碳酸铍分解法等(见高纯氧化敏车间设计)。

制取铍铜母合金一般均采用氧化铍碳还原法(见铍铜母合金车间设计)。

从氧化铍或氢氧化铍制取金属铍的方法有氯化铍熔盐电解法和氟化铍镁还原法(见金属铍车间设计)。

设备选择除应满足工艺要求外，所有直接用于铍冶炼过程的设备，均须同时满足环境保护的要求。设计中尽可能采用高密闭性、维修次数少、机械化和自动化程度高并易于实现隔离作业的设备。

车间组成一般由氧化铍、高纯氧化铍、铍铜母合金和金属铍等生产车间和辅助设施组成。重要的辅助设施有污水处理、总排风机站、渣库、化验室、环境监测站和工作服洗涤房等。

工厂布置与特殊要求铍冶炼厂须设置在远离城市和人烟稀少的地区。厂内污染区与非污染区要严格分开，并设置中间隔离地带和通过式淋浴更衣室。非污染区和生活设施均布置在厂区上风向，并与生产车间保持足够的防护距离。各生产车间尽量靠近或连成一片，以缩短含铍物料的外部运输距离，防止污染物的意外扩散。

铍毒防护铍为剧毒金属，所有生产铍产品的国家都制定了严格的环境标准。(1)车间8h工作时间内，作业区空气中平均含铍浓度不得超过1μg/m³(中国及前苏联)或2μg/m³。(美国及其他西方国家)。(2)任何时间一次检测车间空气含铍浓度不得超过25μg/m³。(3)铍厂邻近地区空气中月平均含铍浓度不得超过0.01μg/m³。

在铍冶炼厂设计中，必须从多方面采取措施，进行综合治理，以确保车间和工厂外部环境均能符合标准的规定。包括：(1)采用无或极少污染物排放的流程、作业和设备，使铍生产尽可能构成高度封闭的系统。(2)采用隔离和自动化作业，尽可能避免操作人员与含铍物质的直接接触。要严格分开污染区和非污染区。(3)设计局部排风系统，分别对车间内所有密闭设备及非密闭设备的通风罩或隔离间进行抽风，保持微负压。同时设计整体通风系统对车间进行整体换气。所有排风系统抽出的含铍气体均经过有效净化处理后稀释排放。(4)将工厂所有废水按有无铍污染设计成分流系统，并最大限度地将含铍废水返回利用。对不能返回利用的部分含铍废水，要考虑有效的处理设施。(5)车间排风及废气处理系统的风机和水泵等均设计成双电源，车间构筑物及电气系统等均采取有效的防火措施，以防止由于断电或火灾而引起的环境污染事故。(6)在污染区中设置中和含铍废渣和处理含铍工业废物的设施。要设计废渣的输送系统、运送工业废物的密封设备以及专用的渣库，渣库应有防止飞散和渗漏的措施。(7)采用耐用的设备及其附件，以尽量减少维修次数。专用的设备检修间应按污染区的要求进行设计。(8)车间内部各种非输送含铍物质的管、线应尽量减少暴露，车间内部的构筑物应设计成便于清洗和除尘。(9)设计采用有效的环境监测系统和可以及时进行事故处理的应急措施。

主要技术指标从绿柱石到氢氧化铍的实收率：氟化物法为90%；硫酸盐法为80%。从硅铍石到氢氧化铍的实收率，硫酸盐萃取法为80%。从氧化铍到铍铜母合金的实收率，碳还原法约为95%。从氢氧化铍到金属铍的实收率，镁还原法不到85%。