专利名称：氯氧化锆制备方法中的结晶工艺及其结晶装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及稀有金属盐的制备方法及其设备，尤其涉及一种氯氧化锆制备方法中的结晶工艺及其结晶装置。
背景技术：
氯氧化锆(ZrOCl2·8H2O)是锆盐，锆制品的基础原料，白色或微黄色针状结晶，是制造其它锆产品的主要原料，广泛用作纺织、皮革、橡胶、耐火材料和陶瓷的添加剂、催化剂与防水剂，以及金属表面处理剂、涂料干燥剂。其应用和需求量正在不断增长。而现有氯氧化锆制备方法中的结晶工艺，是在盐酸体系中进行自然结晶，完成结晶过程的时间一般是3～7日，受环境气候的直接影响，且结晶槽中的晶体整块生长在一起，必须进行大块晶体粉碎工序，操作环境还要配备特别的劳动保护。
发明内容
为弥补现有技术的缺陷，本发明提出一种氯氧化锆制备方法中的结晶工艺及其结晶装置，采用的技术方案分别如下这种氯氧化锆制备方法中的结晶工艺，其特征是依次有碱熔、水洗、一次酸洗、酸化、除硅、浓缩、强制结晶和二次酸洗工序。
上述的碱熔工序是，按照重量比1∶1.05～1.40，将锆英砂(ZrSiO4)与氢氧化钠(NaOH)，投入温度750～1050℃的碱熔炉中进行碱熔，生成不溶于水的锆酸钠(Na2ZrO3)和水溶性的硅酸钠(Na2SiO3)。
上述的水洗工序是，按照体积比1∶3～5，将碱熔工序的生成物与水，在常温下搅拌均匀，分离固体物和水洗液，重复操作3～5次，使锆酸钠与硅酸钠分离。
上述的一次酸洗工序是，按照体积比1∶3～5，用锆酸钠与酸度是1～3个当量的稀盐酸，在常温下搅拌均匀，分离固体物和酸洗液，重复操作3～5次，使锆酸钠中的锆与钠分离，钠留置在酸洗液。
上述的酸化工序是，将已分离钠的锆酸钠置入酸化容器中，控量投入高浓度27～30％的盐酸和水，加热煮沸10～30分钟，使锆酸钠溶解，生成酸度是3～5个当量、浓度是二氧化锆含量60～120克/升的氯氧化锆溶液。
上述的除硅工序是，按照重量比1∶0.01～1.00‰，将絮凝剂投入生成的氯氧化锆溶液，在常温下静置20～40小时，使溶液中的硅与氯氧化锆分离，硅沉积在容器底部。
上述的浓缩工序是，将已除去硅的氯氧化锆溶液置入浓缩反应釜中，在反应釜的加热夹套中通入蒸汽，将氯氧化锆溶液加热浓缩至酸度是4.0～6.5个当量，浓度是二氧化锆含量160～240克/升，以符合进行结晶的要求。
上述的强制结晶工序是，将已浓缩的氯氧化锆溶液置入专用结晶装置中，控制搅拌桨转动速度为20～30转/分钟，搅拌10～20小时，送入冷却水和冷却空气将氯氧化锆溶液，由温度100～120℃开始强制降温，温度下降至70～80℃时，开始生成氯氧化锆晶体，温度继续下降至30℃时，基本完成结晶过程，生成砂糖状的针型氯氧化锆晶体和母液。
上述的二次酸洗工序是，将针型氯氧化锆晶体在常温下浸泡于4.5～6.5个当量的盐酸中，浸泡时间是8～24小时，再置入离心机中用4.5～6.5个当量的盐酸淋洗，并离心分离，以除去其中的杂质铁。
这种氯氧化锆制备方法的进一步特征是上述碱熔工序中的氢氧化钠替代物，可以是碳酸钠，也可以是碳酸钙，采用替代物的后续工序，要做相应的调整。
上述除硅工序中的絮凝剂，可以是聚丙烯酰胺，也可以是明胶。
这种氯氧化锆结晶装置，由包括电动机及其机座、减速传动结构、搅拌轴和搅拌桨的搅拌组件，以及设有待结晶溶液入口和生成晶体出口的结晶腔组成，其特征是结晶腔还设有水冷却夹套和与其连通的冷却水入、出口，以及冷却空气入、出口。
搅拌桨的桨叶是锚式桨叶。
减速传动结构是齿条齿轮传动组，控制搅拌桨转动速度为20～30转/分钟。
搅拌桨的包覆、结晶腔的内衬，都采用耐温高分子材料制作，与其相连接的管道、阀门、配套使用的流体储罐的内衬，也都采用耐温高分子材料制作。
这种氯氧化锆结晶装置的进一步特征是上述耐温高分子材料，可以是聚丙烯。
