一种连续分解锆英砂的碱熔方法技术

本发明专利技术涉及一种连续分解锆英砂的碱熔方法，按锆英砂与碱的摩尔比为1:4～1:7分别准备锆英砂和碱，首先将锆英砂、固碱或液碱分别预热到一定温度。其中固碱或液碱经完全脱水，继续升温成为液态。然后将加热的锆英砂和液碱加入竖式反应器中进行混合、混匀，进行初步碱熔反应，生成固态物料。将固态物料转移至转动圆筒反应器中，进一步完成凝固态条件下深度碱熔反应，并缓冷获得碱熔反应产物，碱熔反应产物进行水洗获得锆酸钠和Na2SiO3。本发明专利技术提出一种碱熔法分解锆英砂的连续工艺，实现了工业连续化生产，提高了生产效率，降低了生产氧氯化锆的成本，并改善了生产环境的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碱熔分解锆英砂的方法，特别涉及一酸一碱法生产氧氯化锆工艺中连续碱熔分解锆英砂的方法。
技术介绍
锆作为一种稀缺的战略资源，具有高熔点、耐腐蚀、可塑性及核性能等优良特性，被广泛应用于军工以及民用产业中，其中核级锆是核能应用中的重要基础材料。锆英砂是锆英石(ZrSiO4)矿物经过选矿得到的精矿，其理论组成为ZrO2占67.21％，SiO2占32.79％。由于锆铪处于同一副族，其化学性质相近，所以锆英砂中常含有一定比例的铪矿物。由于锆英砂(ZrSiO4)中的[SiO4]四面体和[ZrO8]十二面体之间连接键的强度很高，使的其化学稳定性很高，所以需要用一定的工艺将Zr、Si分离，目前使用的分离方法主要有NaOH碱熔法、Na2CO3烧结法、CaCO3烧结法、碳化氯化法和沸腾氯化法等。碱熔法制取氧氯化锆过程中锆英砂与NaOH熔融烧结是最重要的步骤，其目的是通过锆英砂和NaOH在高温下(600℃～750℃)的反应，使锆英砂中的Zr、Si分离，转化为易处理的Na2ZrO3和相关的硅酸盐，从而达到回收锆的目的。锆英砂与NaOH的主要反应如式(1)～式(3)所示。ZrSiO4+2NaOH(l)＝Na2ZrSiO5+H2O(g)(1)ZrSiO4+4NaOH(l)＝Na2ZrO3+Na2SiO3+H2O(g)(2)ZrSiO4+6NaOH(l)＝Na2ZrO3+Na4SiO4+H2O(g)(3)上述反应的过程和产物组成，随着反应温度、原料比、锆英砂的粒度等不同而发生变化。锆英砂与NaOH的反应可以分为液—固反应、固—固反应两个过程。在反应的初始阶段，NaOH足量，锆英砂与NaOH首先按照式(3)在锆英砂颗粒表面进行反应，生成产物Na2ZrO3和Na4SiO4，覆盖于锆英砂颗粒表面。随着NaOH的大量消耗，可能会按式(1)和式(2)的反应进行。同时可能会发生式(4)～式(7)的反应。ZrSiO4+Na4SiO4＝Na2ZrSiO5+Na2SiO3(4)ZrSiO4+Na2ZrO3＝Na2ZrSiO5+ZrO2(5)Na2ZrSiO5+NaOH＝Na2ZrO3+Na2SiO3+H2O(g)(6)2NaOH+ZrO2＝Na2ZrO3+H2O(g)(7)现行碱熔法制取氧氯化锆的生产工艺中碱熔分解为间断作业，不能形成连续化生产，从而导致生产效率低、生产成本高以及能耗高等问题，并且由于采用的烧结锅容积较大，在烧结过程中会有烧结锅受热不均匀而导致产品质量不稳定的问题。此外，生产过程中，将高温的烧结锅调运存在一定的生产安全问题。
技术实现思路
