本发明涉及一种碱熔分解锆英砂的方法，特别涉及一酸一碱法生产氧氯化锆工艺中连续碱熔分解锆英砂的方法。
背景技术：
锆作为一种稀缺的战略资源，具有高熔点、耐腐蚀、可塑性及核性能等优良特性，被广泛应用于军工以及民用产业中，其中核级锆是核能应用中的重要基础材料。锆英砂是锆英石(ZrSiO4)矿物经过选矿得到的精矿，其理论组成为ZrO2占67.21％，SiO2占32.79％。由于锆铪处于同一副族，其化学性质相近，所以锆英砂中常含有一定比例的铪矿物。由于锆英砂(ZrSiO4)中的[SiO4]四面体和[ZrO8]十二面体之间连接键的强度很高，使的其化学稳定性很高，所以需要用一定的工艺将Zr、Si分离，目前使用的分离方法主要有NaOH碱熔法、Na2CO3烧结法、CaCO3烧结法、碳化氯化法和沸腾氯化法等。
碱熔法制取氧氯化锆过程中锆英砂与NaOH熔融烧结是最重要的步骤，其目的是通过锆英砂和NaOH在高温下(600℃～750℃)的反应，使锆英砂中的Zr、Si分离，转化为易处理的Na2ZrO3和相关的硅酸盐，从而达到回收锆的目的。锆英砂与NaOH的主要反应如式(1)～式(3)所示。
ZrSiO4+2NaOH(l)＝Na2ZrSiO5+H2O(g) (1)
ZrSiO4+4NaOH(l)＝Na2ZrO3+Na2SiO3+H2O(g) (2)
ZrSiO4+6NaOH(l)＝Na2ZrO3+Na4SiO4+H2O(g) (3)
上述反应的过程和产物组成，随着反应温度、原料比、锆英砂的粒度等不同而发生变化。锆英砂与NaOH的反应可以分为液—固反应、固—固反应两个过程。在反应的初始阶段，NaOH足量，锆英砂与NaOH首先按照式(3)在锆英砂颗粒表面进行反应，生成产物Na2ZrO3和Na4SiO4，覆盖于锆英砂颗粒表面。随着NaOH的大量消耗，可能会按式(1)和式(2)的反应进行。同时可能会发生式(4)～式(7)的反应。
ZrSiO4+Na4SiO4＝Na2ZrSiO5+Na2SiO3 (4)
ZrSiO4+Na2ZrO3＝Na2ZrSiO5+ZrO2 (5)
Na2ZrSiO5+NaOH＝Na2ZrO3+Na2SiO3+H2O(g) (6)
2NaOH+ZrO2＝Na2ZrO3+H2O(g) (7)
现行碱熔法制取氧氯化锆的生产工艺中碱熔分解为间断作业，不能形成连续化生产，从而导致生产效率低、生产成本高以及能耗高等问题，并且由于采用的烧结锅容积较大，在烧结过程中会有烧结锅受热不均匀而导致产品质量不稳定的问题。此外，生产过程中，将高温的烧结锅调运存在一定的生产安全问题。
技术实现要素：
本工艺在对碱熔法分解锆英砂反应深入分析的基础上，提出一种更加节能环保、便于操作、环境友好、并能够大幅提高劳动生产率的锆英石碱熔分解工艺，是一种碱熔分解锆英砂连续化生产工艺。
本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；包括以下步骤：
步骤一
将固体碱或液碱、锆英砂分别预热到550℃～750℃，固体碱熔化为液态；
步骤二
将熔融的碱液沿切线方向加入设备B的旋流斗中，将预热后的锆英砂从旋流斗中心轴向方向加入旋流斗中，在旋流斗中进行锆英砂碱液润湿、混合混匀，并开始进行碱熔反应，得到混合产物；按摩尔比计，锆英砂：熔融的碱＝1:4～1:7，优选为1:6；
步骤三
混合产物经旋流斗底部送入竖式反应器中继续加热并进行碱熔反应；竖式反应器中气体反应产物从竖式反应器上部排气口排出并进行回收处理；竖式反应器中凝固或半凝固的碱熔反应产物输送到旋转圆筒反应器中进行凝固态条件下深度碱熔反应并缓冷获得碱熔反应产物；
步骤四
步骤三所得碱熔反应产物进行水洗后获得锆酸钠和Na2SiO3。
作为优选方案，本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；其所用设备设备B包括碱熔设备(15)、高温热气运输管(4)、锆英砂加热圆筒(5)、竖式反应器(6)、熔融碱液加入口(7)、旋流斗(8)、锆英砂下料器(9)、挡料板(13)、旋转圆筒反应器(14)；
所述碱熔设备(15)上设有加料口(1)和熔碱出口(3)，所述熔碱出口(3)与熔融碱液加入口(7)通过管道相连，所述熔融碱液加入口(7)设置在旋流斗(8)的一侧上；
所述竖式反应器(6)位于旋流斗(8)的上方，其通过管道与锆英砂下料器(9)相连，所述锆英砂下料器(9)设置在旋流斗(8)内，且位于旋流斗(8)的顶部；
