专利名称：锆英石碱熔连续分解工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种锆英石碱熔连续分解工艺方法，属于锆英石碱法制备锆盐的生产 工艺方法。
背景技术：
锆英石是正硅酸盐，化学稳定性高，是难于分解的矿物之一。以锆英石为原料通过 碱熔、氯化等方法可以制备多种锆盐，其中氧氯化锆(ZrOCl2AH2O)是较重要的一种锆盐基 础化工产品。氧氯化锆可直接用于锆铪分离制备原子能级锆铪，成为核电及核军工应用的 关键材料，也可直接用作鞣剂、助染剂、色釉料等，以其为原料还可以制备氧化锆、硫酸锆、 醋酸锆、碳酸锆等其它锆化学制品，应用范围十分广泛。由于发达国家出于环境污染以及劳 动力成本的考虑，基本不参与氧氯化锆等初级产品的加工生产，而将这一过程转移至中国、 印度等发展中国家。目前，我国氧氯化锆年产量在15万吨以上，生产企业达几十家之多，生 产的优质氧氯化锆大量出口，已成为世界最大的氧氯化锆生产国。国内外分解锆英石主要采用氯化法和碱熔法。氯化法主要为生产海绵锆的企业采 用。碱熔法主要用于生产商品级氧氯化锆，是我国氧氯化锆生产的主要方法。该方法是将 锆砂与固碱在烧结埚中加热至700°C左右熔融分解，得到锆酸盐和硅酸盐，再经水洗分离除 杂，然后结晶得到氯氧化锆。现有氧氯化锆生产中碱熔过程在窑炉中间断进行，主要存在以下不足第一，热效 率低，致使碱熔分解过程能源消耗较大，每吨氧氯化锆需要消耗标准煤900kg左右或消耗 煤气沈00立方左右；第二，生产过程自动化程度低，生产效率低；第三，锅体受热不均勻， 温度不稳定，保温时间不一，造成氧氯化锆产品质量不稳定，锆英砂分解率较低，一般在96% 左右；第四，操作过程开放，致使环境中碱雾较大，工人劳动条件差；第五，生产过程中一般 采用天车将盛有高温液碱的反应锅反复吊运，不利于安全生产。
发明内容
本发明的目的是改善传统碱熔工艺的不足，提供一种节能环保、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连续分解工艺。本发明上述目的是通过以下技术方案实现的 一种锆英石碱熔连续分解工艺方法，包括以下的步骤
(1)将锆英砂与分解剂按照重量比为1:1. 0 1. 8混合均勻，分解剂为碱金属氢氧化 物或碱金属盐；
(2)将混合均勻的锆英砂和分解剂输送至卧式圆形炉窑中，依次通过炉窑的加热段和 冷却段，冷却后得到锆盐。本发明还可以通过如下技术方案实现
一种锆英石碱熔连续分解工艺方法，包括以下的步骤
(1)将锆英砂与分解剂分开加料，锆英砂输送至卧式圆形炉窑入口段，分解剂可以通过沿炉窑轴向分布的多个加料点分一次或多次加入，锆英砂与分解剂的重量比为1 :ι. 0 1. 8，分解剂为碱金属氢氧化物或碱金属盐；采用该加料方案可防止反应过程中物料与炉壁 因烧结而产生的粘连现象，以使连续反应能顺利进行。(2)锆英砂和分解剂依次通过卧式圆形炉窑的加热段和冷却段，冷却后得到锆盐。一种优选的技术方案，其特征在于所述的碱金属氢氧化物为NaOH或Ca(OH)2J^ 金属盐为Na2CO3或CaCO3。一种优选的技术方案，其特征在于步骤(2)中所述卧式圆形炉窑采用三段或多 段加热。一种优选的技术方案，其特征在于步骤(2)中所述卧式炉窑采用三段加热，分别 控制预热段、高温段和保温段的温度和时间，预热段温度控制在350 600°C加热5 100 分钟，高温段温度控制在700 1300°C加热5 100分钟，保温段温度控制在250 600°C 加热5 100分钟。一种优选的技术方案，其特征在于步骤(2)中所述卧式炉窑内设有螺旋推进器， 实现对物料输送和搅拌的双重作用。本发明对照现有技术的优点和有益效果采用本发明的技术方案，实现了锆英石 碱熔分解过程的连续化生产，突出优点如下(1)热能利用率提高，能耗较低，标准煤和煤 气单耗可降低30%左右；(2)生产自动化程度提高，节约用工成本，提高了劳动生产率；(3) 锆英石分解过程稳定可控，产品质量稳定；(4)由于螺旋推进器在分解过程中的搅拌作用， 使得锆英石分解率比传统工艺提高1 2%，锆英石分解率可达到97%以上；(5)避免了开放 式操作，操作环境得到改善，与传统工艺相比还排除了安全隐患；(6)工艺衔接性好，分解 物料可直接进入传统工艺后续工序，便于工业化推广；(7)由于能源、用工成本降低，可大 幅降低氧氯化锆生产成本。下面通过附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保 护范围的限制。
