化学原料的处理制造技术

一种含锆原料的处理方法，包括将包含分解锆石('DZ')的原料氟化以获得氟锆化合物和氟硅化合物。将氟锆化合物与氟硅化合物分离。可选地，将氟锆化合物与非氟卤素、碱金属非氟卤化物或碱土金属非氟卤化物进行反应，从而获得锆的非氟卤化物。在等离子还原阶段中，在还原剂的存在下，对所述氟锆化合物或者，当存在所述锆的非氟卤化物时，对所述锆的非氟卤化物进行等离子还原，获得金属锆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】化学原料的处理
本专利技术涉及化学原料的处理，尤其涉及一种含锆原料的处理方法。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种含锆原料的处理方法，包括:将包含分解锆石(，DZ’ )的原料氟化以获得氟锆化合物和氟硅化合物；将氟锆化合物与氟硅化合物分离；可选地,将所述氟锆化合物与非氟卤素、碱金属非氟卤化物或碱土金属非氟卤化物进行反应，从而获得锆的非氟卤化物；以及在等离子还原阶段中，在还原剂的存在下，对所述氟锆化合物或者，当存在所述锆的非氟卤化物时，对所述锆的非氟卤化物进行等离子还原，获得金属锆。该原料最初可以为等离子分解锆石(’roz’)的形式。可替代地，所述方法可包括对锆石进行等离子分解以获得roz。PDZ主要或甚至全部含有ZrO2.SiO2，但也可以含有部分铪，典型地为HfO2.SiO2的形式。所述氟锆化合物可以为不含氧的化合物，例如氟化锆，或者其可以为含氧化合物，例如氟氧化锆，或者这 些化合物的混合物。所述原料的氟化可包括将所述PDZ与具有化学式为NH4F.xHF的酸式氟化铵进行反应，其中l〈x ( 5。可替代地，所述原料的氟化可包括将所述PDZ与氟化氢铵NH4F.HF进行反应。从而该反应可根据反应(I)进行:[0011 ] ZrO2.Si02+8NH4F.HF — (NH4) 3ZrF7+ (NH4) 2SiF6+3NH4F+4H20......(I)其中，(NH4)3ZrF7,(NH4)2SiF6，3NH4F 和 4H20 构成反应产物混合物。当所述PDZ包含铪时，就Hf而言将发生类似的反应，典型地为HfO2.SiO2的形式。所述氟锆化合物((NH4)3ZrF7)与所述氟硅化合物((NH4)2SiF6)的分离可通过以下步骤实现:加热所述反应产物混合物到足够高的温度，使得(NH4)2SiF6, NH4F和H2O作为气体产物组分挥发，而(NH4)3ZrF7作为固体组分留下；然后进一步加热所述固体组分，使得(NH4) 3ZrF7根据反应(2 )进行分解:(NH4) 3ZrF7 — ZrF4+3NH4F..............................(2)并且将ZrF4与NH4F分离。(NH4)2SiF6挥发的温度为280°C左右，从而允许其随NH4F和H2O —同作为气体产物挥发。然后(NH4)2SiFjg据反应(3)可以被分解生成四氟化硅(SiF4)或其它的硅化合物和氟化铵(NH4F):(NH4)2SiF6 — SiF4+2NH4F..............................(3)如果需要，产物氟化铵(NH4F)可以被回收用于反应(I)中。(NH4) 3ZrF7 在大约 300°C 以上分解。[0021 ] 用氟化氢铵处理PDZ可参照PCT/IB2010/053448，其通过引用结合在本文中。用酸式氟化铵处理PDZ可参照PCT/IB2010/054067，其通过引用结合在本文中。应了解，当所述PDZ含有铪时，PDZ与氟化氢铵或酸式氟化铵反应时也会生成铪的氟化物，例如，四氟化铪。则该方法可包括，当四氟化锆(ZrF4)和四氟化铪(HfF4)均生成时，将四氟化锆与四氟化铪分离。例如，如果需要典型地具有铪含量少于IOOppm的核级锆金属，即铪贫化锆金属，作为最终产物时，则需要这种分离。这种分离可通过升华、选择性的沉淀和结晶、液/液萃取、蒸发渗透萃取(evaporative pertraction)、蒸懼或类似方法来实现。可以与氟锆化合物反应的非氟卤素可以，至少在理论上，为除了氟之外的任何卤素，即氯、溴或碘；然而，优选氯。类似的，当所述氟锆化合物与碱金属非氟卤化物或碱土金属非氟卤化物进行反应时，卤化物中的卤素可以为除了氟之外的任何卤素，即氯、溴或碘；然而，优选氯。例如，可使用碱土金属非氟卤化物，其从而可以为氯化镁，MgCl2。当实施四氟化锆(ZrF4)与碱土金属非氟卤化物的反应时，可在高温阶段实现，例如在电弧中。当所述碱土金属非氟卤化物为MgCl2时，该反应按反应(4)进行:ZrF4+2MgCl2 — ZrCl4+2MgF2..............................(4)据发现，四氟化锆(ZrF4)向四氯化锆(ZrCl4)的转化降低了用以生成粉末状金属锆的等离子还原的反应温度。 还原剂可以为选自Mg、Ca和Zn组成的群组中的金属。可替代地，还原剂可以为选自H2和NH3组成的群组中的还原性气体。在还原过程中，形成金属锆和等当量的还原剂卤化物，如氯化物，的混合物。将所述氟锆化合物或者，当存在所述锆的非氟卤化物时，使所述锆的非氟卤化物等离子还原可以在等离子反应器中实施。所述等离子反应器可提供非转移弧等离子用于实施所述等离子还原。