所述旋流斗(8)的出料口位于第一块挡料板的上方，所述挡料板(13)设置在竖式反应器(6)内；所述竖式反应器(6)的出料口通过管道与旋转圆筒反应器(14)相连。
作为优选方案，所述竖式反应器(6)和旋转圆筒反应器(14)的外部设有保温层(11)。
作为优选方案，所述竖式反应器(6)的侧面还设有加热室(10)；所述加热室(10)的顶部设有出气口。所述竖式反应器(6)的顶部也设有排出口。所述加热室(10)的顶部设有出气口通过管道与高温热气运输管(4)和锆英砂加热圆筒(5)相连。
为了补充竖式反应器(6)的热量，在竖式反应器(6)外设有燃烧室(12)。
作为优选方案，所述锆英砂下料器(9)设置在旋流斗(8)内，且靠近熔融碱液加入口(7)的一侧。这样有利于锆英砂与熔融碱液混合均匀。
作为优选方案，所述碱熔设备(15)由固体碱或液碱加料口(1)，碱熔化和加热槽(2)，熔融碱出口(3)构成；所述碱熔化和加热槽(2)的前端设有档板，以达到碱熔化和加热逐步进行，保证熔融碱进入旋流斗(8)温度。
所述碱熔设备(15)位于高温热气运输管(4)的上方；高温热气运输管(4)带出来的热气对碱熔设备(15)进行加入热。
作为优选方案，本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；步骤二中所述熔融的碱为氢氧化钠质量百分含量大于等于95％的熔融碱液。
作为优选方案，本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；所述熔融的碱是通过下述步骤制备的：
以固碱或液碱为原料，首先在100℃～300℃加热脱水，然后在450℃～550℃升温使其熔化为液态，继续升温到550℃～750℃，优选为600～750℃，得到熔融的碱液；所述固碱中氢氧化钠质量百分含量大于等于95％；所述液碱为氢氧化钠水溶液；所述氢氧化钠水溶液中，氢氧化钠的质量百分浓度大于等于30％。
作为优选方案，本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；所述熔融的碱是通过下述步骤制备的：以固碱或液碱为原料，以余热为热源，首先在100℃～300℃加热脱水，然后以竖式反应器排出的高温尾气(650℃～750℃)作热源进行升温液化，使碱液继续升温到550℃～750℃，得到熔融的碱；所述的余热是以竖式反应器(650℃～750℃)作热源进行升温液化后的尾气所携带的残余热量。
作为优选方案，本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；所述锆英砂为锆英砂精矿，所述锆英砂精矿中(ZrHf)O2的质量百分含量大于等于63％；锆英砂加热至大于600℃，得到预热后的锆英砂。
作为优选方案，本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；步骤一中，以4-10m/s的速度将熔融的碱沿切线方向加入旋流斗中。熔融碱液的加入速度通过调节高度差来实现，高度差为1m-5m。
作为优选方案，本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；将锆英砂加入至圆筒预热器中，利用加热竖式反应器后尾气(650℃～750℃)余热、天然气、煤气加热至大于600℃，得到预热后的锆英砂。
作为优选方案，本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；所述竖式反应器垂直安装于加热炉中，以天然气、煤气或电作为热源。
作为优选方案，本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；所述竖式反应器和旋转圆筒反应器产生的废气和含碱的微尘集中收集并回收利用。
作为优选方案，本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；步骤二中，混合物A经旋流斗底部送入竖式反应器中继续加热至650-750℃、优选为700-750℃并进行碱熔反应；竖式反应器中气体反应产物从竖式反应器上部排气口排出并作为锆英砂预热、固碱或液碱加热脱水和升温液化的热源；
作为优选方案，本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；竖式反应器中凝固或半凝固的碱熔反应产物输送到650-750℃的旋转圆筒反应器中、优选为700-750℃的温度下进行凝固态条件下深度碱熔反应并缓冷获得碱熔反应产物；
