專利名稱：氯氧化鋯制備方法中的結(jié)晶工藝及其結(jié)晶裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及稀有金屬鹽的制備方法及其設(shè)備，尤其涉及一種氯氧化鋯制備方法中的結(jié)晶工藝及其結(jié)晶裝置。
背景技術(shù)：
氯氧化鋯(ZrOCl2·8H2O)是鋯鹽，鋯制品的基礎(chǔ)原料，白色或微黃色針狀結(jié)晶，是制造其它鋯產(chǎn)品的主要原料，廣泛用作紡織、皮革、橡膠、耐火材料和陶瓷的添加劑、催化劑與防水劑，以及金屬表面處理劑、涂料干燥劑。其應(yīng)用和需求量正在不斷增長(zhǎng)。而現(xiàn)有氯氧化鋯制備方法中的結(jié)晶工藝，是在鹽酸體系中進(jìn)行自然結(jié)晶，完成結(jié)晶過程的時(shí)間一般是3～7日，受環(huán)境氣候的直接影響，且結(jié)晶槽中的晶體整塊生長(zhǎng)在一起，必須進(jìn)行大塊晶體粉碎工序，操作環(huán)境還要配備特別的勞動(dòng)保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出一種氯氧化鋯制備方法中的結(jié)晶工藝及其結(jié)晶裝置，采用的技術(shù)方案分別如下這種氯氧化鋯制備方法中的結(jié)晶工藝，其特征是依次有堿熔、水洗、一次酸洗、酸化、除硅、濃縮、強(qiáng)制結(jié)晶和二次酸洗工序。
上述的堿熔工序是，按照重量比1∶1.05～1.40，將鋯英砂(ZrSiO4)與氫氧化鈉(NaOH)，投入溫度750～1050℃的堿熔爐中進(jìn)行堿熔，生成不溶于水的鋯酸鈉(Na2ZrO3)和水溶性的硅酸鈉(Na2SiO3)。
上述的水洗工序是，按照體積比1∶3～5，將堿熔工序的生成物與水，在常溫下攪拌均勻，分離固體物和水洗液，重復(fù)操作3～5次，使鋯酸鈉與硅酸鈉分離。
上述的一次酸洗工序是，按照體積比1∶3～5，用鋯酸鈉與酸度是1～3個(gè)當(dāng)量的稀鹽酸，在常溫下攪拌均勻，分離固體物和酸洗液，重復(fù)操作3～5次，使鋯酸鈉中的鋯與鈉分離，鈉留置在酸洗液。
上述的酸化工序是，將已分離鈉的鋯酸鈉置入酸化容器中，控量投入高濃度27～30％的鹽酸和水，加熱煮沸10～30分鐘，使鋯酸鈉溶解，生成酸度是3～5個(gè)當(dāng)量、濃度是二氧化鋯含量60～120克/升的氯氧化鋯溶液。
上述的除硅工序是，按照重量比1∶0.01～1.00‰，將絮凝劑投入生成的氯氧化鋯溶液，在常溫下靜置20～40小時(shí)，使溶液中的硅與氯氧化鋯分離，硅沉積在容器底部。
上述的濃縮工序是，將已除去硅的氯氧化鋯溶液置入濃縮反應(yīng)釜中，在反應(yīng)釜的加熱夾套中通入蒸汽，將氯氧化鋯溶液加熱濃縮至酸度是4.0～6.5個(gè)當(dāng)量，濃度是二氧化鋯含量160～240克/升，以符合進(jìn)行結(jié)晶的要求。
上述的強(qiáng)制結(jié)晶工序是，將已濃縮的氯氧化鋯溶液置入專用結(jié)晶裝置中，控制攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng)速度為20～30轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌10～20小時(shí)，送入冷卻水和冷卻空氣將氯氧化鋯溶液，由溫度100～120℃開始強(qiáng)制降溫，溫度下降至70～80℃時(shí)，開始生成氯氧化鋯晶體，溫度繼續(xù)下降至30℃時(shí)，基本完成結(jié)晶過程，生成砂糖狀的針型氯氧化鋯晶體和母液。
上述的二次酸洗工序是，將針型氯氧化鋯晶體在常溫下浸泡于4.5～6.5個(gè)當(dāng)量的鹽酸中，浸泡時(shí)間是8～24小時(shí)，再置入離心機(jī)中用4.5～6.5個(gè)當(dāng)量的鹽酸淋洗，并離心分離，以除去其中的雜質(zhì)鐵。
這種氯氧化鋯制備方法的進(jìn)一步特征是上述堿熔工序中的氫氧化鈉替代物，可以是碳酸鈉，也可以是碳酸鈣，采用替代物的后續(xù)工序，要做相應(yīng)的調(diào)整。
上述除硅工序中的絮凝劑，可以是聚丙烯酰胺，也可以是明膠。