优选地，所述等离子反应器为轴流反应器，典型地，具有单个轴向安装的焰炬(torch)。等离子体可以随等离子气体或者等离子气体的混合物产生，例如，氩气、氮气和氦气。当从所述反应器中移出时，在所述等离子反应器中产生的金属锆例如可以为粉末金属的形式。初始原料可以从单一原料源或者从多个原料源中获得。当该原料从不同原料源获得时，该原料或者可以沿各自的原料进料线分别引入所述反应器中，或者作为原料混合物沿单一的原料进料线引入。次级原料，即所述氟锆化合物或所述锆的非氟卤化物，可在等离子焰上方、直接进入等离子焰或在等离子焰下方被引入等离子反应器。因此，除其它作用外，等离子还用于将所述次级原料加热至还原反应可以发生的温度。所述等离子还原优选在连续的基础上实现。然而，所述等离子还原预期也可以在批式的基础上实现。优选地，本专利技术所述方法是连续的方法。用于等离子还原阶段的原料，即所述次级原料，因此包括四氟化锆(ZrF4)或四氯化锆(ZrCl4)。另外，该原料可以包括部分四氟化铪(HfF4)或四氯化铪(HfCl4)。通常可以是这样的情况，例如(i)如果所述次级原料包括含有铪(Hf)作为杂质的四氟化锆(ZrF4)或四氯化锆(ZrCl4),这与初始的主要矿物原料有关，或者(ii)如果所述次级原料包括四氯化锆，其中的铪成分已经被还原。当所述次级原料包括四氟化锆并且还原剂是镁时，等离子还原反应将根据反应(5 )进行:ZrF4+2Mg — Zr+2MgF2............................(5)当所述次级原料包括四氯化锆并且还原剂是镁时，等离子还原反应将根据反应(6)进行:ZrCl4+2Mg — Zr+2MgCl2...........................(6)当所述次级原料包括四氟化铪并且还原剂是镁时，等离子还原反应将根据反应(7)进行:HfF4+2Mg — Hf+2MgF2...........................(7)当所述次级原料包括四氯化铪并且还原剂是镁时，等离子还原反应将根据反应(8 )进行: HfCl4+2Mg — Hf+2MgCl2........................(8)当还原剂是氢气时，等离子还原反应将根据反应(9)进行:ZrCl4+2H2 — Zr+4HC1..............................(9)还原剂，即例如1%、0&、211、!12或順3，通常会以化学计量使用，但是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含锆原料的处理方法，其包括：将包含分解锆石('DZ')的原料氟化以获得氟锆化合物和氟硅化合物；将所述氟锆化合物与所述氟硅化合物分离；可选地，将所述氟锆化合物与非氟卤素、碱金属非氟卤化物或碱土金属非氟卤化物进行反应，从而获得锆的非氟卤化物；以及在等离子还原阶段中，在还原剂的存在下，对所述氟锆化合物或者，当存在所述锆的非氟卤化物时，对所述锆的非氟卤化物进行等离子还原，获得金属锆。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.11 ZA 2011/074551.一种含锆原料的处理方法，其包括: 将包含分解锆石(’DZ’)的原料氟化以获得氟锆化合物和氟硅化合物； 将所述氟锆化合物与所述氟硅化合物分离； 可选地,将所述氟锆化合物与非氟卤素、碱金属非氟卤化物或碱土金属非氟卤化物进行反应，从而获得锆的非氟卤化物；以及 在等离子还原阶段中，在还原剂的存在下，对所述氟锆化合物或者，当存在所述锆的非氟卤化物时，对所述锆的非氟卤化物进行等离子还原，获得金属锆。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述原料为主要含有ZrO2.SiO2的等离子分解锆石(’ PDZ，)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述原料的氟化包括将所述PDZ与化学式为NH4F.xHF的酸式氟化铵进行反应，其中l〈x ( 5。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述原料的氟化包括将所述PDZ与氟化氢铵NH4F.HF根据反应(I)进行反应:ZrO2.Si02+8NH4F.HF — (NH4) 3ZrF7+ (NH4) 2SiF6+3NH4F+4H20......(I) 其中，(NH4)3ZrF7, (NH4)2SiF6，3My^P 4H20构成反应产物混合物。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述氟锆化合物((NH4)3ZrF7)与所述氟硅化合物((NH4)2SiF6)的分离通过以下步骤实现:加热所述反应产物混合物到足够高的温度，使得所述(NH4)2SiF6,順/和邮作为气体产物组分挥发，而所述(NH4)3ZrF7作...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·T·奈尔，W·L·雷蒂夫，约翰·路易斯·哈文加，W·杜普莱西斯，约翰尼斯·彼得勒斯·勒·鲁，
申请(专利权)人：南非原子能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：南非;ZA