图1是本发明锆英石碱熔连续分解工艺的设备示意图。
具体实施例方式图1是本发明锆英石碱熔连续分解工艺的设备示意图，其中1为电机，2为减速器， 3为螺旋推进器，4为进料斗，5为加热体，6为反应器，7为出料斗。本发明锆英石碱熔连续分解生产设备为卧式圆形炉窑，主要包括反应器6、加热体 5、进料斗4、螺旋推进器3和出料斗7 ；反应器6设计成圆筒形状，两端开口，卧式放置；反应 器6轴心设有螺旋推进器3，贯通整个反应器6，对物料进行推进和搅拌，使反应能够充分、 平稳进行。螺旋推进器3由轴杆和螺旋叶片构成，螺旋叶片焊接在轴杆上，厚度不低于5mm ； 螺旋推进器3两端通过两个支撑架固定，与反应器6轴线同心，轴杆一端采用花键与传动齿 轮连接，传动齿轮的公称直径Φ500πιπι。传动齿轮再通过减速器2与电机1相连，实现齿轮 传动。反应器6外围为加热体5，加热元件采用碳管、硅钼棒或电阻丝等，加热形式为外加 热；沿反应器6轴向方向分四段，分别为预热段、高温段、保温段和冷却段，各段独立控温，
4长度分别为1000mm、1500mm、1500mm和1000mm。在反应器6入口端设有进料斗4，反应器6 出口端设有出料斗7，收集反应后的物料。沿炉窑轴向还可以设置一个或多个加料点，用以 分开加入分解剂。以下实施例的锆英石碱熔连续分解工艺均在上述装置中进行。实施例1
将锆英砂与NaOH按重量比为1 :1.0混合均勻后，输送至进料斗4。炉窑依次由预热 段、高温段、保温段和冷却段组成，点火后，预热段温度控制在600°C，高温段温度控制在 850°C，保温段温度控制在400°C。将进料斗4中的物料从预热段送入，最后从冷却段输出， 通过调节螺旋推进器3转速控制物料在预热段运行100分钟，在高温段运行50分钟，在 保温段运行50分钟，然后在冷却段降温至150°C后得锆盐出窑。经测试氧氯化锆分解率 97. 1%，ZrO2 实收率 92. 4%。实施例2
将锆英砂与NaOH按重量比为1 :1. 6混合均勻后，输送至进料斗4。炉窑预热段温度控 制在350°C，高温段温度控制在700°C，保温段温度控制在250°C。将进料斗4中的物料从预 热段送入，最后从冷却段输出，调节螺旋推进器3转速控制物料在预热段运行5分钟，在高 温段运行10分钟，在保温段运行100分钟，然后在冷却段降温至150°C后得锆盐出窑。经测 试氧氯化锆分解率98. 4%，ZrO2实收率93. 9%。实施例3
将锆英砂与NaOH按重量比为1 :1. 2混合均勻后，输送至进料斗4。炉窑预热段温度控 制在500°C，高温段温度控制在750°C，保温段温度控制在300°C。将进料斗4中的物料从预 热段送入，最后从冷却段输出，调节螺旋推进器3转速控制物料在预热段运行30分钟，在高 温段运行5分钟，在保温段运行30分钟，然后在冷却段降温至150°C后得锆盐出窑。经测试 氧氯化锆分解率97. 6%，ZrO2实收率93. 1%。实施例4
将锆英砂与NaOH按重量比为1 :1. 26混合均勻后，输送至进料斗4。炉窑预热段温度 控制在500°C，高温段温度控制在800°C，保温段温度控制在350°C。将进料斗4中的物料从 预热段送入，最后从冷却段输出，调节螺旋推进器3转速控制物料在预热段运行20分钟，在 高温段运行100分钟，在保温段运行5分钟，然后在冷却段降温至150°C后得锆盐出窑。经 测试氧氯化锆分解率97. 5%，ZrO2实收率93. m。实施例5
将锆英砂与Ca(OH)2按重量比为1 :1. 21混合均勻后，输送至进料斗4。炉窑预热段温 度控制在600°C，高温段温度控制在1300°C，保温段温度控制在600°C。将进料斗4中的 物料从预热段送入，最后从冷却段输出，调节螺旋推进器转速控制物料在预热段运行80分 钟，在高温段运行90分钟，在保温段运行5分钟，然后在冷却段降温至150°C后得锆盐出窑。 经测试氧氯化锆分解率98. 1 %，ZrO2实收率93. 9%。实施例6