这种氯氧化锆结晶装置的再进一步特征是上述耐温高分子材料的厚度是4～10毫米。
本发明对照现有技术的有益效果是，本发明方法的结晶工艺是，在浓缩工序后，接着进行强制结晶工序，还省去了大块晶体粉碎工序，流程简便合理，生成晶体均一，质量优良稳定。具有结晶效率高，杂质含量少，环境污染轻，操作条件好的优点。本发明的专用结晶装置的结晶腔，还设有水冷却夹套和与其连通的冷却水入、出口，以及冷却空气入、出口，搅拌桨的桨叶是锚式桨叶，具有搅拌均匀，稳定性能好的优点。本发明方法的结晶成品能较好地满足作为制造其它锆产品主要原料的要求，可以广泛用作织物、皮革、橡胶、耐火材料和陶瓷的添加剂、催化剂与防水剂，以及金属表面处理剂、涂料干燥剂。
上述的碱熔工序是，按照重量比1∶1.15，将锆英砂与氢氧化钠，投入温度900℃的碱熔炉中进行碱熔，生成不溶于水的锆酸钠和水溶性的硅酸钠。
上述的水洗工序是，按照体积比1∶5，将碱熔工序的生成物与水，在常温下搅拌均匀，分离固体物和水洗液，重复操作4次，使锆酸钠与硅酸钠分离。
上述的一次酸洗工序是，按照体积比1∶4.5，用锆酸钠与酸度是1.5个当量的稀盐酸，在常温下搅拌均匀，分离固体物和酸洗液，重复操作5次，使锆酸钠中的锆与钠分离，钠留置在酸洗液。
上述的酸化工序是，将已分离钠的锆酸钠置入酸化容器中，控量投入高浓度28％的盐酸和水，加热煮沸15分钟，使锆酸钠溶解，生成酸度是3.5个当量、浓度是二氧化锆含量110克/升的氯氧化锆溶液。
上述的除硅工序是，按照重量比1∶0.1‰，将絮凝剂聚丙烯酰胺投入生成的氯氧化锆溶液，在常温下静置24小时，使溶液中的硅与氯氧化锆分离，硅沉积在容器底部。
上述的浓缩工序是，将已除去硅的氯氧化锆溶液置入浓缩反应釜中，在反应釜的加热夹套中通入蒸汽，将氯氧化锆溶液加热浓缩至酸度是5.8个当量，浓度是二氧化锆含量220克/升，以符合进行结晶的要求。
上述的强制结晶工序是，将已浓缩的氯氧化锆溶液置入专用结晶装置中，控制搅拌桨转动速度为25转/分钟，搅拌12小时，送入冷却水和冷却空气将氯氧化锆溶液，由温度110℃开始强制降温，温度下降至75℃时，开始生成氯氧化锆晶体，温度继续下降至30℃时，基本完成结晶过程，生成砂糖状的针型氯氧化锆晶体和母液。
上述的二次酸洗工序是，将针型氯氧化锆晶体在常温下浸泡于6个当量的盐酸中，浸泡时间是12小时，再置入离心机中用6个当量的盐酸淋洗，并离心分离，以除去其中的杂质铁。
最后制备的氯氧化锆成品，经国家认定的检测机构检测，各项质量指标完全符合相关标准，各种化合物的含量分别是二氧化锆≥36.0％，二氧化硅≤0.0020％，二氧化钛≤0.0005％，三氧化二铁≤0.0005％，氧化钠≤0.0010％，氧化钾≤0.0005％，氧化钙≤0.0005％，硫酸盐(以SO4-2计)≤0.0005％。
实施例2一种氯氧化锆结晶装置这种氯氧化锆结晶装置，由包括电动机1及其机座、减速传动结构2、搅拌轴3和搅拌桨4的搅拌组件，以及设有待结晶溶液入口5和生成晶体出口6的结晶腔7组成。
结晶腔7还设有水冷却夹套8和与其连通的冷却水入、出口9、10，以及冷却空气入、出口11、12。结晶腔7的设计容积为10立方米，其外型尺寸为φ2500×2000×10毫米，锥体高度为700毫米。
搅拌桨4采用牌号为Q235A的碳钢制造，桨叶是锚式桨叶，搅拌均匀，稳定性能好。减速传动结构2是齿条齿轮传动组，外加铝合金罩，外型美观，摆动稳定，安全性能高。控制搅拌桨4转动速度为20～30转/分钟。电动机1为7.5千瓦。
搅拌桨4的包覆、结晶腔7的内衬，以及与其相连接的管道、阀门、配套使用的流体储罐的内衬，都采用厚度6毫米的耐温聚丙烯高分子材料制作。
权利要求
