[发明专利]一种制备氧氯化锆溶液的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机化合物加工领域，具体涉及碱熔法氧化锆生产技术中氧氯化锆溶液低温制备的方法。

技术背景

氧化锆具有化学性能稳定、熔点高、介电常数高、不导电、不导磁等特性，随着温度和其他条件变化，会发生相结构转变，历经单斜、四方和立方三个相系结构。因此被广泛地应做高级耐火材料、陶瓷、人造宝石、光学纤维和电子功能材料等。

氧化锆的生产方法主要有氯化法和碱熔法。氯化法是将锆精矿经高温氯化、分级冷凝、精馏、复分解、中和沉淀和煅烧而得氧化锆。该方法存在对锆矿质量要求高，设备复杂且寿命短，能耗高，污染重等缺点。因此，目前国内外多采用锆英石为原料的碱熔法生产氧化锆，主要工序依次为高温烧结、水浸、除钠（此步骤获得的固体即为水洗转型料）、酸分解、冷却结晶、溶解、结晶和煅烧。该生产工艺中硅的去除分两步进行：第1步是用水浸洗碱熔分解产物，大约有85~90%的硅以硅酸钠的形式进入水溶液，余下SiO₂需要二次除硅，即将酸分解得到的锆液调酸后自然冷却结晶，使得单分子硅酸聚合为多分子硅酸，聚合到一定程度时，胶状硅酸从溶液中析出，并继续生长为不溶解也不水解的杂多硅酸沉淀物。在此方法中，酸分解过程是在微沸条件（110-115℃）下进行的，蒸汽消耗量大，同时酸分解后锆液需再冷却至40℃以下结晶脱硅，该冷却过程耗时长，在夏天温度高时长达72h，因此，该过程因其能耗高、周期长而成为氧氯化锆生产技术中的限制环节。

申请号为03113247.2的中国专利申请公开了一种酸碱法生产氧氯化锆工艺，包括碱熔、水洗转型、酸化、浓缩结晶，酸浸除铁，其特征在于浓缩结晶后余酸经蒸发浓缩，冷却自然结晶分离回收氧氯化锆。此过程在实际生产工程中仍然存在过程复杂、占用设备多、生产周期长的问题。

发明内容

本发明的目的是针对传统碱熔法氧化锆生产技术中高温酸分解与二次脱硅过程操作复杂、能耗酸耗高、设备投入量大、生产周期长等问题，提出一种低温酸解一步深脱硅的节能快捷方法。

本发明以碱熔法氧化锆生产工艺中转型料为原料，采用低浓度盐酸或酸洗废酸配以工业盐酸分解制得高浓度高酸度的粗锆液，再将粗锆液与洗渣液以一定体积比混合得到絮前液，向絮前液中加入絮凝剂，经絮凝、沉降、过滤得到高纯度氧氯化锆溶液。与传统高温酸分解和二次脱硅工艺相比，该方法在较低温度下酸分解，同时得到的粗锆液与洗渣液迅速混合，既可使粗锆液不结晶又能使混合后的絮前液温度降低，缩短硅聚合时间，可省去传统的冷却结晶、溶解等工序，简化生产流程，减少设备投入，降低能耗，提高生产效率。

本发明的方法包括如下步骤：

（1）将碱熔法氧化锆生产工艺中转型料与酸液混合，在30-89℃保温搅拌2-72h，得到粗锆液；所述酸液可以是质量浓度为15%-25%稀盐酸混合，或有含有一定比例工业盐酸的废酸或酸洗液；

（2）将步骤（1）的粗锆液与碱熔法氧化锆生产过程中产生的洗渣液（硅渣洗涤液）以一定体积比混合，搅拌均匀，得到一定浓度与酸度的絮前液；

（3）向步骤（2）的絮前液中加入絮凝剂，在25-70℃保温搅拌0.5-12h，过滤，将沉淀（即硅渣）除去，便可得到氧氯化锆溶液，其中氧化锆含量为90-120g/L（以Zr(Hf)O₂计），二氧化硅含量为20-100ppm（以SiO₂）。

优选的，步骤（1）中酸解温度为30-90℃，酸解时间为2-25h。

优选的，步骤（1）中酸洗废酸总酸度为4.5-6.5mol/L（以HCl计），锆含量为15-40g/L（以Zr(Hf)O₂计）。

优选的，步骤（1）中粗锆液总酸度为5.6-6.5mol/L（以HCl计），锆含量为161-210g/L（以Zr(Hf)O₂计）。

优选的，步骤（2）中洗渣液总酸度为1.5-4.0mol/L（以HCl计），锆含量为30-50g/L（以Zr(Hf)O₂计）。

优选的，步骤（2）中粗锆液与洗渣液混合体积比为1:1-3:1。

优选的，步骤（2）中絮前锆液总酸度为4.5-5.2mol/L（以HCl计），锆含量为90-125g/L（以Zr(Hf)O₂计）。

优选的，所述的絮凝剂包括醇类絮凝剂或阳离子型絮凝剂，或者其组合；其中醇类絮凝剂优选聚乙二醇，阳离子型絮凝剂优选季铵盐类或聚丙烯酰胺类絮凝剂。