四氯化锆和二氧化锆的制备工艺制造技术

技术编号:18997942 阅读:101 留言:0更新日期:2018-09-22 04:34
本发明专利技术公开了一种四氯化锆和二氧化锆的制备工艺,四氯化锆的制备工艺包括以下步骤:1)向一级沸腾氯化炉中加入锆英砂、碳还原剂、氯气,加热,发生一级氯化反应,生成四氯化锆、四氯化硅、一氧化碳、二氧化碳,得到第一气体混合物;2)从第一气体混合物中分离出一氧化碳,将一氧化碳通入到二级沸腾氯化炉中,向二级沸腾氯化炉中加入锆英砂、氯气,加热,发生二级氯化反应,生成四氯化锆、四氯化硅、二氧化碳,得到第二气体混合物。工艺中的两级氯化反应可促进CO作为还原剂的反应,将两级氯化反应耦合,可以充分有效利用一级氯化反应产生的具有还原潜力的CO,减少整个工艺中的反应原料的投入,以降低生产成本并减少温室气体的排放。

Preparation technology of zirconium chloride four and two zirconium oxide

The invention discloses a preparation process of zirconium tetrachloride and zirconium dioxide. The preparation process of zirconium tetrachloride comprises the following steps: 1) adding zircon sand, carbon reductant and chlorine gas into the first-stage fluidized chlorination furnace, heating, and the first-stage chlorination reaction occurs to produce zirconium tetrachloride, silicon tetrachloride, carbon monoxide and carbon dioxide, and obtaining the first-stage chloride. A gas mixture; 2) Carbon monoxide is separated from the first gas mixture. Carbon monoxide is introduced into the second-stage fluidized chlorination furnace. Zircon sand and chlorine gas are added to the second-stage fluidized chlorination furnace and heated. The second-stage chlorination reaction occurs, resulting in zirconium tetrachloride, silicon tetrachloride and carbon dioxide. The two-stage chlorination reaction in the process can promote the reaction of CO as a reductant. Coupling the two-stage chlorination reaction can make full use of the reductive potential CO produced by the first-stage chlorination reaction, reduce the input of raw materials in the whole process, reduce production costs and reduce greenhouse gas emissions.