1.一种氯氧化锆制备方法中的结晶工艺，其特征是依次有碱熔、水洗、一次酸洗、酸化、除硅、浓缩、强制结晶和二次酸洗工序，1·1上述的碱熔工序是，按照重量比1∶1.05～1.40，将锆英砂与氢氧化钠，投入温度750～1050℃的碱熔炉中进行碱熔，生成锆酸钠和硅酸钠；1·2上述的水洗工序是，按照体积比1∶3～5，将碱熔工序的生成物与水，在常温下搅拌均匀，分离固体物和水洗液，重复操作3～5次，使锆酸钠与硅酸钠分离；1·3上述的一次酸洗工序是，按照体积比1∶3～5，用锆酸钠与酸度是1～3个当量的稀盐酸，在常温下搅拌均匀，分离固体物和酸洗液，重复操作3～5次，使锆酸钠中的锆与钠分离；1·4上述的酸化工序是，将已分离钠的锆酸钠置入酸化容器中，控量投入高浓度27～30％的盐酸和水，加热煮沸10～30分钟，使锆酸钠溶解，生成酸度是3～5个当量、浓度是二氧化锆含量60～120克/升的氯氧化锆溶液；1·5上述的除硅工序是，按照重量比1∶0.01～1.00‰，将絮凝剂投入生成的氯氧化锆溶液，在常温下静置20～40小时，使溶液中的硅与氯氧化锆分离；1·6上述的浓缩工序是，将已除去硅的氯氧化锆溶液置入浓缩反应釜中，在反应釜的加热夹套中通入蒸汽，将氯氧化锆溶液加热浓缩至酸度是4.0～6.5个当量，浓度是二氧化锆含量160～240克/升；1·7上述的强制结晶工序是，将已浓缩的氯氧化锆溶液置入专用结晶装置中，控制搅拌桨转动速度为20～30转/分钟，搅拌10～20小时，送入冷却水和冷却空气将氯氧化锆溶液，由温度109～112℃开始强制降温，温度下降至70～80℃时，开始生成氯氧化锆晶体，温度继续下降至30℃时，基本完成结晶过程，生成砂糖状的针型氯氧化锆晶体和母液；1·8上述的二次酸洗工序是，将针型氯氧化锆晶体在常温下浸泡于4.5～6.5个当量的盐酸中，浸泡时间是8～24小时，再置入离心机中用4.5～6.5个当量的盐酸淋洗，并离心分离。
2.如权利要求1所述的氯氧化锆制备方法中的结晶工艺，其特征是上述碱熔工序中的氢氧化钠替代物，可以是碳酸钠，也可以是碳酸钙，采用替代物的后续工序，要做相应的调整。
3.如权利要求1所述的氯氧化锆制备方法中的结晶工艺，其特征是上述除硅工序中的絮凝剂，可以是聚丙烯酰胺，也可以是明胶。
4.一种氯氧化锆结晶装置，由包括电动机及其机座、减速传动结构、搅拌轴和搅拌桨的搅拌组件，以及设有待结晶溶液入口和生成晶体出口的结晶腔组成，其特征是4·1结晶腔还设有水冷却夹套和与其连通的冷却水入、出口，以及冷却空气入、出口；4·2搅拌桨的桨叶是锚式桨叶；4·3减速传动结构是齿条齿轮传动组，控制搅拌桨转动速度为20～30转/分钟；4·4搅拌桨的包覆、结晶腔的内衬，都采用耐温高分子材料制作。
5.如权利要求4所述的氯氧化锆结晶装置，其特征是上述耐温高分子材料，可以是聚丙烯。
6.如权利要求4或5所述的氯氧化锆结晶装置，其特征是上述耐温高分子材料的厚度是4～10毫米。
全文摘要
一种氯氧化锆制备方法中的结晶工艺及其结晶装置，依次有碱熔、水洗、一次酸洗、酸化、除硅、浓缩、强制结晶和二次酸洗工序。浓缩工序后接着进行强制结晶工序，将已浓缩的氯氧化锆溶液置入专用结晶装置中，控制搅拌桨转动速度为20～30转/分钟，搅拌10～20小时，送入冷却水、空气将溶液强制降温，70～80℃时开始生成晶体，温度30℃时基本完成结晶。还省去了大块晶体粉碎工序，流程简便合理，生成晶体均一，质量优良稳定。具有结晶效率高，杂质含量少，环境污染轻，操作条件好的优点。本发明的专用结晶装置的结晶腔，还设有水冷却夹套和与其连通的冷却水入、出口，以及冷却空气入、出口，搅拌桨的桨叶是锚式桨叶，具有搅拌均匀，稳定性能好的优点。
文档编号C01G25/00GK1442369SQ0311413
公开日2003年9月17日 申请日期2003年4月2日 优先权日2003年4月2日
发明者孙亚光, 陈潮钿, 吴锦鹏, 易征兵, 左忆平 申请人:广东东方锆业科技股份有限公司