注：本文原发表于《矿产与地质》2001年10月第15卷，如需PDF原文，请留下邮箱，注明所需文章即可。

罗方承, 吴传官, 杨　勇, 陈忠锡, 李泉华, 廖文中, 吕文广

摘　要: 通过对晶安高科万吨氧氯化锆生产工艺的研究改进, 在生产中取得较好的经济效益, (1) 洗渣中二氧化锆回收率提高; (2) 用于洗涤硅渣的工业盐酸的加入量减少, 减少了酸雾对环境的污染; (3) 水转料中二氧化硅含量降低了, 氧氯化锆的使回收率提高了; (4)水转料中氧化钠含量降低了, 产品质量得到提高; 二次废酸的使用周期延长。

关键词: 生产工艺; 氧氯化锆工艺; 研究; 经济效益

1　概述

氧氯化锆是制备锆化合物的一种重要中间产品, 其锆化合物已被广泛用于实际生活中 , 锆英砂制备氧氯化锆有四种方法: 两酸两碱法、一酸一碱法、石灰法、氯化法。其中两酸两碱法已不被企业采用, 一酸一碱法成为生产的主流。我公司在吸收上海大学和北京有色金属研究总院二单位工艺优点的基础上加以改进, 先后进行了从实验室、生产中试到产业化生产一系列攻关研究。对生产工艺中一些重要工序进行进一步完善和改进, 经数月的中试和生产验证, 取得较满意效果。回收率提高到82%(其他企业为74% ); 杂质降低(Fe2O3 10×10-6、Na2O 15×10-6以下, 其他企业为: Fe2O3 30×10-6、Na2O 50×10- 6) ; 盐酸单耗较其他企业少0.8吨左右; 生产效率高; 废碱液、硅渣、挥发氯化氢得到合理利用并取得一定经济效益, 成为国内同行业中{zj0}生产工艺流程。

2　氧氯化锆生产工艺简介

一酸一碱法工艺流程如下图1。

3　重点改进的工序简介

经对工艺多次、多因素试验, 结果表明, 最有突破的且能取得很好经济效益的是“水洗转型”工序和“硅渣洗涤”工序(即逆流洗涤工艺)。其他试验已有验证, 不再重复。本研究重点对以上两工序作了大量工作。水转工序其主要目的是除硅、钠, 是整个工艺的主要工序, 关系到锆的回收率和二次废酸的循环利用, 因为每公斤二氧化硅产生十公斤的硅渣, 且吸附大量的锆,在弃置的硅渣中流失。而钠含量高将会在二次结晶时呈盐份析出导致产品不合格和二次废酸循环次数减少, 需排放废酸(废酸成分: 二氧化锆35～40g/L 、HCl5.5～ 5.7mol/L 有害成分为Na2O) 造成锆和酸的流失。并做了对比分析。改进后的工序能取得相当可观的经济效益。

3. 1　“水洗转型”工序

水洗的目的是除硅, 使锆与硅分离, 在水洗过程中, 大部分Na2SiO3 Na4SiO4 NaAlO2 Na3PO4、放射性物质和反应剩余的NaOH 等易溶于水, 在漂洗中除去, 而Na2ZrO3、Na2ZrSiO5难溶于水。

转型的目的是除钠。水洗料液的主要成分为锆酸钠, 除钠需加酸进行转型处理。

原工艺是在水洗温度为70℃时, 分三次漂洗, 水洗固液比1: 5 ({dy}次) ; 1: 4 (第二次) ; 1: 5(第三次)。加酸转型、压滤, 得水转料。

改进后工艺为水洗温度为70℃时, 按固液比1: 8 浸取一次, 即进行压滤分离; 按固液比1∶3加水, 用废液转型, 压滤, 得水转料。其特点是水转料钠、硅含量下降, 提高了劳动效率。

3. 2　“硅渣洗涤”工序(即逆流洗涤工艺)

