一种低温液相分解锆英砂的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锆英砂分解领域，具体地，本发明涉及一种低温液相分解锆英砂的方法。
【背景技术】
[0002]锆化学制品是国民经济、国防建设的重要材料，广泛应用于陶瓷、化工、电子、冶金、造纸、印染、工业催化剂、汽车尾气净化、军工、核电站及核工业等行业。氧氯化锆作为一种重要的锆盐基础化工产品，居于锆化学制品的首位，其主要的用途是作为碳酸锆、硫酸锆、二氧化锆等其他锆化合物深加工的中间原料，并可用于制取核级锆材。
[0003]锆英砂是氧氯化锆生产和加工的主要原料，其是一种以锆的硅酸盐(ZrSi04)为主要组成的矿物，物理和化学非常稳定性高，难于分解。目前，国内分解锆英砂主要采用的为碱熔法(一酸一碱法)，由锆英砂制备氧氯化锆的过程包括高温碱熔反应、水洗、转型、酸解絮凝、蒸发结晶等工序，其中锆英砂与氢氧化钠的碱熔反应是关键环节之一。
[0004]现有的氧氯化锆生产中，碱熔法分解锆英砂过程一般在烧结锅中间歇进行，反应过程为将固体氢氧化钠在烧结锅中加热至熔融态后投入锆英砂，依靠锆英砂的自然沉降进行反应，投入锆英砂后迅速升温至需要的反应温度(一般为750°C )，然后保温一段时间得到烧结料，烧结料进行水洗后可得水洗料，其主要成分为锆酸盐的中间体化合物。
[0005]传统高温碱熔反应过程中，主要发生的反应可表示如下:
[0006]ZrSi04+2Na0H = Na2ZrSi05+2H20
[0007]ZrSi04+4Na0H = Na2Zr03+Na2Si03+2H20
[0008]ZrSi04+6Na0H = Na2Zr03+Na4Si04+3H20
[0009]理论上，氢氧化钠与锆英砂的配比为摩尔比4:1(质量比0.87:1)，基于动力学考虑，通常采用的碱为过量，即在实际生产中，氢氧化钠与锆英砂的配比一般为摩尔比6:1(质量比1.33:1),碱量超过理论用量50%以上，过量的碱在水洗过程中形成大量的废碱液，据统计，每生产一吨氧氯化错约产生5?6吨碱废液，由于反应需要的为固碱，因此，这些废碱液无法在经济上实现循环利用，对周边生态环境造成极大的隐患，同时也增加了氧氯化锆的生产成本。
[0010]目前在工业生产中，锆英砂碱熔过程一般在烧结锅中间歇进行，反应温度高达750°C，因此，分解过程能耗高也是锆英砂分解过程的难题之一。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于，为解决上述问题，改进传统碱熔工艺的不足，提供一种低温液相分解锆英砂的新方法。通过新方法的应用，可大大降低反应温度，降低能耗，改善操作环境，碱介质循环利用，降低综合碱耗，是一种锆英砂的清洁分解工艺。
[0012]本发明的低温液相分解锆英砂的方法，包括以下步骤:
[0013](1)将锆英砂与碱金属氢氧化物的溶液进行混合，搅拌，进行液相反应，反应温度为250?350°C，得到液相反应产物；
[0014](2)将步骤⑴得到的液相反应产物冷却后，加水浆化洗涤，然后过滤，获得固相滤饼为得到的锆酸盐中间体化合物，获得的液相为含碱溶液。
[0015]根据本发明的方法，为更好地实现反应效果，可以优选将步骤(1)所述锆英砂放入球磨机进行球磨，得到球磨后的锆英砂；球磨后的锆英砂的平均粒度为2?70 μ m。
[0016]根据本发明的方法，步骤(1)使用的碱金属氢氧化物可以为氢氧化钾或氢氧化钠或两种的组合，所使用的碱金属氢氧化物的溶液的浓度为50%?90% (w/w)。
[0017]根据本发明的方法，所述液相反应中碱金属氢氧化物与锆英砂的质量比为(1?7):1 ;反应时间为0.5?10h。
[0018]根据本发明的低温液相分解锆英砂方法，所述的液相反应也可采用分段加热方式进行反应，即在整体反应时间(0.5?10h)不变的情况下，将反应时间分成若干前后反应温度不同的时间段，所述每个时间段的反应温度在250?350°C范围内。
[0019]在本发明的液相反应中，压力可以为常压，搅拌速度为50?300r/min。所述液相反应可以优选地在带搅拌桨的反应釜中进行。
[0020]本发明中，步骤⑵中洗涤的加水量与液相反应产物的质量比为(2?10): 1，衆化时间为5?30min。
[0021]对于步骤(2)得到的含碱溶液，可以使用常规方法对其进行脱硅净化后，进一步经蒸发浓缩至步骤(1)所述碱金属氢氧化物的溶液浓度，实现循环利用。
[0022]传统的锆英砂为氢氧化钠碱熔分解，存在能耗高、碱耗高等问题，随着国家对资源能源消耗、环境保护、控污减排监管制度越来越严，对锆英砂分解技术的研究也引起了国内外研究人员的重视，具有代表性的为混合碱熔法和水热法。
[0023]Abdelkader 等(Novel decomposit1n method for zircon,Journal of Alloysand Compounds, 2008, 460:577)针对碱熔分解过程反应温度高的问题提出采用低熔点的Κ0Η和NaOH混合熔盐替代NaOH或Na2C03进行锆英砂的分解，在550°C，过量20%的碱矿比条件下，锆英砂的分解率可达96%以上。张建东(Ca0-Na0H混合碱分解锆英砂制备氧氯化锆新工艺研究，北京有色金属研究院，博士学位论文，2012)、陈伟东(CaCl2和NaOH复合分解锆英砂工艺研究，钛工业进展，2013，30(1):37)、王力军等(CN201010553198.8)针对锆英砂分解过程碱耗高、间歇生产的问题，提出采用添加剂-烧碱复合分解锆英砂制备氧氯化锆新工艺，所采用的添加剂如CaCl2、NaCl、CaO等，从一定程度上降低了碱用量，并基于回转炉实现碱熔过程的连续化，但需要的反应温度仍较高，为750?850°C。
[0024]相对于传统碱熔法，混合碱熔法在降低碱耗、温度及实现连续化反应等方面有一些改进，但由于仍是基于传统的高温碱熔反应体系，无法从根本上解决反应温度高和碱液介质经济循环利用的难题。
[0025]此外，还有研究提出了采用水热法进行锆英砂分解的新方法。殷澍等以制备二氧化锆为目的采用水热法分解锆英砂，在反应温度为330°C，35 %的碱液中，实现锆英砂高效分解。周涛等(CN201310010214.2)采用水热法分解锆英砂，但由于需要的是锆英砂超细粉(1-5 μ m)，且反应压力为3?7MPa，也不利于大规模工业应用。水热法具有腐蚀性小、反应温度较低等优点，并为碱液的循环利用提供可行性，但存在需要高压设备的问题。
[0026]本发明以较高浓度的碱金属氢氧化物水溶液为反应介质，其具有低蒸汽压、沸点高、流动性好的特性，通过化学场强化传质过程，实现在相对较低的温度下实现矿物的高效分解。锆英砂在