[發明專利]有氧加碳氯化生產四氯化鋯及其生產海綿鋯的方法

有效

• 申請號: 201310386792.6
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103466698A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王建鑫;陸平;劉森林;周艾然;張蘇新;楊仰軍
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號: C01G25/04
• 分類號: C01G25/04;C22B34/14
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 譚昌馳;常桂珍

技術領域

本發明涉及海綿鋯冶煉技術領域，具體來講，涉及一種適用于工業的對鋯英砂直接進行有氧加碳沸騰氯化生產四氯化鋯的方法，以及一種使用該有氧加碳沸騰氯化生產四氯化鋯方法所得產物制備海綿鋯的方法。

背景技術

鋯在地殼中的豐度約為220Lg/g，超過鎳、鋅、銅、錫、鉛和鈷等元素居第20位，中國鋯礦儲量約居世界第9位。金屬鋯及其鋯合金具有突出的核性能和優異的抗腐蝕性能及機械性能。我國2012年工業級海綿鋯的產能約為1600噸/年，并且于2012年9月4日國家核電技術公司生產出我國第一塊核級海綿鋯。氯化法制取的ZrCl₄是生產海綿鋯的重要中間產品。

在現有技術中，公開號為CN101045557A的專利文獻公開了一種四氯化鋯的制備方法，該申請采用脫硅氧化鋯細粉和石油焦混合進行沸騰氯化反應制取四氯化鋯，其優勢在于反應沒有四氯化硅產生，不僅節省電耗，還省去了四氯化硅冷凝收集裝置。然而，該申請采用脫硅氧化鋯需要增加鋯英砂脫硅工序，工藝流程繁瑣，成本高；另外，脫硅氧化鋯的氯化反應不能自熱，需外界補充熱量，并且氯化反應時間為21～22小時，因此電耗還是非常大。

目前，四氯化鋯的生產如何降低電耗是一個關鍵性問題，并如何優化四氯化鋯生產工藝也是一個主要問題。簡言之，研制一種合理可行的四氯化鋯生產方法非常必要。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術問題中的至少一項。

例如，本發明的目的之一在于提供一種低電耗的四氯化鋯生產方法及海綿鋯生產方法。

本發明的另一目的在于提供一種能夠利用鋯英砂（ZrSiO₄）直接氯化來生產四氯化鋯的方法。

本發明的一方面提供了一種有氧加碳氯化生產四氯化鋯的方法。所述方法包括以下步驟：將按重量計100份的鋯英砂與35～55份的碳質還原劑進行混合，然后加入氯化爐中；將鋯英砂和碳質還原劑的混合料預熱至1100～1250℃；向所述氯化爐中通入氯氣和氧氣的混合氣體，與所述混合料進行有氧加碳沸騰氯化反應，得到成分以四氯化鋯為主的反應產物。

本發明的另一方面提供了一種生產海綿鋯的方法。所述方法包括以下步驟：使用如上所述的有氧加碳氯化生產四氯化鋯的方法，制得成分以四氯化鋯為主的反應產物；對所述反應產物進行氧化處理，得到海綿鋯。

與現有技術相比，本發明的有益效果包括：工藝流程短、電耗低、成本低以及反應能夠穩定順行。

附圖說明

通過下面結合附圖進行的描述，本發明的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中：

圖1示出了根據本發明示例性實施例的有氧加碳氯化生產四氯化鋯方法的示意圖。

具體實施方式

在下文中，將結合示例性實施例來詳細說明本發明的有氧加碳氯化生產四氯化鋯及其生產海綿鋯的方法。

根據本發明的一方面的有氧加碳氯化生產四氯化鋯的方法包括以下步驟：將按重量計100份的鋯英砂與35～55份的碳質還原劑進行混合，然后加入氯化爐中；將鋯英砂和碳質還原劑的混合料預熱至1100～1250℃；向所述氯化爐中通入氯氣和氧氣的混合氣體，與所述混合料進行有氧加碳沸騰氯化反應，控制反應溫度為1050～1200℃，得到成分以四氯化鋯為主的反應產物。

在本發明中，鋯英砂也可稱為鋯砂、鋯英石，它是一種以鋯的硅酸鹽(ZrSiO₄)為主要組成的礦物。例如，鋯英砂中ZrSiO₄的含量通常為97wt%以上，其中，氧化鋯組分含量通常為64%～68%。

在本發明的有氧加碳氯化生產四氯化鋯的方法的一個示例性實施例中，預熱步驟通過向氯化爐中通入氧氣或空氣與混合料中的碳質還原劑進行燃燒反應來實現。這樣能夠對混合料進行均勻加熱，且加熱效果良好，而且大大降低了電耗，并且不會使混合料產生諸如由感應加熱等方式而造成的局部過熱，從而避免了混合料出現局部燒結或粘結，進而避免了后續沸騰氯化反應效果的劣化。

在本發明的有氧加碳氯化生產四氯化鋯的方法的一個示例性實施例中，優選地，預熱步驟將混合料預熱至1150～1230℃，因為該氯化反應的觸發溫度為1050℃，故預熱溫度應高于該觸發溫度。

在本發明的有氧加碳氯化生產四氯化鋯的方法的一個示例性實施例中，混合料優選由按重量計100份的鋯英砂與35～55份的碳質還原劑混合形成。