【技术实现步骤摘要】
四氯化锆和二氧化锆的制备工艺
本专利技术属于四氯化锆生产
,具体涉及一种四氯化锆和二氧化锆的制备工艺。
技术介绍
目前工业上上生产氧化锆主要采用电熔法和碱熔法。电熔法生产氧化锆的生产工艺是将锆英砂和石油焦通过高温电弧的作用,硅酸锆在1540℃时开始分解,分解量随着温度升高而增大,生成氧化锆和二氧化硅,同时碳夺取二氧化硅中的一个氧生成一氧化碳和一氧化硅气体,一氧化硅气体在逸出过程中,被氧化成二氧化硅。电熔法生产具有工艺路线短、质量稳定、成本低的优点,主要的缺点是纯度较低,产生大量固废,目前国内生产的电熔锆纯度平均在98.5%,由于纯度较低,限制了电熔氧化锆在高端产品领域中的应用。碱熔法也称为烧结法,该工艺的实质是用碱分解锆英砂,通过酸浸、结晶获得ZrOCl2·8H2O。根据加入碱的种类,烧结法还可进一步分为氢氧化钠烧结法、碳酸钠烧结法、碳酸钙烧结法和氧化钙烧结法。碱熔法工艺也存在明显的缺点,突出问题是废酸、废碱、废渣三废的排放量大,造成的环境污染比较严重,此外还存在如生产过程不连续、效率低、能源消耗大、自动化水平低等问题。当前随着国家环保政策的日益严格,碱熔法的生产工艺越来越难以为继。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足,提供一种四氯化锆和二氧化锆的制备工艺,可以充分有效利用一级氯化反应产生的具有还原潜力的CO,减少整个工艺中的反应原料的投入,以降低生产成本并减少温室气体的排放。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是提供一种四氯化锆的制备工艺,包括以下步骤:1)向一级沸腾氯化炉中加入锆英砂、碳还原剂、氯气,加热,发生一级氯化反应,生成四氯化锆、四氯化硅、一氧化碳、二氧化碳,得到第一气体混合物;第一气体混合物包括四氯化锆、四氯化硅、一氧化碳、二氧化碳。2)从第一气体混合物中分离出一氧化碳,将一氧化碳通入到二级沸腾氯化炉中,向二级沸腾氯化炉中加入锆英砂、氯气,加热,发生二级氯化反应,生成四氯化锆、四氯化硅、二氧化碳,得到第二气体混合物。第二气体混合物包括四氯化锆、四氯化硅、二氧化碳。步骤1)中的一级氯化反应:ZrSiO4+C+Cl2=ZrCl4+SiCl4+CO+CO2(1)步骤2)中的二级氯化反应:ZrSiO4+Cl2+CO=ZrCl4+SiCl4+CO2(2)设计两级氯化反应的目的在于:由于本工艺的反应温度较高,高温下CO会存在一个歧化反应:2CO=CO2+C,在一级沸腾氯化炉中已经有大量的CO2和C存在,将抑制CO歧化反应的进行,进而抑制CO作为还原剂的作用,故而设计两级氯化法,以充分促进CO作为还原剂的反应。增加反应(2),将两级氯化反应进行耦合,可以充分有效利用反应(1)中产生的具有还原潜力的CO,减少整个工艺中的反应原料的投入,以降低生产成本并减少温室气体的排放。优选的是,所述步骤1)中还包括向一级沸腾氯化炉中加入添加剂,和/或,所述步骤2)中还包括向二级沸腾氯化炉中加入添加剂,其中,添加剂为碳化硅、硅铁、多晶硅生产过程中形成的废硅粉中的一种或几种。添加剂与氯气反应的放热用于锆英砂和氯气反应所需的热量,同时添加剂和氯气反应可以直接生成四氯化硅,增加四氯化硅产量。碳化硅等同时含有碳元素和硅元素的添加剂,除了具有上述作用外,碳化硅还可以起到还原剂的作用。优选的是,所述步骤1)中向一级沸腾氯化炉中加入锆英砂与添加剂的质量比为(6~10):1;所述步骤2)中向二级沸腾氯化炉中加入锆英砂与添加剂的质量比为(6~10):1。优选的是,所述步骤1)中锆英砂与碳还原剂的质量比为(4~8):1。优选的是,所述碳还原剂为石油焦、活性炭、精煤中的一种或几种。优选的是,碳还原剂的粒径为50~200目。优选的是,所述步骤1)中的加热温度为900~1300℃,和/或,所述步骤2)中的加热温度为900~1300℃。优选的是,所述步骤1)中向一级沸腾氯化炉中加入固体物料的进料速率为10~100kg/h,氯气进料速率为20~25kg/h;所述步骤2)中向二级沸腾氯化炉中加入固体物料的进料速率为10~50kg/h,氯气进料速率为20~25kg/h,一氧化碳的进料速率为6~20kg/h。优选的是,所述步骤2)之后还包括步骤a)通过冷却除去第一气体混合物和/或第二气体混合物中的四氯化锆、三氯化铝、四氯化钛、四氯化硅,再通过碱洗除去二氧化碳,再通过干燥除去水,再将通过干燥除去水得到的气体通入到二级沸腾氯化炉中作为原料气,通过干燥除去水得到的气体的主要成分为一氧化碳。优选的是,所述步骤2)之后还包括步骤3)将第一气体混合物和/或第二气体混合物通入冷却器组冷却到200~300℃,其中的四氯化锆固化,分别得到分离开的固相的四氯化锆、气相的第一混合物。优选的是,所述步骤3)中冷却器组包括第一冷却器和第二冷却器,第一冷却器与第二冷却器连接,所述步骤3)具体为先将第一气体混合物和/或第二气体混合物通入第一冷却器冷却到350~450℃,再通入到第二冷却器冷却到200~300℃。优选的是,所述步骤3)之后还包括步骤4)将第一混合物通入第三冷却器冷却到140~170℃,其中的氯化铝固化,分别得到分离开的固相的氯化铝、气相的第二混合物。优选的是,所述步骤4)之后还包括步骤5)将第二混合物通入第四冷却器冷却到60~80℃,其中的四氯化钛固化,分别得到分离开的固相的四氯化钛、气相的第三混合物。优选的是,所述步骤5)之后还包括步骤6)将第三混合物通入深冷器冷却到-20~0℃,其中的四氯化硅液化,分别得到分离开的液相的四氯化硅、气相的第四混合物。优选的是,所述步骤6)之后还包括步骤7)将第四混合物通入碱洗槽除去二氧化碳、再通入干燥器除去水,得到可通入到二级沸腾氯化炉中的一氧化碳,一氧化碳用作二级氯化反应的还原剂。本专利技术还提供一种二氧化锆的制备工艺,包括以下步骤:(1)通过权利要求1~13任意一项所述的制备工艺制备四氯化锆;(2)将四氯化锆与氧化性气体混合,加热,得到二氧化锆。本专利技术中的四氯化锆的制备工艺设计两级氯化反应的目的在于:由于本工艺的反应温度较高,高温下CO会存在一个歧化反应:2CO=CO2+C,在一级沸腾氯化炉中已经有大量的CO2和C存在,将抑制CO歧化反应的进行,进而抑制CO作为还原剂的作用,故而设计两级氯化法,以充分促进CO作为还原剂的反应。增加反应(2),将两级氯化反应进行耦合,可以充分有效利用反应(1)中产生的具有还原潜力的CO,减少整个工艺中的反应原料的投入,以降低生产成本并减少温室气体的排放。附图说明图1是本专利技术实施例2中的四氯化锆的制备工艺的示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。实施例1本实施例提供一种四氯化锆的制备工艺,包括以下步骤:1)向一级沸腾氯化炉中加入锆英砂、碳还原剂、氯气,加热,发生一级氯化反应,生成四氯化锆、四氯化硅、一氧化碳、二氧化碳,得到第一气体混合物;第一气体混合物包括四氯化锆、四氯化硅、一氧化碳、二氧化碳。2)从第一气体混合物中分离出一氧化碳,将一氧化碳通入到二级沸腾氯化炉中,向二级沸腾氯化炉中加入锆英砂、氯气,加热,发生二级氯化反应,生成四氯化锆、四氯化硅、二氧化碳,得到第二气体混合物。第二气体本文档来自技高网...
四氯化锆和二氧化锆的制备工艺

