[发明专利]有氧加碳氯化生产四氯化锆及其生产海绵锆的方法

说明书

技术领域

本发明涉及海绵锆冶炼技术领域，具体来讲，涉及一种适用于工业的对锆英砂直接进行有氧加碳沸腾氯化生产四氯化锆的方法，以及一种使用该有氧加碳沸腾氯化生产四氯化锆方法所得产物制备海绵锆的方法。

背景技术

锆在地壳中的丰度约为220Lg/g，超过镍、锌、铜、锡、铅和钴等元素居第20位，中国锆矿储量约居世界第9位。金属锆及其锆合金具有突出的核性能和优异的抗腐蚀性能及机械性能。我国2012年工业级海绵锆的产能约为1600吨/年，并且于2012年9月4日国家核电技术公司生产出我国第一块核级海绵锆。氯化法制取的ZrCl₄是生产海绵锆的重要中间产品。

在现有技术中，公开号为CN101045557A的专利文献公开了一种四氯化锆的制备方法，该申请采用脱硅氧化锆细粉和石油焦混合进行沸腾氯化反应制取四氯化锆，其优势在于反应没有四氯化硅产生，不仅节省电耗，还省去了四氯化硅冷凝收集装置。然而，该申请采用脱硅氧化锆需要增加锆英砂脱硅工序，工艺流程繁琐，成本高；另外，脱硅氧化锆的氯化反应不能自热，需外界补充热量，并且氯化反应时间为21～22小时，因此电耗还是非常大。

目前，四氯化锆的生产如何降低电耗是一个关键性问题，并如何优化四氯化锆生产工艺也是一个主要问题。简言之，研制一种合理可行的四氯化锆生产方法非常必要。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术问题中的至少一项。

例如，本发明的目的之一在于提供一种低电耗的四氯化锆生产方法及海绵锆生产方法。

本发明的另一目的在于提供一种能够利用锆英砂（ZrSiO₄）直接氯化来生产四氯化锆的方法。

本发明的一方面提供了一种有氧加碳氯化生产四氯化锆的方法。所述方法包括以下步骤：将按重量计100份的锆英砂与35～55份的碳质还原剂进行混合，然后加入氯化炉中；将锆英砂和碳质还原剂的混合料预热至1100～1250℃；向所述氯化炉中通入氯气和氧气的混合气体，与所述混合料进行有氧加碳沸腾氯化反应，得到成分以四氯化锆为主的反应产物。

本发明的另一方面提供了一种生产海绵锆的方法。所述方法包括以下步骤：使用如上所述的有氧加碳氯化生产四氯化锆的方法，制得成分以四氯化锆为主的反应产物；对所述反应产物进行氧化处理，得到海绵锆。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：工艺流程短、电耗低、成本低以及反应能够稳定顺行。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明示例性实施例的有氧加碳氯化生产四氯化锆方法的示意图。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的有氧加碳氯化生产四氯化锆及其生产海绵锆的方法。

根据本发明的一方面的有氧加碳氯化生产四氯化锆的方法包括以下步骤：将按重量计100份的锆英砂与35～55份的碳质还原剂进行混合，然后加入氯化炉中；将锆英砂和碳质还原剂的混合料预热至1100～1250℃；向所述氯化炉中通入氯气和氧气的混合气体，与所述混合料进行有氧加碳沸腾氯化反应，控制反应温度为1050～1200℃，得到成分以四氯化锆为主的反应产物。

在本发明中，锆英砂也可称为锆砂、锆英石，它是一种以锆的硅酸盐(ZrSiO₄)为主要组成的矿物。例如，锆英砂中ZrSiO₄的含量通常为97wt%以上，其中，氧化锆组分含量通常为64%～68%。

在本发明的有氧加碳氯化生产四氯化锆的方法的一个示例性实施例中，预热步骤通过向氯化炉中通入氧气或空气与混合料中的碳质还原剂进行燃烧反应来实现。这样能够对混合料进行均匀加热，且加热效果良好，而且大大降低了电耗，并且不会使混合料产生诸如由感应加热等方式而造成的局部过热，从而避免了混合料出现局部烧结或粘结，进而避免了后续沸腾氯化反应效果的劣化。

在本发明的有氧加碳氯化生产四氯化锆的方法的一个示例性实施例中，优选地，预热步骤将混合料预热至1150～1230℃，因为该氯化反应的触发温度为1050℃，故预热温度应高于该触发温度。

在本发明的有氧加碳氯化生产四氯化锆的方法的一个示例性实施例中，混合料优选由按重量计100份的锆英砂与35～55份的碳质还原剂混合形成。