自20世纪40年代卢森堡人克罗尔在美国发明了镁还原四氯化钛制备海绵钛的方法,并用于还原四氯化锆和四氯化铪制备多孔金属锆、铪-海绵锆和铪以来,半个多世纪过去了。虽然在20世纪50年代和60年代在技术和设备方面有许多创新和改进,但克罗尔法仍然是生产锆和铪的传统方法。后来采用了钠镁混合还原法,但镁热法仍是以ZrCl4和HfCl4为原料生产海绵锆和铪的主要工艺路线。一般工业锆,不除去锆中的铪,称为工业级锆或含铪锆,锆中铪含量一般为1% ~ 2%。作为原子能工业用锆,需要分离铪,使锆中铪的含量不超过万分之一。得到的锆为无铪锆或原子级锆,锆铪分离是锆铪生产过程中最关键的技术。原子锆的生产包括四个主要的工艺过程。
(1)湿法或火法分解锆石(ZrSiO4)制备锆盐、ZrCl4和HfCl4;
(2)分离锆和铪,制备氧化锆和氧化铪;;
(ZrO2和HfO2再氯化制得ZrCl2和HfCl4,提纯后用镁(或镁钠)还原蒸馏制得海绵锆和铪;
(4)由于海绵锆和铪不能直接加工,仍需熔炼或精炼提纯。
锆铪生产原理流程见图1。
图1锆铪生产工艺原理流程
(由于某些原因,图表不清楚,有需要的可以免费拨打)
在图1所示的工艺流程中,锆铪分离后的中间产物为ZrO2和HfO2,然后通过造粒和氯化制备粗ZrCl4和粗HfCl4,进行下一步工艺。生产过程中最关键的环节是锆铪分离,已经实现工业化生产。
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