這種氯氧化鋯結(jié)晶裝置，由包括電動(dòng)機(jī)及其機(jī)座、減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、攪拌軸和攪拌槳的攪拌組件，以及設(shè)有待結(jié)晶溶液入口和生成晶體出口的結(jié)晶腔組成，其特征是結(jié)晶腔還設(shè)有水冷卻夾套和與其連通的冷卻水入、出口，以及冷卻空氣入、出口。
攪拌槳的槳葉是錨式槳葉。
減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是齒條齒輪傳動(dòng)組，控制攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng)速度為20～30轉(zhuǎn)/分鐘。
攪拌槳的包覆、結(jié)晶腔的內(nèi)襯，都采用耐溫高分子材料制作，與其相連接的管道、閥門、配套使用的流體儲(chǔ)罐的內(nèi)襯，也都采用耐溫高分子材料制作。
這種氯氧化鋯結(jié)晶裝置的進(jìn)一步特征是上述耐溫高分子材料，可以是聚丙烯。
這種氯氧化鋯結(jié)晶裝置的再進(jìn)一步特征是上述耐溫高分子材料的厚度是4～10毫米。
本發(fā)明對(duì)照現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，本發(fā)明方法的結(jié)晶工藝是，在濃縮工序后，接著進(jìn)行強(qiáng)制結(jié)晶工序，還省去了大塊晶體粉碎工序，流程簡(jiǎn)便合理，生成晶體均一，質(zhì)量?jī)?yōu)良穩(wěn)定。具有結(jié)晶效率高，雜質(zhì)含量少，環(huán)境污染輕，操作條件好的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的專用結(jié)晶裝置的結(jié)晶腔，還設(shè)有水冷卻夾套和與其連通的冷卻水入、出口，以及冷卻空氣入、出口，攪拌槳的槳葉是錨式槳葉，具有攪拌均勻，穩(wěn)定性能好的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明方法的結(jié)晶成品能較好地滿足作為制造其它鋯產(chǎn)品主要原料的要求，可以廣泛用作織物、皮革、橡膠、耐火材料和陶瓷的添加劑、催化劑與防水劑，以及金屬表面處理劑、涂料干燥劑。
上述的堿熔工序是，按照重量比1∶1.15，將鋯英砂與氫氧化鈉，投入溫度900℃的堿熔爐中進(jìn)行堿熔，生成不溶于水的鋯酸鈉和水溶性的硅酸鈉。
上述的水洗工序是，按照體積比1∶5，將堿熔工序的生成物與水，在常溫下攪拌均勻，分離固體物和水洗液，重復(fù)操作4次，使鋯酸鈉與硅酸鈉分離。
上述的一次酸洗工序是，按照體積比1∶4.5，用鋯酸鈉與酸度是1.5個(gè)當(dāng)量的稀鹽酸，在常溫下攪拌均勻，分離固體物和酸洗液，重復(fù)操作5次，使鋯酸鈉中的鋯與鈉分離，鈉留置在酸洗液。
上述的酸化工序是，將已分離鈉的鋯酸鈉置入酸化容器中，控量投入高濃度28％的鹽酸和水，加熱煮沸15分鐘，使鋯酸鈉溶解，生成酸度是3.5個(gè)當(dāng)量、濃度是二氧化鋯含量110克/升的氯氧化鋯溶液。
上述的除硅工序是，按照重量比1∶0.1‰，將絮凝劑聚丙烯酰胺投入生成的氯氧化鋯溶液，在常溫下靜置24小時(shí)，使溶液中的硅與氯氧化鋯分離，硅沉積在容器底部。
上述的濃縮工序是，將已除去硅的氯氧化鋯溶液置入濃縮反應(yīng)釜中，在反應(yīng)釜的加熱夾套中通入蒸汽，將氯氧化鋯溶液加熱濃縮至酸度是5.8個(gè)當(dāng)量，濃度是二氧化鋯含量220克/升，以符合進(jìn)行結(jié)晶的要求。
上述的強(qiáng)制結(jié)晶工序是，將已濃縮的氯氧化鋯溶液置入專用結(jié)晶裝置中，控制攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng)速度為25轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌12小時(shí)，送入冷卻水和冷卻空氣將氯氧化鋯溶液，由溫度110℃開始強(qiáng)制降溫，溫度下降至75℃時(shí)，開始生成氯氧化鋯晶體，溫度繼續(xù)下降至30℃時(shí)，基本完成結(jié)晶過程，生成砂糖狀的針型氯氧化鋯晶體和母液。