【技术保护点】
1.一种四氯化锆的制备工艺,其特征在于,包括以下步骤:1)向一级沸腾氯化炉中加入锆英砂、碳还原剂、氯气,加热,发生一级氯化反应,生成四氯化锆、四氯化硅、一氧化碳、二氧化碳,得到第一气体混合物;2)从第一气体混合物中分离出一氧化碳,将一氧化碳通入到二级沸腾氯化炉中,向二级沸腾氯化炉中加入锆英砂、氯气,加热,发生二级氯化反应,生成四氯化锆、四氯化硅、二氧化碳,得到第二气体混合物。

【技术特征摘要】
1.一种四氯化锆的制备工艺,其特征在于,包括以下步骤:1)向一级沸腾氯化炉中加入锆英砂、碳还原剂、氯气,加热,发生一级氯化反应,生成四氯化锆、四氯化硅、一氧化碳、二氧化碳,得到第一气体混合物;2)从第一气体混合物中分离出一氧化碳,将一氧化碳通入到二级沸腾氯化炉中,向二级沸腾氯化炉中加入锆英砂、氯气,加热,发生二级氯化反应,生成四氯化锆、四氯化硅、二氧化碳,得到第二气体混合物。2.根据权利要求1所述的四氯化锆的制备工艺,其特征在于,所述步骤1)中还包括向一级沸腾氯化炉中加入添加剂,和/或,所述步骤2)中还包括向二级沸腾氯化炉中加入添加剂,其中,添加剂为碳化硅、硅铁、多晶硅生产过程中形成的废硅粉中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的四氯化锆的制备工艺,其特征在于,所述步骤1)中向一级沸腾氯化炉中加入锆英砂与添加剂的质量比为(6~10):1;所述步骤2)中向二级沸腾氯化炉中加入锆英砂与添加剂的质量比为(6~10):1。4.根据权利要求1所述的四氯化锆的制备工艺,其特征在于,所述步骤1)中锆英砂与碳还原剂的质量比为(4~8):1。5.根据权利要求1所述的四氯化锆的制备工艺,其特征在于,所述碳还原剂为石油焦、活性炭、精煤中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的四氯化锆的制备工艺,其特征在于,所述步骤1)中的加热温度为900~1300℃,和/或,所述步骤2)中的加热温度为900~1300℃。7.根据权利要求1~6任意一项所述的四氯化锆的制备工艺,其特征在于,所述步骤1)中向一级沸腾氯化炉中加入固体物料的进料速率为10~100kg/h,氯气进料速率为20~25kg/h;所述步骤2)中向二级沸腾氯化炉中加入固体物料的进料速率为10~50kg/h,氯气进料速率为20~25kg/h,一氧化碳的进料速率为6~20kg/h。8.根据权利要求1~6任意一项所述的四氯化锆的制备工艺,其特征在于,所述步骤2)之后还包括步骤a)通过冷却除去第一气体混合...

【专利技术属性】
技术研发人员:银波黄彬范协诚孙永仕刘兴平何隆武珠峰
申请(专利权)人:新疆晶硕新材料有限公司
类型:发明
国别省市:新疆,65

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