将锆英砂与Na2CO3按重量比为1 :1. 8混合均勻后，输送至进料斗4。炉窑预热段温度 控制在600°C，高温段温度控制在1200°C，保温段温度控制在600°C。将进料斗4中的物料 从预热段送入，最后从冷却段输出，调节螺旋推进器3转速控制物料在预热段运行10分钟， 在高温段运行10分钟，在保温段运行40分钟，然后在冷却段降温至150°C后得锆盐出窑。经测试氧氯化锆分解率98. 5%，ZrO2实收率94. 1%。实施例7
将锆英砂与CaCO3按重量比为1 :1. 64混合均勻后，输送至进料斗4。炉窑预热段温度 控制在550°C，高温段温度控制在1250°C，保温段温度控制在550°C。将进料斗4中的物料 从预热段送入，最后从冷却段输出，调节螺旋推进器3转速控制物料在预热段运行30分钟， 在高温段运行60分钟，在保温段运行10分钟，然后在冷却段降温至150°C后得锆盐出窑。 经测试氧氯化锆分解率97. 9%，ZrO2实收率93. 8%。实施例8
将锆英砂与NaOH按重量比为1 :1. 2称重配料，锆英砂与分解剂分开加料，锆英砂输送 至炉窑入口段进料斗4，分解剂通过沿炉窑轴向分布的3个加料点分批加入，使物料依次通 过炉窑预热段、高温段、保温段和冷却段，炉窑预热段温度控制在50(TC运行30分钟，高温 段温度控制在750°C运行5分钟，保温段温度控制在300°C运行30分钟，然后在冷却段降温 至150°C后得锆盐出窑。经测试氧氯化锆分解率98. 3%，ZrO2实收率93. 8%。本发明的工艺实现了锆英砂碱熔分解工艺的连续化生产，与传统碱熔工艺相比热 能利用率提高，能源消耗降低，劳动生产率提高，操作环境得到改善，并能够大幅降低氧氯 化锆的生产成本。
权利要求
1.一种锆英石碱熔连续分解工艺方法，包括以下的步骤(1)将锆英砂与分解剂按照重量比为1:1. 0 1. 8混合均勻，分解剂为碱金属氢氧化 物或碱金属盐；(2)将混合均勻的锆英砂和分解剂输送至卧式圆形炉窑中，依次通过炉窑的加热段和 冷却段，冷却后得到锆盐。
2.一种锆英石碱熔连续分解工艺方法，包括以下的步骤(1)将锆英砂与分解剂分开加料，锆英砂输送至卧式圆形炉窑入口段，分解剂可以通 过沿炉窑轴向分布的多个加料点分一次或多次加入，锆英砂与分解剂的重量比为1 :1. 0 1. 8，分解剂为碱金属氢氧化物或碱金属盐；(2)锆英砂和分解剂依次通过卧式圆形炉窑的加热段和冷却段，冷却后得到锆盐。
3.根据权利要求1或2所述的锆英石碱熔连续分解工艺方法，其特征在于所述的碱 金属氢氧化物为NaOH或Ca (OH) 2，碱金属盐为Na2CO3或CaC03。
4.根据权利要求1或2所述的锆英石碱熔连续分解工艺方法，其特征在于步骤(2)中 所述卧式圆形炉窑采用三段或多段加热。
5.根据权利要求4所述的锆英石碱熔连续分解工艺方法，所述卧式炉窑采用三段加 热，分别控制预热段、高温段和保温段的温度和时间，预热段温度控制在350 600°C加热 5 100分钟，高温段温度控制在700 1300°C加热5 100分钟，保温段温度控制在250 600°C加热5 100分钟。
6.根据权利要求1或2所述的锆英石碱熔连续分解工艺方法，步骤(2)中所述卧式炉 窑内设有螺旋推进器。
全文摘要
本发明涉及一种锆英石碱熔连续分解工艺方法，包括将锆英砂与分解剂按照重量比为11.0～1.8混合均匀，分解剂为碱金属氢氧化物或碱金属盐；将混合均匀的锆英砂和分解剂输送至卧式圆形炉窑中，或者将锆英砂与分解剂分开加料，锆英砂输送至卧式圆形炉窑入口段，分解剂可以通过沿炉窑轴向分布的多个加料点分一次或多次加入；依次通过炉窑的加热段和冷却段，冷却后得到锆盐。为了克服传统锆英石分解方法的不足，本发明的工艺实现了锆英砂碱熔分解工艺的连续化生产，与传统碱熔工艺相比热能利用率提高，能源消耗降低，劳动生产率提高，操作环境得到改善，并能够大幅降低氧氯化锆的生产成本。
文档编号C01G25/00GK102060326SQ201010553198
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者吴延科, 尹延西, 张力, 张建东, 江洪林, 王力军, 罗远辉, 陈伟东, 陈松, 黄永章 申请人:北京有色金属研究总院