[发明专利]一种利用硅酸锆生产四氯化锆的方法

说明书

本发明涉及四氯化锆生产技术领域，特别是涉及一种利用硅酸锆生产四氯化锆的方法，其特征在于，利用硅酸锆、碳化锆、氯气一步法反应生产四氯化锆。本发明的有益效果在于：使用一步法反应，反应为放热，可自发维持反应进行，不需要外加热源维持反应；固体原料密度相近，在沸腾炉中不易分层，分散均匀，有利于反应；反应所用的氯气大多数转化为四氯化锆，单位反应器截面积的四氯化锆产能高；反应产物在反应条件下为气体，与固体原料便于分离；反应为连续反应，生产效率高。

技术领域

本发明涉及四氯化锆生产技术领域，特别是涉及一种利用硅酸锆生产四氯化锆的方法。

背景技术

四氯化锆是一种重要的锆化合物，是生产金属锆及其他锆化学品的原料。沸腾氯化法生产四氯化锆有以下几种工艺：

硅酸锆工艺：以氯气、锆英砂(硅酸锆)、石油焦为原料，生产四氯化锆并副产四氯化硅。主要反应如下：

ZrSiO₄+4C+4Cl₂＝ZrCl₄+SiCl₄+4CO

ZrSiO₄+2C+4Cl₂＝ZrCl₄+SiCl₄+2CO₂

上述两个反应是强吸热反应，反应温度为950-1250℃。为维持反应进行，须提供热源。

目前常用的方法有以下两种：

1、使用加热反应器，使反应物维持合适的温度，通常是电加热。

2、在原料中加入金属硅(或碳化硅或二者混合物)与氯气发生如下反应放热，使反应体系维持合适的温度。若只添加金属硅，添加量大约为锆英砂重量的20％。反应方程式如下：

Si+2Cl₂＝SiCl₄

SiC+2Cl₂＝SiCl₄+C

氧化锆工艺：以氯气、氧化锆、石油焦为原料，生产四氯化锆。主要反应如下：

ZrO₂+4C+4Cl₂＝ZrCl₄+4CO

ZrO₂+2C+4Cl₂＝ZrCl₄+2CO₂

上述两个反应是少量吸热反应，反应温度为500-700℃。为维持反应进行，通常采用具有电加热功能的反应器来补充热量。同时，碳化锆比重为6.73、氧化锆比重为5.85、硅酸锆比重为4.65石油焦比重为2.0。由此可知，石油焦比重与其他几种固体的比重差异较大，在沸腾炉中容易发生分层，导致反应不均匀，甚至由于局部反应物比例失调导致副反应的发生。

碳化锆工艺：以氯气、碳化锆为原料，生产四氯化锆。主要反应如下：

ZrC+2Cl₂＝ZrCl₄+C

上述反应是大量放热的反应，反应温度为400℃，反应过程中需要散热、降温。

硅酸锆工艺和氧化锆工艺均为吸热反应，为弥补反应热的不足，生产过程中需要消耗电能或化学能(金属硅)，造成生产过程的能耗高、设备复杂、控制参数多难度大；两工艺均需要用石油焦等碳类原料参与反应，石油焦比重与锆英砂、二氧化锆的差距较大，在流化床反应过程中极易被反应产物气体带出流化床，导致氯化尾气中含碳量高且易堵塞管道和设备；