氧氯化锆生产技术中酸解与絮凝脱硅过程的研究

摘要

氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)是生产金属锆、氧化锆和其他锆化合物的重要基础材料，广泛应用于陶瓷、纺织、电子及核工业等行业。我国是世界上最强盛的氧氯化锆生产国，主要采用“一酸一碱”技术，其酸体系脱硅过程流程复杂，操作周期长，设备量大。本文针对以上问题，提出一种高浓度锆液制备及絮凝脱硅新工艺，主要研究内容及成果如下:
　　(1)获得转型料酸解制备高浓度锆液及锆液絮凝脱硅过程优化工艺参数。系统考察酸解及絮凝过程工艺参数对脱硅效果的影响，获得优化工艺条件，并在该条件下进行5L规模扩试，实验结果重现性优异，得到水溶液中硅含量可稳定降至35～50ppm;同时，锆浓度为115～125g/L（以Zr(Hf)O2计)，较传统工艺提高20％，并省去传统生产技术中冷却结晶与水溶单元，缩短生产流程与周期，降低蒸发浓缩单元蒸汽消耗量。
　　(2)分析并验证硅酸聚合及絮凝脱除机理。采用红外与核磁共振光谱共同表征转型料、酸解硅渣及絮凝硅渣中硅酸聚合状态，确定硅酸聚合反应在转型过程已经发生，在酸解过程聚合度进一步加强，而在絮凝过程通过与高分子絮凝剂架桥作用絮聚脱除。
　　(3)硅渣洗涤正交实验确定影响锆资源回收率因素顺序为液-固比＞浆化时间＞酸度＞温度，并在此基础上获得优化的逆流洗涤工艺条件，为工业实施提供数据基础。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 课题背景

1．2 锆资源

1．3 锆英砂及其应用

1．3．1 锆英砂

1．3．2 应用及需求

1．4 锆化学制品及其发展概述

1．4．1 锆化学制品的主要种类

1．4．2 中国锆化学制品的发展历程简述

1．4．3 中国锆化学制品的产业化概况及在全球所占的地位

1．4．4 氧氯化锆生产的主要工艺流程和应用结构

1．4．5 锆化学制品在国民经济中的地位及发展对策

1．5 氧氯化锆生产工艺综述

1．5．1 氢氧化钠碱熔法

1．5．2 碳酸钠烧结法

1．5．3 碳酸钙烧结法

1．5．4 碳化氯化法

1．5．5 沸腾氯化法

1．6 本文研究内容

1．6．1 酸解-絮凝新工艺及其特征

1．6．2 本文研究内容

2 高浓度氧氯化锆溶液制备过程的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验设备与过程

2．2．3 分析及计算

2．3 酸解过程硅聚合机理分析

2．3．1 硅的存在及其分离

2．3．2 硅酸聚合与胶凝原理

2．4 结果与讨论

2．4．1 酸解酸度对脱硅效果的影响

2．4．2 酸解锆液浓度对脱硅的影响

2．4．3 酸解温度对脱硅的影响

2．4．4 酸解时间的影响

2．4．5 熟化时间的影响

2．4．6 酸解工艺优化条件及创新

2．5 本章小结

3 锆液絮凝脱硅过程的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原理

3．2．2 实验原料

3．2．3 实验设备与过程

3．2．4 分析及计算

3．3 结果与讨论

3．3．1 絮凝剂类型的影响

3．3．2 絮凝剂浓度对脱硅的影响

3．3．3 絮凝剂加入量对脱硅的影响

3．3．4 絮凝温度对脱硅的影响

3．3．5 絮凝时间对脱硅的影响

3．3．6 扩试实验与产品表征

3．3．7 硅酸聚合状态表征

3．3．8 废硅渣洗涤实验研究

3．4 本章小结

4 高浓度氧氯化锆溶液制备与絮凝脱硅新工艺的流程研究

4．1 引言

4．2 高浓度氧氯化锆溶液制备与絮凝脱硅新工艺流程图

4．3 高浓度氧氯化锆溶液制备与絮凝脱硅新工艺的消耗估算

4．3．1 转型料的消耗

4．3．2 工业盐酸的消耗

4．3．3 酸洗废酸及洗渣液的消耗

4．3．4 絮凝剂的消耗

4．4 新工艺的特点

4．5 本章小结

5 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