沸腾氯化法制备氧氯化锆的工艺研究

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1、沸腾氯化法制备氧氯化锆的工艺研究摘要：采用沸腾氯化法制备氧氯化锆的技术工艺是目前最先进的工艺技术路线，利用沸腾氯化炉进行水解、加热、结晶生产出高纯氧氯化锆和高附加值的四氯化硅产品。它具有低成本、低消耗、产品纯度高等优势。关键词：沸腾氯化法，氯化炉，加热系统，蒸发，结晶，氧氯化锆，四氯化硅氧氯化锆是一种制备锆系列材料的重要中间产品，重要用途之一是用来制备含锆化学制品，如碳酸锆、硫酸锆、硝酸锆、醋酸锆等。锆英砂直接沸腾氯化法，是我国参考国外技术自行开发的一项技术，先将原料锆英砂，还原剂石油焦经过磨细混匀后

2、进入料仓，由螺旋送料器送入沸腾氯化炉进行氯化，由工频电炉加热沸腾氯化炉内的石墨管对沸腾氯化炉内的锆英砂和石油焦进行加热使锆英砂氯化为ZrCl4和SiCl4，ZrCl4分别收集在三个冷凝器中，SiCl4由于沸点较低，进入经过冷冻控制的列管冷凝器和收集器中收集。然后将ZrCl4水解制得氧氯化锆。相关的化学反应方程式：ZrSiO4+4C+4Cl2=ZrCl4+SiCl4+4COZrCl4+H2O=ZrOCl2+2HCl综上所述氯化法制取氧氯化锆，分为两个步骤：先将含锆物料如锆英砂、二氧化锆、碳化锆氯化制得四

3、氯化锆，再将四氯化锆水解结晶即可值得氧氯化锆。由于氧氯化锆或由此制得的硫酸锆是萃取分离锆铪时的中间物料，氯化水解法制取氧氯化锆较碱熔法具有流程紧凑、“三废”较易处理，环保投资少等优点。一、氧氯化锆工艺的研究背景由于资源消耗、环境污染等方面的原因，美国、欧洲、日本等发达经济体已经相继减少或停止氧氯化锆的生产，除了南非、印度等少数国家还有少量的氧氯化锆生产外，其余氧氯化锆产能几乎全部集中在我国占世界总产量95%以上；目前，我国已经成为世界上最大的氧氯化锆生产国、消费国和出口国。氧氯化锆行业产能过剩，利润大

4、幅下滑；面对如此严峻形势，要发展、增加收益，出路之一就是节约能源、降低消耗，用最少的投入去获取最大的经济效益。节能从企业的角度来讲，就是要在生产过程中有效节水、节电、降低煤耗、降低蒸汽耗，节约能源，提高单位能源的综合利用率。气相法二氧化硅企业由于没有四氯化硅原料生存艰难；氧氯化锆企业因产品市场疲软，烧碱价格高，赔钱销售；氯碱行业液氯产能过剩，制约了烧碱的产量，整个氯碱行业都在积极开发消耗氯气的产品。在以上这些背景影响下，提出了沸腾氯化法生产氧氯化锆。二、国内外氧氯化锆的工艺技术对比氧氯化锆是采用锆英砂

5、沸腾氯化法，但并没有采用国内现有的锆英砂沸腾氯化技术，而是参考国外的沸腾氯化技术并结合国内现有的技术开发出的一套适合我国国情的生产工艺。沸腾氯化炉采用国内已经成熟使用的沸腾氯化炉，但是加热系统进行了重新设计，氯化反应所需要的热量不再以工频电炉来供给，而是采用新型促进剂来提供反应所需要的热量，起炉应采用工频电炉提供热量，当炉温升到正常反应温度后，缓慢减少工频电炉的功率，这时沸腾氯化炉的自控系统会自动的添加促进剂到沸腾氯化炉内补充反应所需的热量，以控制沸腾氯化炉的氯化温度恒定为1100℃，直到完全关闭工频

6、电炉全部由促进剂来进行补热。采用促进剂进行补热比工频电炉加热具有降低产品成本、同时副产SiCl4的特点。并且能打破国内沸腾氯化炉直径不能做大的技术壁垒。这种生产工艺为国内首创。本生产工艺在氯化尾气出口不再采用国内常用的三级冷凝器，而是采用全新设计的尾气管内直喷SiCl4降温的新工艺。因为气体的传热系数小，不易间接换热，所以常规的气体间接换热器体积庞大，换热效率低下，不易控制等。而采用全新氯化尾气管内直喷SiCl4降温的新工艺后，充分利用了液体气化热远远大于气体比热容的特点，使氯化尾气迅速降温到所需的温

7、度，并利用不同氯化物沸点差的原理将大部分金属氯化物从ZrCl4中分离出来，达到除去杂质的目的，使得冷却下来的ZrCl4中只含有氯化铁、氯化镁、氯化钙等少量杂质，其它的杂质全部随低沸点的SiCl4一起送入SiCl4回收系统。达到ZrCl4回收并除杂的过程，确保了产品为高纯氧氯化锆。而且这套冷凝系统设备体积小、造价低、运行效率高、控制稳定、这套生产工艺为国内首创。除去大量杂质后的ZrCl4经过ZrCl4收集罐和三级旋风分离器分离后进入水解罐直接水解。ZrCl4收集罐和三级旋风分离器与水解罐为一体式结构，集

8、ZrCl4收集、水解配酸于一体，具有设计巧妙，设备紧凑、运行效率高、控制稳定、自动化程度高、连续水解等特点，为国内首创。水解后的生产工艺与国内现有的蒸发结晶相似，都是成熟的技术，但是在蒸发系统的设计上采用了连续进料、连续蒸发的新工艺。石墨设备的间歇进料会因为物料温度变化过大易造成设备损坏，而连续进料、连续蒸发对于石墨设备的使用非常有利，没有了物料温度的变化，延长了石墨设备的使用寿命降低了维修、维护成本。并且使得自动控制变得非常简单可靠，产品的一致性得到了