稀土发光材料车间设计(design of rare earth luminescent materrials shop)

以高纯稀土氧化物为原料，经高温固相或气相反应，合成制取无机稀土发光材料的稀土冶炼厂车间设计。稀土发光材料是一种以稀土元素(铕、铽等)为激活剂和敏化剂，以稀土化合物(氧化物、硫氧化物)或其他含氧无机盐类及硫化物为基质，能在外界能量作用下发光的功能材料。

产品方案 发光材料有多种分类方法。一般按外界作用形式划分为：(1)光致稀土发光材料(灯用荧光粉)。如三基色荧光灯粉(蓝、绿、红粉)和其他灯用粉。(2)阴极射线(电子束)稀土发光材料。如彩色显像管用红粉和其他显像管(彩色投影电视等)用粉。(3)X射线稀土发光材料。如X射线增感屏用粉。(4)电致稀土发光材料。如显示用发光二极管用粉。(5)热释稀土发光材料等。前三者为主要设计产品。

工艺流程选择 稀土发光材料制取有高温固相反应法、成形高温固相反应法和气相反应法等。(1)高温固相反应法。将稀土氧化物及其他组分加助熔剂混料后装入坩埚，在高温(1200～1600℃)下烧成，可生产各类产品，原则工艺流程见图。(2)成形高温固相反应法。在烧成前将混合料压实，烧成后将压块于水中粉化。可得到粒度分布狭小的产品，并提高其发光性能和生产率。(3)气相反应法。在混料后，通硫化气(HzS等)，在高温下进行硫化反应。其产品纯度高，但反应不均匀，适于以稀土硫化物为基质的发光材料生产。由于高温固相反应法工艺技术成熟、可靠、适用面广、单耗等综合技术经济指标较好，因此，如彩色电视红色荧光粉，稀土三基色荧光粉，稀土增感荧光粉等生产线设计中一般选择此种工艺流程。

高温固相反应法工艺流程图

1-混合机}2-烧成炉；3-水分散槽；4-湿筛机；5-水洗槽；6-酸洗槽；7-真空过滤机；

8-着色槽；9-水洗槽；10-粉碎机；11-表面处理槽；12-千燥器；13-振动筛；14-混合机

主要设备 高温固相反应法工艺用主要设备有混合机、烧成炉、隧道式高温电阻炉、振动筛、搅拌槽、粉碎机、过滤机和干燥器等。烧成炉是保证产品质量的关键设备，要求控制炉内各区温度准确均匀，保证还原气氛，连续烧成。设计多选用隧道式高温电阻炉，其生产能力按下式计算

W=1440qnC_η/τ₀

式中W为生产能力，kg／d；q为每只坩埚装料量，kg；n为每次进炉坩埚数，只；C_η为荧光粉烧成率，一般C_η=0．85；τ₀为每次进料间隔时间，min。

混合机、振动筛、搅拌槽和粉碎机等设备，为防止杂质污染，其内部表面衬以非金属材料。

车间配置 车间生产流程由混料、烧成、选粉、洗净、干燥、成品混合、检测，纯水制备，气体净化，废气处理等工序组成。彩色显像管荧光粉车间设涂屏试验室。

由于生产过程主要为制粉作业，为避免互相污染，各生产线和工序之间要分区隔离配置。并将有毒物(H₂S等)逸出的工序配置在下风向，人流稀少的端头。

技术特点与要求 彩色显像管荧光粉，灯用荧光粉等生产房间内要求维持正压(>4．9×10^-3kPa)，室内空气中不小于0．5μm粒径的粉尘含量不得大于35×10⁶粒／m³，均属一般送风和空调所能达到的。混料、洗净、成品混合工序室内温度要求为18～28℃，相对湿度为50％～80％。检测室温度要求为23±2℃，相对湿度为55±10％。生产过程中供水全部用电阻率>10MΩ•cm纯水。用高纯度(≥99．99％)原料。设备、房屋建筑、配电装置等的设计要求防腐蚀。

主要技术经济指标 以常用的稀土发光材料红色荧光粉(Y₂O₅S：Eu+Fe₂O₃)为例，原材料质量要求为：氧化钇(Y₂O₃≥99．99％荧光级)，粒度0．147mm；氧化铕(Eu₂O₃≥99．99％荧光级)，粒度0．147mm；硫磺(S≥99．5％)，粒度0．833mm；氧化铁(Fe₂O₃≥98．5％)，粒度约0．025mm。生产1kg红色荧光粉消耗为：氧化钇1．15～1．20kg；氧化铕0．09kg；硫磺0．62～0．64kg；氧化铁0．0014kg。