硅渣洗涤工序的目的: 一次结晶后, 水溶压滤后的硅渣会吸附氧氯化锆, 在弃置硅渣之前,须对其进行洗涤, 降低硅渣中的锆量, 以防止锆被硅渣带走、流失。

原工艺为: 压滤后硅渣, 卸至硅渣池中, 按固液比1: 2 加水, 搅拌30 分钟, 压滤, 滤液进一次结晶槽中, 硅渣弃置。

新工艺采用以下流程见图2。其特点是: 硅渣含锆量下降; 采用回收酸洗涤; 使水溶液酸度提高, 减少了水溶液浓缩终点后工业酸的加入量。

4　结果与讨论

4. 1　水洗转型工序改进

4. 1. 1　试验方法

取适量烧结料, 加一定量水在70℃时, 搅拌、离心甩干, 废酸转型、甩干, 得转型料, 见表1。

4. 1. 2　水转工序新、旧生产工艺实际生产情况对比(表2)

从上表可以看出, 旧工艺水转料中, 每公斤氧化锆中有0.2096公斤二氧化硅。而新工艺只有0.1782公斤二氧化硅, 比旧工艺硅减少了15%(1 公斤二氧化硅可产生10公斤硅渣)。按年产氧氯化锆10000吨计算(生产一吨氧氯化锆产生一吨硅渣),可减少氧氯化锆的流失为133吨, 折合人民币79.8 万元。

旧生产工艺水转料中, 每公斤二氧化锆所含氧化钠为0.03748 公斤, 新生产工艺只有0.03015 公斤, 比旧工艺降低了19.6%。使二次废酸钠量的上升幅度变小。由于二次废酸在生产过程中不断循环使用, 致使钠量不断升高,至20g/L 时, 须全部排放一次, 否则, 钠元素呈盐份析出, 使成品不合要求, 故旧工艺为每四个月排放一次; 按现行检测结果趋势分析, 新工艺排放周期应在八至九个月排放一次。

4. 2　洗渣工序的改进

洗渣工序的目的: 一次结晶后, 水溶压滤后的硅渣会吸附氧氯化锆, 在弃置硅渣之前, 须对其进行洗涤, 降低硅渣中的含锆量, 以防止锆被硅渣带走、流失。

原工艺为: 压滤后硅渣, 卸至硅渣池中, 按固液比1∶2 加水, 搅拌30 分钟, 压滤, 滤液进一次结晶槽中, 硅渣弃置。

采用以上逆流洗涤工艺, 较原来旧工艺有较大的优越性(见表3)。

(1) 节约盐酸用量: 由于硅渣洗涤从原工艺以水洗涤, 改为以酸化和浓缩过程中的回收冷凝酸, 使得水溶液的酸度普遍提高0.5mol/L ,减少浓缩终点后的工业酸加入量, 平均每锅盐酸加入量减少60L , 按10000T/年生产氧氯化锆计算, 可节约工业盐酸用量936 吨; 折合人民币561600 元。(2) 提高氧氯化锆回收量: 废弃的硅渣含锆量由4.20% 下降至2.0%。按年产氧氯化锆10000 吨计算, 可以多收的氧氯化锆465 吨, 合计人民币279 万元。

4. 3　经济效益分析及计算说明见表4。

5　结论

通过几年的不断探索、研究、改进取得了突破性的进展。简化了生产工艺流程、提高了氧氯化锆的回收率(即增加了产品的产量)、降低了原材料(盐酸) 的消耗、减少了废酸排放量。既产生了经济效益又具有社会效益。经多个部门共同联合跟踪考察核实, 认为其经济效益是可观的。

具体表现在: (1) 洗渣中二氧化锆回收率: 硅渣中二氧化锆含量降低了2.2% , 回收率提高了4.64% , 创造价值278.4万元; (2) 用回收的冷凝酸洗涤硅渣, 使水溶液浓缩后的终点工业盐酸的加入量减少了936 吨, 创造价值56.16万元, 并减少了酸雾对环境的污染; (3) 水转料中二氧化硅含量比旧工序降低了15% , 减少了硅渣吸附氧氯化锆, 使回收率提高了1.33% , 创造价值79.8万元; (4) 水转料中氧化钠含量比旧工序减低了19.6% , 使产品质量得到提高;二次废酸的使用周期延长。按10000 吨/年计算, 增加氧氯化锆产品597吨, 折合人民币358.2万元; 节约用酸量936吨(不包含氧氯化锆焙烧成二氧化锆工序中盐酸的回收) , 折合56.16万元, 每年可节约资金414.36 万元。若年产18000 吨, 可节约资金745.848 万元。