上述的二次酸洗工序是，將針型氯氧化鋯晶體在常溫下浸泡于6個(gè)當(dāng)量的鹽酸中，浸泡時(shí)間是12小時(shí)，再置入離心機(jī)中用6個(gè)當(dāng)量的鹽酸淋洗，并離心分離，以除去其中的雜質(zhì)鐵。
最后制備的氯氧化鋯成品，經(jīng)國(guó)家認(rèn)定的檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)完全符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，各種化合物的含量分別是二氧化鋯≥36.0％，二氧化硅≤0.0020％，二氧化鈦≤0.0005％，三氧化二鐵≤0.0005％，氧化鈉≤0.0010％，氧化鉀≤0.0005％，氧化鈣≤0.0005％，硫酸鹽(以SO4-2計(jì))≤0.0005％。
實(shí)施例2一種氯氧化鋯結(jié)晶裝置這種氯氧化鋯結(jié)晶裝置，由包括電動(dòng)機(jī)1及其機(jī)座、減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)2、攪拌軸3和攪拌槳4的攪拌組件，以及設(shè)有待結(jié)晶溶液入口5和生成晶體出口6的結(jié)晶腔7組成。
結(jié)晶腔7還設(shè)有水冷卻夾套8和與其連通的冷卻水入、出口9、10，以及冷卻空氣入、出口11、12。結(jié)晶腔7的設(shè)計(jì)容積為10立方米，其外型尺寸為φ2500×2000×10毫米，錐體高度為700毫米。
攪拌槳4采用牌號(hào)為Q235A的碳鋼制造，槳葉是錨式槳葉，攪拌均勻，穩(wěn)定性能好。減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)2是齒條齒輪傳動(dòng)組，外加鋁合金罩，外型美觀，擺動(dòng)穩(wěn)定，安全性能高?？刂茢嚢铇?轉(zhuǎn)動(dòng)速度為20～30轉(zhuǎn)/分鐘。電動(dòng)機(jī)1為7.5千瓦。
攪拌槳4的包覆、結(jié)晶腔7的內(nèi)襯，以及與其相連接的管道、閥門、配套使用的流體儲(chǔ)罐的內(nèi)襯，都采用厚度6毫米的耐溫聚丙烯高分子材料制作。
權(quán)利要求
1.一種氯氧化鋯制備方法中的結(jié)晶工藝，其特征是依次有堿熔、水洗、一次酸洗、酸化、除硅、濃縮、強(qiáng)制結(jié)晶和二次酸洗工序，1·1上述的堿熔工序是，按照重量比1∶1.05～1.40，將鋯英砂與氫氧化鈉，投入溫度750～1050℃的堿熔爐中進(jìn)行堿熔，生成鋯酸鈉和硅酸鈉；1·2上述的水洗工序是，按照體積比1∶3～5，將堿熔工序的生成物與水，在常溫下攪拌均勻，分離固體物和水洗液，重復(fù)操作3～5次，使鋯酸鈉與硅酸鈉分離；1·3上述的一次酸洗工序是，按照體積比1∶3～5，用鋯酸鈉與酸度是1～3個(gè)當(dāng)量的稀鹽酸，在常溫下攪拌均勻，分離固體物和酸洗液，重復(fù)操作3～5次，使鋯酸鈉中的鋯與鈉分離；1·4上述的酸化工序是，將已分離鈉的鋯酸鈉置入酸化容器中，控量投入高濃度27～30％的鹽酸和水，加熱煮沸10～30分鐘，使鋯酸鈉溶解，生成酸度是3～5個(gè)當(dāng)量、濃度是二氧化鋯含量60～120克/升的氯氧化鋯溶液；1·5上述的除硅工序是，按照重量比1∶0.01～1.00‰，將絮凝劑投入生成的氯氧化鋯溶液，在常溫下靜置20～40小時(shí)，使溶液中的硅與氯氧化鋯分離；1·6上述的濃縮工序是，將已除去硅的氯氧化鋯溶液置入濃縮反應(yīng)釜中，在反應(yīng)釜的加熱夾套中通入蒸汽，將氯氧化鋯溶液加熱濃縮至酸度是4.0～6.5個(gè)當(dāng)量，濃度是二氧化鋯含量160～240克/升；1·7上述的強(qiáng)制結(jié)晶工序是，將已濃縮的氯氧化鋯溶液置入專用結(jié)晶裝置中，控制攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng)速度為20～30轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌10～20小時(shí)，送入冷卻水和冷卻空氣將氯氧化鋯溶液，由溫度109～112℃開始強(qiáng)制降溫，溫度下降至70～80℃時(shí)，開始生成氯氧化鋯晶體，溫度繼續(xù)下降至30℃時(shí)，基本完成結(jié)晶過程，生成砂糖狀的針型氯氧化鋯晶體和母液；1·8上述的二次酸洗工序是，將針型氯氧化鋯晶體在常溫下浸泡于4.5～6.5個(gè)當(dāng)量的鹽酸中，浸泡時(shí)間是8～24小時(shí)，再置入離心機(jī)中用4.5～6.5個(gè)當(dāng)量的鹽酸淋洗，并離心分離。
2.如權(quán)利要求1所述的氯氧化鋯制備方法中的結(jié)晶工藝，其特征是上述堿熔工序中的氫氧化鈉替代物，可以是碳酸鈉，也可以是碳酸鈣，采用替代物的后續(xù)工序，要做相應(yīng)的調(diào)整。
3.如權(quán)利要求1所述的氯氧化鋯制備方法中的結(jié)晶工藝，其特征是上述除硅工序中的絮凝劑，可以是聚丙烯酰胺，也可以是明膠。
4.一種氯氧化鋯結(jié)晶裝置，由包括電動(dòng)機(jī)及其機(jī)座、減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、攪拌軸和攪拌槳的攪拌組件，以及設(shè)有待結(jié)晶溶液入口和生成晶體出口的結(jié)晶腔組成，其特征是4·1結(jié)晶腔還設(shè)有水冷卻夾套和與其連通的冷卻水入、出口，以及冷卻空氣入、出口；4·2攪拌槳的槳葉是錨式槳葉；4·3減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是齒條齒輪傳動(dòng)組，控制攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng)速度為20～30轉(zhuǎn)/分鐘；4·4攪拌槳的包覆、結(jié)晶腔的內(nèi)襯，都采用耐溫高分子材料制作。
5.如權(quán)利要求4所述的氯氧化鋯結(jié)晶裝置，其特征是上述耐溫高分子材料，可以是聚丙烯。
6.如權(quán)利要求4或5所述的氯氧化鋯結(jié)晶裝置，其特征是上述耐溫高分子材料的厚度是4～10毫米。
全文摘要
一種氯氧化鋯制備方法中的結(jié)晶工藝及其結(jié)晶裝置，依次有堿熔、水洗、一次酸洗、酸化、除硅、濃縮、強(qiáng)制結(jié)晶和二次酸洗工序。濃縮工序后接著進(jìn)行強(qiáng)制結(jié)晶工序，將已濃縮的氯氧化鋯溶液置入專用結(jié)晶裝置中，控制攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng)速度為20～30轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌10～20小時(shí)，送入冷卻水、空氣將溶液強(qiáng)制降溫，70～80℃時(shí)開始生成晶體，溫度30℃時(shí)基本完成結(jié)晶。還省去了大塊晶體粉碎工序，流程簡(jiǎn)便合理，生成晶體均一，質(zhì)量?jī)?yōu)良穩(wěn)定。具有結(jié)晶效率高，雜質(zhì)含量少，環(huán)境污染輕，操作條件好的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的專用結(jié)晶裝置的結(jié)晶腔，還設(shè)有水冷卻夾套和與其連通的冷卻水入、出口，以及冷卻空氣入、出口，攪拌槳的槳葉是錨式槳葉，具有攪拌均勻，穩(wěn)定性能好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01G25/00GK1442369SQ0311413
公開日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2003年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月2日
發(fā)明者孫亞光, 陳潮鈿, 吳錦鵬, 易征兵, 左憶平 申請(qǐng)人:廣東東方鋯業(yè)科技股份有限公司