本工艺在对碱熔法分解锆英砂反应深入分析的基础上，提出一种更加节能环保、便于操作、环境友好、并能够大幅提高劳动生产率的锆英石碱熔分解工艺，是一种碱熔分解锆英砂连续化生产工艺。本专利技术一种连续分解锆英砂的碱熔方法；包括以下步骤：步骤一将固体碱或液碱、锆英砂分别预热到550℃～750℃，固体碱熔化为液态；步骤二将熔融的碱液沿切线方向加入设备B的旋流斗中，将预热后的锆英砂从旋流斗中心轴向方向加入旋流斗中，在旋流斗中进行锆英砂碱液润湿、混合混匀，并开始进行碱熔反应，得到混合产物；按摩尔比计，锆英砂：熔融的碱＝1:4～1:7，优选为1:6；步骤三混合产物经旋流斗底部送入竖式反应器中继续加热并进行碱熔反应；竖式反应器中气体反应产物从竖式反应器上部排气口排出并进行回收处理；竖式反应器中凝固或半凝固的碱熔反应产物输送到旋转圆筒反应器中进行凝固态条件下深度碱熔反应并缓冷获得碱熔反应产物；步骤四步骤三所得碱熔反应产物进行水洗后获得锆酸钠和Na2SiO3。作为优选方案，本专利技术一种连续分解锆英砂的碱熔方法；其所用设备设备B包括碱熔设备(15)、高温热气运输管(4)、锆英砂加热圆筒(5)、竖式反应器(6)、熔融碱液加入口(7)、旋流斗(8)、锆英砂下料器(9)、挡料板(13)、旋转圆筒反应器(14)；所述碱熔设备(15)上设有加料口(1)和熔碱出口(3)，所述熔碱出口(3)与熔融碱液加入口(7)通过管道相连，所述熔融碱液加入口(7)设置在旋流斗(8)的一侧上；所述竖式反应器(6)位于旋流斗(8)的上方，其通过管道与锆英砂下料器(9)相连，所述锆英砂下料器(9)设置在旋流斗(8)内，且位于旋流斗(8)的顶部；所述旋流斗(8)的出料口位于第一块挡料板的上方，所述挡料板(13)设置在竖式反应器(6)内；所述竖式反应器(6)的出料口通过管道与旋转圆筒反应器(14)相连。作为优选方案，所述竖式反应器(6)和旋转圆筒反应器(14)的外部设有保温层(11)。作为优选方案，所述竖式反应器(6)的侧面还设有加热室(10)；所述加热室(10)的顶部设有出气口。所述竖式反应器(6)的顶部也设有排出口。所述加热室(10)的顶部设有出气口通过管道与高温热气运输管(4)和锆英砂加热圆筒(5)相连。为了补充竖式反应器(6)的热量，在竖式反应器(6)外设有燃烧室(12)。作为优选方案，所述锆英砂下料器(9)设置在旋流斗(8)内，且靠近熔融碱液加入口(7)的一侧。这样有利于锆英砂与熔融碱液混合均匀。作为优选方案，所述碱熔设备(15)由固体碱或液碱加料口(1)，碱熔化和加热槽(2)，熔融碱出口(3)构成；所述碱熔化和加热槽(2)的前端设有档板，以达到碱熔化和加热逐步进行，保证熔融碱进入旋流斗(8)温度。所述碱熔设备(15)位于高温热气运输管(4)的上方；高温热气运输管(4)带出来的热气对碱熔设备(15)进行加入热。作为优选方案，本专利技术一种连续分解锆英砂的碱熔方法；步骤二中所述熔融的碱为氢氧化钠质量百分含量大于等于95％的熔融碱液。作为优选方案，本专利技术一种连续分解锆英砂的碱熔方法；所述熔融的碱是通过下述步骤制备的：以固碱或液碱为原料，首先在100℃～300℃加热脱水，然后在450℃～550℃升温使其熔化为液态，继续升温到550℃～750℃，优选为600～750℃，得到熔融的碱液；所述固碱中氢氧化钠质量百分含量大于等于95％；所述液碱为氢氧化钠水溶液；所述氢氧化钠水溶液中，氢氧化钠的质量百分浓度大于等于30％。作为优选方案，本专利技术一种连续分解锆英砂的碱熔方法；所述熔融的碱是通过下述步骤制备的：以固碱或液碱为原料，以余热为热源，首先在100℃～300℃加热脱水，然后以竖式反应器排出的高温尾气(650℃～750℃)作热源进行升温液化，使碱液继续升温到550℃～750℃，得到熔融的碱；所述的余热是以竖式反应器(650℃～750℃)作热源进行升温液化后的尾气所携带的残余热量。作为优选方案，本专利技术一种连续分解锆英砂的碱熔方法；所述锆英砂为锆英砂精矿，所述锆英砂精矿中(ZrHf)O2的质量百分含量大于等于63％；锆英砂加热至大于600℃，得到预热后的锆英砂。