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氧化锆的制备(锆的提取工艺)

氧化锆的制备(锆的提取工艺) 锆铪分离方法——熔盐精馏法的工业应用

该方法中使用的熔盐体系是三氯化铝-KCl或氯化钠-KCl。前者已在法国塞祖斯大规模生产。

1.氯化铝和氯化钾熔盐体系分离锆和铪

该工艺所用的原料是锆英砂沸腾氯化生产的粗四氯化锆和沸腾提纯得到的精四氯化锆。熔融盐为氯铝酸钾(KAlCl4),利用该溶剂中ZrCl4和HfCl4的蒸汽压差在蒸馏塔中进行分离。从塔顶得到含四氯化铪30% ~ 50%的富铪物料,从塔底得到含铪小于100× 10-6的原子四氯化锆。精馏塔为镍基合金,高50m,直径1m。全塔温度稳定在350℃,工艺在常压下进行。精制后的ZrCl4从塔中部进入,塔内有塔盘。KAlCl4的熔盐从塔顶流下,不断与溶解在熔盐中的ZrCl4进行交换,使HfCl4不断富集。它从塔顶出来,被冷凝器冷却。作为提取铪的原料,在塔的上部有KalCl4的冷凝装置,控制KAlCl4的流量,ZrCl4也有加料装置,保证ZrCl4的均匀加料。在塔的下端有一个500℃的储罐,用于分离精馏后的ZrCl4和KAlCl4。原子能用N2将ZrCl4输送到冷凝器进行冷却,KAlCl4净化后泵入顶部储罐。整个熔盐精馏过程的各种参数都由计算机严格控制。这个过程如图1所示。

图1从铈锆熔盐中萃取蒸馏锆和铪的工艺流程

1-冷却器;2-蒸馏塔;3-蒸发器;4-冷凝器;

5-汽提塔;6-熔盐储罐;7泵

关于通过火法分离的原子级ZrCl4和通过萃取制备的ZrCl4的一般组成,参见表1。

表1原子级ZrCl4的组成

元素

F

W

B

铬、铜、镁、锰、钼、镍、锡、钒

萃取法

<120×10-4

<100×10-4

(30~90)×10-4

(5~50)×10-4

<50×10-4

<30×10-4

<20×10-4

<20×10-4

<20×10-4

<3×10-4

<0.5×10-4

<10×10-4

熔盐精馏

<120×10-4

<100×10-4

(35~90)×10-4

(10~60)×10-4

<50×10-4

<30×10-4

<20×10-4

<20×10-4

<20×10-4

<3×10-4

<0.5×10-4

<10×10-4

2.氯化钠和氯化钾熔盐体系分离锆和铪

这种方法的特点是可以在常压下进行。如果氯化钠、氯化钾、氯化锆和氯化铪的成分处于低共熔点,则该过程的温度可以更低。ZrCl4的共晶温度为218℃,HfCl4的共晶温度为230℃。当氯化钠和KCl的含量为33% ~ 37%(摩尔)时,锆铪的分离系数为1.7。分离过程在330 ~ 350℃进行,此时四氯化锆的蒸气压达到1个大气压。若锆中铪的含量小于0.01%,铪中锆的含量小于1%,则理论筛板数为50,实际筛板数为90。分馏后,塔顶可得到含锆不超过1%的四氯化铪蒸汽,塔底可得到含铪50× 10-6的四氯化锆。

关键词TAG: 稀有金属 

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