作为优选方案，本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法；在较优的分解条件下，锆英砂的分解率大于97％、优选为98.05％、进一步优选为98.5％。
优势
本发明相比于现有锆英砂的碱熔方法，具有以下明显的优势：锆英砂的碱熔工艺过程紧凑合理，可连续高效进行锆英砂的碱熔分解获得碱熔反应产物，其水洗、酸分解后得到的分解率大于97％。同时是一种更加节能环保、便于操作、环境友好、并能够大幅提高劳动生产率的锆英石碱熔分解工艺。
附图说明
图1是本发明一种连续分解锆英砂的碱熔方法所用装置的示意图。
其中，1为固体碱或液碱加料口，2为碱熔化和加热槽，3为熔融碱出口，4为高温热气运输管，5为锆英砂加热圆筒，6为竖式反应器，7为熔融碱液加入口，8为旋流斗，9为锆英砂下料器，10为加热室，11为保温层，12为燃烧室，13为挡料板，14为旋转圆筒反应器。①为燃烧室提供的热量，②为竖式反应器排出的高温尾气，③为加热室排出的余热，④为尾气。Ⅰ为熔融碱液，Ⅱ为预热前的锆英砂，Ⅲ为预热后的锆英砂，Ⅳ混合物A，Ⅴ为固态混合物，Ⅵ为最终产物。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。其中原料为锆英砂主要成分ZrO2和SiO2质量分数分别为65.72％和28.93％。
实例1
将固体碱和锆英砂分别加热到600℃、700℃，然后将按矿碱摩尔比为1：6的锆英砂和碱分别加入连续分解锆英砂的碱熔反应装置中，竖式反应器中反应温度为650℃、反应时间为1.5min，在温度为700℃的旋转圆筒反应器中停留时间为30min，获得到碱熔分解产品，经过水洗、酸分解后锆英砂的分解率为96.56％。
实例2
将固体碱和锆英砂分别加热到600℃、700℃，然后将按矿碱摩尔比为1：6的锆英砂和碱分别加入连续分解锆英砂的碱熔反应装置中，竖式反应器中反应温度为700℃、反应时间为1.5min，在温度为750℃的旋转圆筒反应器中停留时间为30min，获得到碱熔分解产品，经过水洗、酸分解后锆英砂的分解率为97.15％。
实例3
将固体碱和锆英砂分别加热到600℃、700℃，然后将按矿碱摩尔比为1：6的锆英砂和碱分别加入连续分解锆英砂的碱熔反应装置中，竖式反应器中反应温度为750℃、反应时间为1.5min，在温度为750℃的旋转圆筒反应器中停留时间为30min，获得到碱熔分解产品，经过水洗、酸分解后锆英砂的分解率为98.08％。
实例4
将固体碱和锆英砂分别加热到550℃、600℃，然后将按矿碱摩尔比为1：6的锆英砂和碱分别加入连续分解锆英砂的碱熔反应装置中，竖式反应器中反应温度为750℃、反应时间为3.5min，在温度为750℃的旋转圆筒反应器中停留时间为30min，获得到碱熔分解产品，经过水洗、酸分解后锆英砂的分解率为96.88％。
实例5
将固体碱和锆英砂分别加热到600℃、700℃，然后将按矿碱摩尔比为1：4的锆英砂和碱分别加入连续分解锆英砂的碱熔反应装置中，竖式反应器中反应温度为750℃、反应时间为3.5min，在温度为750℃的旋转圆筒反应器中停留时间为30min，获得到碱熔分解产品，经过水洗、酸分解后锆英砂的分解率为95.78％。
实例6
将固体碱和锆英砂分别加热到600℃、700℃，然后将按矿碱摩尔比为1：7的锆英砂和碱分别加入连续分解锆英砂的碱熔反应装置中，竖式反应器中反应温度为750℃、反应时间为3.5min，在温度为750℃的旋转圆筒反应器中停留时间为30min，获得到碱熔分解产品，经过水洗、酸分解后锆英砂的分解率为98.15％。
实例7
将固体碱和锆英砂分别加热到600℃、700℃，然后将按矿碱摩尔比为1：6的锆英砂和碱分别加入连续分解锆英砂的碱熔反应装置中，竖式反应器中反应温度为750℃、反应时间为3.5min，在温度为750℃的旋转圆筒反应器中停留时间为40min，获得到碱熔分解产品，经过水洗、酸分解后锆英砂的分解率为98.75％。
实例8
将固体碱和锆英砂分别加热到600℃、700℃，然后将按矿碱摩尔比为1：7的锆英砂和碱分别加入连续分解锆英砂的碱熔反应装置中，竖式反应器中反应温度为750℃、反应时间为1.5min，在温度为700℃的旋转圆筒反应器中停留时间为30min，获得到碱熔分解产品，经过水洗、酸分解后锆英砂的分解率为97.68％。