[发明专利]锆英砂沸腾氯化装置排放的尾气回收利用方法

说明书

技术领域

本发明是一种锆英砂沸腾氯化装置排放的尾气回收利用方法。属于锆的卤化物制备方法。

背景技术

锆英砂是锆英石矿物经过加工、选矿而得的锆英石(ZrSiO₄)精矿，其理论组成为：ZrO₂含量为67.21％，SiO₂含量为32.79％。锆英砂是生产金属锆及其化学制品的主要原料。用于制备四氯化硅、氧氯化锆和二氧化锆等。

锆英砂沸腾氯化工艺即锆英砂直接氯化工艺，是指锆英砂与石油焦按照一定配比混合研磨后，在沸腾氯化炉中在950～1100℃温度下，通入氯气进行反应，生成四氯化锆(ZrCL₄)和四氯化硅(SiCl₄)两种主要产物的工艺过程。

沸腾氯化，在流体的作用下使固体颗粒悬浮起来，因此固体颗粒具有了流体的某些表观特性，物料间的接触得到了强化，故亦被称为流态化技术。其应用于锆英砂氯化工艺称为锆英砂沸腾氯化。主要化学反应式如下：

ZrSiO₄+4Cl₂+4C＝ZrCl₄+SiCl₄+4CO

通常，通过控制冷凝温度将二者分离开来，各自作为产品收集，或者作为中间产品，进一步加工为海绵锆、氧氯化锆等最终产品。

纯ZrCl₄在常温下是固态，其升华点为331℃，SiCl₄的沸点是57℃，在沸腾氯化反应条件下，两种产物均以气态形式产出。首先收集ZrCl₄产品，或者进而以ZrCl₄为原料继续生产海绵锆产品；或者根据需求，将ZrCl₄水解制得氧氯化锆。SiCl₄由于沸点低，收集ZrCl₄产品后的气体，再继续经过冷凝、精制、制得SiCl₄产品。

锆英砂沸腾氯化装置，通过氯气对锆英砂的氯化，在制得四氯化锆产品的同时，制得了产品四氯化硅，为生产气相法二氧化锆提供了优质原料。使得不可多得的宝贵的锆英砂矿产资源得到了有效的利用。彻底解决了锆英砂分解制备锆产品工业中，废硅渣的排放所导致的诸多弊端。

因此，锆英砂沸腾氯化装置的工艺方法，具有碱熔法无法比拟的低成本、低污染的特点，同时产品中的SiO₂、Na₂O、TiO₂、硫酸盐等一些杂质，在冷却回收ZrCl₄时得到去除。避免了这些杂质进入后续的系统。

锆英砂沸腾氯化工艺直接将锆英砂原料转化为ZrCl₄和SiCl₄产品，原料利用率高，产品生产成本低，废气废渣排放较少；具有设备紧凑、运行效率高、控制稳定、自动化程度高等优点。被广泛采用。

但是，现有技术中还存在如下不足：

1.在锆英砂沸腾氯化装置排放的尾气中，含有数量较多Cl₂、CO，是具有很高利用价值的宝贵资源。尚未得到有效的分离和利用。造成资源浪费。

2.现有技术中，锆英砂沸腾氯化工艺产生的气态产物，经首先分离收集ZrCl₄以后，再继续收集并精制SiCl₄，最后，尾气经过简单的碱液吸收后，CO由点火装置点燃后，燃烧排放。或者送入锅炉作为燃料使用。不仅即浪费资源，而且存在CO燃烧、爆炸、中毒等安全隐患。

3.CO燃烧焓产生的CO₂，CO₂是主要的温室气体，会加剧大气的温室效应，导致全球变暖，并由此引发自然灾害，严重的威胁着人类的生存和发展。

4.现有技术中，Cl₂作为氯化反应的主要原料，由于没有回收循环利用，导致原料消耗增加，产品生产成本的提高。

5.现有技术中，Cl₂作为氯化反应的主要原料，由于没有回收循环利用，锆英砂与Cl₂的摩尔配比，只能维持在1：6左右，限制了锆英砂氯化反应的反应速度。影响了装置的生产能力的提高。

一种能够有效利用Cl₂和CO资源，减少温室气体CO₂的排放；避免因CO排放导致的燃烧、爆炸、中毒等安全事故发生；能够降低锆英砂沸腾氯化装置产品的生产成本，提高装置生产能力的锆英砂氯化装置排放尾气的完全回收利用方法，是人们所期待的。

发明内容