作为优选方案，本专利技术一种连续分解锆英砂的碱熔方法；步骤一中，以4-10m/s的速度将熔融的碱沿切线方向加入旋流斗中。熔融碱液的加入速度通过调节高度差来实现，高度差为1m-5m。作为优选方案，本专利技术一种连续分解锆英砂的碱熔方法；将锆英砂加入至圆筒预热器中，利用加热竖式反应器后尾气(650℃～750℃)余热、天然气、煤气加热至大于600℃，得到预热后的锆英砂。作为优选方案，本专利技术一种连续分解锆英砂的碱熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续分解锆英砂的碱熔方法；其特征在于，包括以下步骤：步骤一将固体碱或液碱、锆英砂分别预热到550℃～750℃，固体碱熔化为液态；步骤二将熔融的碱沿切线方向加入设备B的旋流斗中，将预热后的锆英砂从旋流斗中心轴向方向加入旋流斗中，在旋流斗中进行锆英砂碱液润湿、混合和混匀，并开始进行碱熔反应，得到混合产物；按摩尔比计，锆英砂：熔融的碱＝1:4～1:7；步骤三混合产物经旋流斗底部送入竖式反应器中继续加热并进行碱熔反应；竖式反应器中气体反应产物从竖式反应器上部排气口排出并进行回收处理；竖式反应器中凝固或半凝固的碱熔反应产物输送到旋转圆筒反应器中进行凝固态条件下深度碱熔反应并缓冷获得碱熔反应产物；步骤四步骤三所得碱熔反应产物进行水沥洗获得锆酸钠和Na2SiO3。

【技术特征摘要】
1.一种连续分解锆英砂的碱熔方法；其特征在于，包括以下步骤：步骤一将固体碱或液碱、锆英砂分别预热到550℃～750℃，固体碱熔化为液态；步骤二将熔融的碱沿切线方向加入设备B的旋流斗中，将预热后的锆英砂从旋流斗中心轴向方向加入旋流斗中，在旋流斗中进行锆英砂碱液润湿、混合和混匀，并开始进行碱熔反应，得到混合产物；按摩尔比计，锆英砂：熔融的碱＝1:4～1:7；步骤三混合产物经旋流斗底部送入竖式反应器中继续加热并进行碱熔反应；竖式反应器中气体反应产物从竖式反应器上部排气口排出并进行回收处理；竖式反应器中凝固或半凝固的碱熔反应产物输送到旋转圆筒反应器中进行凝固态条件下深度碱熔反应并缓冷获得碱熔反应产物；步骤四步骤三所得碱熔反应产物进行水沥洗获得锆酸钠和Na2SiO3。2.根据权利要求1所述的一种连续分解锆英砂的碱熔方法；其特征在于；所述设备B包括碱熔设备(15)、高温热气运输管(4)、锆英砂加热圆筒(5)、竖式反应器(6)、熔融碱液加入口(7)、旋流斗(8)、锆英砂下料器(9)、挡料板(13)、旋转圆筒反应器(14)；所述碱熔设备(15)上设有加料口(1)和熔碱出口(3)，所述熔碱出口(3)与熔融碱液加入口(7)通过管道相连，所述熔融碱液加入口(7)设置在旋流斗(8)的一侧上；所述竖式反应器(6)位于旋流斗(8)的上方，其通过管道与锆英砂下料器(9)相连，所述锆英砂下料器(9)设置在旋流斗(8)内，且位于旋流斗(8)的顶部；所述旋流斗(8)的出料口位于第一块挡料板的上方，所述挡料板(13)设置在竖式反应器(6)内；所述竖式反应器(6)的出料口通过管道与旋转圆筒反应器(14)相连。3.根据权利要求1所述的一种连续分解锆英砂的碱熔方法；其特征在于；所述竖式反应器(6)的侧面还设有加热室(10)；所述加热室(10)的顶部设有出气口；所述竖式反应器(6)的顶部也设有排出口；所述加热室(10)的顶部设有出气口通过管道与高温热气运输管(4)和锆英砂加热圆筒(5)相连。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄柱成，姜涛，易凌云，钟荣海，范晓慧，李光辉，郭宇峰，张元波，杨永斌，黄遥，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43